概述鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算原則

1、<p>　　概述鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算原則</p><p>　　【摘要】只有處理好鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題，才能避免產(chǎn)生不必要的損失。本文介紹了鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)基本概念，設(shè)計(jì)的原則和特點(diǎn)，探討了設(shè)計(jì)步驟及思路。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性 設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p>

2、;<p><b>　　一、 前言 </b></p><p>　　隨著我國鋼產(chǎn)量的快速增長，經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對綠色環(huán)保型建筑的不斷要求，鋼材應(yīng)用于建筑主體結(jié)構(gòu)是歷史所趨，對用鋼政策由限制用鋼到合理用鋼到積極用鋼，我國正在加速發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，發(fā)展以標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，以專業(yè)化、社會(huì)化生產(chǎn)和商品化供應(yīng)為基本方向的現(xiàn)代化體制。 </p><p>　　二

3、、鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)基本概念 </p><p>　　1、鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與強(qiáng)度的區(qū)別 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度屬于應(yīng)力問題，指在穩(wěn)定平衡的狀態(tài)下，對單個(gè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件施加由荷載引發(fā)的最大應(yīng)力，是否突破建筑材料的強(qiáng)度極限。穩(wěn)定性則屬于變形問題，即找出結(jié)構(gòu)內(nèi)部抵抗力與外荷載之間的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，找出并設(shè)法避免鋼結(jié)構(gòu)變形的急劇增長。 </p><p>　　2、鋼結(jié)構(gòu)的失

4、穩(wěn)類型 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)問題分為分支點(diǎn)失穩(wěn)、極值點(diǎn)失穩(wěn)和躍越失穩(wěn)。如完善直桿軸心受壓時(shí)的屈曲和平板中面受壓時(shí)的屈曲，屬于分支點(diǎn)失穩(wěn)；當(dāng)建筑鋼材的偏心受壓構(gòu)建材料塑像發(fā)展到一定程度失去穩(wěn)定能力時(shí)，屬于極值點(diǎn)失穩(wěn)；躍越失穩(wěn)是喪失平衡之后接著進(jìn)入下一個(gè)穩(wěn)定平衡狀態(tài)。區(qū)分結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的性質(zhì)能夠保證估量結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力。 </p><p>　　三、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則。 </p>

5、;<p>　　1、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖和實(shí)用計(jì)算方法所依據(jù)的簡圖需要一致 </p><p>　　目前設(shè)計(jì)單層和多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)常不作框架穩(wěn)定分折而是代之以框架柱的穩(wěn)定計(jì)算。在采用這種方法時(shí)，計(jì)算框架柱穩(wěn)定時(shí)用到的柱計(jì)算長度系數(shù)，自應(yīng)通過框架整體穩(wěn)定分析得出，才能使柱穩(wěn)定計(jì)算等效于框架穩(wěn)定計(jì)算。但是在實(shí)際的建筑中，由于投資方的美觀和使用需要，施工單位會(huì)選擇不同類型的框架結(jié)構(gòu)，隨著設(shè)計(jì)的深入，相應(yīng)的建筑框架也

6、隨之復(fù)雜起來，設(shè)計(jì)師為了減少工作量，提高工作效率，需要適當(dāng)?shù)暮喕?jì)算工作，基于此，設(shè)計(jì)師需要設(shè)定一些典型條件。在實(shí)際工程中，框架計(jì)算簡圖和實(shí)用方法所依據(jù)的簡圖不一致的情況還可舉出以下兩種，即附有搖擺拄的框架和橫梁受有較大壓力的框架。這兩種情況若按規(guī)范的系數(shù)計(jì)算，都會(huì)導(dǎo)致不安全的后果。所以所用的計(jì)算方法與前提假設(shè)和具體計(jì)算對象應(yīng)該相一致。 </p><p>　　2、結(jié)構(gòu)整體布置必須考慮整個(gè)體系以及組成部分的穩(wěn)定性

7、</p><p>　　目前結(jié)構(gòu)大多數(shù)是按照平面體系來設(shè)計(jì)的。保證這些平面結(jié)構(gòu)不致出平面失穩(wěn)，需要從結(jié)構(gòu)整體布置來解決，即設(shè)計(jì)必要的支撐構(gòu)件。同時(shí)由平面桁架組成的塔架，需要注意桿件的穩(wěn)定和橫隔設(shè)置之間的關(guān)系。 </p><p>　　3．鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)特點(diǎn)。 </p><p>　?。?）穩(wěn)定性整體分析：桿件能否保持穩(wěn)定牽涉到結(jié)構(gòu)的整體。穩(wěn)定分析必須從整體著眼。 <

8、/p><p>　?。?)穩(wěn)定計(jì)算的其它特點(diǎn)：在彈性穩(wěn)定計(jì)算中，首先要做的就是二階分析，其次，普遍用于應(yīng)力問題的迭加原理．在彈性穩(wěn)定計(jì)算中不能應(yīng)用。 </p><p>　　（3)失穩(wěn)和整體剛度：現(xiàn)行規(guī)范通用的軸心壓桿的穩(wěn)定計(jì)算法是臨界壓力求解法和折減系數(shù)法。隨著新型鋼結(jié)構(gòu)體系地不斷發(fā)展，對穩(wěn)定問題的研究要求也不斷地提高，之所以在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題，另一個(gè)重要原因就是對新型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定知之甚少。

9、</p><p>　　四、設(shè)計(jì)步驟及思路 </p><p>　　1、結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置 </p><p>　　結(jié)構(gòu)選型時(shí)，應(yīng)考慮它們不同的特點(diǎn)。在輕鋼工業(yè)廠房中，當(dāng)有較大懸掛荷載或移動(dòng)荷載，就可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架?；狙捍蟮牡貐^(qū)，屋面曲線應(yīng)有利于積雪滑落(切線5O度內(nèi)需考慮雪載)，建筑允許時(shí)，在框架中布置支撐會(huì)比簡單的節(jié)點(diǎn)剛接的框架有更好的經(jīng)濟(jì)性。而屋面覆

10、蓋跨度較大的建筑中，可選擇構(gòu)件受拉為主的懸索或索膜結(jié)構(gòu)體系 高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常采用鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，在地震烈度高或很不規(guī)則的高層中，不應(yīng)單純?yōu)榱私?jīng)濟(jì)去選擇不利抗震的核心筒加外框的形式。宜選擇周邊巨型SRC柱，核心為支撐框架的結(jié)構(gòu)體系。我國半數(shù)以上的此類高層為前者。對抗震不利。結(jié)構(gòu)的布置要根據(jù)體系特征，荷載分布情況及性質(zhì)等綜合考慮。一般的說要?jiǎng)偠染鶆?。力學(xué)模型清晰。盡可能限制大荷載或移動(dòng)荷載的影響范圍，使其以最直接的線路傳遞到基礎(chǔ)。柱間

11、抗側(cè)支撐的分布應(yīng)均勻。其形心要盡量靠近側(cè)向力(風(fēng)震)的作用線。否則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應(yīng)有多道防線。比如有支撐框架結(jié)構(gòu)，柱子至少應(yīng)能單獨(dú)承受1／4的總水平力?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的樓層平面次梁的布置，有時(shí)可以調(diào)整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁，但是這會(huì)使主粱截面加大，減少了</p><p><b>　　2、預(yù)估截面 </b></p><p>

12、;　　結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，需對構(gòu)件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據(jù)荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1／20～1／50之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按1／b限值確定時(shí)，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)雜計(jì)算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定預(yù)估。柱截面按長細(xì)比預(yù)估。通常50< <150，簡單選擇值在10

13、0附近。根據(jù)軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同，可選擇鋼管或H型鋼截面等。 </p><p><b>　　3、結(jié)構(gòu)分析 </b></p><p>　　目前鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)分析通常為線彈性分析，新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能。這為更精確的分析結(jié)構(gòu)提供了條件。并不是所有的結(jié)構(gòu)都需要使用軟件：典型結(jié)構(gòu)可查力學(xué)手冊之類的工具書直接獲得內(nèi)力和變

14、形。簡單結(jié)構(gòu)通過手算進(jìn)行分析。復(fù)雜結(jié)構(gòu)才需要建模運(yùn)行程序并做詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析。 </p><p><b>　　4、構(gòu)件設(shè)計(jì) </b></p><p>　　構(gòu)件的設(shè)計(jì)首先是材料的選擇。比較常用的是0235(類似A3)和Q345(類似16Mn)。通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理。經(jīng)濟(jì)考慮，也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的組合截面。當(dāng)強(qiáng)度起控制作用時(shí)，可選擇Q345；穩(wěn)定控制時(shí)，

15、宜使用Q235．當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件，都提供截面驗(yàn)算的后處理功能。由于程序技術(shù)的進(jìn)步，一些軟件可以將驗(yàn)算時(shí)不通過的構(gòu)件，從給定的截面庫里選擇加大一級。并自動(dòng)重新分析驗(yàn)算，直至通過，如sap2009等。這是常說的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能之一。它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量。 </p><p><b>　　5、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之

16、一。在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致，這必須避免 按傳力特性不同，節(jié)點(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接。初學(xué)者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者。常用的參考書有豐富的推薦的節(jié)點(diǎn)做法及計(jì)算公式連接的不同對結(jié)構(gòu)影響甚大。比如，有的剛接節(jié)點(diǎn)雖然承受彎矩沒有問題，但會(huì)產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動(dòng)，不符合結(jié)構(gòu)分析中的假定。會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工程變形大于計(jì)算數(shù)據(jù)等的不利結(jié)果。 </p>

17、<p><b>　　6、圖紙編制 </b></p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖分設(shè)計(jì)圖和施工詳圖兩階段，設(shè)計(jì)圖為設(shè)計(jì)單位提供，施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計(jì)圖編制，有時(shí)也會(huì)由設(shè)計(jì)單位代為編制。由于近年鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目增多和設(shè)計(jì)院鋼結(jié)構(gòu)工程師缺乏的矛盾，有設(shè)計(jì)能力的鋼結(jié)構(gòu)公司參與設(shè)計(jì)圖編制的情況也很普遍。 </p><p>　?。?）設(shè)計(jì)圖：是提供制造廠編制

18、施工詳圖的依據(jù)。深度及內(nèi)容應(yīng)完整但不冗余。在設(shè)計(jì)圖中，對于設(shè)計(jì)依據(jù)、荷載資料(包括地震作用)、技術(shù)數(shù)據(jù)、材料選用及材質(zhì)要求、設(shè)計(jì)要求(包括制造和安裝、焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)的等級、涂裝及運(yùn)輸?shù)?、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件截面選用以及結(jié)構(gòu)的主要節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等均應(yīng)表示清楚，以利于施工詳圖的順利編制，并能正確體現(xiàn)設(shè)計(jì)的意圖。主要材料應(yīng)列表表示 </p><p>　?。?）施工詳圖：又稱加工圖或放樣圖等。深度須能滿足車間直接制造加工。不完全相同

19、的另構(gòu)件單元須單獨(dú)繪制表達(dá)，并應(yīng)附有詳盡的材料表。設(shè)計(jì)圖及施工詳圖的內(nèi)容表達(dá)方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個(gè)設(shè)計(jì)單位之間及其與鋼結(jié)構(gòu)公司之間不盡相同。 </p><p><b>　　結(jié)論 </b></p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)住宅是我國未來住宅的發(fā)展方向，它的穩(wěn)定性問題至關(guān)重要。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性能，加強(qiáng)對新型結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和了解，并隨時(shí)分