探索建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計策略

呂連君

摘 要：隨著全球科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、經(jīng)濟水平的持續(xù)上漲，建筑產(chǎn)業(yè)面臨著新的機遇與挑戰(zhàn)，我國國內(nèi)的建筑工程項目日漸增多，如何確保并穩(wěn)步提升各地建筑工程項目的質(zhì)量與安全、優(yōu)化建筑工程設(shè)計規(guī)劃方案，成為建筑工程設(shè)計單位、有關(guān)設(shè)計人員面臨的現(xiàn)實問題。下文中，筆者將從建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度，結(jié)合參加工程項目設(shè)計的工作實踐經(jīng)驗，分析優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的方法策略，以期為建筑工程項目爭取更多的利潤收益，保證城市居民的人身安全與財產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：建筑工程項目；設(shè)計策略；鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

經(jīng)過針對國內(nèi)當(dāng)前各地建筑工程項目的設(shè)計情況調(diào)查與分析、總結(jié)，筆者發(fā)現(xiàn)，數(shù)量眾多的建筑工項目在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計模式，一方面有效提升了建筑工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，另一方面也隨著產(chǎn)生諸多問題亟待解決。我們將結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)階段的建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)實情況，分析并探討鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)注意的重點事項與影響要素，提出增強建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性的策略方法，在經(jīng)濟條件允許的范圍內(nèi)，最大可能提升、確保建筑工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和施工質(zhì)量。

1 建筑工程項目的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計綜述

1.1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要確保各個層面的穩(wěn)定性

鋼結(jié)構(gòu)最明顯特性是其機能出色，然而這個特性使其出色的同時也決定了其前期的工程設(shè)計是很繁雜的，設(shè)計者不但要很專業(yè)的數(shù)據(jù)整理，而且要對鋼結(jié)構(gòu)的各個工藝標(biāo)準(zhǔn)進行嚴厲的查驗，必須在每個方面達到標(biāo)準(zhǔn)后才可以把質(zhì)量過關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)投產(chǎn)到施工和使用中。由于鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)很多，其中包含結(jié)構(gòu)的阻尼比、水平載荷系數(shù)、抗震強度等等，下面以水平載荷系數(shù)作為例子來分析，建筑必須處在十分良好的狀況下水平載荷系數(shù)才是零，然而在實際的環(huán)境中是很難達到的，風(fēng)載荷都會在不同的水準(zhǔn)上對水平方向上的建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生作用，由于這些現(xiàn)實情況，設(shè)計者需要依據(jù)本地的實質(zhì)環(huán)境狀況來設(shè)計水平載荷系數(shù)，最后防止建筑由于穩(wěn)定性的因素造成的破壞。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要注重剪力調(diào)整問題

剪力調(diào)整問題也是鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計過程當(dāng)中需要高度關(guān)注和重視的一個問題，這主要是因為隨著我們國家經(jīng)濟水平和技術(shù)水平的持續(xù)提高，建筑樓層越來越高，建筑形式也越來越復(fù)雜，斜柱或者是不對稱結(jié)構(gòu)等異形結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的頻率非常之高，這無疑對建筑穩(wěn)定性設(shè)計提出了更高的要求。目前為止，我們國家在進行建筑設(shè)計時多采用簡化的方式來進行處理，如豎向構(gòu)件簡化為柱子，斜構(gòu)件簡化成斜桿等，通常情況下這樣一種簡化并不會產(chǎn)生太大的問題，但是在進行框架柱剪力調(diào)整時就會有非常嚴重的影響，這主要是由斜撐的特點和作用來決定的，斜撐主要還是用作水平方向的支撐，但仍然需要承受豎向上一定的載荷，這樣一部分載荷產(chǎn)生的剪力是不能夠忽略的，因此，剪力調(diào)整問題的良好處理將在相當(dāng)大程度上提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定程度。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要實施強柱弱梁的設(shè)計

強柱弱梁注重的是建筑設(shè)計中柱、梁的整體性問題，這是由于鋼結(jié)構(gòu)在面臨很大的載荷時需要塑性鉸出現(xiàn)在梁上而不是柱子上，這樣才可以確保鋼結(jié)構(gòu)整體在使用過程當(dāng)中不會產(chǎn)生瞬間損壞，并且在經(jīng)過一定的外力作用后還能夠在很短的時間內(nèi)快速恢復(fù)原始形態(tài)。國家的標(biāo)準(zhǔn)對于這些方面有比較明了的規(guī)則和條件，強柱弱梁的設(shè)計必須對其彈塑性 進行計算和分析，只有滿足以上要求時才能夠認為其合格可用。

2 建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的注意事項

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計原則的提出實際上就是基于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的具體特點，因此下文中進一步探究鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的特點，具體包括3個方面：一是整體剛度與鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)之間的關(guān)系，這兩者之間的關(guān)系十分密切，鋼結(jié)構(gòu)剛度好壞直接由其整體構(gòu)成來決定，正是因為這樣，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性就成為了鋼結(jié)構(gòu)的重要問題。二是鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性問題，上文當(dāng)中已經(jīng)明確指出，無論是鋼結(jié)構(gòu)整體還是鋼結(jié)構(gòu)的組成部分，其性能都會對鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，因此在實際建設(shè)過程當(dāng)中，在對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題進行處理時，就要把握整體觀念，并于此同時關(guān)注結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個層面的狀況，如發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)細小形變，就要考慮到這非常有可能對鋼結(jié)構(gòu)的整體內(nèi)力分布帶來影響，最終影響整體的承載能力。三是鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定具有相關(guān)性的問題，同樣是需要設(shè)計師予以一定關(guān)注的。

3 建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的方法策略

我們所說的建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計，應(yīng)當(dāng)首先建立在工程項目的現(xiàn)實情況基礎(chǔ)之上，根據(jù)現(xiàn)場實地情況，精準(zhǔn)分析建筑工程的結(jié)構(gòu)受力情況、計算負重載荷數(shù)值，對建筑工程可能產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形、沉降問題一一作出分析與評估，然后依據(jù)調(diào)查情況與計算數(shù)據(jù)，選擇應(yīng)對的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計策略。

通常情況下，我們應(yīng)用兩種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計策略，一種是動力穩(wěn)定性設(shè)計策略，另一種是靜力穩(wěn)定性設(shè)計策略。前者的設(shè)計思路為，當(dāng)判斷到建筑工程項目的結(jié)構(gòu)處于平衡狀況，如果在外力、加速度的影響下，建筑工程的平衡結(jié)構(gòu)將遭受破壞，因此為了降低外部因素對于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的干擾，應(yīng)當(dāng)設(shè)定好建筑結(jié)構(gòu)的承重載荷數(shù)值，使其處于可變化的合理范圍內(nèi)。后者的設(shè)計思路為，建筑工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性已經(jīng)遭受外力破壞，建筑結(jié)構(gòu)處于非平衡狀況，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)采用結(jié)構(gòu)受力分析、微分方程平衡計算的設(shè)計策略，幫助建筑結(jié)構(gòu)重新恢復(fù)到平衡狀況，提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

綜上所述，針對我國建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的方案進行分析與總結(jié)，筆者認為，為了有效提升建筑工程的穩(wěn)定性，有關(guān)設(shè)計單位與設(shè)計工作者應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)實情況出發(fā)，降低外部因素對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響與破壞，分析并研究各國、我國關(guān)于建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計案例，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測算數(shù)值的精確性，結(jié)合不同類型工程項目的現(xiàn)實情況，尋找并制定提升建筑機構(gòu)穩(wěn)定性、恢復(fù)建筑工程鋼結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)的最佳設(shè)計方法，從而穩(wěn)步提升建筑工程項目的施工質(zhì)量。

參考文獻

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（作者單位：大連港口設(shè)計研究院有限公司）