探索建筑工程钢结构的稳定性设计策略

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  摘 要:随着全球科学技术的飞速发展、经济水平的持续上涨,建筑产业面临着新的机遇与挑战,我国国内的建筑工程项目日渐增多,如何确保并稳步提升各地建筑工程项目的质量与安全、优化建筑工程设计规划方案,成为建筑工程设计单位、有关设计人员面临的现实问题。下文中,笔者将从建筑工程结构设计的角度,结合参加工程项目设计的工作实践经验,分析优化钢结构稳定性设计的方法策略,以期为建筑工程项目争取更多的利润收益,保证城市居民的人身安全与财产安全。
  关键词:建筑工程项目;设计策略;钢结构稳定性
  经过针对国内当前各地建筑工程项目的设计情况调查与分析、总结,笔者发现,数量众多的建筑工项目在结构设计上采用了钢结构设计模式,一方面有效提升了建筑工程的结构稳定性,另一方面也随着产生诸多问题亟待解决。我们将结合国内现阶段的建筑工程项目钢结构设计的现实情况,分析并探讨钢结构设计过程中应当注意的重点事项与影响要素,提出增强建筑工程项目钢结构设计稳定性的策略方法,在经济条件允许的范围内,最大可能提升、确保建筑工程的结构稳定性和施工质量。
  1 建筑工程项目的钢结构稳定性设计综述
  1.1 钢结构设计要确保各个层面的稳定性
  钢结构最明显特性是其机能出色,然而这个特性使其出色的同时也决定了其前期的工程设计是很繁杂的,设计者不但要很专业的数据整理,而且要对钢结构的各个工艺标准进行严厉的查验,必须在每个方面达到标准后才可以把质量过关的钢结构投产到施工和使用中。由于钢结构有关的技术数据很多,其中包含结构的阻尼比、水平载荷系数、抗震强度等等,下面以水平载荷系数作为例子来分析,建筑必须处在十分良好的状况下水平载荷系数才是零,然而在实际的环境中是很难达到的,风载荷都会在不同的水准上对水平方向上的建筑稳定性产生作用,由于这些现实情况,设计者需要依据本地的实质环境状况来设计水平载荷系数,最后防止建筑由于稳定性的因素造成的破坏。
  1.2 钢结構设计要注重剪力调整问题
  剪力调整问题也是钢结构稳定性设计过程当中需要高度关注和重视的一个问题,这主要是因为随着我们国家经济水平和技术水平的持续提高,建筑楼层越来越高,建筑形式也越来越复杂,斜柱或者是不对称结构等异形结构出现的频率非常之高,这无疑对建筑稳定性设计提出了更高的要求。目前为止,我们国家在进行建筑设计时多采用简化的方式来进行处理,如竖向构件简化为柱子,斜构件简化成斜杆等,通常情况下这样一种简化并不会产生太大的问题,但是在进行框架柱剪力调整时就会有非常严重的影响,这主要是由斜撑的特点和作用来决定的,斜撑主要还是用作水平方向的支撑,但仍然需要承受竖向上一定的载荷,这样一部分载荷产生的剪力是不能够忽略的,因此,剪力调整问题的良好处理将在相当大程度上提升钢结构设计的稳定程度。
  1.3 钢结构设计要实施强柱弱梁的设计
  强柱弱梁注重的是建筑设计中柱、梁的整体性问题,这是由于钢结构在面临很大的载荷时需要塑性铰出现在梁上而不是柱子上,这样才可以确保钢结构整体在使用过程当中不会产生瞬间损坏,并且在经过一定的外力作用后还能够在很短的时间内快速恢复原始形态。国家的标准对于这些方面有比较明了的规则和条件,强柱弱梁的设计必须对其弹塑性 进行计算和分析,只有满足以上要求时才能够认为其合格可用。
  2 建筑工程项目钢结构稳定性设计的注意事项
  钢结构稳定性设计原则的提出实际上就是基于钢结构稳定性设计的具体特点,因此下文中进一步探究钢结构稳定性设计的特点,具体包括3个方面:一是整体刚度与钢结构失稳之间的关系,这两者之间的关系十分密切,钢结构刚度好坏直接由其整体构成来决定,正是因为这样,钢结构稳定性就成为了钢结构的重要问题。二是钢结构的整体稳定性问题,上文当中已经明确指出,无论是钢结构整体还是钢结构的组成部分,其性能都会对钢结构整体稳定性产生较大影响,因此在实际建设过程当中,在对钢结构稳定性问题进行处理时,就要把握整体观念,并于此同时关注结构内部各个层面的状况,如发现钢结构内部出现细小形变,就要考虑到这非常有可能对钢结构的整体内力分布带来影响,最终影响整体的承载能力。三是钢结构稳定具有相关性的问题,同样是需要设计师予以一定关注的。
  3 建筑工程项目钢结构稳定性设计的方法策略
  我们所说的建筑工程项目钢结构稳定性设计,应当首先建立在工程项目的现实情况基础之上,根据现场实地情况,精准分析建筑工程的结构受力情况、计算负重载荷数值,对建筑工程可能产生的结构变形、沉降问题一一作出分析与评估,然后依据调查情况与计算数据,选择应对的结构稳定性设计策略。
  通常情况下,我们应用两种结构稳定性设计策略,一种是动力稳定性设计策略,另一种是静力稳定性设计策略。前者的设计思路为,当判断到建筑工程项目的结构处于平衡状况,如果在外力、加速度的影响下,建筑工程的平衡结构将遭受破坏,因此为了降低外部因素对于结构稳定性的干扰,应当设定好建筑结构的承重载荷数值,使其处于可变化的合理范围内。后者的设计思路为,建筑工程结构的稳定性已经遭受外力破坏,建筑结构处于非平衡状况,设计人员应当采用结构受力分析、微分方程平衡计算的设计策略,帮助建筑结构重新恢复到平衡状况,提升结构稳定性。
  综上所述,针对我国建筑工程项目钢结构稳定性设计的方案进行分析与总结,笔者认为,为了有效提升建筑工程的稳定性,有关设计单位与设计工作者应当从现实情况出发,降低外部因素对建筑结构稳定性的影响与破坏,分析并研究各国、我国关于建筑工程项目钢结构稳定性的设计案例,确保结构稳定性测算数值的精确性,结合不同类型工程项目的现实情况,寻找并制定提升建筑机构稳定性、恢复建筑工程钢结构平衡状态的最佳设计方法,从而稳步提升建筑工程项目的施工质量。
  参考文献
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  [3]陈波,周红莲.建筑钢结构主体稳定性设计分析[J].中国新技术新产品,2013,(12):190-191.
  (作者单位:大连港口设计研究院有限公司)
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