淺談建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性原則

淺談建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性原則和設(shè)計(jì)要點(diǎn)摘要：新時(shí)代，我國(guó)工業(yè)迅猛發(fā)展，需要越來越多的廠房，給建筑行業(yè)帶來了挑戰(zhàn)。鋼結(jié)構(gòu)受到當(dāng)代人們的廣泛認(rèn)可，被應(yīng)用于各種類型的建筑物建設(shè)過程中，相比于傳統(tǒng)磚石、砼結(jié)構(gòu)，其具有力學(xué)、材料等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。通過分析鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況可知，在建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性十分重要。關(guān)鍵詞：建筑工程；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì);光明文化藝術(shù)中心項(xiàng)目引言：建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)乎到建筑物穩(wěn)定性，對(duì)建筑質(zhì)量具有較高影響，因此，研究穩(wěn)定性設(shè)計(jì)原則與要點(diǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義。通過規(guī)范、科學(xué)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)能夠充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)作用，增強(qiáng)建筑工程安全性、穩(wěn)固性，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性概述建筑工程鋼結(jié)構(gòu)具有多樣性特點(diǎn)，其穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，即鋼結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)部分，開展該部分設(shè)計(jì)工作時(shí)需要重點(diǎn)分析鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形，導(dǎo)致未承載部分荷載，進(jìn)而引發(fā)穩(wěn)定性問題。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求多種結(jié)構(gòu)吻合，若局部出現(xiàn)設(shè)計(jì)瑕疵會(huì)影響其他部分。另外，鋼結(jié)構(gòu)由眾多構(gòu)件組成，因此其若出現(xiàn)整體失穩(wěn)情況，會(huì)影響其他構(gòu)件。2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性原則2.1結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)原則鋼結(jié)構(gòu)較為特殊，其設(shè)計(jì)工藝相對(duì)復(fù)雜，在開展設(shè)計(jì)工作時(shí)需要依托于信息技術(shù)檢測(cè)質(zhì)量，只有在確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)的情況下才能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)圖紙運(yùn)用于建筑工程實(shí)際施工中。實(shí)施檢測(cè)工作時(shí)需要將鋼結(jié)構(gòu)水平承載、抗震系數(shù)以及結(jié)構(gòu)阻尼比等作為參數(shù)，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)自然環(huán)境，確定其水平荷載系數(shù)，進(jìn)而保證水平層面穩(wěn)固。鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固十分重要，保證整體穩(wěn)固是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，不管應(yīng)用何種設(shè)計(jì)技術(shù)，必須將穩(wěn)定性置于首位。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)其穩(wěn)定性有重要影響，容易埋下安全隱患，嚴(yán)重的甚至可能引發(fā)安全事故?；诖耍O(shè)計(jì)師必須樹立安全意識(shí)，應(yīng)用科學(xué)、規(guī)范、合理的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以形成更多優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。2.2剪力調(diào)整設(shè)計(jì)原則目前，建筑工程形態(tài)愈加復(fù)雜，不對(duì)稱設(shè)計(jì)廣泛存在于建筑施工中，其逐漸形成了一種建筑潮流，因此，斜柱使用頻率越來越高，斜柱相較于垂直構(gòu)件其具有一定的傾斜角度，想要保證建筑物穩(wěn)定就必須設(shè)計(jì)一定的剪力。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)具體內(nèi)容時(shí)，通常會(huì)為了簡(jiǎn)便，將垂直構(gòu)件表述為柱子，將斜柱表述為斜桿，這種設(shè)計(jì)方式雖然不會(huì)影響建筑物實(shí)際穩(wěn)定性，但若調(diào)整剪力容易受到干擾。于斜柱來講，它具有水平受力的功能，但是垂直向也需要荷載，若設(shè)計(jì)師忽略了垂直向的荷載，則會(huì)造成剪力誤差，進(jìn)而影響建筑工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性?；诖?，設(shè)計(jì)師在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，結(jié)合建筑工程實(shí)際狀態(tài)，若需要進(jìn)行剪力設(shè)計(jì)，必須堅(jiān)持剪力調(diào)整設(shè)計(jì)原則，針對(duì)具體施工狀態(tài)靈活調(diào)整剪力，進(jìn)而保障鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。2.3強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)原則若鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有實(shí)效性，質(zhì)量較高，則若水平承載過大或者需要強(qiáng)力荷載，塑性鉸會(huì)出現(xiàn)在梁上，但若其設(shè)計(jì)質(zhì)量較低，其會(huì)出現(xiàn)在柱子上?；趶?qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)原則能夠增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)抗壓能力，以提高強(qiáng)力下的鋼結(jié)構(gòu)荷載能力，使其能夠快速恢復(fù)到正常狀態(tài)。目前鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在設(shè)計(jì)方面需要對(duì)其進(jìn)行分析與計(jì)算，進(jìn)而保證塑性鉸能夠呈現(xiàn)在梁上。需要構(gòu)造與計(jì)算相一致，在設(shè)計(jì)時(shí)要求計(jì)算結(jié)構(gòu)與實(shí)際構(gòu)造相一致，特別是注意鋼結(jié)構(gòu)的抗震效果，要求其性能與建筑工程結(jié)構(gòu)相符。3.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)3.1材料選擇設(shè)計(jì)師在開展鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇高品質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)材料，要求其與焊縫等級(jí)相匹配，在開始設(shè)計(jì)前，應(yīng)當(dāng)制定科學(xué)、規(guī)范的設(shè)計(jì)計(jì)劃，了解設(shè)計(jì)計(jì)劃中對(duì)鋼材、焊縫等質(zhì)量的要求，進(jìn)而選擇適宜的鋼材。在選擇與采購(gòu)鋼材的過程中應(yīng)以選擇屈服強(qiáng)度、抗拉伸性能等高的材料，達(dá)到實(shí)際施工要求。在進(jìn)行焊縫施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)明確施工要求，應(yīng)用先進(jìn)的施工技術(shù)，進(jìn)而確保施工質(zhì)量。另外，當(dāng)兩種不同鋼號(hào)焊接時(shí),宜采用與強(qiáng)度較低鋼號(hào)匹配的焊條或焊絲。承受直接動(dòng)荷載的焊接連接或重要的厚板焊接等宜選用低氫型焊條。最后，焊絲焊劑按以下要求選用,選用時(shí)應(yīng)根據(jù)焊接工藝的具體情況作出適當(dāng)修正,必要時(shí)通過試驗(yàn)確定。(1)焊絲應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《熔化焊用鋼絲》GB/T14957、《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》GB/T8110及《碳鋼藥芯焊絲》GB/T10045、《低合金鋼藥芯焊絲》GB/T17493的規(guī)定。(2)埋弧焊用焊絲和焊劑應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑》GB/T5293、《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》GB/T12470的規(guī)定。3.2結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)師在開展鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)需要重視結(jié)構(gòu)形式的選擇工作。鋼結(jié)構(gòu)形態(tài)對(duì)建筑工程施工目標(biāo)的達(dá)成和設(shè)計(jì)圖紙的落實(shí)具有重要影響。鋼結(jié)構(gòu)選型期間，應(yīng)當(dāng)結(jié)合設(shè)計(jì)方案，立足于鋼結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)考慮力學(xué)關(guān)系，做好選型工作，進(jìn)而保證鋼結(jié)構(gòu)建筑物穩(wěn)定性。同時(shí)，承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度各硫、磷含量的合格保證,對(duì)焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證.焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證.抗震設(shè)計(jì)時(shí),鋼材應(yīng)符合以下規(guī)定:(1)鋼材的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)大于0.85;(2)鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺(tái)階,且伸長(zhǎng)率不應(yīng)小于20%;(3)鋼材應(yīng)有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。3.3構(gòu)件設(shè)計(jì)構(gòu)件設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，需要保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范性與合理性，結(jié)合施工技術(shù)要求，采購(gòu)適宜的材料，保證施工順利開展，在設(shè)計(jì)其主體框架時(shí)，往往需要應(yīng)用同一材質(zhì)。此外，為了控制工程造價(jià)，亦可綜合選用施工材料，要求材料能夠達(dá)到相關(guān)技術(shù)要求。具體而言，鋼材強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)大于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在施工環(huán)節(jié)進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保信息技術(shù)的先進(jìn)性，不斷對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和更新，做好鋼結(jié)構(gòu)截面處理與計(jì)算工作，對(duì)截面進(jìn)行有效優(yōu)化，同時(shí)有助于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程[1]。3.4涂裝設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的防腐、防火涂裝設(shè)計(jì)施工具有提高鋼結(jié)構(gòu)壽命、提升其性能的作用，應(yīng)當(dāng)保證鋼結(jié)構(gòu)具有避免受到火、酸性物質(zhì)等的干擾。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，設(shè)計(jì)師通常會(huì)選擇在表層先涂抹防腐涂料，之后再涂抹防火涂料；在內(nèi)層融合使用二者，以及在關(guān)鍵部分混合使用二者，應(yīng)當(dāng)避免涂料相互間出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)。在涂裝涂料時(shí)應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行除銹工作，可以使用設(shè)備處理，注意清潔鋼材表層雜質(zhì)，例如灰、油污等。3.5節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)有助于提高建筑工程的安全、穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)重視節(jié)點(diǎn)施工監(jiān)管工作，設(shè)計(jì)適宜、科學(xué)的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)注重考量鋼結(jié)構(gòu)施工要求以及對(duì)設(shè)計(jì)有所影響的因素，進(jìn)而制定科學(xué)、合理的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出穩(wěn)固的鋼結(jié)構(gòu)。開展設(shè)計(jì)工作的過程中應(yīng)當(dāng)結(jié)合施工設(shè)計(jì)要求，科學(xué)選擇節(jié)點(diǎn)處，通過把握施工技術(shù)，以使節(jié)點(diǎn)與建筑工程設(shè)計(jì)要求相符。同時(shí)，焊接工作應(yīng)在焊接工程師指導(dǎo)下進(jìn)行,應(yīng)編制焊接工藝文件,并采取相應(yīng)措施使結(jié)構(gòu)的焊接變形和殘余應(yīng)力減到最小.厚板焊接時(shí),應(yīng)注間嚴(yán)格控制焊接順序,防止產(chǎn)生厚度方向上的層狀撕裂.在施工中嚴(yán)格按照工藝文件中的規(guī)定的焊接方法、工藝參數(shù)、施焊順序等進(jìn)行,并應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661及《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50755的規(guī)定[2]。4.應(yīng)用實(shí)例光明文化藝術(shù)中心位于深圳市光明區(qū)觀光路與創(chuàng)投路交匯處北側(cè)。本工程由深圳市光明區(qū)建筑工務(wù)局興建，建筑面積13萬㎡，整個(gè)項(xiàng)目由五個(gè)功能區(qū)組成，分別為演藝中心、城市規(guī)劃展覽館、美術(shù)館、圖書館、文化綜合中心。該工程鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約為8300噸，使用到鋼結(jié)構(gòu)的主要區(qū)域有：圖書館與城市規(guī)劃展廳為一座3層15.6m高桁架（連廊1）強(qiáng)連接，最大跨度為56m，城市規(guī)劃展廳與演藝中心為一座單層9m高桁架（連廊2）強(qiáng)連接，最大跨度為49m，城市展廳各層、美術(shù)館部分大跨度區(qū)域、美術(shù)館與圖書館連接區(qū)域、演藝中心大跨度樓面及屋面區(qū)域等。本工程所使用鋼材的強(qiáng)度等級(jí)主要有：Q235、Q345、Q420等。主要的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括：鋼梁、鋼骨梁、鋼骨柱、鋼管混凝土柱、鋼骨剪力墻、鋼桁架、鋼筋桁架樓承板等。大桁架鋼結(jié)構(gòu)采用液壓整體提升，大桁架鋼結(jié)構(gòu)由2榀縱向主桁架（HJ1～2）和其間次梁結(jié)構(gòu)組成，主桁架的弦桿和腹桿均為箱型構(gòu)件，次梁為H型截面。此部分鋼結(jié)構(gòu)最大標(biāo)高為+32.750m，桁架自身高度16.6m，HJ-1跨度51.2m，HJ-2跨度56.35m，提升高度為17.15m，提升重量為1700t。鋼結(jié)構(gòu)提升單元在其投影面正下方的地面上拼裝為整體，同時(shí)，利用兩榀主桁架預(yù)裝段設(shè)置提升牛腿（上吊點(diǎn)），共4組。每組上吊點(diǎn)處配置2臺(tái)YS-SJ-405型液壓提升器，共8臺(tái)液壓提升器。在提升單元的桁架下弦桿與上吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置處安裝提升臨時(shí)牛腿（下吊點(diǎn)），上下吊點(diǎn)間通過專用底錨和專用鋼絞線連接，利用液壓同步提升系統(tǒng)將鋼桁架結(jié)構(gòu)提升單元一次性提升至安裝標(biāo)高處，進(jìn)行主桁架對(duì)接以及后裝桿件的安裝。鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)時(shí)，為配合現(xiàn)場(chǎng)安裝需要，將部分構(gòu)件設(shè)計(jì)成后裝段，并且在提升上下吊點(diǎn)內(nèi)部設(shè)計(jì)額外加勁板，保證在提升時(shí)無應(yīng)力變形。該項(xiàng)目大桁架在整體提升后，鋼構(gòu)接口偏差在5mm以內(nèi)，且在提升過程中對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)?？梢哉f該項(xiàng)目在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)過程中，充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)安裝方案，進(jìn)行局部加強(qiáng)，不但節(jié)省整體建造成本，也滿足規(guī)范要求，是一個(gè)成功的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用案例。結(jié)論：簡(jiǎn)而言之，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，進(jìn)