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    鋼結構穩定性設計的原則與要點
    瀏覽:409 發布日期:2019-03-15
      鋼結構自重輕、強度高、工業化程度高等優點,在建筑工程中得到了廣泛的應用,同時鋼結構建筑還符合國家的可持續發展戰略、發展鋼結構建筑對提高城市建設水平有很大作用。設計者應該注意對影響鋼的穩定性因素進行分析,特別是當有組件缺陷,殘余應力及其他不明朗因素時,設計者要小心處理。本文對鋼結構穩定性設計進行了探討。
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      鋼結構的穩定性能是決定其承載力的重要因素,設計者如果對相關計算和技術上處理不當,可能會導致鋼結構出現失穩,甚至坍塌。因此,設計者要注意分析造成鋼結構失穩的原因,特別是當構件存在初始缺陷、殘余應力等問題時,鋼結構設計者更加應當小心細致地處理。
      
      一、鋼結構設計的原則
      
      1、結構的整體布局需要綜合考慮整個建筑的穩定性
      
      當前的建筑行業設計主要以平面設計的圖形為主,比如一張工程設計圖紙中的框架設計就是依靠這種設計理念。為了保證整體建筑結構不會發生坍塌的現象,在建筑鋼結構設計中必須要合理布置一些基本支撐的體系。也就是說在鋼結構的平面設計布置中設定的穩定性必須要和建筑過程中的空間布置相一致。不僅僅是局限于平面上的穩定性,還要考慮到作為立體建筑物需要達到的穩定基礎等。
      
      2、結構計算的簡圖和實際手工計算圖紙要保持一致
      
      在當今的多層或者高層建筑設計中,通常會直接用框架結構來進行數據計算,而不是從鋼結構的穩定性出發來進行演算,在實際的計算中需要用到的框架柱結構計算,一般都會根據實際的框架柱的系數來得出,這樣才能保證鋼結構的整體穩定性。在具體的操作中,框架結構多種多樣,為了能滿足鋼結構設計的穩定性,需要設定一些具體的計算模板。在后期的計算中,可以套用固定的模板得出最可靠的數據。
      
      3、鋼結構構件的穩定計算要和內部細件的結構保持一樣
      
      在進行具體的數據計算中,要讓構造設計和構造計算的結果保持一致,除了一些主要的框架結構計算以外,對于鋼結構中一些細節處理也需要認真對待,比如鋼結構接頭位置的彎曲承受度,還有鋼結構桿件的偏心問題等。
      
      二、鋼結構穩定性設計的要點
      
      1、鋼結構節點連接的剛度設計要點
      
      在我國傳統的鋼結構設計中,很多設計人員為了省事和簡化鋼結構設計的過程,通常都會將鋼結構梁柱等之間的節點忽略不計,直接視為無縫鋼結構和完全剛接的狀態。理想鉸接表示的含義就是梁柱不能傳遞彎矩。完全剛接的含義主要指的是鋼結構框架發生擠壓變形以后,夾角是不變的形態。但是經過不斷的建筑過程實驗證明,并不是所有的鋼結構節點都可以忽略不計,不能完全將其視為理想鉸接或者完全剛接的狀態,應該定義為半剛接的性質。
      
      半剛接的特點具有理想鉸接和完全剛接的優勢,但是如果將它直接應用到一些鋼結構設計中,就會增加框架的側移壁,低估梁柱的承重能力。比如在杭州的一些大型公共建筑中,鋼結構設計的穩定性就顯得非常重要,外國語學校的新教學樓就采用了大量的鋼結構節點連接,才能形成目前扇形的完美結構外形。但是如果在設計中不考慮鋼結構節點連接的剛度設計,統一忽略為半剛接特點,往往會導致整體建筑鋼結構設計的不穩定性。
      
      2、同一個層柱的柱間距設計
      
      隨著現代建筑行業對于美學欣賞角度的轉變,越來越多的柱子機構的建筑形態誕生,很多人以前都覺得柱子就是一個單獨存在的支撐體,其實這種想法是錯誤的。柱子在任何的建筑設計中都不能單獨的存在,每一根柱子除了要承受自己能承受的重量以外,還要保持與周邊一些相連接的框架結構之間的銜接度,要時刻保持柱子本身因為這些外在建筑構造影響下的彈性范圍。一般情況下,如果一個建筑物發生傾斜的情況,并不是一根柱子會發生倒塌,而是所有的柱子都會發生傾斜或者倒塌的現象。所以在時間的測試過程中,設計師根據柱子之間的相互作用原理,改進了鋼框架穩定性的承載力計算公式,保證建筑工程中鋼結構設計的穩定性。
      
      3、輕型鋼的基礎和柱腳節點的設計分析
      
      基礎形式的選擇一般根據建筑物要修建的當地的地質情況和該建筑的建筑機構來綜合考慮。對于輕鋼結構的建筑來說,因為柱網的尺寸結構比較大,所以建筑物上層建筑的重力傳到柱腳節點的可能性比較小,一般都是獨立結構為主。如果要修建建筑物當地的地址情況比較不好,可以選用條形基礎或者柱基礎的形式,但是不會直接采用箱型基礎或者片筏基礎的模式。對于輕鋼結構基礎除了發生沖切或者剪切的破壞以外,因為還有較大水平方向的作用力,所以想要固定柱腳還需要較大的彎矩力,容易導致基礎建筑發生傾斜或者滑移的破壞現象。除此之外,對于一些半敞開式的建筑物來說,如果風載荷的作用力常年比較大,由于輕鋼結構的重力比較低,很容易發生因為風載荷力發生建筑物頂部被上拔破壞的現象。
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      為了阻止這些破壞現象的發生,最有利的措施就是加重基礎的深埋工作,對于一些輕鋼結構建筑來說,除了深埋的基礎措施以外,還需要加固建筑物主體和基礎之前的鏈接,即我們通常所說的地腳螺栓。在實施過程中,如果加固螺栓的位置離混凝土的邊緣位置太近,很容易發生劈裂或者沒有固定作用的結果,所以通常來說,加固地腳螺栓的位置一般都要和混凝土的邊緣保持150毫米的距離。同時如果錨栓長度太短,也不能起到固定作用,會因為外力加大導致錨栓被直接拔出,所以在實踐的操作中可以適當的增加錨栓的埋藏深度,保證基礎柱腳節點的穩定性。
      
      在實際的建筑過程中,柱腳也根據是否抵抗彎矩可以劃分為剛接柱腳和鉸接柱腳兩種方式。在每一個建筑工程中想要保證完全的一種柱腳模式是不太可能的,一般都會采用一半剛接一半鉸接柱腳的模式來進行。剛接和鉸接柱腳的主要區分在于錨栓的數量,對于剛接柱腳來說,一般使用兩個錨栓,對于鉸接柱腳來說,一般使用四個或者四個以上的錨栓。主要對于柱腳的區別在于側移的控制,如果建筑物對于側移要求比較嚴格,一般采用剛接柱腳的模式。比如在建筑過程中需要用到吊車的情況,一般都要使用剛接柱腳的方法,其余的情況中,一般都采用鉸接柱腳的方式。   4、穩定承載力的計算方法
      
      鋼結構框架的承載力擁有很多種計算方法,但是目前使用最廣泛的還是假想荷載法,而且這種計算方法不但在國內流行,對于歐洲和其他一些發達國家的建筑領域同樣適用,使用的范圍越來越廣泛。
      
      一般來說,假想水平力的計算原理主要為:初始的傾斜率讓鋼結構的框架遭受到力矩的作用,同時將這種作用轉化為等效水平力對無初始化傾斜框架的作用,這種從整體等價效應出發引發的水平力稱之為假想水平力。
      
      如果在建筑工程中可以假想合適的水平力,可以反映出建筑鋼結構中集合缺陷和塑性變形的綜合影響力,并在此基礎上利用假想水平力和實際負載的作用將鋼結構的框架當作理想的框架進行二度計算,并且根據二度計算和分析的內力對鋼結構的構件進行設計,從而免去了確定計算長度的復雜過程,還能更好的反映框架結構的承載力度。這種假想水平力對理想鋼框架進行彈性二度分析的方法,是介于現有的計算方法和比較明確的計算方法之間的一種模式,彈性二度計算方法比較簡單,和傳統的計算方法對比,也顯得更為經濟實用。
      
      總之,鋼結構的穩定性能是決定其承載力的重要因素,設計者如果對相關計算和技術上處理不當,可能會導致鋼結構出現失穩,甚至坍塌。因此,設計者要注意分析造成鋼結構失穩的原因,特別是當構件存在初始缺陷、殘余應力等問題時,設計者更加應當小心細致地處理,需要更多的考慮穩定性設計的問題,更好的來防范鋼結構失穩現象的發生,因此,鋼結構穩定性設計是當前需要重點研究的課題。

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