浅析多高层钢结构稳定设计

浅析多高层钢结构稳定设计

朱耀耀

中石化宁波工程有限公司 , 浙江 宁波 315103

摘要：近年来，随着经济的不断发展和人们生活水平的不断提高，城市中的多高层建筑越来越多，已经逐渐成为衡量一个城市繁荣程度的标准之一。多高层建筑凭借着其对土地资源的高效利用率和对城市的发展起到非常大的推动作用。在多高层建筑中钢的使用非常的普遍，可以说是多高层建筑的主动脉和整体框架。但我们队多高层建筑钢结构的分类以及它的稳定性研究还比较缺乏，所以本文将以此展开研究。

关键词：多高层；钢结构；稳定设计

引言

随着钢结构因质轻高强、延性好及计算准确、安装方便等优点而在高层建筑中普遍应用，钢构件因长细比较大而容易引起结构失稳问题也更加引起人们的重视和关注。

1多高层钢结构稳定设计特点

失稳和整体刚度:根据目前我国正在执行的使用规范中的相关规定，确定使用临界压力求解法和折减系数法计算轴心压杆的稳定性。稳定性整体分析:从结构的整体角度进行综合分析，通过整体结构的综合表现对钢结构杆件的稳定状态进行确定。稳定计算其他特点:在对弹性稳定进行计算的过程中，仍然要保证对结构的整体性进行充分综合考虑，除此之外还存在着其他的不同特点，同样需要相关人员的高度重视。首先是对二阶段进行分析，因为柔性构件的特殊性，其会产生大量的变形，而这种变形会对结构的内部产生较大影响，因此，采用这种分析方式较为适宜;而对弹性稳定进行计算过程中，这种方式不能使用，这主要是因为，对迭加原理进行使用过程中，必须遵循以下原则:(1)材料与虎克定律相符合进而成为正比关系;(2)使结构变形减小。但是弹性稳定计算中，通常不会对这一要求进行满足，而非弹性稳定计算方式又均不符合两原则。伴随着新型钢结构体系的不断发展，人们对钢结构稳定性提出了更高的要求，在具体设计过程中，出现失稳现象的主要因素在于，相关人士对新型钢结构的稳定情况了解的不够充分。

2多高层钢结构的分类

2.1有侧移框架和无侧移框架两者的概念

在多高层建筑当中，建筑物的侧移程度的大小和所使用的钢结构的抗侧移程度有很大关系，但是在实际的运用当中容易就有侧移钢框架和无侧移钢框架这两个概念发生偏差和混淆，所以需要我们加以说明。（1）无侧移钢框架。所谓无侧移结构是指在多高层建筑所使用的钢框架结构当中设有钢结构的支撑条以及电梯井等可以起到支撑作用的结构，以使得多高层建筑的稳定性更加的提高。无侧移刚框架是一个相对的概念，之所以叫做无侧移框架，与前面所提到的各种支撑结构分不开，只有通过和这些支撑结构的有无对比才可以区分出无侧移框架的概念。（2）有侧移钢框架。所谓有侧移结构是与无侧移结构相对应的另一个概念，只要是指在多高层建筑当中没有支撑条以及电梯井之类的具有支撑作用的结构。有侧移框架自身所承受的力要大于无侧移框架所承受的力，通常是组成自身结构的钢的框架的五倍之多。　　有侧移框架和无侧移框架对于分析多高层钢结构的种类具有作用，是一种对多高层钢结构受力水平研究的一种简化形式，但是并没有为解决多高层钢结构的稳定性给予支持，稳定性的计算难度没有降低。

2.2侧向柔软性结构及侧向刚性结构

所谓侧向刚性结构主要是指在多高层建筑的钢框架当中有一根细长的，不受竖向力影响的结构，而侧向软性结构则与其相反。在这个概念当中我们需要注意的是不能讲侧向柔软性结构及侧向刚性结构和钢结构的侧向位移这个概念相互混淆，因为这两种类型的概念他们对于多高层建筑的稳定性的计算和影响是不一样的。　　对于一个侧向刚性结构，我们的稳定性研究所受的影响因素主要有两点。第一点是整个结构的内部受力的分析只能进行异界计算而不可以进行二阶分析，主要原因是因为进行二阶分析后的效应会非常小。第二点是因为二阶分析的影响非常小，所以在发生有侧移的可能性就非常小，我们因此可以将其以自身的长度作为代替进行计算。　　对于一个侧向柔性结构，我们在实际的计算到那个中就必须要采用二阶分析对其效应进行分析计算。这其中对二阶计算产生影响的主要有三种计算方法。第一，多高层建筑所使用的框架柱长度的计算方法。第二，多高层建筑的内部受力结构的分析计算方法。第三，采用放大系数的方法，将多高层建筑的内部受力好他的位移做系数的放大，使得最终得出的基数按结构数值增大，所使用的柱子的长度增长，对于稳定性的提高具有帮助。

3多高层钢结构的稳定性设计

3.1强化稳定设计理念

首先，设计过程中，技术人员需要将钢结构构件和结构整体的稳定性问题牢记心头，设计计算严格按照规范的条文进行，对于强制性条文需格外注意，如钢结构柱的长细比控制、压型钢板最小厚度要求、工字钢翼缘宽厚比要求、工字钢梁侧向支撑的最大间距、对轴心受力构件的稳定问题，应采用二阶非线性分析。设计计算中采用的各类假定应该合理合规，应尽量与结构的实际受力情形吻合或相近，防止结构发生与设计不相符的突然破坏。对于压杆，注意长细比限值和构件两端约束的做法。

2.2减少制作过程中的缺陷

施工中用到的钢构件是在加工厂中制作而成的，而钢结构的加工有热加工、冷加工等，这些加工制作工程通常会对钢材本身的性能产生较大影响，会在钢构件中产生对结构受力性能不利的缺陷和裂纹，并在构件内部留下残余应力，这类缺陷对构件受力十分不利，制作时需要采取恰当的工艺手段将缺陷尽量减少。

2.3保证施工过程的安装稳定性

不同于钢筋混凝土结构的现场湿作业施工，钢结构施工具有快速、不受天气影响等优点，钢结构构件需要在工厂预制，然后运至现场装配，现场吊装构件时，需要编制合理科学的施工组织设计，选取合理的吊装方案避免钢结构构件在形成完整结构之前发生较大变形；安装过程主要是钢板之间通过焊接连接或者通过螺栓连接，因此，构件连接的好坏对整个结构的可靠性来说至关重要。同时，由于施工过程中，结构构件之间的连接尚未形成，结构的稳定性需要通过可靠的支撑体系来保证。

2.4使用中的保护

从以往众多的建筑倒塌的实例可以知道，许多建筑的破坏是因为在使用过程中的维护不当，使用者私自改变了建筑的使用功能，导致结构实际受力与设计计算时的受力不一致，结构无法承载而失稳破坏，另一方面，钢结构的材料耐久性较混凝土差。因而对钢结构建筑而言，定期检查、维修结构构件是十分必要的，对发生腐蚀严重的构件需要及时更换。当结构功能发生改变时，需要按要求对结构进行结构检测与鉴定，必要时采取合理的加固措施。

结语

钢结构的稳定性问题与强度问题不同。在实际设计中，设计人员应清楚知道结构构件的稳定性，以免在设计过程中造成不必要的不稳定性损坏。针对上述问题，本文提出了设计人员在设计过程中应该明确的一些基本概念。总之，只有深入了解这些问题才能使钢结构的结构设计不断完善。

参考文献

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