鋼結構設計中穩(wěn)定性的設計方法

來源：建筑設計 瀏覽：- 發(fā)布日期：2024-10-18 08:39:31

廠房鋼結構的優(yōu)點在于其良好的結構強度，自身的重量也較輕，但對穩(wěn)定性的設計要求較高，對于穩(wěn)定性設計，通過對長細比的判斷，還有對阻尼系數(shù)的分析，綜合地應用各種不同的設計方法來進行設計，將鋼結構的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，可有利于實現(xiàn)建筑工業(yè)技術的集成化和產(chǎn)業(yè)化?？梢杂行Ы档吞寂欧?，環(huán)保性能更好。今后國內(nèi)采用鋼結構的廠房會越來越多，鋼結構廠房設計及相關人員一定會建造出更多經(jīng)濟、合理、安全可靠的鋼結構廠房建筑。

1、穩(wěn)定性設計要點

1）結構選型

為了提高廠房鋼結構的穩(wěn)定性，在選擇結構類型的時候，需要考慮下面幾個原則。首先，在鋼結構平面上要盡量做到對稱、規(guī)整，并且比較簡單，而且要盡可能使剛度和質(zhì)量的中心重合到一起，這樣在遇到地震時，可以防止結構出現(xiàn)扭轉效應，保證結構的安全性。其次，盡量不要使用角部重疊或者是細腰型的鋼結構，也不能使用內(nèi)凹、外凸型的，設置的鋼結構構件必須是上下貫通的，鋼結構底部一般采用L型、T型以及U型幾種結構，這樣可以減輕自然災害帶來的影響，使結構更加地穩(wěn)定。

2）防腐設計

降雨、日照或者是大霧，對于鋼結構也會產(chǎn)生影響，會導致其受到腐蝕，降低結構的穩(wěn)定性。對于廠房鋼結構來說，比較常見的情況就是電化學腐蝕。為了應對腐蝕情況，需要根據(jù)地區(qū)的實際環(huán)境條件為鋼結構設置相應的抗腐蝕性表面涂料，確保其在高溫、高濕環(huán)境下也可以有良好的耐腐蝕性。

3）構件設計

對于鋼結構來說，構件設計對其穩(wěn)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的要求，同時還能夠滿足廠房鋼結構在節(jié)點連接上的需要。其次，在對構件進行安裝的時候，要確保其整個結構都是平衡的，這樣結構的力學傳導以及擴散性才會比較好。最后，要合理地運用二階法，使得柔性結構也能有足夠的穩(wěn)定性，就算有了一定的形變，對于結構的影響也可控制在可以接受的范圍內(nèi)，而不會對結構安全產(chǎn)生過大影響。

4）加固設計

首先，需要加固構件的截面，在進行設計的時候，可以一個桿件受彎設計成多個受彎，分散集中載荷，這樣就可以對鋼結構頂部的支撐力進行調(diào)整。對于支座和筒支進行連接的位置使用鋼結構，并通過撐桿來進行支撐，同時還要對鋼結構的連續(xù)結構位置進行一定的調(diào)整，確保預應力拉桿可以為結構提供界面內(nèi)力。其次，要加固節(jié)點部位。需要對鋼結構的受力情況，施工的條件以及要求等進行分析，通過焊接鉚釘或者是螺栓的方式來加固銜接位置，有必要的話也可以進行混合連接，將高強螺栓的優(yōu)勢體現(xiàn)出來。

5）防火設計

廠房鋼結構缺少耐火性，一旦環(huán)境溫度超過540℃，鋼結構負載能力就會快速地降低，結構也會失去平衡穩(wěn)定性。所以對于鋼結構防火設計，首先就是要使用具有良好防火性能的涂料，有比較高的粘性，要有很厚的涂層，使其具有良好的阻燃性，也就能夠賦予鋼結構更強的防火性能。其次，在施工的過程中，可以采用防火板來保護鋼結構，對鋼結構進行包敷保護，提高鋼結構的防火性能。

2、穩(wěn)定性計算方法

1）分析阻尼數(shù)值

要想鋼結構有良好的穩(wěn)定性，就需要對阻尼數(shù)值進行分析，阻尼比的波動一直都比較穩(wěn)定的話，鋼結構才會有比較好的穩(wěn)定性。

2）判定長細比

在進行鋼結構設計的時候，結構的穩(wěn)定性會隨著長細比判定數(shù)值的增加而降低。所以在進行設計時，必須要根據(jù)設計規(guī)范要求，對相關的因素進行全面的考慮，要做好對于長細比的分析工作。對于長細比的分析，比較常用的方法就是計算和幾何方法，必須要對長細比進行合理的控制，不能超出承載力范圍，這樣獲得的參數(shù)才會比較準確，才可以用來進行鋼結構設計，保證它的穩(wěn)定性。

3）靜力設計法

這種方法是根據(jù)鋼結構穩(wěn)定性的最大承載力來計算它的彈性系數(shù)。當應用這種設計方法的時候，首先基本的要求就是力學模型要與結構相符，這樣才可以確定使用哪種微分方程。其次，如果鋼結構材料的應變和應力是和胡克定律的線性關系相符的話，就可以采用靜力計算法。還有一點就是，需要靜力計算模型可以將結構的彈性受力準確地反映出來。最后，要進行合理的施工操作，確保施工精度。

4）動力設計法

根據(jù)鋼結構的動態(tài)穩(wěn)定性展開的設計和分析。如果采用這種設計方法的話，首先需要鋼結構應力，可以將震動加速和結構變形準確地反映出來，能夠體現(xiàn)出鋼結構的輕微震動。其次，采用這種設計方法，可以對加速度和結構型面方向之間的關系進行平衡，假如靜態(tài)荷載數(shù)值出現(xiàn)變化，結構也會處于靜力穩(wěn)定狀態(tài)。第三點就在于如果鋼結構的形變方向和加速度是一致的話，就代表著這個結構能夠承載最大的負載，通過應用動力設計法，就可以消除干擾，鋼結構就會變得相對穩(wěn)定。最后還可以按照結構的載荷判斷靜態(tài)和動態(tài)之間的界限，同時將臨界載荷歸類為不穩(wěn)定的負荷，然后可以假設振蕩頻率是零來分析鋼結構的穩(wěn)定性。

5）塑性設計法

塑形設計法指的是，標準塑性載荷與安全系數(shù)的乘積要大于鋼結構的構件強度。首先，在鋼結構內(nèi)部強度的構造分析中，會運用一階塑性分析或剛性分析。其次，在重新分配結構內(nèi)力時，可運用塑性設計法，使材料結構能夠符合結構可塑性的分析要求。最后，在對法蘭尺寸及限制橫截面進行設計時，可運用塑形設計法來反映鋼結構材料的范圍，并準確凸顯其穩(wěn)定性結構的特點，提升結構安全度。

3、穩(wěn)定性設計中需要注意的問題

在廠房鋼結構設計的時候，一般鋼結構跨度現(xiàn)國內(nèi)常用的有6-24米，30米以上的一般稱為大跨度鋼結構。一般廠房鋼結構分為橫向和縱向跨度。而對于橫向和縱向跨度結構，分別有著相應的標準和規(guī)定。在布置鋼結構的時候，不能只是考慮奇特的建筑造型，這樣就很難保證鋼結構的抗震能力。所以在布置鋼結構平面的時候，平面宜對稱布置，且規(guī)則，這樣在遇到地震的時候能夠保持其足夠的穩(wěn)定性，而不會受到太過嚴重的破壞。對于吊車噸位大的廠房設置制動桁架來抵抗橫向水平荷載。如今，各個領域都在應用各種各樣的計算機軟件技術，建筑行業(yè)對于鋼結構的設計，同樣也需要應用計算機分析軟件進行輔助。利用計算機軟件可以更好地計算鋼結構的平面構件的強度以及它的穩(wěn)定性，準確性更高，也更有效率，有助于提高設計質(zhì)量。