淺析鋼結構設計要點及穩(wěn)定性

1、    淺析鋼結構設計要點及穩(wěn)定性    林允措摘要：鋼結構因具有自重輕、強度高、工業(yè)化程度高等優(yōu)點，在建筑工程中得到了廣泛的應用。本文主要分析了建筑鋼結構設計的注意要點及其穩(wěn)定性。關鍵詞：鋼結構；設計原則；設計要點；穩(wěn)定性引言：建筑鋼結構在設計過程中要著重注意的要點很多，而穩(wěn)定性是鋼結構設計中突出且重要的因素，其決定了建筑鋼結構的施工質量、安全性能以及使用壽命。如果鋼結構的穩(wěn)定性不能得到很好的保證，不僅會對建筑成本經濟造成損失，更嚴重者將會威脅人們的生命財產安全。因此，對建筑鋼結構的設計要點及其穩(wěn)定性進行探索和研究具有重要的現實意義。一、建筑鋼結構的設

2、計原則1、鋼結構設計要滿足所有部分的穩(wěn)定性要求。在進行鋼結構設計時要從鋼結構的整體受力進行綜合考慮，既要滿足鋼結構整體穩(wěn)定性，也要滿足平面結構的穩(wěn)定性，因此在結構之間要設置必要的支撐結構，保證結構件在平面內外都滿足要求。2、結構計算簡圖要與實際情況相一致。目前在進行建筑鋼結構設計時，通常不針對框架而是針對框架柱進行相關分析，這種方法是建立在特定的假設以及典型的條件的基礎上的，然而實際中框架的形式是多種多樣的，鋼結構設計時需綜合考慮實際框架形式進行相關數據分析，在滿足相關假設及典型條件下才能使用。3、鋼結構細節(jié)設計與結構穩(wěn)定性計算相一致。鋼結構細節(jié)的設計一直是設計時重點考慮的因素，例如對于是否傳

3、遞彎矩的節(jié)點要進行區(qū)分，分別賦予不同的柔度及剛度以使其滿足相關要求。而當涉及到穩(wěn)定性時，不同的結構件又會有不同的要求，因此設計者要全面進行考慮。二、建筑鋼結構設計要點1、正確選用鋼材與焊縫質量等級。按照國內現行的相關規(guī)范要求，在鋼結構的設計方案中，應明確標注鋼材與焊縫質量等級。一般情況下，鋼結構建筑使用的鋼材要具有屈服強度、抗拉強度、伸長率、冷彎試驗及硫、磷、碳含量檢測合格等特點。在抗震要求較高鋼結構建筑的設計時，鋼板的厚度應40mm，在承受沿板厚方向的較大拉力時，要保證板厚方向的截面收縮率。在鋼結構設計中，焊接連接是基本的鋼結構連接方法，焊縫質量的優(yōu)劣直接影響到結構的整體安全。因此，必須根據

4、結構、構件的重要性與受力性能等，合理確定焊縫的質量等級。2、結構選型與布置。在鋼結構選型與布置中，科學運用概念設計對于早期迅速、有效的進行設計方案構思、比較與選擇具有較大的影響。選取的鋼結構類型應易于手算、定性正確、概念清晰，盡量避免在結構分析階段出現繁瑣的運算。目前，國內常見的鋼結構類型主要有：框架、輕鋼、平面架、塔桅、網架、索膜等，具體選用何種鋼結構型式要深入分析其不同特點與優(yōu)劣勢。在鋼結構的內部布置中，要注意區(qū)分單層建筑與多層建筑的差異，特別是在樓層平面主梁、次梁的布置中，應注意荷載的計算，以及傳遞方向的設計，以保證鋼結構建筑的整體穩(wěn)定性、抗震性與安全性。3、保溫設計。在鋼結構的保溫設計

5、中，"熱橋"與"冷橋"問題是較為常見的，針對各種設計問題可以采取以下解決措施：一是進一步優(yōu)化鋼結構建筑保溫材料的構造，不但有利于提高建筑的熱環(huán)境性能，而且合理應用玻璃、硅氣凝膠等新型節(jié)能墻體材料，也可以達到節(jié)能的效果；二是在保溫設計中，采取外保溫、中間保溫的設計方案，可以有效防止因蒸汽的滲透、積累，而導致保溫材料受潮的現象。4、地基結構設計。地基結構設計是建筑結構設計的重頭戲，鋼結構設計也不例外?；A設計應該根據工程、水文地質條件、荷載大小及其分布情況、建筑物體型及功能要求、相鄰建筑地基情況、施工條件等綜合因素來考慮，選擇合理的基礎形式。砌體結構房屋應采

6、用剛性基礎，如素混凝土條形基礎、毛石混凝土條形基礎等，若基礎寬度大于2.5m，需運用柔性基礎，如鋼筋混凝土擴展基礎。當為多層內框架結構時，因無地下室、荷載較大和地基較差等原因，為增加基礎的整體性，通常采用交叉梁條基。若上述基礎仍不能滿足基礎強度要求時，需要采用筏式基礎。當為剪力墻結構且無地下室或有地下室，地基較好，無防水要求時，應選用交叉條形基礎，當有防水要求時，可采用箱形基礎或筏板基礎。三、鋼結構穩(wěn)定性加固1、改變結構計算圖形。改變結構計算圖形的加固方法是指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節(jié)點性質和邊界條件，增設附加桿件和支撐、施加預應力、考慮空間協同工作等措施對結構進行加固的方法。（1）對

7、結構可采用下列增加結構或構件的剛度的方法進行加固。（2）增加支撐形成空間結構并按空間結構驗算；加設支撐增加結構剛度，或者調整結構的自振頻率等以提高結構承載力和改善結構動力特性。（3）增設支撐或輔助桿件使結構的長細比減少以提高其穩(wěn)定性。（4）在排架結構中重點加強某一列柱的剛度，使之承受大部分水平力，以減輕其它柱列負荷。（5）在塔架等結構中設置拉桿或適度張緊的拉索以加強結構的剛度。2、對受彎桿件可采用下列改變其截面內力的方法進行加固。（1）改變荷載的分布，例如將一個集中荷載轉化為多個集中荷載。（2）改變端部支承情況，例如變鉸接為剛結。（3）增加中間支座或將簡支結構端部連接成為連續(xù)結構。（4）調整連

8、續(xù)結構的支座位置。（5）將結構變?yōu)閾螚U式結構。（6）施加預應力。3、軸壓構件的加固（1）穩(wěn)定系數中的缺陷，穩(wěn)定系數中的缺陷通過等效缺陷偏心系數e來表現，而根據力學缺陷的不同來區(qū)分a，b，c，d四種截面。因此，假如結構分析中已經更精確的考慮了幾何缺陷和截面焊接等缺陷，那么歐拉承載力可以直接應用于設計公式，而不再需要復雜的穩(wěn)定系數。（2）軸壓下的扭轉屈曲絕大部分的對稱截面，和饒非對稱軸的單軸對稱截面，它們饒弱軸的彎曲屈曲臨界力都低于扭轉臨界力，因此此時軸壓下一般可以不用考慮扭轉失穩(wěn)，而"十"字型的截面例外，需要通過局部穩(wěn)定來限制。（3）軸壓作用下的彎扭失穩(wěn)單軸對稱的截面饒對稱軸

9、總是發(fā)生彎扭屈曲，因為此時的臨界力最小，穩(wěn)定性差，因此需要按照規(guī)范的要求采用yz的長細比計算以考慮彎扭穩(wěn)定。非對稱截面則不宜用于軸壓。4、連接的加固與加固件的連接。鋼結構連接方法，即焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強度螺栓連接方法的選擇，應根據結構需要加固的原因、目的、受力狀況、構造及施工條件，并考慮結構原有的連接方法確定。鋼結構加固一般宜采用焊縫連接、摩擦型高強度螺栓連接，有依據時亦可采用焊縫和摩擦型高強度螺栓的混合連接。當采用焊縫連接時，應采用經評定認可的焊接工藝及連接材料。四、結束語鋼結構設計的穩(wěn)定性直接影響著鋼結構建筑的整體質量，加強對其的研究是非常有必要的。隨著鋼結構的發(fā)展，對設計者的要求也越來越高，及時了解鋼結構設計中出現的新問題，有助于提高設計的質量。總之，只有深入了解鋼結構設計的相關知識和相關問題才能使鋼結構穩(wěn)定理論設計不斷完善。