淺談建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性原則

淺談建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性原則和設(shè)計要點摘要：新時代，我國工業(yè)迅猛發(fā)展，需要越來越多的廠房，給建筑行業(yè)帶來了挑戰(zhàn)。鋼結(jié)構(gòu)受到當代人們的廣泛認可，被應(yīng)用于各種類型的建筑物建設(shè)過程中，相比于傳統(tǒng)磚石、砼結(jié)構(gòu)，其具有力學、材料等應(yīng)用優(yōu)勢。通過分析鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況可知，在建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性十分重要。關(guān)鍵詞：建筑工程；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計;光明文化藝術(shù)中心項目引言：建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)乎到建筑物穩(wěn)定性，對建筑質(zhì)量具有較高影響，因此，研究穩(wěn)定性設(shè)計原則與要點具有現(xiàn)實意義。通過規(guī)范、科學的穩(wěn)定性設(shè)計能夠充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)作用，增強建筑工程安全性、穩(wěn)固性，保障人們的生命財產(chǎn)安全。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性概述建筑工程鋼結(jié)構(gòu)具有多樣性特點，其穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，即鋼結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計部分，開展該部分設(shè)計工作時需要重點分析鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形，導致未承載部分荷載，進而引發(fā)穩(wěn)定性問題。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要求多種結(jié)構(gòu)吻合，若局部出現(xiàn)設(shè)計瑕疵會影響其他部分。另外，鋼結(jié)構(gòu)由眾多構(gòu)件組成，因此其若出現(xiàn)整體失穩(wěn)情況，會影響其他構(gòu)件。2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性原則2.1結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計原則鋼結(jié)構(gòu)較為特殊，其設(shè)計工藝相對復(fù)雜，在開展設(shè)計工作時需要依托于信息技術(shù)檢測質(zhì)量，只有在確保質(zhì)量達標的情況下才能夠?qū)⒃O(shè)計圖紙運用于建筑工程實際施工中。實施檢測工作時需要將鋼結(jié)構(gòu)水平承載、抗震系數(shù)以及結(jié)構(gòu)阻尼比等作為參數(shù)，設(shè)計師在設(shè)計環(huán)節(jié)需要結(jié)合施工現(xiàn)場自然環(huán)境，確定其水平荷載系數(shù)，進而保證水平層面穩(wěn)固。鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固十分重要，保證整體穩(wěn)固是設(shè)計重點，不管應(yīng)用何種設(shè)計技術(shù)，必須將穩(wěn)定性置于首位。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件對其穩(wěn)定性有重要影響，容易埋下安全隱患，嚴重的甚至可能引發(fā)安全事故?；诖?，設(shè)計師必須樹立安全意識，應(yīng)用科學、規(guī)范、合理的方法進行設(shè)計，以形成更多優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。2.2剪力調(diào)整設(shè)計原則目前，建筑工程形態(tài)愈加復(fù)雜，不對稱設(shè)計廣泛存在于建筑施工中，其逐漸形成了一種建筑潮流，因此，斜柱使用頻率越來越高，斜柱相較于垂直構(gòu)件其具有一定的傾斜角度，想要保證建筑物穩(wěn)定就必須設(shè)計一定的剪力。設(shè)計師在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)具體內(nèi)容時，通常會為了簡便，將垂直構(gòu)件表述為柱子，將斜柱表述為斜桿，這種設(shè)計方式雖然不會影響建筑物實際穩(wěn)定性，但若調(diào)整剪力容易受到干擾。于斜柱來講，它具有水平受力的功能，但是垂直向也需要荷載，若設(shè)計師忽略了垂直向的荷載，則會造成剪力誤差，進而影響建筑工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性?；诖耍O(shè)計師在實際設(shè)計環(huán)節(jié)，結(jié)合建筑工程實際狀態(tài)，若需要進行剪力設(shè)計，必須堅持剪力調(diào)整設(shè)計原則，針對具體施工狀態(tài)靈活調(diào)整剪力，進而保障鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。2.3強柱弱梁設(shè)計原則若鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計具有實效性，質(zhì)量較高，則若水平承載過大或者需要強力荷載，塑性鉸會出現(xiàn)在梁上，但若其設(shè)計質(zhì)量較低，其會出現(xiàn)在柱子上?；趶娭趿涸O(shè)計原則能夠增強鋼結(jié)構(gòu)抗壓能力，以提高強力下的鋼結(jié)構(gòu)荷載能力，使其能夠快速恢復(fù)到正常狀態(tài)。目前鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在設(shè)計方面需要對其進行分析與計算，進而保證塑性鉸能夠呈現(xiàn)在梁上。需要構(gòu)造與計算相一致，在設(shè)計時要求計算結(jié)構(gòu)與實際構(gòu)造相一致，特別是注意鋼結(jié)構(gòu)的抗震效果，要求其性能與建筑工程結(jié)構(gòu)相符。3.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點3.1材料選擇設(shè)計師在開展鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，應(yīng)當選擇高品質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)材料，要求其與焊縫等級相匹配，在開始設(shè)計前，應(yīng)當制定科學、規(guī)范的設(shè)計計劃，了解設(shè)計計劃中對鋼材、焊縫等質(zhì)量的要求，進而選擇適宜的鋼材。在選擇與采購鋼材的過程中應(yīng)以選擇屈服強度、抗拉伸性能等高的材料，達到實際施工要求。在進行焊縫施工時，應(yīng)當明確施工要求，應(yīng)用先進的施工技術(shù)，進而確保施工質(zhì)量。另外，當兩種不同鋼號焊接時,宜采用與強度較低鋼號匹配的焊條或焊絲。承受直接動荷載的焊接連接或重要的厚板焊接等宜選用低氫型焊條。最后，焊絲焊劑按以下要求選用,選用時應(yīng)根據(jù)焊接工藝的具體情況作出適當修正,必要時通過試驗確定。(1)焊絲應(yīng)符合國家標準《熔化焊用鋼絲》GB/T14957、《氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》GB/T8110及《碳鋼藥芯焊絲》GB/T10045、《低合金鋼藥芯焊絲》GB/T17493的規(guī)定。(2)埋弧焊用焊絲和焊劑應(yīng)符合國家標準《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑》GB/T5293、《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》GB/T12470的規(guī)定。3.2結(jié)構(gòu)選型設(shè)計師在開展鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時需要重視結(jié)構(gòu)形式的選擇工作。鋼結(jié)構(gòu)形態(tài)對建筑工程施工目標的達成和設(shè)計圖紙的落實具有重要影響。鋼結(jié)構(gòu)選型期間，應(yīng)當結(jié)合設(shè)計方案，立足于鋼結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)體系，同時考慮力學關(guān)系，做好選型工作，進而保證鋼結(jié)構(gòu)建筑物穩(wěn)定性。同時，承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強度、伸長率、屈服強度各硫、磷含量的合格保證,對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證.焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證.抗震設(shè)計時,鋼材應(yīng)符合以下規(guī)定:(1)鋼材的屈服強度實測值與抗拉強度實測值的比值不應(yīng)大于0.85;(2)鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺階,且伸長率不應(yīng)小于20%;(3)鋼材應(yīng)有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。3.3構(gòu)件設(shè)計構(gòu)件設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的重要組成部分，需要保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范性與合理性，結(jié)合施工技術(shù)要求，采購適宜的材料，保證施工順利開展，在設(shè)計其主體框架時，往往需要應(yīng)用同一材質(zhì)。此外，為了控制工程造價，亦可綜合選用施工材料，要求材料能夠達到相關(guān)技術(shù)要求。具體而言，鋼材強度應(yīng)當大于國家相關(guān)標準。在施工環(huán)節(jié)進行構(gòu)件設(shè)計時，需要確保信息技術(shù)的先進性，不斷對其進行優(yōu)化和更新，做好鋼結(jié)構(gòu)截面處理與計算工作，對截面進行有效優(yōu)化，同時有助于簡化設(shè)計流程[1]。3.4涂裝設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的防腐、防火涂裝設(shè)計施工具有提高鋼結(jié)構(gòu)壽命、提升其性能的作用，應(yīng)當保證鋼結(jié)構(gòu)具有避免受到火、酸性物質(zhì)等的干擾。在設(shè)計實踐中，設(shè)計師通常會選擇在表層先涂抹防腐涂料，之后再涂抹防火涂料；在內(nèi)層融合使用二者，以及在關(guān)鍵部分混合使用二者，應(yīng)當避免涂料相互間出現(xiàn)化學反應(yīng)。在涂裝涂料時應(yīng)當先進行除銹工作，可以使用設(shè)備處理，注意清潔鋼材表層雜質(zhì)，例如灰、油污等。3.5節(jié)點設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計有助于提高建筑工程的安全、穩(wěn)定性，應(yīng)當在設(shè)計環(huán)節(jié)重視節(jié)點施工監(jiān)管工作，設(shè)計適宜、科學的節(jié)點，同時注重考量鋼結(jié)構(gòu)施工要求以及對設(shè)計有所影響的因素，進而制定科學、合理的節(jié)點設(shè)計方案，設(shè)計出穩(wěn)固的鋼結(jié)構(gòu)。開展設(shè)計工作的過程中應(yīng)當結(jié)合施工設(shè)計要求，科學選擇節(jié)點處，通過把握施工技術(shù)，以使節(jié)點與建筑工程設(shè)計要求相符。同時，焊接工作應(yīng)在焊接工程師指導下進行,應(yīng)編制焊接工藝文件,并采取相應(yīng)措施使結(jié)構(gòu)的焊接變形和殘余應(yīng)力減到最小.厚板焊接時,應(yīng)注間嚴格控制焊接順序,防止產(chǎn)生厚度方向上的層狀撕裂.在施工中嚴格按照工藝文件中的規(guī)定的焊接方法、工藝參數(shù)、施焊順序等進行,并應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661及《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50755的規(guī)定[2]。4.應(yīng)用實例光明文化藝術(shù)中心位于深圳市光明區(qū)觀光路與創(chuàng)投路交匯處北側(cè)。本工程由深圳市光明區(qū)建筑工務(wù)局興建，建筑面積13萬㎡，整個項目由五個功能區(qū)組成，分別為演藝中心、城市規(guī)劃展覽館、美術(shù)館、圖書館、文化綜合中心。該工程鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約為8300噸，使用到鋼結(jié)構(gòu)的主要區(qū)域有：圖書館與城市規(guī)劃展廳為一座3層15.6m高桁架（連廊1）強連接，最大跨度為56m，城市規(guī)劃展廳與演藝中心為一座單層9m高桁架（連廊2）強連接，最大跨度為49m，城市展廳各層、美術(shù)館部分大跨度區(qū)域、美術(shù)館與圖書館連接區(qū)域、演藝中心大跨度樓面及屋面區(qū)域等。本工程所使用鋼材的強度等級主要有：Q235、Q345、Q420等。主要的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括：鋼梁、鋼骨梁、鋼骨柱、鋼管混凝土柱、鋼骨剪力墻、鋼桁架、鋼筋桁架樓承板等。大桁架鋼結(jié)構(gòu)采用液壓整體提升，大桁架鋼結(jié)構(gòu)由2榀縱向主桁架（HJ1～2）和其間次梁結(jié)構(gòu)組成，主桁架的弦桿和腹桿均為箱型構(gòu)件，次梁為H型截面。此部分鋼結(jié)構(gòu)最大標高為+32.750m，桁架自身高度16.6m，HJ-1跨度51.2m，HJ-2跨度56.35m，提升高度為17.15m，提升重量為1700t。鋼結(jié)構(gòu)提升單元在其投影面正下方的地面上拼裝為整體，同時，利用兩榀主桁架預(yù)裝段設(shè)置提升牛腿（上吊點），共4組。每組上吊點處配置2臺YS-SJ-405型液壓提升器，共8臺液壓提升器。在提升單元的桁架下弦桿與上吊點對應(yīng)位置處安裝提升臨時牛腿（下吊點），上下吊點間通過專用底錨和專用鋼絞線連接，利用液壓同步提升系統(tǒng)將鋼桁架結(jié)構(gòu)提升單元一次性提升至安裝標高處，進行主桁架對接以及后裝桿件的安裝。鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計時，為配合現(xiàn)場安裝需要，將部分構(gòu)件設(shè)計成后裝段，并且在提升上下吊點內(nèi)部設(shè)計額外加勁板，保證在提升時無應(yīng)力變形。該項目大桁架在整體提升后，鋼構(gòu)接口偏差在5mm以內(nèi)，且在提升過程中對其進行應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果均在設(shè)計允許范圍內(nèi)。可以說該項目在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計過程中，充分考慮到現(xiàn)場安裝方案，進行局部加強，不但節(jié)省整體建造成本，也滿足規(guī)范要求，是一個成功的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用案例。結(jié)論：簡而言之，社會經(jīng)濟的發(fā)展，進