關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的概述

-畢業(yè)論文關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的概述——（門式鋼架結(jié)構(gòu)）部（系） 專業(yè)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師題目：關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的概述——（門式鋼架結(jié)構(gòu)）【摘要】：穩(wěn)定問題一直是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題之一，鋼結(jié)構(gòu)體系的廣泛應(yīng)用凸顯了穩(wěn)定問題研究的重要性和緊迫性。由于鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)、建造以及使用當(dāng)中存在著許多不確定性因素，所以引入可靠度分析必要的。本文從結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定的構(gòu)造、設(shè)計(jì)要求的角度對(duì)這一領(lǐng)域的研究進(jìn)行了評(píng)述。

【關(guān)鍵詞】穩(wěn)定性

鋼結(jié)構(gòu)體系

檁條布置

屋蓋支撐構(gòu)造目錄緒論………………4一．構(gòu)造要求………………………4（一）關(guān)于穩(wěn)定問題的概述……………………4（二）檁條的布置、連接與構(gòu)造………………4（三）屋蓋支撐………………5-7二．設(shè)計(jì)要求………………………7（一）選擇正確的鋼材質(zhì)量等級(jí)和焊縫質(zhì)量等級(jí)……………7（二）房屋的溫度區(qū)段內(nèi)應(yīng)按規(guī)范規(guī)定設(shè)置獨(dú)立的空間穩(wěn)定支撐體系……8（三）實(shí)腹式門式剛架應(yīng)按規(guī)范規(guī)定設(shè)置隅撐………………8（四）壓型鋼板輕型屋面的拉條的合理設(shè)置…………………8（五）抗震設(shè)計(jì)…………………9（六）建筑結(jié)構(gòu)防護(hù)……………9結(jié)論…………………9參考文獻(xiàn)…………10緒論隨著我國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量、生活要求的提高，一個(gè)日益壯大的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也面臨著在發(fā)展中的嚴(yán)肅要求，安全是結(jié)果，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是前提。因此，這些就要求我們在設(shè)計(jì)中把握更高的尺度，設(shè)計(jì)更安全的結(jié)構(gòu)。一：構(gòu)造要求1.1關(guān)于穩(wěn)定問題的概述鋼結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件除應(yīng)滿足強(qiáng)度及剛度條件外，還應(yīng)滿足穩(wěn)定條件，所謂穩(wěn)定，是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受荷變形后，所處平衡狀態(tài)的屬性。一個(gè)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)由外荷引起受壓或受剪時(shí)，隨著外荷的增加，構(gòu)件或結(jié)構(gòu)可能在喪失強(qiáng)度之前，就從穩(wěn)定的平衡狀態(tài)經(jīng)過臨界平衡狀態(tài)，進(jìn)入不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，從而喪失穩(wěn)定性。為保證結(jié)構(gòu)安全，要求所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。穩(wěn)定對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)是一個(gè)極為重要的問題。這是因?yàn)殇摬膹?qiáng)度高，組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件相對(duì)較長細(xì)，所用板件也比較薄，設(shè)計(jì)常常不少由強(qiáng)度控制而是由穩(wěn)定控制。工程史上，國內(nèi)外曾多次發(fā)生由于構(gòu)件失穩(wěn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌的重大事故。其中許多就是因?yàn)閷?duì)穩(wěn)定問題認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)布置不合理。例如門式鋼架的組成：柱、鋼梁、屋面連梁、屋面檁條、墻面檁條、隅撐、拉條、撐桿等。而使門式鋼架整體穩(wěn)定的要素是讓各個(gè)組成部分充分滿足其各種構(gòu)造要求。1．2檁條的布置、連接與構(gòu)造1.檁條在屋架上的布置和擱置：（1）為使屋架上弦桿不產(chǎn)生彎矩，檁條宜位于屋架上弦節(jié)點(diǎn)處。當(dāng)采用內(nèi)天溝時(shí)，邊檁應(yīng)盡量靠近天溝。（2）實(shí)腹式檁條的截面均宜垂直于屋面坡面。對(duì)槽鋼和Z形鋼檁條，宜將上翼緣肢尖（或卷邊）朝向屋脊方向，以減小屋面荷載偏心而引起的扭矩。（3）桁架式檁條的上弦桿宜垂直于屋架上弦桿，而腹桿和下弦桿宜垂直于地面。（4）脊檁方案：實(shí)腹式檁條應(yīng)采用雙檁方案，屋脊檁條應(yīng)在跨度1/3處用槽鋼、角鋼或圓鋼相互拉結(jié)。桁架式檁條在屋脊處采用單檁方案時(shí)，雖用鋼量教省，但檁條型號(hào)增多，構(gòu)造復(fù)雜，故一般采用雙檁為宜。2．檁條與屋面的連接：壓型鋼板，瓦楞鐵和石棉瓦應(yīng)與檁條可靠連接，以保證屋面能起阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)的作用，這對(duì)一般不需要驗(yàn)算整體穩(wěn)定性的實(shí)腹式檁條尤為重要。3.檁條與屋架的連接：檁條端部與屋架的連接應(yīng)能阻止檁條端部截面的扭轉(zhuǎn)，以增強(qiáng)其整體穩(wěn)定性。（1）實(shí)腹式檁條與屋架的連接處可設(shè)置角鋼檁托，以防止檁條在支座處的扭轉(zhuǎn)變形和傾覆。檁條端部與檁托的連接螺栓應(yīng)不少于兩個(gè)，并沿檁條高度方向設(shè)置。當(dāng)檁條高度較?。ㄐ∮?20mm），排列兩個(gè)螺栓有困難時(shí)，也可改為沿檁條長度方向設(shè)置。螺栓直徑根據(jù)檁條的截面大小，取M12-M16.當(dāng)屋面坡度與屋面荷載較小時(shí)，也可用鋼板直接焊于屋架上弦作為檁托。輕型H型鋼檁條，當(dāng)截面高度h＜200mm時(shí)，可直接用螺栓與屋架連接；當(dāng)截面高度h≥200mm時(shí)，需將下翼緣切去半肢設(shè)檁托與屋架連接。實(shí)腹式檁條與屋架的連接處也可采用搭接，此時(shí)檁條連續(xù)構(gòu)件設(shè)計(jì)。帶斜卷邊的Z形檁條可采用疊置搭接，卷邊C形檁條可采用不同型號(hào)的卷邊C形鋼套置搭接。搭接長度2a及其連接螺栓直徑，應(yīng)根據(jù)連續(xù)梁中間支座處的彎矩確定。在同一工程中宜盡量減少搭接長度的類型。（2）桁架式檁條一般用螺栓直接與屋架上弦連接。4.檁條的拉條和撐桿（1）拉條的設(shè)置檁條的拉條設(shè)置與否主要和檁條的側(cè)向剛度有關(guān)，對(duì)于側(cè)向剛度較大的輕型H型鋼和空間桁架式檁條有時(shí)不設(shè)拉條。對(duì)于側(cè)向剛度較差的實(shí)腹式和平面桁架式檁條，為了減小檁條在安裝和使用階段的側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)，保證其整體穩(wěn)定性，一般需在檁條間設(shè)置拉條，作為其側(cè)向支承點(diǎn)。當(dāng)檁條跨度≤4m時(shí)，應(yīng)在檁條跨中受壓翼緣設(shè)置一道拉條；當(dāng)跨度＞6m時(shí)，宜在檁條跨度三分點(diǎn)處各設(shè)一道拉條。在檐口處還應(yīng)設(shè)置斜拉條和撐桿。圓鋼拉條的直徑不宜小于10mm，可根據(jù)荷載和檁距大小取10mm或12mm。（2）撐桿的設(shè)置檁條撐桿的作用主要是限制檐口檁條和天窗缺口處邊檁向上或向下兩個(gè)方向的側(cè)向彎曲。撐桿的長細(xì)比按壓桿要求λ≤200，可采用鋼管、方管或角鐵做成。目前也有采用鋼管內(nèi)設(shè)拉條的做法，它的構(gòu)造簡單。撐桿處應(yīng)同時(shí)設(shè)置斜拉條。拉條和撐桿的截面應(yīng)按計(jì)算確定。（3）拉條和撐桿的連接拉條和撐桿與檁條腹板的連接處一般應(yīng)予彎折，彎折的直段長度不宜過大，以免受力后發(fā)生局部彎曲。斜拉條彎折點(diǎn)距腹板邊距宜為10-15mm，如條件許可，斜拉條可不彎折，而采用斜墊板或角鋼連接。斜拉條與屋架的連接，可在屋架上焊一短角鋼與斜拉條用螺帽連接。當(dāng)屋面坡度較小時(shí)，也可直接連接于檁條的檁托或端部的預(yù)留孔上（盡量靠近檁條底部）。為保證承重結(jié)構(gòu)在安裝和使用過程中的整體穩(wěn)定性，提高結(jié)構(gòu)的空間作用，減小屋架桿件在平面外的計(jì)算長度，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的形式、跨度、房屋高度、吊車噸位和所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度等設(shè)置支撐系統(tǒng)。1.3屋蓋支撐：屋蓋支撐系統(tǒng)包括橫向支撐、豎向支撐、縱向支撐和系桿（剛性系桿和柔性系桿）。設(shè)計(jì)屋蓋支撐時(shí)應(yīng)遵守以下原則：在設(shè)置有縱向支撐的水平面內(nèi)必須設(shè)置橫向支撐，并將二者布置為封閉型。所有橫向支撐、縱向支撐和豎向支撐均應(yīng)與屋架、托架、天窗架等的桿件或檁條組成幾何不變的桁架形式、在房屋每個(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。傳遞風(fēng)力、吊車水平力和水平地震作用的支撐，應(yīng)能使外力由作用點(diǎn)盡快傳遞到結(jié)構(gòu)的支座。柱距越大，吊車工作量越繁重，支撐的剛度應(yīng)越大。在地震區(qū)應(yīng)適當(dāng)增加支撐，并加強(qiáng)支撐節(jié)點(diǎn)的連接強(qiáng)度。支撐設(shè)置時(shí)可考慮大型屋面板（無檁體系）或檁條（有檁體系）的支撐作用，此時(shí)它們與屋架上弦應(yīng)有可靠連接。大型屋面板至少與屋架上弦有三點(diǎn)可靠焊接，同時(shí)屋面板的支承長度不得小于60mm。檁條與焊接于屋架上弦的檁托用螺栓連接。各種支撐的布置和形式：1.在所有屋架中均應(yīng)設(shè)置上弦橫向支撐。檁條一般可兼作支撐中的直撐，并與斜撐在交叉點(diǎn)處相連。由于屋架的下弦桿一般為拉桿，故當(dāng)屋架的跨度≤18m和吊車噸位≤5t時(shí),也可不設(shè)下弦橫向支撐,此時(shí),下弦桿在屋架平面外的長細(xì)比可用系桿來保證.凡屬下列情況之一者,宜設(shè)置屋架下弦橫向支撐:房屋較高,風(fēng)力較大,端墻風(fēng)力宜由屋架下弦平面?zhèn)髦林敃r(shí);房屋內(nèi)設(shè)有10t及以上橋式吊車時(shí);屋架下弦桿可能出現(xiàn)壓力,需設(shè)置系桿時(shí);屋架下弦有通長縱向支撐時(shí);上、下弦橫向支撐一般應(yīng)設(shè)于房屋兩端或伸縮縫區(qū)段兩端的第一個(gè)開間內(nèi)。當(dāng)房屋墻部不設(shè)屋架而以山墻承重時(shí)，支撐可縮進(jìn)第二開間設(shè)置。當(dāng)房屋單元兩端的橫向支撐間距較大時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況在房屋的中間開間內(nèi)增設(shè)支撐。支撐間的距離一般不宜大于60mm。1.3縱向支撐一般設(shè)置在屋架下弦平面內(nèi)，但三角形屋架也可設(shè)置在上弦平面內(nèi)；當(dāng)設(shè)于屋架上弦平面內(nèi)時(shí)，可利用檁條兼作縱向支撐中的直撐。屋架縱向支撐可參照下列情況設(shè)置：當(dāng)房屋較高，跨度較大，空間剛度要求較高時(shí)；柱距大于6m時(shí)；屋面剛度較差，吊車噸位Q≥20t時(shí)。1.3所有房屋均應(yīng)設(shè)置豎向支撐。豎向支撐應(yīng)與上、下弦橫向支撐設(shè)在同一開間內(nèi)。當(dāng)房屋跨度L≤30m時(shí)，可在屋架端部（梯形屋架）和中央設(shè)置一道，當(dāng)L＞30m時(shí)可適當(dāng)增加。豎向支撐當(dāng)高度≤2.5m時(shí)，可采用圖7-205（a）的形式；當(dāng)高度＞2.5m時(shí)，應(yīng)采用圖7-205（b）的形式。圖7-205豎向支撐的形式1.3與上、下弦橫向支撐或豎向支撐節(jié)點(diǎn)相連的系桿可作為屋架上、下弦的側(cè)向固定點(diǎn)，以減小上、下弦桿在屋架平面外的長細(xì)比。上弦系桿有時(shí)可用檁條代替。系桿可按下列情況和部位設(shè)置：豎向支撐所在平面的屋架下弦節(jié)點(diǎn)處；當(dāng)屋架下弦桿考慮以豎向支撐處的系桿作為支點(diǎn)后不能滿足其容許長細(xì)比的要求時(shí)，應(yīng)增設(shè)與下弦橫向支撐節(jié)點(diǎn)相連的系桿；當(dāng)支撐設(shè)在房屋單元兩端第二開間時(shí)，在端部第一開間的上、下弦應(yīng)增設(shè)剛性系桿。系桿有剛性（按壓桿設(shè)計(jì)）和柔性（按拉桿設(shè)計(jì)）兩種，除以上的端開間外：A：剛性系桿橫向和縱向支撐中的直桿，上弦屋脊處，屋架端部的上、下弦端節(jié)點(diǎn)處的系桿。B：柔性系桿除上述以外與橫向或豎向支撐相連節(jié)點(diǎn)處的系桿。二：設(shè)計(jì)要點(diǎn)1選擇正確的鋼材質(zhì)量等級(jí)和焊縫質(zhì)量等級(jí)

按照相關(guān)文件的要求，在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，必須標(biāo)明應(yīng)該使用的鋼材質(zhì)量等級(jí)（還包括相應(yīng)的焊接材料型號(hào)），并提出對(duì)焊縫的質(zhì)量要求。在具體工程項(xiàng)目的審查中，有些工程在焊接鋼結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)文件中，只注明材料采用Q235鋼或Q345鋼，卻沒有對(duì)鋼材料的質(zhì)量提出要求；有的工程項(xiàng)目對(duì)焊縫的質(zhì)量不提出要求，還有部分項(xiàng)目提出的要求不科學(xué)不合理。

在建筑鋼結(jié)構(gòu)房屋時(shí)使用的鋼材，必須具有國家關(guān)于鋼材的相關(guān)指標(biāo)的合格保證。在抗震設(shè)計(jì)中，當(dāng)焊接鋼結(jié)構(gòu)的鋼板厚度不小于40mm且承受沿板厚方向的拉力時(shí)，還要保證板厚方向截面收縮率符合相關(guān)規(guī)定要求的不低于Z15級(jí)。在地震多發(fā)地區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)所使用的鋼材，除了必須具備以上合格保證外，還須具有很強(qiáng)的沖擊韌性能力。對(duì)沖擊韌性的合格保證，要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)情況提出不同要求。為了達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)有安全儲(chǔ)備和高度的變形能力的目的，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）還對(duì)鋼材的抗各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)做出了詳細(xì)而明確的規(guī)定，這些指標(biāo)也必須寫到設(shè)計(jì)文件中。

通常來說，大部分鋼結(jié)構(gòu)均采用Q235B及以上等級(jí)的碳素結(jié)構(gòu)和Q345B及以上等級(jí)的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼作為受力構(gòu)件。這兩種鋼材有較強(qiáng)的沖擊韌性和較好的延性性能，能保證鋼結(jié)構(gòu)工程的穩(wěn)定性。對(duì)于其他的沒有質(zhì)量保證的鋼材是不能使用的，因?yàn)檫@種型號(hào)的鋼材沖擊韌性和延性性能達(dá)不到國家的標(biāo)準(zhǔn)要求，而且有些鋼材還保證不了焊接需要的要求。

在現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)中，鋼結(jié)構(gòu)連接的最基本方法是焊接連接，焊縫質(zhì)量的高低直接關(guān)系到整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程的安全，所以在鋼結(jié)構(gòu)的施工中一定要重視焊接質(zhì)量。一般來說，在一些重要的焊接方位焊接處的焊接質(zhì)量不能低于二級(jí)。而剩下的位置，一般都可以使用角焊接。因?yàn)榻呛缚p會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，很難進(jìn)行內(nèi)部探傷，這種焊接只能算是三級(jí)焊接，在某些關(guān)鍵部位的角焊縫，其外觀缺陷可以讓其達(dá)到二級(jí)焊接的要求。

2房屋的溫度區(qū)段內(nèi)應(yīng)按規(guī)范規(guī)定設(shè)置獨(dú)立的空間穩(wěn)定支撐體系

下面以門式剛架設(shè)計(jì)為例，探討支撐體系的錯(cuò)誤設(shè)置問題：

2.1將屋面橫向水平和柱間水平保持在同一個(gè)跨內(nèi)，這樣就能夠形成一個(gè)獨(dú)立的空間支撐體系，這樣有很好的抗震效果污染而且施工難度低。

2.2當(dāng)屋面橫向水平支撐的位置設(shè)在端部第二開間時(shí)，就需要設(shè)置剛性縱向系桿，設(shè)置的位置要保證可以使山墻風(fēng)荷可靠傳遞。

2.3合理安排屋面支撐應(yīng)與山墻抗風(fēng)柱的位置，使柱頂反力直接傳到屋面橫支撐節(jié)點(diǎn)上。

2.4屋面支撐和柱間支撐當(dāng)采用柔性圓鋼拉條時(shí)，有必要設(shè)置張緊裝置，在荷載較大的時(shí)候，這些柔性圓鋼拉條可以用型鋼去代替，這個(gè)問題在很多項(xiàng)目都沒能引起注意。

3實(shí)腹式門式剛架應(yīng)按規(guī)范規(guī)定設(shè)置隅撐

隅撐的作用是防止鋼梁受壓翼緣失穩(wěn)，相關(guān)文件規(guī)定，隅撐的布置習(xí)慣是隔一檁條一道，但因?yàn)橹圃旌褪┕さ脑?，施工時(shí)很有可能裝不上，所以鋼梁端部應(yīng)加布一道，但平面外計(jì)算長度還是兩個(gè)檁條間距，還有，鋼梁跨中由于風(fēng)吸的因素，下翼緣也有可能受壓，因此，隅撐應(yīng)沿梁満布。隅撐雖體積小但其作用很大，它能夠保證斜梁下翼緣的受壓或剛架柱內(nèi)側(cè)翼緣受壓穩(wěn)定。但是，但很多工程并沒有按照規(guī)定設(shè)置隅撐，或者設(shè)置的數(shù)量不足甚至不設(shè)置，這對(duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有很大的不良影響。當(dāng)山墻抗風(fēng)柱與剛架斜梁下翼緣連接時(shí)，連接處的斜梁下翼緣亦應(yīng)設(shè)置隅撐。

4壓型鋼板輕型屋面的拉條的合理設(shè)置

針對(duì)檁體系的壓型鋼板輕型屋面，為了減少檁條在使用階段和施工過程中的側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)，通常在檁條間要設(shè)置拉條（包括斜拉條和撐桿，以下同）作為檁條的側(cè)向支點(diǎn)，達(dá)到保證檁條的側(cè)向穩(wěn)定。當(dāng)檁條跨度大于4m時(shí)，應(yīng)在檁條跨中設(shè)置一道拉條；當(dāng)檁條跨距大于6m時(shí)，應(yīng)在檁條跨度三分點(diǎn)處各設(shè)一道拉條。拉條按拉桿設(shè)計(jì)，當(dāng)采用圓鋼時(shí)直徑不宜小于10mm。撐桿按壓桿設(shè)計(jì)，多采用鋼管或角鋼制作。圓鋼拉條通常設(shè)置在距檁條上翼緣1/3腹板高度范圍內(nèi)。當(dāng)風(fēng)吸力作用下檁條下翼緣受壓時(shí)，屋面板宜采用自攻螺釘直接與檁條連接，拉條則宜設(shè)在檁條下翼緣附近；當(dāng)屋面采用扣合式鋼板時(shí)，宜分別在距檁條上下翼緣1/3腹板高度范圍內(nèi)同時(shí)設(shè)置拉條。有的項(xiàng)目雖設(shè)拉條，但不設(shè)斜拉條撐桿；有的項(xiàng)目的拉條靠檐口的一端拉節(jié)點(diǎn)設(shè)在檁條上1/3范圍內(nèi)，靠屋脊的一端，拉節(jié)點(diǎn)設(shè)在檁條下1/3范圍內(nèi)。這些都是不正確的做法，會(huì)影響到整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

5抗震設(shè)計(jì)

關(guān)于抗震，鋼結(jié)構(gòu)房屋并沒有抗震等級(jí)的劃分，這一點(diǎn)是與混凝土房屋不同的?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)房屋應(yīng)根據(jù)設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度等各項(xiàng)工程數(shù)據(jù)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況調(diào)整不同的鋼結(jié)構(gòu)建筑參數(shù)，對(duì)不同的實(shí)際情況采取不同的抗震措施，達(dá)到抗震性能強(qiáng)的目的。鋼結(jié)構(gòu)工程的抗震主要是根據(jù)設(shè)防的等級(jí)和房屋的高度，控制框架柱和支撐的長細(xì)比，控制梁、柱及支撐桿件板件的寬厚比，控制鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)中的各項(xiàng)參數(shù)，還包括焊縫連接的質(zhì)量要求和其他具體施工的要求等。某些項(xiàng)目對(duì)板件寬厚比和支撐長細(xì)比控制不當(dāng)是施工圖設(shè)置中存在的主要問題，只按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB17—88）的要求去控制是不可以的，抗震設(shè)計(jì)時(shí)