中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
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1建筑鋼結構的穩定性設計
鋼結構的穩定性設計、在各種類(lèi)型的鋼結構中，由于結構失穩造成的傷亡事故時(shí)有發(fā)生、為了更好地保證鋼結構穩定設計中構件不失穩定，保證工程質(zhì)量及使用安全，有必要對鋼結構的穩定性設計進(jìn)行詳細探討。
1.1鋼結構穩定性的概念。鋼結構強度小或失穩都會(huì )造成結構破壞，但是強度與穩定的概念并不相同、鋼結構的強度是一個(gè)應力問(wèn)題，指結構或者單個(gè)構件在穩定平衡狀態(tài)下由荷載引起的最大應力(或內力)是否超過(guò)建筑材料的極限強度、鋼材以其屈服點(diǎn)作為極限強度、而穩定是一個(gè)變形問(wèn)題，構件所受外部荷載與結構內部抵抗力間是不穩定的，關(guān)鍵是找出這一不穩定的平衡狀態(tài)，避免變形急劇增長(cháng)而發(fā)生失穩破壞。
1.2鋼結構穩定性設計要點(diǎn)。在符合鋼結構設計的一般原則前提下，要保證鋼結構的穩定性還需滿(mǎn)足以下條件：
1.2.1鋼結構布置必須從體系和各組成部分的穩定性要求整體考慮，目前鋼結構大多是按照平面體系進(jìn)行設計，如桁架和框架、保證平面結構不出現平面外失穩，要求平面結構構件的平面穩定計算需與結構布置相一致，如增加必要的支撐構件等。
1.2.2實(shí)用計算方法所依據的簡(jiǎn)圖與結構計算簡(jiǎn)圖保持一致中層或多層框架結構設計框架穩定分析通常是省略的，只進(jìn)行框架柱的穩定計算、由于框架各柱的桿件穩定計算的常用力法、穩定參數等是依據一定的簡(jiǎn)化典型情況或假設者得出的，因此設計者要能保證所有的條件符合假設時(shí)才能應用。
2建筑鋼結構設計
2.1基本原則。建筑鋼結構的設計必須符合一定的原則，確保所設計的結構合理，安全可靠。
?、偎鼋Y構設計應符合建筑物的使用要求，有足夠的強度、剛度和穩定性，有良好的耐久性；
?、谒O計結構應盡可能節約鋼材，減輕鋼結構重量；盡可能縮短制造、安裝時(shí)間，應便于運輸、便于維護，減少成本；
?、郾M量注意美觀(guān)，對于外露結構有一定建筑美學(xué)要求。
2.2設計過(guò)程。
2.2.1收集資料：鋼結構設計過(guò)程的前期準備工作首要的就是要收集相關(guān)資料，包括各種環(huán)境資料、相關(guān)規范和標準等、目前我國實(shí)行的是《鋼結構設計規范》GB50017-2003其次，還需要了解結構設計的習慣做法，根據以往的設計經(jīng)驗找出最優(yōu)設計方案。
2.2.2確定結構體系、柱網(wǎng)：鋼結構體系的確定主要考慮兩個(gè)方面:橫向結構系統和縱向結構系統。橫向系統需要綜合考慮建筑使用要求、剛度要求、結構受力情況、材料選用等具體情況來(lái)確定；縱向系統一般由相關(guān)構件如柱及其支撐、壓架、車(chē)梁及制動(dòng)梁或桁架、墻梁等組成、柱網(wǎng)則需要依據建筑使用要求、經(jīng)濟柱距及跨度、建筑美觀(guān)等方面要求來(lái)設計、其它方面的考慮還包括造價(jià)、跨度、制作安裝難度等。
3建筑鋼結構的優(yōu)勢與不足
3.1鋼結構的材料優(yōu)勢。鋼結構是用鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的，和混凝土等其它材料的結構相比，鋼結構具有諸多優(yōu)勢：首先，鋼材的強度高，塑性和韌性好、強度高使其適用于跨度大或荷載很大的構件和結構，而塑性和韌性好對動(dòng)力荷載的適應性較強，不會(huì )輕易因超載而突然斷裂、鋼結構還具有良好的吸能能力和延性，這賦予了鋼結構優(yōu)越的抗震性能。其次，鋼材內部組織接近于勻質(zhì)和各向同性，在一定的應力幅度內鋼材的反應幾乎是完全彈性的，加之冶煉和軋制過(guò)程中材質(zhì)波動(dòng)的范圍小，因此，鋼結構的實(shí)際受力情況和工程力學(xué)計算結果比較符合，有助于提供設計施工的精確性。
3.2鋼結構在建筑上的應用優(yōu)勢。鋼結構所具備的上述特點(diǎn)使其在建筑應用上具有磚混結構、混凝土結構所沒(méi)有的獨特優(yōu)勢。首先，鋼結構自重輕，且延性好，因此所建建筑的抗震性能優(yōu)良，因其總質(zhì)量小，地震力效應相應也小，而其良好的延性也能對地震效應起到緩沖作用、混凝土施工時(shí)管道般需要在梁底通過(guò)，這樣會(huì )占用較大空間，使樓層凈高減少、而使用鋼結構可在梁腹板處開(kāi)孔走管道，因此建造相同的樓層高度，采用鋼結構可達到提高層間凈高的效果。此外，與傳統結構需要“肥梁胖柱”才能建造較大開(kāi)間相比，由于鋼結構輕質(zhì)高強，因此可以簡(jiǎn)中實(shí)現大跨與復雜幾何結構，創(chuàng )造開(kāi)放式住宅。
3.3鋼結構的不足。鋼結構因其優(yōu)勢而得到廣泛應用，近年來(lái)產(chǎn)生的鋼結構住宅也促進(jìn)了住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程，尤其鋼結構使用過(guò)程的環(huán)保性還符合社會(huì )可持續發(fā)展的需要，帶來(lái)了良好的綜合效益、但鋼材也存在其固有不足、比如鋼材的耐腐蝕性和耐火性較差，因此鋼結構使用時(shí)需要進(jìn)行較嚴格的防護，其防護時(shí)費用高于鋼筋混凝土結構、鋼材雖有一定的耐熱性，但在溫度達150℃以上時(shí)，鋼結構需要加隔熱層加以保護、鋼材不耐火，重要的結構必須注意采取防火措施、鋼材的強度高，所做構件多數壁薄且截面較小，受壓時(shí)為了在強度與穩定之間取得最優(yōu)，往往滿(mǎn)足了穩定的要求，而使得強度不能充分發(fā)揮等。
4建筑鋼結構設計中應注意的問(wèn)題
4.1鋼結構住宅的設計。鋼結構住宅有低層和多層之分、低層一般用于別墅，而多層用于公寓、根據抗震規范GB500對12層以下和以上房屋的不同要求，建造鋼結構住宅一般不宜超過(guò)12層。鋼結構住宅抗震性能受結構布置規則性影響、因此，其平面布置應力求規則、對稱(chēng)、不規則布置在地震時(shí)容易遭到損壞。
4.3鋼結構穩定性設計的經(jīng)驗。
4.3.1借助于計算機技術(shù)和相關(guān)軟件的發(fā)展，目前鋼結構設計中結構和構件的平面內強度及整體穩定計算可由計算機輔助完成，而由設計者對結構和構件的平面外強度及穩定計算，進(jìn)行分析、計算和設計、為了提高效率和提供方便，在設計時(shí)可將整個(gè)結構按標高進(jìn)行分解，簡(jiǎn)化成不同水平荷載作用下的多個(gè)布置形式的結構體系來(lái)進(jìn)行強度和穩定的計算。
4.3.2受彎鋼構件的板件局部穩定可以通過(guò)幾種方式實(shí)現:
?、傧拗瓢寮捄癖?，使之達到屈曲的極限承載能力，不在構件整體失效前屈曲；
?、谠试S板件在構件整體失效前屈曲，然后利用其屈曲后強度達到構件的承載能力；
?、蹖α涸O置橫向或縱向加勁肋，以解決不考慮屈曲后強度的梁的局部穩定問(wèn)題。
4.3.3軸心受壓構件和壓彎構件局部穩定也可通過(guò)兩種方式實(shí)現，分別是控制翼緣板自由外伸寬度與其厚度之比和控制腹板計算高度與其厚度之比，如果受壓構件為圓管截面，則應控制外徑與壁厚之比。
鋼結構自重輕、強度高、工業(yè)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在建筑工程中得到了廣泛的應用，同時(shí)鋼結構建筑還符合國家的可持續發(fā)展戰略、發(fā)展鋼結構建筑對提高城市建設水平有很大作用、在鋼結構設計中要充分考慮材料的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮各方面的因素加強對結構的整體穩定、局部穩定以及平面外穩定的設計，克服結構設計缺陷，避免出現失穩事故，加快鋼結構應用領(lǐng)域的發(fā)展。（互聯(lián)網(wǎng)）
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