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钢结构资讯

浅议建筑钢结构的稳定性设计

编辑:李喃 澳门巴黎人线上娱乐:规划设计 时间:2017-03-14 11:33:35

摘要:近年来随着世界经济的快速发展,我国的经济水平也随之快速提升。随着经济的发展我国各行各业随之不断的建设,尤其是我国的建筑行业也在不断前进,而建筑钢结构由于其优越性使得其在建筑行业中被大量的应用,但是随着建筑钢结构的不断应用,人们发现建筑钢结构的稳定性在应用时对建筑钢结构的应用起着至关重要的作用。因而,本文在这一基础上,对建筑钢结构的稳定性进行了深入的分析,通过对钢结构稳定型设计的研究,希翼在节约建筑成本的前提下,提高建筑钢结构施工的工作效率以及结构的使用与耐久性。

一、钢结构技术发展

    自建国以来,我国钢铁产量直处于持续增加中,尤其是改革开放后,我国的钢产量都会以每年300万吨以上的增速不断发展,这样迅速的钢产量增长,使得我国成为世界上钢大国之一,随之而来我国钢结构建筑也随之不断发展。但是由于我国钢结构建筑起步较晚,对其了解并不充分,这就使得我国钢结构建筑的发展较为滞缓。根据不完全统计,我国现阶段大部分特色钢结构建筑均为外国设计师的作品,国内的独立设计较少。但同时,为了提高我国钢结构建筑物的建设量,我国在部分钢结构建筑建设时急于求成,在对钢结构常识并没有充分了解的情况下就进行建筑设计与建造,使得我国建筑并没有得到进步,反而发生了退后[1]。在这些过速发展的建筑中由于钢结构设计不成熟,使得建筑钢结构失稳,导致最终建筑寿命的缩短,建筑业发展不前,因而,为了更好地发展我国建筑行业,关于建筑钢结构失稳以及如何让通过设计使建筑稳定提高,已经变成我国现阶段建筑研究的一个重要力面,其解决也变得迫在眉睫[2].

二、钢结构稳定性的概念以及分析方法

建筑的钢结构在受到外界干扰力的作用下能否迅速的恢复到建筑最初的平衡状态被人们称之为钢结构的稳定设计。在受到外界作用力的影响下,建筑钢结构往往会由于结构失稳,即建筑钢结构构建由原有平衡状态转移为另一个平衡状态,导致建筑平衡发生变化,使建筑的结构受到破坏,影响建筑的使用寿命,因而,为了提高建筑的使用寿命,人们逐渐开始对钢结构建筑稳定性分析加强了重视,随着对结构的受力分析及计算的不断进步,人们对建筑钢结构的研究开始建立在由外部负载作用,从而导致结构变形的基础上进行的。由于通常状态下建筑钢结构受到的外部负载作用以及和钢结构的失稳受力状态经过分析,发现其均为非线性受力曲线,因而,大家不难发现,现阶段建筑的钢结构的分析曲线均是建立在几何非线性分析的基础上的〕因而,如何对建筑钢结构的“屈曲”以及“极限”进行分析,是判断建筑钢结构承载力的关键,也是建筑钢结构稳定性分析中至关重要的一环。


三、钢结构设计失稳的原因

  (一)结构设计缺乏深度

    我国建筑设计相关法令中虽然对建筑设计人员进行了严格的界定:建筑设计人员必须为由专业资格的相关经验。但由于现阶段我国大多数设计单位设计能力不足,设计水平远远不足,同时,由于大部分单位的建筑钢结构设计人员都是刚刚毕业的应届毕业生,这些设计人员在设计过程中由于缺乏相关的实际工程建设经验,同时单纯的死学书本中的常识,并没有对相关理论常识有一个很好的掌握,书本无法与实际相结合,导致最终的建筑钢结构设计深度不足,也往往不会深人考虑建筑钢结构与设计稳定性以及安全性相关问题,这些种种的原因导致显然他们的设计水平无法达到建筑设计应有的标准,同时,显而易见的大家可以发现这些设计单位虽然即使可以以设计出建筑钢结构,但是其设计水平是远远达不到相应的设计标准的。


  (二)设计剪力调整不均匀

目前,我国建筑行业的发展速度是非常快速的,同时建筑的设计也变得越来越复杂化,新型的不对称建筑被大量建设,由于这股不对称建筑建设风潮的来到,导致现在建筑中倾斜现象常常发生,这种不对称建筑与正统的垂直建筑相比而台,其倾斜现象更为突出,过度的倾角也对建筑钢结构构件的剪力有更加严格的要求。但国内的建筑师在对建筑进行钢结构设计时,为了对设计进行简化处理,常常将垂直的结构构件简化为柱子,将倾斜的斜柱视为斜杆,这样的简化从建筑物的整体角度而言,对建筑整体的稳固性影响并不是十分巨大,但是在调整枢架柱的剪力过程中,就会产生严重的建筑设计影响,这是由于斜柱在这个过程中不仅要作为水平方向的支撑,同时其在竖直方向上也仍需要相应的支撑荷载,这一部分的荷载忽略则会时建筑的整体剪力计算带来极大的影响川〕因而,设计人员在设计过程中应该时时根据建筑的建设需要以及设计要求,对建筑物钢结构件剪力进行不断调整计算,使建筑钢结构的稳定性被更好地发挥出来。


  (三)强柱弱梁的设计

    根据国家相关规范及标准的要求,在对建筑钢结构的弱梁进行设计时,需要对其进行弹塑性的分析以及重点计算,因为,在设计过程中应该对钢结构建筑的柱以及梁之问的整体性进行综合考虑。通过长期的研究,人们发现合理而安全的钢结构设计,需要满足在面临无论是强震亦或是建筑构件承受水平荷载较大的情况下时,建筑钢结构中的塑性铰通常情况下是出现在梁上而非出现在建筑钢结构柱子上,这样的塑性铰可以有效保证钢结构的整体性不至于瞬问被破坏,使得整个建筑的结构具有较强的整体抗压性,并目更加较为容易的使建筑恢复到初始的形态,对建筑整体有一个较好的保护性,但是先进设计往往对这一点进行了普遍性的忽略,使得建筑钢结构在后期使用上长期失稳,尤其在抵抗外力作用下时这一点更为明显,因而,在后期的建筑钢结构设计中应该对强柱弱梁的设计加以注意。


  (四)钢材自身设计选择的缺陷

    现阶段,由」飞我国的钢材生产量压大,同时由于钢材在制造过程中是经过包

括冶炼、浇筑以及轧制等多种手法、多个环节控制的,因而,压大的产量以及如此多的环节控制都是导致现阶段我国钢材质量参差不一的原因之一。但从整体而言,影响钢材使用的两大主要原因有两方面,一方面由于钢材在制造过程中由于涉及碳、锰、硅等有益于钢材质量的元素又包含硫、磷、氧、氮等多种有害儿素,这些有益元素以及有害元素的共同作用使得刚才在化学成分构成上就存在这一定的差异性以及不足,另一方面,由于钢材自身的耐热能力以及耐腐蚀能力就相对较弱,在建筑钢结构的长期使用过程中,由于反复使用。稳定性反复发生变化使得建筑钢结构产生裂纹,建筑钢结构的稳定性最终受到极大的破坏。


四、钢结构稳定性增加的相关设计方法

  (一)增强对总体稳定性分析

    为了更好地适应现阶段我国的建设需求,大力加强建筑钢结构的稳定分析,这就要求大家在实际设计过程中,不要局限J飞单一的结构设计思路上来,要将建筑钢结构设计与施工进行充分有效结合。由于每个建筑设计要求的不同,其在结构设计过程中也存在着很多的不同,但总体而,,为了增强建筑的整体稳定性,在设计中应该尽量选择技术较为成熟的对称性结构设计。除此之外,在设计过程中,为了保证建筑的稳定性,要对建筑包括抗震系数、水平荷载系数等在内的多种设计指标进行综合考虑,反复校验,在进行多项比较后,确定合格适用的建筑钢结构设计力方案[3]。


  (二)加强静力分析以及动力分析

    对建筑刚结构的稳定分析可以分为静力分析以及动力分析这两大力面,因而,在对建筑钢结构的实际设计过程中,应该充分考虑到工程的实际状况,通过对静力分析以及动力分析的综合考虑,全面有效的对钢结构的稳定性进行有效地保障静力分析是静力平衡法的简称,通过将受到微小形变后的钢结构受力进行分析,而后建立平衡微分方程,通过综合计算得出最终的临界载荷〕而动力分析法的设计原理在于当建筑钢结构体系维持在平衡转台下,一旦谁对建筑施加微小的干扰以后,建筑钢结构体系就会马上出现震动,在这种震动状况下,建筑钢结构的变形以及振动的相关加速度均会与建筑刚结构的荷载有着密切的关系,一旦当结构受到的荷载低于结构稳定的极限荷载值时,由于加速度与变形的方向相反,因而,最终当干扰消失后,建筑钢结构由运动变为静止后,建筑钢结构再次恢复静止,通过利用这种原理进行计算与设计后,随即可以得出临界载荷[4].


  (三)增加节点连接设计中的稳定性分析

    在过去的建筑钢结构计算中,由于设计人员为了对设计流程进行简化,通常会将建筑钢结构中的相关柱梁连接简化为刚性连接或者理想的铰接。但是,一方面,一旦将这些梁柱连接简化为刚性连接,则由于其夹角不会发生形变这一显著的缺点;另外一方面,如果将结构的梁柱视为理想化的铰接那么在后期计算中这些梁柱则不会对建筑钢结构的弯矩进行传递。因而,综上分析,如果将这些梁柱简化为完全刚接则会使得建筑设计枢架的侧移晕估计值减少,梁柱连接的刚度估计值过高;但如果将这些梁柱简化成为理想铰接,则会导致后续建筑钢结构计算时枢架侧移晕过多,梁柱的连接刚度的相关估测值过高,使得建筑钢结构柱体的稳定承载力理论值过大,导致最终建设的建筑物由于并没有如此压大的稳定性,因而在设计过程中应当适当加强对建筑钢结构节点连接设计中的稳定性分析。


  (四)借鉴多种成熟设计经验

    目前,由于技术的发展,现阶段的计算机技术也已成为一门较为成熟的技术,因而,在现阶段的建筑钢结构设计中的建筑钢结构以及建筑平面内的强度还有其建筑整体的稳定性计算,均式可以通过计算机技术的方法来进行有效的设计与计算分析。通过计算机的方法不仅在一力面大大缩短了设计者的设计周期,提高了工程的设计效率,另一力面,通过计算机对建筑钢结构进行模拟计算,也大大减少了由于人为计算而产生的计算力面的失误,从根本上提高了设计的准确度,进一步确保了建筑钢结构的整体设计的合理与准确性。


参考文献

[1]王多祥.靳同良.钢结构设计中稳定性分析探讨[j].甘肃冶金.2014(03):142-144.

[2]黄锦珊.对钢结构加固设计及其稳定性的分析[j].建筑工程技术与设计,2014(9):116

[3]陈波.周红莲.建筑钢结构主体稳定性设计分析[j].中国新技术新产品.2013(12):190-191.

[4]陈波.周红莲.建筑钢结构主体稳定性设计分析[j].中国新技术新产品.2o13(25012):190-191.

[5]梅庭玉.舒昌林.建筑钢结构及其稳定性设计[j]煤炭技术.2010,29(20412):116-118.

[6]曾莹,罗永峰浦东机场航站楼r c1钢柱的稳定性及其与屋盖整体稳定性的关系[A].第七届全国现代结构工程学术研讨会[c].2oo7

[7]王志军.高层住宅钢结构的设计流程及应注意的问题[j].中小企业管理与科技(上旬刊),2010,24(14):635-636

[8]刘晓宁.张兰.朱祥顶.浅谈钢结构深化设计与工程成本节约控制[j].福建建筑2009.

 

 

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