鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方法

來源：建筑設(shè)計(jì) 瀏覽：- 發(fā)布日期：2024-10-18 08:39:31

廠房鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于其良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，自身的重量也較輕，但對穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)要求較高，對于穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，通過對長細(xì)比的判斷，還有對阻尼系數(shù)的分析，綜合地應(yīng)用各種不同的設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)，將鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，可有利于實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)技術(shù)的集成化和產(chǎn)業(yè)化。可以有效降低碳排放，環(huán)保性能更好。今后國內(nèi)采用鋼結(jié)構(gòu)的廠房會越來越多，鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)及相關(guān)人員一定會建造出更多經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠的鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑。

1、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）結(jié)構(gòu)選型

為了提高廠房鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在選擇結(jié)構(gòu)類型的時候，需要考慮下面幾個原則。首先，在鋼結(jié)構(gòu)平面上要盡量做到對稱、規(guī)整，并且比較簡單，而且要盡可能使剛度和質(zhì)量的中心重合到一起，這樣在遇到地震時，可以防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，保證結(jié)構(gòu)的安全性。其次，盡量不要使用角部重疊或者是細(xì)腰型的鋼結(jié)構(gòu)，也不能使用內(nèi)凹、外凸型的，設(shè)置的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須是上下貫通的，鋼結(jié)構(gòu)底部一般采用L型、T型以及U型幾種結(jié)構(gòu)，這樣可以減輕自然災(zāi)害帶來的影響，使結(jié)構(gòu)更加地穩(wěn)定。

2）防腐設(shè)計(jì)

降雨、日照或者是大霧，對于鋼結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生影響，會導(dǎo)致其受到腐蝕，降低結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對于廠房鋼結(jié)構(gòu)來說，比較常見的情況就是電化學(xué)腐蝕。為了應(yīng)對腐蝕情況，需要根據(jù)地區(qū)的實(shí)際環(huán)境條件為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置相應(yīng)的抗腐蝕性表面涂料，確保其在高溫、高濕環(huán)境下也可以有良好的耐腐蝕性。

3）構(gòu)件設(shè)計(jì)

對于鋼結(jié)構(gòu)來說，構(gòu)件設(shè)計(jì)對其穩(wěn)定性的影響是很大的。首先應(yīng)用的型鋼材料必須符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時還能夠滿足廠房鋼結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)連接上的需要。其次，在對構(gòu)件進(jìn)行安裝的時候，要確保其整個結(jié)構(gòu)都是平衡的，這樣結(jié)構(gòu)的力學(xué)傳導(dǎo)以及擴(kuò)散性才會比較好。最后，要合理地運(yùn)用二階法，使得柔性結(jié)構(gòu)也能有足夠的穩(wěn)定性，就算有了一定的形變，對于結(jié)構(gòu)的影響也可控制在可以接受的范圍內(nèi)，而不會對結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生過大影響。

4）加固設(shè)計(jì)

首先，需要加固構(gòu)件的截面，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，可以一個桿件受彎設(shè)計(jì)成多個受彎，分散集中載荷，這樣就可以對鋼結(jié)構(gòu)頂部的支撐力進(jìn)行調(diào)整。對于支座和筒支進(jìn)行連接的位置使用鋼結(jié)構(gòu)，并通過撐桿來進(jìn)行支撐，同時還要對鋼結(jié)構(gòu)的連續(xù)結(jié)構(gòu)位置進(jìn)行一定的調(diào)整，確保預(yù)應(yīng)力拉桿可以為結(jié)構(gòu)提供界面內(nèi)力。其次，要加固節(jié)點(diǎn)部位。需要對鋼結(jié)構(gòu)的受力情況，施工的條件以及要求等進(jìn)行分析，通過焊接鉚釘或者是螺栓的方式來加固銜接位置，有必要的話也可以進(jìn)行混合連接，將高強(qiáng)螺栓的優(yōu)勢體現(xiàn)出來。

5）防火設(shè)計(jì)

廠房鋼結(jié)構(gòu)缺少耐火性，一旦環(huán)境溫度超過540℃，鋼結(jié)構(gòu)負(fù)載能力就會快速地降低，結(jié)構(gòu)也會失去平衡穩(wěn)定性。所以對于鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)，首先就是要使用具有良好防火性能的涂料，有比較高的粘性，要有很厚的涂層，使其具有良好的阻燃性，也就能夠賦予鋼結(jié)構(gòu)更強(qiáng)的防火性能。其次，在施工的過程中，可以采用防火板來保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)，對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行包敷保護(hù)，提高鋼結(jié)構(gòu)的防火性能。

2、穩(wěn)定性計(jì)算方法

1）分析阻尼數(shù)值

要想鋼結(jié)構(gòu)有良好的穩(wěn)定性，就需要對阻尼數(shù)值進(jìn)行分析，阻尼比的波動一直都比較穩(wěn)定的話，鋼結(jié)構(gòu)才會有比較好的穩(wěn)定性。

2）判定長細(xì)比

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時候，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會隨著長細(xì)比判定數(shù)值的增加而降低。所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，必須要根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對相關(guān)的因素進(jìn)行全面的考慮，要做好對于長細(xì)比的分析工作。對于長細(xì)比的分析，比較常用的方法就是計(jì)算和幾何方法，必須要對長細(xì)比進(jìn)行合理的控制，不能超出承載力范圍，這樣獲得的參數(shù)才會比較準(zhǔn)確，才可以用來進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證它的穩(wěn)定性。

3）靜力設(shè)計(jì)法

這種方法是根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的最大承載力來計(jì)算它的彈性系數(shù)。當(dāng)應(yīng)用這種設(shè)計(jì)方法的時候，首先基本的要求就是力學(xué)模型要與結(jié)構(gòu)相符，這樣才可以確定使用哪種微分方程。其次，如果鋼結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)變和應(yīng)力是和胡克定律的線性關(guān)系相符的話，就可以采用靜力計(jì)算法。還有一點(diǎn)就是，需要靜力計(jì)算模型可以將結(jié)構(gòu)的彈性受力準(zhǔn)確地反映出來。最后，要進(jìn)行合理的施工操作，確保施工精度。

4）動力設(shè)計(jì)法

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的動態(tài)穩(wěn)定性展開的設(shè)計(jì)和分析。如果采用這種設(shè)計(jì)方法的話，首先需要鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力，可以將震動加速和結(jié)構(gòu)變形準(zhǔn)確地反映出來，能夠體現(xiàn)出鋼結(jié)構(gòu)的輕微震動。其次，采用這種設(shè)計(jì)方法，可以對加速度和結(jié)構(gòu)型面方向之間的關(guān)系進(jìn)行平衡，假如靜態(tài)荷載數(shù)值出現(xiàn)變化，結(jié)構(gòu)也會處于靜力穩(wěn)定狀態(tài)。第三點(diǎn)就在于如果鋼結(jié)構(gòu)的形變方向和加速度是一致的話，就代表著這個結(jié)構(gòu)能夠承載最大的負(fù)載，通過應(yīng)用動力設(shè)計(jì)法，就可以消除干擾，鋼結(jié)構(gòu)就會變得相對穩(wěn)定。最后還可以按照結(jié)構(gòu)的載荷判斷靜態(tài)和動態(tài)之間的界限，同時將臨界載荷歸類為不穩(wěn)定的負(fù)荷，然后可以假設(shè)振蕩頻率是零來分析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5）塑性設(shè)計(jì)法

塑形設(shè)計(jì)法指的是，標(biāo)準(zhǔn)塑性載荷與安全系數(shù)的乘積要大于鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件強(qiáng)度。首先，在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部強(qiáng)度的構(gòu)造分析中，會運(yùn)用一階塑性分析或剛性分析。其次，在重新分配結(jié)構(gòu)內(nèi)力時，可運(yùn)用塑性設(shè)計(jì)法，使材料結(jié)構(gòu)能夠符合結(jié)構(gòu)可塑性的分析要求。最后，在對法蘭尺寸及限制橫截面進(jìn)行設(shè)計(jì)時，可運(yùn)用塑形設(shè)計(jì)法來反映鋼結(jié)構(gòu)材料的范圍，并準(zhǔn)確凸顯其穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提升結(jié)構(gòu)安全度。

3、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中需要注意的問題

在廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時候，一般鋼結(jié)構(gòu)跨度現(xiàn)國內(nèi)常用的有6-24米，30米以上的一般稱為大跨度鋼結(jié)構(gòu)。一般廠房鋼結(jié)構(gòu)分為橫向和縱向跨度。而對于橫向和縱向跨度結(jié)構(gòu)，分別有著相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。在布置鋼結(jié)構(gòu)的時候，不能只是考慮奇特的建筑造型，這樣就很難保證鋼結(jié)構(gòu)的抗震能力。所以在布置鋼結(jié)構(gòu)平面的時候，平面宜對稱布置，且規(guī)則，這樣在遇到地震的時候能夠保持其足夠的穩(wěn)定性，而不會受到太過嚴(yán)重的破壞。對于吊車噸位大的廠房設(shè)置制動桁架來抵抗橫向水平荷載。如今，各個領(lǐng)域都在應(yīng)用各種各樣的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，建筑行業(yè)對于鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，同樣也需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)分析軟件進(jìn)行輔助。利用計(jì)算機(jī)軟件可以更好地計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的平面構(gòu)件的強(qiáng)度以及它的穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性更高，也更有效率，有助于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。