鋼結構設計中穩定性的設計方法

來源：建科 瀏覽：- 發布(bu)日期：2024-10-18 08:39:31

廠(chang)(chang)房(fang)鋼(gang)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)優點在(zai)于其良(liang)好的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)強度，自身的(de)(de)(de)重量也較輕，但(dan)對(dui)(dui)穩定性(xing)的(de)(de)(de)設計(ji)(ji)要求較高，對(dui)(dui)于穩定性(xing)設計(ji)(ji)，通過對(dui)(dui)長細比的(de)(de)(de)判斷，還(huan)有對(dui)(dui)阻(zu)尼系數的(de)(de)(de)分析(xi)，綜(zong)合(he)地應用(yong)各種不(bu)同的(de)(de)(de)設計(ji)(ji)方法來進行設計(ji)(ji)，將鋼(gang)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)優勢(shi)充分發揮出來，可(ke)有利于實現建(jian)筑工業(ye)(ye)技術的(de)(de)(de)集成化和產(chan)業(ye)(ye)化。可(ke)以有效降低碳排放，環保性(xing)能更好。今(jin)后國內采用(yong)鋼(gang)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)廠(chang)(chang)房(fang)會(hui)越來越多，鋼(gang)結(jie)構(gou)廠(chang)(chang)房(fang)設計(ji)(ji)及相關人員(yuan)一定會(hui)建(jian)造(zao)出更多經濟、合(he)理(li)、安全可(ke)靠的(de)(de)(de)鋼(gang)結(jie)構(gou)廠(chang)(chang)房(fang)建(jian)筑。

1、穩定性設計要點

1）結構選型(xing)

為(wei)了提高廠房鋼(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)穩(wen)定性，在選擇(ze)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)類型的(de)(de)時候，需(xu)要(yao)(yao)考慮下面幾個原則(ze)。首先，在鋼(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)平面上要(yao)(yao)盡(jin)量做(zuo)到對(dui)稱(cheng)、規整，并且(qie)(qie)比(bi)較簡單，而(er)且(qie)(qie)要(yao)(yao)盡(jin)可(ke)能(neng)使(shi)(shi)剛度和質量的(de)(de)中心重合到一起，這樣在遇到地(di)震時，可(ke)以防止(zhi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)出現扭轉效應，保證結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)安全性。其次，盡(jin)量不(bu)要(yao)(yao)使(shi)(shi)用(yong)角部重疊或者是細(xi)腰型的(de)(de)鋼(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)，也不(bu)能(neng)使(shi)(shi)用(yong)內凹、外(wai)凸型的(de)(de)，設置(zhi)的(de)(de)鋼(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)構(gou)(gou)(gou)件必須(xu)是上下貫通的(de)(de)，鋼(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)底部一般采(cai)用(yong)L型、T型以及U型幾種(zhong)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)，這樣可(ke)以減(jian)輕自然(ran)災害帶來的(de)(de)影響(xiang)，使(shi)(shi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)更加(jia)地(di)穩(wen)定。

2）防腐設計

降雨、日(ri)照或者是(shi)大霧(wu)，對(dui)于鋼結(jie)(jie)構也會產(chan)生影(ying)響，會導致其受到腐蝕(shi)，降低結(jie)(jie)構的穩(wen)定性(xing)。對(dui)于廠房鋼結(jie)(jie)構來說，比較常見的情(qing)況就(jiu)是(shi)電(dian)化學腐蝕(shi)。為(wei)了應對(dui)腐蝕(shi)情(qing)況，需要根據地區的實際環境條件為(wei)鋼結(jie)(jie)構設置(zhi)相(xiang)應的抗(kang)腐蝕(shi)性(xing)表面(mian)涂料，確保(bao)其在高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)濕環境下也可以有良好(hao)的耐腐蝕(shi)性(xing)。

3）構(gou)件設計

對于鋼結構來說，構件設計對其穩定性的影響是很大的。首先應用的型鋼材料必須符合鋼結構設計標準(zhun)的(de)要(yao)求，同時(shi)還能(neng)(neng)夠滿(man)足廠房鋼結(jie)構(gou)(gou)在(zai)節點連(lian)接(jie)(jie)上的(de)需要(yao)。其次，在(zai)對(dui)(dui)構(gou)(gou)件(jian)進行安裝的(de)時(shi)候，要(yao)確保其整個結(jie)構(gou)(gou)都是平衡的(de)，這樣結(jie)構(gou)(gou)的(de)力學(xue)傳導以(yi)(yi)及擴散性才會比較好。最后，要(yao)合理地(di)運用二階法，使得柔性結(jie)構(gou)(gou)也(ye)能(neng)(neng)有(you)足夠的(de)穩定(ding)性，就算(suan)有(you)了一(yi)定(ding)的(de)形(xing)變，對(dui)(dui)于結(jie)構(gou)(gou)的(de)影(ying)響也(ye)可控(kong)制在(zai)可以(yi)(yi)接(jie)(jie)受(shou)的(de)范圍內(nei)，而不(bu)會對(dui)(dui)結(jie)構(gou)(gou)安全產生過大影(ying)響。

4）加固設(she)計

首先，需(xu)(xu)要(yao)(yao)加固(gu)(gu)構(gou)(gou)件(jian)的(de)截面，在進(jin)(jin)行設(she)(she)計(ji)的(de)時(shi)候，可(ke)以(yi)一(yi)個桿件(jian)受彎設(she)(she)計(ji)成多個受彎，分(fen)散集中載荷(he)，這樣(yang)就可(ke)以(yi)對(dui)鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)(gou)頂部(bu)(bu)的(de)支(zhi)撐力(li)進(jin)(jin)行調(diao)整。對(dui)于支(zhi)座和筒支(zhi)進(jin)(jin)行連接(jie)(jie)的(de)位(wei)(wei)置使用鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)(gou)，并(bing)通過撐桿來進(jin)(jin)行支(zhi)撐，同時(shi)還要(yao)(yao)對(dui)鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)連續(xu)結(jie)(jie)構(gou)(gou)位(wei)(wei)置進(jin)(jin)行一(yi)定的(de)調(diao)整，確保預應力(li)拉桿可(ke)以(yi)為(wei)結(jie)(jie)構(gou)(gou)提供界面內(nei)力(li)。其次，要(yao)(yao)加固(gu)(gu)節點(dian)部(bu)(bu)位(wei)(wei)。需(xu)(xu)要(yao)(yao)對(dui)鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)受力(li)情況，施工的(de)條件(jian)以(yi)及要(yao)(yao)求等進(jin)(jin)行分(fen)析(xi)，通過焊接(jie)(jie)鉚釘或者是螺栓的(de)方(fang)式來加固(gu)(gu)銜接(jie)(jie)位(wei)(wei)置，有必要(yao)(yao)的(de)話(hua)也可(ke)以(yi)進(jin)(jin)行混合連接(jie)(jie)，將高強螺栓的(de)優勢體現出來。

5）防(fang)火(huo)設(she)計

廠(chang)房鋼結(jie)(jie)構(gou)缺少耐火(huo)性，一(yi)旦環境(jing)溫(wen)度超過(guo)540℃，鋼結(jie)(jie)構(gou)負載能力就會快速地降低，結(jie)(jie)構(gou)也會失(shi)去平衡(heng)穩定性。所以(yi)對于鋼結(jie)(jie)構(gou)防(fang)(fang)火(huo)設計，首先就是要使用(yong)具有(you)良好(hao)防(fang)(fang)火(huo)性能的(de)涂(tu)(tu)料，有(you)比較高的(de)粘性，要有(you)很厚的(de)涂(tu)(tu)層(ceng)，使其(qi)具有(you)良好(hao)的(de)阻燃性，也就能夠賦予鋼結(jie)(jie)構(gou)更強的(de)防(fang)(fang)火(huo)性能。其(qi)次，在施工的(de)過(guo)程中(zhong)，可以(yi)采用(yong)防(fang)(fang)火(huo)板來保(bao)護(hu)鋼結(jie)(jie)構(gou)，對鋼結(jie)(jie)構(gou)進行包敷保(bao)護(hu)，提高鋼結(jie)(jie)構(gou)的(de)防(fang)(fang)火(huo)性能。

2、穩定性計算方法

1）分(fen)析(xi)阻尼(ni)數值

 要(yao)想(xiang)鋼(gang)結構有良好的(de)穩定性，就需要(yao)對阻尼數(shu)值進行分析(xi)，阻尼比的(de)波動一(yi)直都(dou)比較穩定的(de)話，鋼(gang)結構才會有比較好的(de)穩定性。

2）判(pan)定長(chang)細比(bi)

 在進行鋼結構設(she)計(ji)的(de)時(shi)候，結構的(de)穩定性會(hui)隨著長(chang)(chang)細(xi)(xi)(xi)比(bi)(bi)判定數(shu)值(zhi)的(de)增加(jia)而降低(di)。所以在進行設(she)計(ji)時(shi)，必須要(yao)根據(ju)設(she)計(ji)規范要(yao)求，對相關的(de)因(yin)素進行全面(mian)的(de)考慮，要(yao)做好對于(yu)長(chang)(chang)細(xi)(xi)(xi)比(bi)(bi)的(de)分析工作(zuo)。對于(yu)長(chang)(chang)細(xi)(xi)(xi)比(bi)(bi)的(de)分析，比(bi)(bi)較常用的(de)方法就是計(ji)算和(he)幾(ji)何方法，必須要(yao)對長(chang)(chang)細(xi)(xi)(xi)比(bi)(bi)進行合(he)理的(de)控制，不能超出承(cheng)載力范圍，這(zhe)樣(yang)獲得的(de)參數(shu)才會(hui)比(bi)(bi)較準(zhun)確，才可以用來進行鋼結構設(she)計(ji)，保證它的(de)穩定性。

3）靜力設(she)計法

這(zhe)種(zhong)方法(fa)是(shi)根據鋼結(jie)(jie)(jie)構穩定性(xing)的(de)(de)最(zui)大承載力(li)來計(ji)算(suan)它的(de)(de)彈性(xing)系數。當(dang)應(ying)用(yong)這(zhe)種(zhong)設計(ji)方法(fa)的(de)(de)時候(hou)，首先基(ji)本的(de)(de)要求就是(shi)力(li)學(xue)模(mo)型要與結(jie)(jie)(jie)構相符，這(zhe)樣才(cai)可(ke)以確定使用(yong)哪種(zhong)微分方程。其次(ci)，如果(guo)鋼結(jie)(jie)(jie)構材料的(de)(de)應(ying)變(bian)和應(ying)力(li)是(shi)和胡克定律的(de)(de)線性(xing)關系相符的(de)(de)話(hua)，就可(ke)以采用(yong)靜力(li)計(ji)算(suan)法(fa)。還有一點就是(shi)，需要靜力(li)計(ji)算(suan)模(mo)型可(ke)以將結(jie)(jie)(jie)構的(de)(de)彈性(xing)受(shou)力(li)準確地反映出來。最(zui)后(hou)，要進行合理(li)的(de)(de)施工(gong)操作，確保施工(gong)精度(du)。

4）動力(li)設計法(fa)

根據鋼(gang)結構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)動態穩(wen)定性展開的(de)(de)(de)設(she)計和(he)分析。如果(guo)(guo)采用這(zhe)種(zhong)設(she)計方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)話，首先需要鋼(gang)結構(gou)(gou)(gou)應(ying)力(li)，可以將震動加速(su)和(he)結構(gou)(gou)(gou)變(bian)形(xing)準確地(di)反(fan)映出來，能(neng)夠(gou)體(ti)現(xian)出鋼(gang)結構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)輕微震動。其次(ci)，采用這(zhe)種(zhong)設(she)計方(fang)法(fa)，可以對加速(su)度和(he)結構(gou)(gou)(gou)型面(mian)方(fang)向(xiang)之間的(de)(de)(de)關(guan)系進行(xing)平衡，假(jia)如靜(jing)態荷載(zai)數值出現(xian)變(bian)化，結構(gou)(gou)(gou)也會(hui)處于(yu)靜(jing)力(li)穩(wen)定狀態。第三點就(jiu)(jiu)在于(yu)如果(guo)(guo)鋼(gang)結構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)形(xing)變(bian)方(fang)向(xiang)和(he)加速(su)度是(shi)一致的(de)(de)(de)話，就(jiu)(jiu)代(dai)表著這(zhe)個結構(gou)(gou)(gou)能(neng)夠(gou)承(cheng)載(zai)最大的(de)(de)(de)負載(zai)，通(tong)過應(ying)用動力(li)設(she)計法(fa)，就(jiu)(jiu)可以消除干擾，鋼(gang)結構(gou)(gou)(gou)就(jiu)(jiu)會(hui)變(bian)得(de)相對穩(wen)定。最后(hou)還可以按(an)照結構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)載(zai)荷判斷(duan)靜(jing)態和(he)動態之間的(de)(de)(de)界限，同(tong)時將臨(lin)界載(zai)荷歸類(lei)為不穩(wen)定的(de)(de)(de)負荷，然后(hou)可以假(jia)設(she)振蕩頻率是(shi)零(ling)來分析鋼(gang)結構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)穩(wen)定性。

5）塑性設計法

塑形設(she)計法(fa)指的(de)是，標(biao)準塑性載荷與安全(quan)系數的(de)乘積要(yao)大于(yu)鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)構(gou)(gou)(gou)件強度(du)。首先，在(zai)(zai)鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)內部強度(du)的(de)構(gou)(gou)(gou)造(zao)分(fen)(fen)(fen)析(xi)中，會運用一階塑性分(fen)(fen)(fen)析(xi)或剛(gang)性分(fen)(fen)(fen)析(xi)。其次，在(zai)(zai)重新分(fen)(fen)(fen)配結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)內力時，可運用塑性設(she)計法(fa)，使材(cai)料結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)能夠符(fu)合結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)可塑性的(de)分(fen)(fen)(fen)析(xi)要(yao)求。最后，在(zai)(zai)對法(fa)蘭(lan)尺寸及(ji)限(xian)制(zhi)橫(heng)截(jie)面進(jin)行設(she)計時，可運用塑形設(she)計法(fa)來反映鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)材(cai)料的(de)范圍，并準確凸顯其穩定性結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)特點，提升(sheng)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)安全(quan)度(du)。

3、穩定性設計中需要注意的問題

在廠(chang)房(fang)鋼(gang)(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)設(she)計(ji)(ji)的(de)(de)(de)時(shi)候(hou)(hou)，一般(ban)鋼(gang)(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)跨度現國(guo)內常用的(de)(de)(de)有(you)(you)6-24米，30米以(yi)上的(de)(de)(de)一般(ban)稱為(wei)大跨度鋼(gang)(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)。一般(ban)廠(chang)房(fang)鋼(gang)(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)分(fen)為(wei)橫(heng)向(xiang)和縱向(xiang)跨度。而(er)對(dui)于橫(heng)向(xiang)和縱向(xiang)跨度結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，分(fen)別有(you)(you)著(zhu)相應的(de)(de)(de)標準(zhun)和規(gui)(gui)定。在布置(zhi)鋼(gang)(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)時(shi)候(hou)(hou)，不(bu)能(neng)只(zhi)是考慮奇特(te)的(de)(de)(de)建筑造(zao)型，這樣(yang)就很難(nan)保(bao)證鋼(gang)(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)抗(kang)震能(neng)力(li)。所以(yi)在布置(zhi)鋼(gang)(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)平面的(de)(de)(de)時(shi)候(hou)(hou)，平面宜對(dui)稱布置(zhi)，且規(gui)(gui)則，這樣(yang)在遇(yu)到地震的(de)(de)(de)時(shi)候(hou)(hou)能(neng)夠保(bao)持其足夠的(de)(de)(de)穩定性，而(er)不(bu)會(hui)受到太(tai)過嚴(yan)重的(de)(de)(de)破壞。對(dui)于吊(diao)車噸(dun)位大的(de)(de)(de)廠(chang)房(fang)設(she)置(zhi)制動(dong)桁架來(lai)抵抗(kang)橫(heng)向(xiang)水平荷載。如今，各個領域都(dou)在應用各種(zhong)各樣(yang)的(de)(de)(de)計(ji)(ji)算機(ji)軟(ruan)件技(ji)術，建筑行業(ye)對(dui)于鋼(gang)(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)，同樣(yang)也需要(yao)應用計(ji)(ji)算機(ji)分(fen)析(xi)軟(ruan)件進行輔助。利用計(ji)(ji)算機(ji)軟(ruan)件可以(yi)更(geng)(geng)好地計(ji)(ji)算鋼(gang)(gang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)平面構(gou)(gou)件的(de)(de)(de)強度以(yi)及它(ta)的(de)(de)(de)穩定性，準(zhun)確性更(geng)(geng)高(gao)，也更(geng)(geng)有(you)(you)效率，有(you)(you)助于提(ti)高(gao)設(she)計(ji)(ji)質量。