周嵐

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，工程成本低，抗震強度高，節(jié)省空間。應(yīng)用高強度的鋼材適用于電子計算機(jī)普及的當(dāng)今時代，而建筑施工技術(shù)也取得了更廣闊的發(fā)展空間，因為建筑施工中主要采用的鋼結(jié)構(gòu)體系具備了所有適合推廣應(yīng)用的因素，可以在高速時代環(huán)境中有一個很好地發(fā)展。當(dāng)然，普及和發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的同時會暴露出許多設(shè)計方面的問題，其中鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是其最突出的問題。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計；穩(wěn)定性

其中最突出的鋼結(jié)構(gòu)問題就是其穩(wěn)定性如何。穩(wěn)定性在鋼結(jié)構(gòu)體系中是至關(guān)重要的，對于各類鋼結(jié)構(gòu)體系來說關(guān)于穩(wěn)定性的問題是最值得注意的，如果處理不得當(dāng)就會帶來經(jīng)濟(jì)上的巨大損失。因此，在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的過程中，一定要嚴(yán)格把握好這關(guān)，惟有這樣，才能減少許多設(shè)計中不必要的麻煩，對于保持建筑鋼體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要應(yīng)用更好的辦法進(jìn)行解決。

1 建筑應(yīng)用鋼作為主要構(gòu)體材料還存在許多問題

1.1 論述關(guān)于鋼體結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定度的區(qū)別有很多。強度的定義就是：結(jié)構(gòu)或單體構(gòu)架處于平衡狀態(tài)時，被負(fù)載引起的最大應(yīng)力，由此引出最大強度的概念即為：負(fù)載超過建筑材料的最大承受時所受到的應(yīng)力。強度是一個應(yīng)力，確定材料的同時也就確定了最大強度的極限值，因為材料的特性決定了最大強度的取值，如使用混凝這一類脆性材料便可取到它的最大強度用來構(gòu)造建筑，而像鋼材類的材料，最大的強度要取它的屈服點。相較之下，結(jié)構(gòu)外荷載與內(nèi)部抵抗力間不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)就是穩(wěn)定問題的主要體現(xiàn)。當(dāng)軸壓柱的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定時，側(cè)向撓度會使彎矩的壓力增大，使柱子的載重遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其負(fù)荷。所以，柱子被破壞的原因并不是軸壓強度所造成的。

1.2 就如今形勢來說，應(yīng)用梁-柱理論作為研究以網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為主要構(gòu)象的建筑工具。但是就現(xiàn)今科學(xué)水平而言，盡管還不知道梁-柱理論能否正確反映其結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)，但是研究表明關(guān)鍵在于耦合效應(yīng)的確是影響網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的重要因素。

1.3 針對飛躍性的設(shè)計結(jié)構(gòu)而言，雖然已經(jīng)統(tǒng)一了一個數(shù)字作為確定結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定的安全系數(shù)，可這個系數(shù)確無法清楚的體現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體與局部穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性。所以在探討大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計中整體與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定關(guān)聯(lián)性的問題上至今還未得到解決。

1.4 至今還沒有出現(xiàn)一個體系可以完整準(zhǔn)確的預(yù)測建筑結(jié)構(gòu)體系中的穩(wěn)定性如何，因此在預(yù)測張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定設(shè)計還需不斷完善不斷加強才是。

1.5 關(guān)于鋼體結(jié)構(gòu)的影響因素諸多。結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的不定因素會很大程度的影響分析結(jié)果。分析中大多依靠幾個結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及隨機(jī)輸入的荷載，而實際工程中，由于大多數(shù)的結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定，也就引起了結(jié)構(gòu)響應(yīng)出現(xiàn)顯著差異。對于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有許多問題是值得注意的，針對干擾型屈曲、結(jié)構(gòu)極值失穩(wěn)、跳躍性失穩(wěn)等問題要準(zhǔn)備相對應(yīng)的應(yīng)對策略。

2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析方法

2.1 靜力法

根據(jù)已有的受理條件建立所需要的微分方程，但要在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微小變形后才可使用靜力平衡法即為平衡法，之后求解臨界荷載。并假設(shè)條件為構(gòu)建為等截面的直線；變形力以及應(yīng)用材料均滿足胡克定律，變形力的傳遞方向也是沿著構(gòu)件原有的軸線，當(dāng)構(gòu)件在變形力的作用下產(chǎn)生的形變不明顯時可利用二階導(dǎo)公式進(jìn)行近似數(shù)值上的表達(dá)。

2.2 能量法

能量法的具體定義是：對穩(wěn)定承載力數(shù)值上的近似求法即為利用勢能駐值原理以及能量守恒定律。

2.2.1 針對求解臨界負(fù)荷值可以利用能量守恒定律

能量守恒的定義即為：一個體系保持平衡狀態(tài)時，外界做的功與它自身產(chǎn)生的形變能數(shù)值相等。即有公式ΔU=ΔW

2.2.2 針對求解臨界負(fù)荷值可以應(yīng)用勢能駐值原理

利用數(shù)學(xué)公式即可表達(dá)為dΠ=dU-dW=0，其中dU使虛位移引起結(jié)構(gòu)上的應(yīng)變能發(fā)生改變的變化值，并且數(shù)值始終為正，外力作用于虛位移的功用ΔW表示。關(guān)于勢能駐值原理的具體內(nèi)容：外力作用與體系時，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的微小位移而此時體系結(jié)構(gòu)的總是勢能大小保持不變，稱此時的狀態(tài)為平衡狀態(tài)。

2.3 動力法

當(dāng)體系處于平衡狀態(tài)時，若對該體系的結(jié)構(gòu)進(jìn)行微弱的干擾，則結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的加速度與體系結(jié)構(gòu)上的最大負(fù)載量有著緊密聯(lián)系。加速的的方向改變時會影響所承受荷載小于極限荷載。所謂的極限荷載是指在結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，所能承受的最大荷載。當(dāng)對體系的微弱干擾消失時，結(jié)構(gòu)將處于靜止的平衡狀態(tài)，運動狀態(tài)也會停止；相對的，加速度同向的時候，是由于荷載超過了極限荷載。當(dāng)干擾消失以后其平衡狀態(tài)也會處于不穩(wěn)定的狀態(tài)之中，其運動的狀態(tài)也會更趨向于發(fā)散狀，當(dāng)此結(jié)構(gòu)的振動頻率為零時，所謂的屈曲荷載就是臨界狀態(tài)荷載為結(jié)構(gòu)，便可得解。

3 計算鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的方法

3.1 利用高等分析法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體設(shè)計

直接計算出框架的承載力將框架作為整體結(jié)構(gòu)，是高等分析法中的常用方法，若將框架進(jìn)行拆卸然后使其成為梁和柱用在計算過程中就顯得多余了。在計算過程中只要應(yīng)用框架的幾何長度即可解決問題，這也更加符合設(shè)計的要求。下面列出幾種常見的高等分析法：（1）改進(jìn)彈塑性鉸（2）再折減切線模量法（3）等效假想荷載塑性鉸法（4）彈塑性鉸法（5）塑性區(qū)法或塑性分布法

3.2 二階分析法

對框架結(jié)構(gòu)的整體二階效應(yīng)進(jìn)行精確考慮時最宜采用二階彈性分析，這也是出自《規(guī)定》的第328條規(guī)定的。在利用二階導(dǎo)彈性分析方法對結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力進(jìn)行詳細(xì)計算時，不僅要猜測水平力的大小同時也要考慮到框架結(jié)構(gòu)中的幾何長度大約為多少。在結(jié)構(gòu)中央施加水平力的時候要重點關(guān)注不穩(wěn)定作用可增大側(cè)移量這一影響因素。

總而言之，在設(shè)計過程中要著重避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象，這就更需要設(shè)計好鋼結(jié)構(gòu)中的具體構(gòu)件，保證其穩(wěn)定性能達(dá)到最佳程度。只有確保設(shè)計人員的知識面廣經(jīng)驗豐富，才能對其設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有更好的保證，而且為了不給設(shè)計工程造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，就需要設(shè)計人員提前對新結(jié)構(gòu)的具體了解和學(xué)習(xí)認(rèn)知，只有通過不斷的學(xué)習(xí)才能設(shè)計出穩(wěn)定性更好地鋼結(jié)構(gòu)作品。

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