在很多建筑工程項目中都會出現(xiàn)一些突發(fā)性事故.例如坍塌、傾斜.造成此類事故發(fā)生的主要原因是由于設(shè)計者在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)時沒有充分設(shè)計好其穩(wěn)定性.同時施工方在統(tǒng)計數(shù)據(jù)時沒有準確統(tǒng)計也沒有驗證每一個數(shù)據(jù)也是一個重要原因.這些原因會導(dǎo)致在外界條件變化時鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況.從而造成安全事故發(fā)生。因此.如何做好鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中穩(wěn)定性設(shè)計是目前建筑工程中需要重視的問題。
鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)類型
1.分支點失穩(wěn)
分支點失穩(wěn)也稱之為平衡分岔失穩(wěn)、分支點失穩(wěn)主要包括直桿、圓環(huán)、窄梁等部位.這些部位在受到外界壓力時會導(dǎo)致其支點嚴重不平衡造成失穩(wěn)現(xiàn)象。在正常情況下，如果鋼結(jié)構(gòu)的軸心受壓構(gòu)件是完好無損的.那么其端部在遭遇到荷載壓力且低于規(guī)定限值時.構(gòu)建依然可以維持平直.只會壓縮變形但不會造成失穩(wěn)。
但是如果端部的承載壓力高于限值就會導(dǎo)致彎曲使軸心受壓出現(xiàn)不平衡的情況.也就是平衡分岔穩(wěn)定問題。從設(shè)計角度來看.這類屈曲破壞是可以被隨免的。
2.極值點失穩(wěn)
極值點失穩(wěn)與分支點失穩(wěn)有所不同.是無平衡分岔的問題、在建筑工程中屬于常見的問題。這主要是由于偏心構(gòu)件的材料歷致.偏心構(gòu)件的材料一般都會使用鋼材.在經(jīng)過長時間發(fā)展后其塑性會逐漸變得沒有穩(wěn)定能力.就會導(dǎo)致平衡形式產(chǎn)生變化.從而導(dǎo)致失穩(wěn)問題。在處理極值點失穩(wěn)時.一般會將其轉(zhuǎn)變成分支點失穩(wěn)進而進行處理。
3.跳躍性失穩(wěn)
跳躍性失穩(wěn)并沒有極值點同時也沒有平衡分岔點.一般會出現(xiàn)在扁殼、空間柘架中，這一類失穩(wěn)主要是指扁殼或者是空間桁架在失去穩(wěn)定平衡后從原來位置跳躍到另外的穩(wěn)定平衡狀態(tài).即稱之為跳躍性失穩(wěn)。
在進行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計時，這種類型的變形是被禁止的，所以需要在計算承載極限時.按照臨界荷載來進行。
鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計原則
1.平面穩(wěn)定設(shè)計計算要契合結(jié)構(gòu)構(gòu)件
目前來說，國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)在進行設(shè)計時都是以平面體系作為出發(fā)點.例如桁架、框架的設(shè)計.為了防止在平面結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)失穩(wěn)、就需要在進行結(jié)構(gòu)布局時具有統(tǒng)一性、整體性在進行支撐構(gòu)件設(shè)計時.一定要具有針對性。
從另一個角度來說.就是在進行平面設(shè)計計算時，需要和平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置完全契合.例如在設(shè)計塔架時.就需要確保橫隔設(shè)置合理、構(gòu)件保持穩(wěn)定。
2.結(jié)構(gòu)計算要契合構(gòu)造設(shè)計
在進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時.保持設(shè)計結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計算一致一直都是設(shè)計人員關(guān)注的重點，在進行節(jié)點連接時要根據(jù)節(jié)點來設(shè)置相應(yīng)的柔度和剛度.如果連接柘架節(jié)點.要盡量降低桿件偏心。
在設(shè)計時，為了保持鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性、會對構(gòu)件有所要求，因此在調(diào)整梁的整體穩(wěn)定時，可以采取在平面內(nèi)對梁進行轉(zhuǎn)動的方式來確保梁的穩(wěn)定分析與邊界條件相一致。
3.使用簡圖要契合結(jié)構(gòu)計算簡圖
大部分設(shè)計人員在設(shè)計單層和多層框架結(jié)構(gòu)的時候，都不是十分注重框架的穩(wěn)定分析，而是通過直接計算的方式來確定架柱的穩(wěn)定。
使用直接計算方法.首先要分析框架柱的整體穩(wěn)定，然后會得出柱計算長度系數(shù).通過這種方式得到的柱穩(wěn)定計算可以保持和框架穩(wěn)定計算相一致。但是由于框架的種類繁多.因此在設(shè)計時可以通過設(shè)置典型條件的方式來使計算工作更加便捷.在此可以參考GB一J17一88規(guī)范中的基本假設(shè)。
但是在實際工程案例中，會出現(xiàn)兩種框架的計算簡圖和使用簡圖不一致的情況，一種是附有搖擺柱的框架、一種是橫梁承受了較大壓力的框架.這兩種情況不需要按照規(guī)定系數(shù)計算。
增加鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的加固方法
1.更改結(jié)構(gòu)計算圖形
通過改變結(jié)構(gòu)計算圖形的方式來對鋼結(jié)構(gòu)進行加固一般有四種方式，第一種是變更荷載分布情況.第二種是變更傳力方式.第三種是變更節(jié)點性質(zhì).第四種是變更邊界條件。使用更改結(jié)構(gòu)計算圖形的方式需要在原有的基礎(chǔ).上增加附加桿件和支撐.從而給結(jié)構(gòu)帶來預(yù)應(yīng)力.同時還可以應(yīng)用空間協(xié)調(diào)因素這樣能夠進一步加強鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。具體方法是準備需要加固的構(gòu)件，在其截面外將預(yù)應(yīng)力筋布置上去.通過更改結(jié)構(gòu)傳力路徑會使荷載效應(yīng)有肪降低、另外.這一加固技術(shù)還可以優(yōu)化梁的承載力、提高梁的變形性能。
例如某工程經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn).鋼結(jié)構(gòu)大廳里構(gòu)件截面的選擇十分不合理.這時候就需要對鋼結(jié)構(gòu)實施內(nèi)力和位移進行再次驗算.同時還要對現(xiàn)場材料和性能參數(shù)進行檢測.綜合以.上數(shù)據(jù).通過體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固不合理的構(gòu)件。通過加固.該工程的鋼梁撓度和承載能力和規(guī)定完全相符.而且能夠滿足正常的使用要求。
2.對連接點進行加固
連接點加固技術(shù)就是對鋼結(jié)構(gòu)的連接點進行加固.使用工具一般是焊縫、高強度或普通螺栓、鉚鍆。在實際工程中.如果使用連接點加固技術(shù).需要先深入分析加固目的、具體受力情況、構(gòu)造情況等.在分析后最終確定出固件的連接方式。需要注意的是.使用焊縫進行連接時.要確保焊接工藝正確、連接材料符合要求.然后再進行加固.這樣能夠確保鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
例如某工程需要對鋼結(jié)構(gòu)進行加固.施工人員根據(jù)規(guī)范標準全面地復(fù)核了鋼管桁架T節(jié)點和K節(jié)點.發(fā)現(xiàn)其中有不符合強度規(guī)定的節(jié)點，因此對該節(jié)點進行全面加固分析、在分析后最終確定在T節(jié)點采用套管加固方式.在K節(jié)點采用肋板加固方式.在加固后.施工人員對節(jié)點強度進行了分析.確認在使用連接點加固技術(shù)后，加固效果十分有效。
3.纖維復(fù)合材料加固
在該加固技術(shù)中需要使用纖維復(fù)合材料.需要把這種材料粘貼到損壞的鋼結(jié)構(gòu)表面上.從而轉(zhuǎn)移部分鋼結(jié)構(gòu)承受的荷載.這樣復(fù)合材料就會承擔這部分荷載.就能夠降低受損構(gòu)件的應(yīng)力.達到鋼結(jié)構(gòu)加固的目的，同時.使用纖維復(fù)合材料加固的方式還可以起到延長結(jié)構(gòu)構(gòu)件壽命的作用。
在進行鋼結(jié)構(gòu)加固時使用的纖維復(fù)合材料一般包含三種，一種是玻璃纖維材料.一種是碳纖維材料.還有一種是芳綸纖維材料.這三種材料都可以有效地對鋼結(jié)構(gòu)進行加固。
使用纖維復(fù)合材料對鋼結(jié)構(gòu)進行加固具有很多優(yōu)勢.
其一.可以讓鋼結(jié)構(gòu)的強度與剛度變得更高.而且在加固后并不會過多改變原有鋼結(jié)構(gòu)的重量和尺寸。
其二.纖維復(fù)合材料具有很好的耐腐蝕性而且具有很強的抗疲勞性.能夠更好地保持鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
其三.纖維復(fù)合材料的柔韌性很好.在很多封閉性的鋼結(jié)構(gòu)中可以使用.而有一些鋼結(jié)構(gòu)的形狀比較復(fù)雜是比較不好進行加固的.也能夠使用纖維復(fù)合材料加固技術(shù)進行加固。
其四.較之于其他加固方法.纖維復(fù)合材料加固技術(shù)的成本偏低，而且在操作上十分便捷.非常適合在現(xiàn)場進行修復(fù)作業(yè)。
其五.由于使用纖維復(fù)合材料加固技術(shù)不會出現(xiàn)明火.所以可以在各類作業(yè)環(huán)境中進行使用.應(yīng)用范圍十分廣泛。
鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的現(xiàn)象是普遍存在的.因此.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作者一定要充分認識到鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要性.最大限度地消除設(shè)計缺陷，促進建筑行業(yè)的發(fā)展。
