摘要:随着建筑工程规模的不断扩大,钢结构占据了重要的地位。目前,它作为建筑结构的主流形式,被广泛应用于各类建筑设计中,特别是厂房、桥梁、机场、剧院、超高层建筑等大型建筑结构。上个世纪,由于钢的冶炼技术不发达,建筑用钢的含碳量高,以及韧性、耐腐蚀性等缺点,钢结构在建筑设计领域没有受到重视,一度被边缘化,几乎被淘汰。近年来,随着金属冶炼技术的不断进步,高强度、高韧性和耐腐蚀的钢结构材料广泛受到建筑行业的青睐,已越来越多地应用于各种工程建设。同时,依靠结构的整体稳定性设计,可实现减轻结构重量,进一步增加了建筑作为一个整体的安全性。
关键词:建筑钢结构设计;稳定性;设计方法
引言
稳定性设计是钢结构设计中非常关键的一个环节,在各种建筑钢结构中,稳定性问题都会遇到,一旦处理不当,就会影响建筑的安全性。在具体的钢结构设计中,需要做好稳定性验算,避免出现钢结构失稳现象。
1钢结构的相关概述
1.1钢结构建筑特点
从基本特性来讲,钢结构本身包含了质地较为均匀的优质钢材,因此其在本质上类似于均质体,这主要是由于其表现为均匀性较好的组织与构造。就目前来看,工程力学领域更多地着眼于研发新型的钢结构,因此涉及全方位的受力运算,并通过实践验证的方式,在根源上优化当前现有的钢结构的各项基本性能,从而为建筑物加强整体可靠性服务。同时,钢结构本身具备优良的水密性和气密性特征,其如果能够灵活适用于当前建筑物的建造过程,将有助于优化建筑物具备的密封性,并简化整个施工流程。
1.2钢结构应用情况
目前,建筑领域正致力于全面引进优质钢结构,在此前提下,针对多种多样的建筑工程,都可以因地制宜地选择钢结构作为核心性的建筑基本构造。同时,钢结构目前可以达到的耐热性和耐腐蚀性在逐步优化,现阶段与钢结构密切相关的结构设计思路及设计方式也有了明显的改进,从而显著拓宽钢结构在当前建筑领域表现出来的运用前景,并协助企业实现综合性的建筑经费节约。
1.3建筑钢结构设计的概述
设计整个建筑钢结构的侧重点应在于其中的杆件连接,这是因为设计人员只有做到了全方位的杆件连接及相关处理,才能真正服务于建筑物整体构造的优化与健全。具体而言,整个建筑物钢结构设计通常都会涉及抗拉、压、弯、剪、扭的全面设计,从而运用因地制宜的方式优化上述各项设计细节。由此可见,作为设计人员就要遵照现阶段的各项设计规范指标,同时还需要保证整个钢结构能够符合特定的工程建设需求,从而优化钢结构建筑物本身具备的可用性与经济性特征。
2钢结构提高设计稳定性的原则
钢结构的稳定性是进行钢结构设计过程中最重要的因素,在长期的工程实践和理论研究中,工程技术人员总结出了三条提高钢结构稳定性的设计原则。
2.1平面内稳定原则
钢结构设计的平面内稳定性原则要求在进行钢结构设计绘制平面图样的阶段,要根据不同筑建物的相应要求进行钢结构平面设计图绘制,重点关注确保钢结构平面设计图中的支撑部位,确保支撑部位平面内的稳定性。钢结构平面内的稳定性,是整个钢结构整体稳定性的核心和基础,只有确保钢结构组成构件在平面内保持稳定,才能在进行之后的立体搭建过程时,避免出现个别位置失稳的状况。
2.2统一性原则
合理的计算是进行钢结构设计的前提和基础,在设计钢结构框架时,应当依据具体框架与框架的平衡关系确定计算方法和预期参数值,这一步骤是整个钢结构设计受力计算的关键环节。但是在实践中,很多设计者会过分依赖个人经验,根据自己的经验直接进行钢结构框架的稳定计算而忽略平衡计算步骤,这种操作方法缺乏科学全面的计算数据,容易造成稳定关系计算错误,进而造成钢结构设计达不到建筑物结构强度要求,从而造成安全隐患。因此,平衡计算和稳定计算需要同时进行,二者缺一不可,并且应当达到统一。
2.3协调性原则
整个钢结构是由多个单一钢结构组件通过焊接、铆接、螺丝固定等连接手段组合在一起,最终形成一个大型建筑结构。[3]因此,在钢结构设计过程中,必须考虑到各个结构部件的协调问题,不管是大部件还是小部件都需要相互配合,最终才能完美地组合成一个坚固的钢结构整体。在钢结构设计中,不能只考虑单一钢结构组件的稳定性,必须综合考虑所有组件的情况,进行准确的组合计算。各个组件只有进行完美的协调,才能实现整个结构的高度稳定,最大限度的发挥各个零部件的作用,保证结构的整体强度。
3提高钢结构稳定性设计的有效措施
具体钢结构设计时,需要针对于设计中一些常见问题来提出科学有效的解决措施,有效的提高钢结构的稳定性,减少由于设计不到位而引发事故的几率。
3.1减小不确定性因素影响
在钢结构稳定性设计过程中,会存在一些不确定性因素,从而影响钢结构稳定性设计的质量控制。因此在具体设计时,可以通过分析钢结构的力学性能,或是从多个设计实验中挑选出较为合理的方案,以此来降低不确定性因素的影响,全面提升钢结构设计的可靠性和合理性。
3.2合理地运用梁-柱理论
在钢结构稳定性设计时,需要遵循梁-柱理论,并对该理论进行合理运用。即在具体设计过程中,需要针对于钢结构工程的场地、材料和设计方案进行考虑,并运用梁-柱理论来对钢结构设计中细部构件与构件之间的稳定性进行分析,保证整体结构和组成部分之间的稳定性,确保钢结构稳定性设计水平的提升。
3.3完善预应力结构理论体系
在钢结构稳定性设计过程中,预应力结构理论体系发挥着重要的作用,因此需要构建一套完善的预应力结构体系理论,并以此为基础来对预应力结构进行分析,并获得准确的结果,确保钢结构稳定性设计的质量。
3.4重视局部与整体之间稳定性的关系
在钢结构稳定性设计时,局部稳定性和整体稳定性之间安全系数的选择,避免依据经验来进行确定,需要在实际设计工作中高度重视局部和整体之间稳定性的关系,并针对钢结构工程的实际情况进行分析,综合考虑现场的诸多因素,以此来科学计算出具有较高可靠性的安全系数,有效的减少误差的产生,确保建筑整体具有较好的稳定性。
结语
综上所述,钢结构的稳定性对于建筑整体的安全和使用寿命具有决定性的影响,设计人员在进行钢结构设计的过程中要进行准确合理的计算,综合考虑零部件之间的受力关系,做好钢材防腐处理,最大限度地避免钢结构的短板,发挥钢结构的优势,从而推动建筑设计的不断进步。
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