孟雷

眾所周知，建筑工程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性較強(qiáng)的工作，其中穩(wěn)定性設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較為重要的內(nèi)容，必須嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范，結(jié)合建筑工程具體情況，充分考慮各項(xiàng)因素，精準(zhǔn)進(jìn)行受力分析。鋼結(jié)構(gòu)的承載力較強(qiáng)，通常都會(huì)因?yàn)槭Х€(wěn)發(fā)生破壞，因此確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性才能真正滿足建筑使用要求。然而在實(shí)際工作開展中，鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象并不罕見，主要原因在于設(shè)計(jì)質(zhì)量不高、設(shè)計(jì)方案不完善、設(shè)計(jì)人員專業(yè)素質(zhì)較低，必須在材料選擇和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上下足功夫，以便提高設(shè)計(jì)水平，為建筑施工提供可靠依據(jù)，竭力避免鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題的產(chǎn)生，維護(hù)建筑運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，為大眾創(chuàng)造舒適化、便捷化的生活居所。

1.鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的分類情況和產(chǎn)生原因

從設(shè)計(jì)角度分析鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)問題，有針對(duì)性地加以防控，是避免類似不良現(xiàn)象在建筑工程設(shè)計(jì)階段重復(fù)發(fā)生的有效措施。鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)大致包含以下幾類情況：（1）分支點(diǎn)失穩(wěn)，是由分支點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理引發(fā)的失穩(wěn)問題，鋼結(jié)構(gòu)的荷載是有限的，當(dāng)實(shí)際荷載超過了結(jié)構(gòu)的最大承載力，受力平衡被打破，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性就會(huì)遭到破壞。（2）極值點(diǎn)失穩(wěn)，在異形承載和非對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，作為偏心受壓的鋼結(jié)構(gòu)承載能力不足，穩(wěn)定性變差，將持續(xù)發(fā)生變形，進(jìn)而出現(xiàn)失穩(wěn)問題。（3）躍越失穩(wěn)，指的是鋼結(jié)構(gòu)的平衡形式突然出現(xiàn)跳躍式的變化，如從受壓變?yōu)槭芾?，原有平衡必將被打破，發(fā)生失穩(wěn)破壞，給建筑安全造成嚴(yán)重威脅?？梢婁摻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與否受到荷載的影響極大，需要準(zhǔn)確計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的承載能力，對(duì)構(gòu)件屈曲后性能變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，確保達(dá)成整體性能目標(biāo)[1]。

建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的不足之處主要有：（1）設(shè)計(jì)人員的實(shí)地考察不到位，對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境因素缺乏必要了解，僅僅根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目資料進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，極易造成鋼結(jié)構(gòu)的性能不佳，無法滿足建筑運(yùn)行要求，在一定程度上增加了失穩(wěn)問題出現(xiàn)的概率。（2）設(shè)計(jì)人員的專業(yè)化水平較低，責(zé)任心不強(qiáng)，不能嚴(yán)格遵守鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范開展設(shè)計(jì)工作，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的原因掌握不夠全面，采取的應(yīng)對(duì)措施不具有針對(duì)性，破壞了建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。（3）鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)與防火、防腐、抗震等設(shè)計(jì)缺乏協(xié)同性，若考慮不夠全面，建筑抗震性能沒有達(dá)到規(guī)定要求，會(huì)誘發(fā)鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題，當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)，建筑在短時(shí)間內(nèi)迅速坍塌，用戶很難順利逃生，釀成的危害不可估量[2]。

2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性原則

一般來說，充分考慮建筑不同體系及構(gòu)件的穩(wěn)定性需求，按照特定方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載力的計(jì)算，做好穩(wěn)定性分析，結(jié)合實(shí)際情況科學(xué)布置平面體系，保證結(jié)構(gòu)受力平衡，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載能力，這樣鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性才能得以維系。

2.1 保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

由于建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度偏高，任何一項(xiàng)因素考慮不到位都有可能引起失穩(wěn)問題，因此需要積極應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)開展設(shè)計(jì)工作，加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員與其他單位部門的溝通，了解業(yè)主方的真實(shí)需求及施工方的技術(shù)水平，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，控制數(shù)據(jù)誤差值。運(yùn)用先進(jìn)軟件作為建筑設(shè)計(jì)的輔助工具，有利于及早發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與承載力不足的問題，經(jīng)過對(duì)設(shè)計(jì)方案的持續(xù)優(yōu)化，將促使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，有效保障了建筑用戶的人身安全。

2.2 結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)剪力

我國建筑行業(yè)正保持著迅猛發(fā)展態(tài)勢(shì)，不規(guī)則形態(tài)的建筑成為一種潮流，給大眾帶來了更加新奇的審美體驗(yàn)，突出表現(xiàn)在斜柱的運(yùn)用上，給鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提出了更高要求。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在設(shè)計(jì)圖紙上清晰標(biāo)注斜柱的位置，充分意識(shí)到其會(huì)受到來自水平和垂直方向的共同作用，科學(xué)計(jì)算該構(gòu)件受到的壓力，受力分析越準(zhǔn)確，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)就會(huì)越發(fā)完善，保持斜柱的受力平衡，進(jìn)而滿足鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要求[3]。

2.3 遵循強(qiáng)柱弱梁

地震災(zāi)害對(duì)建筑會(huì)造成毀滅性的打擊，突然受到外界施加的極大應(yīng)力，梁和柱會(huì)依次遭到破壞，等到柱子出現(xiàn)明顯損傷時(shí)，整個(gè)建筑距離坍塌也為之不遠(yuǎn)。這就要求在進(jìn)行建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)能夠遵循強(qiáng)柱弱梁的原則，主要目的在于將荷載分散，讓塑性鉸出現(xiàn)在梁上，延緩柱結(jié)構(gòu)受到破壞的時(shí)間，這與建筑抗震設(shè)計(jì)理念相符。地震發(fā)生時(shí)，柱結(jié)構(gòu)堅(jiān)持時(shí)間越長，建筑整體遭到的破壞越小，在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中這一點(diǎn)要著重加以考慮。

3.建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 荷載設(shè)計(jì)

相比較不規(guī)則形態(tài)的設(shè)計(jì)來說，采用對(duì)稱、貫通的方式布置鋼結(jié)構(gòu)，可使其更好地抵御扭曲形變作用，應(yīng)該確定鋼結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)線，思考有哪些因素會(huì)影響到鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，分別采取對(duì)應(yīng)的措施，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。具體設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮一些特殊情況，例如，不動(dòng)鉸支座要阻止梁發(fā)生位移，可允許其在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，可是單純地考慮這點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，無法保證鋼結(jié)構(gòu)的受力均衡，可能會(huì)在建筑運(yùn)行期間出現(xiàn)其他不良現(xiàn)象。應(yīng)該阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)，同時(shí)，梁端截面可以自由翹曲，這是鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的臨界條件，會(huì)使得到的結(jié)果更加精準(zhǔn)，建筑整體穩(wěn)定性有所提高。

3.2 材料選擇

建筑施工質(zhì)量受到材料的影響較大，市面上的材料質(zhì)量參差不齊，材料采購和進(jìn)場(chǎng)時(shí)的檢查往往會(huì)被忽視，保管也不夠細(xì)致，因材料造成的鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)應(yīng)重點(diǎn)防范。在選擇鋼材時(shí)，應(yīng)基于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需求出發(fā)，保證材料的質(zhì)量性能較優(yōu)，符合本工程使用需求，能夠?yàn)樵鰪?qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性增添助力。設(shè)計(jì)過程中還要進(jìn)行科學(xué)的受力分析，維持建筑各部分結(jié)構(gòu)受力的平衡，認(rèn)真檢查鋼材，運(yùn)用先進(jìn)合理的焊接工藝將構(gòu)件進(jìn)行連接，提高焊接質(zhì)量，將鋼結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)成為一個(gè)有機(jī)整體，將受到的應(yīng)力迅速分散，有利于建筑總體承載力的提升，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的抗壓、抗拉能力，始終保持受力均衡，建筑運(yùn)行就會(huì)更趨于安全。

3.3 防火設(shè)計(jì)

溫度變化對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)為：（1）彈性變形，在溫度升高后，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生膨脹，在溫度降低之后，能恢復(fù)到原狀。（2）塑性變形，在溫度變化之后，鋼材產(chǎn)生變形不能恢復(fù)到原狀，產(chǎn)生了永久變形。防火設(shè)計(jì)同樣是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不容忽視的問題，在挑選防火材料和防火涂料時(shí)要對(duì)建筑工程的防火等級(jí)予以明確，一切都要從建筑工程的實(shí)際情況出發(fā)，確保這些施工材料能夠真正滿足建筑施工所需，達(dá)到建筑的防火標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)火災(zāi)進(jìn)行有力防控。如板材、鋼材都要質(zhì)地堅(jiān)硬，強(qiáng)度夠高，防火材料除個(gè)別節(jié)點(diǎn)外，所有構(gòu)件均需涂抹，以進(jìn)一步增強(qiáng)材料的防火性能，促使整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的防火水平邁上一個(gè)新臺(tái)階。此外，防火涂料要緊密黏結(jié)在鋼材上，形成厚厚的一層保護(hù)層，這就要求防火涂料具有良好的黏結(jié)力，且要達(dá)到一定厚度。

3.4 防腐設(shè)計(jì)

鋼材在長時(shí)間與空氣和水分接觸后容易生銹，嚴(yán)重削弱了鋼材的性能，因此，除了需要對(duì)鋼材進(jìn)行防火處理之外，同時(shí)，鋼材的防銹也非常關(guān)鍵，需要重視。通過對(duì)鋼材進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)，提升鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力。這是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要工作，考慮到鋼材的腐蝕會(huì)引起鋼材強(qiáng)度和性能的下降，需要根據(jù)建筑工程所在地區(qū)的氣候、地理、水文環(huán)境，制定科學(xué)的鋼材防腐計(jì)劃，致力于最大程度減少施工成本，擴(kuò)大建筑工程的綜合效益。鋼材的防腐有永久性涂裝和非永久性涂裝兩種，前者屬于一次性工程，后者則要在施工完畢后定期對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，二者的成本和防腐效果均有所差異。在選擇防腐涂料時(shí)，需要對(duì)比不同涂料的性能和使用效果，還要提前做好市場(chǎng)調(diào)研，嚴(yán)把涂料質(zhì)量關(guān)，保證鋼材的防腐性能滿足建筑需求，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[4]。

3.5 抗震設(shè)計(jì)

地震的發(fā)生會(huì)造成結(jié)構(gòu)倒塌、節(jié)點(diǎn)破壞、構(gòu)件破壞等多種不利局面，結(jié)構(gòu)倒塌主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度系數(shù)和抗彎剛度分布不均，節(jié)點(diǎn)破壞是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)區(qū)的應(yīng)力集中，焊縫存在缺陷，構(gòu)件破壞則是因?yàn)橹纬惺芊磸?fù)拉壓的軸向力作用超出了屈曲臨界力，都會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)是增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要路徑，設(shè)計(jì)人員可以按照以下流程進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)：（1）明確建筑工程鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求，加強(qiáng)建筑屋面板與屋架之間的聯(lián)系，將二者連接到一起。（2）選擇合理的鋼結(jié)構(gòu)支撐方式，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方案。（3）運(yùn)用科學(xué)的抗震措施，如底部剪力法、反應(yīng)譜法、時(shí)程分析法，與鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)，解決協(xié)同不良的問題，提升鋼結(jié)構(gòu)的抗震能力。

4.結(jié)語

總而言之，建筑工程鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題引發(fā)的危害相當(dāng)嚴(yán)重，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文從荷載設(shè)計(jì)、防火設(shè)計(jì)、防腐設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)的角度重點(diǎn)闡述了相關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能夠?qū)μ岣咪摻Y(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性有所助益。近年來，人們對(duì)建筑質(zhì)量、性能、壽命的要求越來越高，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安全可靠起至關(guān)重要的作用，必須將穩(wěn)定問題作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重。