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建筑钢结构设计中稳定性的设计方法分析

2020-09-09汤珺兰

建材发展导向 2020年17期
关键词:钢材钢结构受力

汤珺兰

(江苏伟丰建筑安装集团有限公司,江苏 无锡 214200)

1 建筑钢结构缺陷

1.1 钢材缺陷

经过多年的发展,钢材种类逐渐增加,不同钢材各具优劣势,但总体而言,导致钢材本身缺陷的原因包括原材料质量,冶炼、浇筑以及轧制等环节的控制力度。钢材缺陷类型有如下几种:

1)化学成分分析。钢材在制造成型的过程中,其质量会受到多种因素的影响,而化学成分就属于最为重要的一种。对钢材有益的化学成分包括碳、锰和硅,但更多的化学成分属于有害元素,由此可知,钢材在化学成分上存在先天不足。2)钢材与其他材料相比,不具备良好的耐腐蚀和耐热能力,长期暴露在空气中会导致裂纹问题的发生。

1.2 钢结构缺陷

结合上文可知,钢材本身存在缺陷,故在运用钢材时,应采取有针对性的措施对缺陷进行控制。但控制缺陷,必然会导致制作成本的增加。缺陷控制措施有如下几种:

1)隔热板。对隔热板进行使用,是增强钢结构耐热能力的有效措施。据了解得知,刚结构的耐热极限为150℃,如果超过这一数值,钢结构的稳定性就很难得到保障,隔热板可以起到保护作用,避免高温与钢结构直接接触,从而降低高温对钢结构稳定性的影响。2)钢结构构件强度较小。虽然钢结构本身的强度较高,但构件的强度却与之相反,究其原因,主要是以钢结构为主的构件,其存在形式多为薄壁形,故截面积较小,承载能力不强,如果长时间受力,其质量就会受到威胁,严重时,甚至会导致建筑物塌陷。

2 钢结构稳定性设计方法

结合上文可知,钢结构虽然强度较高,但稳定性却难以得到保障,这种情况出现,使其应用受到了不利影响,为保障建筑物的安全,故建议施工单位采取有效的设计方法,对钢结构稳定性进行优化,钢结构稳定性设计方法如下所述:

2.1 计算设计法

1)综合考量:在建筑钢结构设计阶段,设计人员应该以钢结构不同部位对稳定性提出的要求为分析依据,与此同时,还要强调建筑整体的稳定性。在查阅资料后得知,我国钢结稳定性设计,所选择的切入点为平面体系范围,框架结构就是如此。故设计人员在进行钢结构平面稳定性计算过程中,需要对其造成的影响进行分析。究其原因,主要是平面稳定设计值与支撑构件受力强度息息相关[1]。

2)计算方法:在具体计算阶段,设计人员需要将稳定设计简图作为依据,值得注意的是,计算所依据的设计简图,应该等同于实体结构稳定性计算的简图。考虑到钢架结构稳定性水平较差,很难满足建筑工程的要求,故在计算过程中,不能仅计算框架柱设计时的稳定数值,究其原因,主要是计算过程中使用的模型较为简单,且属于假设模型,为达成预期的效果,必须保证计算方法和计算结构稳定性水平应用相同的简图。设计人员在计算框架平面稳定性时,可以将下述公式作为依据。

2.2 受力设计

受力水平是衡量钢结构稳定性的重要指标,故在设计阶段,设计人员需要将重点放在钢结构承载能力的增强方面。一般情况下,钢结构的设计形式为T和L形,这种设计形式有助于增强钢结构的稳定性,究其原因,主要是这两种结构形式,能够将建筑物的重量均匀分散,以避免作用力集中对钢结构稳定性造成的破坏。钢结构属于建筑物的外围结构,受力和支撑是其主要作用,故在设计应用阶段,必须保持对称性,否则就会造成严重的后果。比如:如果钢结构布置不均匀,导致个别钢结构所受作用力过大,钢结构在无法承受负载后就会断裂,从而引发质量和安全事故。

2.3 防腐设计

建筑钢结构的防腐能力有限,如果直接暴露在空气之中,会受到自然环境的侵蚀,其稳定性也会随之下降。化学腐蚀和电化学腐蚀是主要的影响因素,针对这两种腐蚀,研究人员已经研究出了抗腐蚀措施,主要是指抗腐蚀涂料,将这种涂料涂抹到钢材上,可以避免钢材与空气和水产生直接的接触。由于一部分钢结构的应用环境盐度较高,容易引发电化学腐蚀,建议设计人员将电化学反应原理作为依据,使钢金属内部结构发生变化,制成不锈钢,即可有效抵御电化学腐蚀。

2.4 加强检查和预测

在钢结构稳定性设计阶段,除了应用上述几种设计方法之外,还要加强对建筑钢结构的检查,并依据检查结果,对钢结构所承受的压力值进行预测。现阶段,常用的预测方法为临界压力计算,实践结果表明,在钢结构检查过程中应用这种方法,效果极为显著。如果在检查过程中,发现钢结构所承受的压力,高于临界值,则表明建筑钢结构稳定性与设计要求不符,需要通过受力设计方法,及时消除质量隐患。与此同时,还要分析钢结构中的各个构件,改善各部位的受力情况,确保结构整体的受力均匀性[2]。

3 结语

综上所述,钢结构稳定性的强弱,与建筑物安全和使用寿命存在密切的关联,为此,设计人员应在设计之前,应通过计算方法的使用,对不同构件间的受力关系进行明确,并采取防腐处理措施,在最大限度上保证钢结构的稳定性。

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