分析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的研究進(jìn)展與展望

1、<p>　　分析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的研究進(jìn)展與展望</p><p>　　摘要：鋼結(jié)構(gòu)在各種建筑中得到了極為廣泛的應(yīng)用，取代了傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)，為建筑行業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文主要闡述了建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題的特性，介紹了鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中的分析方法，并論述了結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)的發(fā)展，同時(shí)提出了一些鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)措施。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；分析方法；改進(jìn) <

2、;/p><p>　　中圖分類號(hào)： TU319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著我們國(guó)家建筑行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展，建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)越來(lái)越重要。同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的不夠成熟，設(shè)計(jì)存在效用上的缺陷，導(dǎo)致了鋼材浪費(fèi)、造價(jià)攀升問(wèn)題。因此，要不斷改進(jìn)技術(shù)、方法和創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出一種高層次的各方面符合我們的要求的材料

3、。 </p><p>　　建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題的特性 </p><p>　　1.1、建筑鋼結(jié)構(gòu)問(wèn)題的復(fù)雜性 </p><p>　　建筑鋼結(jié)構(gòu)中存在問(wèn)題的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，容易出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)也較多，宏觀監(jiān)控難度較大。即使建筑鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的問(wèn)題性質(zhì)相同，但產(chǎn)生問(wèn)題的環(huán)節(jié)與原因也存在較大的差異，加大了問(wèn)題解決的難度。例如出現(xiàn)焊接裂縫的情況，問(wèn)題可能出現(xiàn)在

4、焊接裂縫的表面，也可能出現(xiàn)在焊接裂縫的內(nèi)部，既可能出現(xiàn)在焊接裂縫的金屬部分，也可能由于母材受到高溫影響發(fā)生開(kāi)裂；裂縫既可能平行焊道，也可能垂直焊道，既可能是受熱導(dǎo)致裂縫，也可能是受冷導(dǎo)致裂縫。因此，建筑鋼結(jié)構(gòu)問(wèn)題存在較大的復(fù)雜性，需要實(shí)際設(shè)計(jì)施工人員進(jìn)行詳細(xì)的分析與核查才能確定。 </p><p>　　1.2、建筑鋼結(jié)構(gòu)問(wèn)題的嚴(yán)重性 </p><p>　　如果建筑鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了問(wèn)題，施工人員

5、必須停下目前的施工項(xiàng)目轉(zhuǎn)向問(wèn)題的處理，由于建筑鋼結(jié)構(gòu)問(wèn)題的復(fù)雜性，處理的難度較大，會(huì)推延建筑施工項(xiàng)目的工期。如果建筑鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不可逆性的問(wèn)題，只有進(jìn)行拆除重建，加大了建筑施工成本。如果建筑鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的問(wèn)題沒(méi)有及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，甚至?xí)?dǎo)致建筑垮塌，造成重大的人員傷亡事故，嚴(yán)重威脅了施工作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。 </p><p>　　1.3、建筑鋼結(jié)構(gòu)問(wèn)題的可變性 </p><p>　　建筑鋼結(jié)構(gòu)

6、出現(xiàn)的問(wèn)題會(huì)隨著建筑施工的進(jìn)程而產(chǎn)生變化，從細(xì)微到不可發(fā)現(xiàn)的裂縫逐步變成巨大的裂縫。例如鋼構(gòu)件的焊接縫隙原本是可以忽略不計(jì)的，但是由于受到應(yīng)力的作用，使焊縫逐漸擴(kuò)大形成裂縫；鋼構(gòu)件如果長(zhǎng)期處于高強(qiáng)度的負(fù)荷下，容易發(fā)生彎曲、變形，產(chǎn)生重大安全隱患，威脅了社會(huì)公眾群體的人身安全，也容易產(chǎn)生負(fù)面的社會(huì)影響。 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中的分析方法 </p><p>　　2.1、改進(jìn)現(xiàn)階

7、段鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　在施工中鋼結(jié)構(gòu)建筑常常會(huì)有許多的設(shè)計(jì)缺陷，而這些缺陷會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)者產(chǎn)生困擾，因此設(shè)計(jì)改進(jìn)在設(shè)計(jì)允許的彈性范圍內(nèi)進(jìn)行是必要的。框架柱長(zhǎng)度的大小是造成彈性失穩(wěn)和彈塑性失穩(wěn)的主要因素，所以在設(shè)計(jì)改進(jìn)中，要對(duì)建筑框架柱的長(zhǎng)度問(wèn)題進(jìn)行充分的考慮。除此之外，要比較在一定條件下結(jié)構(gòu)實(shí)際長(zhǎng)度和設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，還要針對(duì)構(gòu)件的制造缺陷以及結(jié)構(gòu)第二階段影響和梁柱的半剛性連接影響進(jìn)行考慮。 </p>

8、<p>　　2.2、建立荷載模型 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的又一因素就是結(jié)構(gòu)的彈性因素。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到豎向水平荷載力后，材料和結(jié)構(gòu)的之間的彈性就會(huì)產(chǎn)生誤差，此時(shí)就要忽略非彈性材料和結(jié)構(gòu)缺陷二者之間存在的誤差。 </p><p>　　2.3、加入等效切線概念 </p><p>　　在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，適當(dāng)?shù)慕档蛷椥苑治觯瑫r(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)的

9、非線性與缺陷影響。但要注意的是，在調(diào)整的過(guò)程中，對(duì)于調(diào)整精度很難保證。利用結(jié)構(gòu)彈性分析代替非彈性分析的方法是常用的調(diào)整方法。而其在設(shè)計(jì)中有著較大的局限性，因此，在要提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，就要在設(shè)計(jì)中加強(qiáng)等效切線的應(yīng)用。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)的發(fā)展 </p><p>　　要完全克服上述建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中的3 種缺陷 , 就一定要建立以結(jié)構(gòu)整體承載極限狀態(tài)和結(jié)構(gòu)整體極限承載力為目

10、標(biāo)的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)方法。因此 , 最近幾年，一些專家已提出了所謂的集成非彈性設(shè)計(jì) （IntegratedInelasticDesign）和高等分析設(shè)計(jì) （AdvancedAnalysisDesign）等的方法。這些方法主張主要說(shuō)的是要在結(jié)構(gòu)分析中對(duì)影響結(jié)構(gòu)性能的各種因素進(jìn)行充分考慮 , 尤其是非線性因素 , 直接計(jì)算和驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的整體極限承載力 , 進(jìn)而完全的消除構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度和構(gòu)件相關(guān)方程的概念 , 也就是消除構(gòu)件驗(yàn)算的這一步驟。 <

11、/p><p>　　4、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的改進(jìn) </p><p>　　4.1、計(jì)算軟件選用的優(yōu)化 </p><p>　　應(yīng)該使用最低兩個(gè)不一樣的力學(xué)模型的三維空間分析軟件，對(duì)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里面 B 級(jí)高度的雜高層建筑結(jié)構(gòu)以及高層建筑結(jié)構(gòu)，實(shí)施整體內(nèi)力位移的處理。因?yàn)楫?dāng)前市場(chǎng)上的商用軟件比較齊全，例如：PMSAP、SATWE、TBSA、TAT 等高層計(jì)算軟件和SAP2000、M

12、IDAS、ANSYS等，因此在處理結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程的特點(diǎn)選擇合適的計(jì)算軟件，同時(shí)還要選擇兩個(gè)不一樣力學(xué)模型的三維空間分析軟件，特別是對(duì)于受力繁瑣的結(jié)構(gòu)，比如發(fā)生了數(shù)次變換的框支剪力墻結(jié)構(gòu)。除此之外，對(duì)于局部受力相對(duì)繁瑣的結(jié)構(gòu)件，要依據(jù)應(yīng)力分析的結(jié)果改進(jìn)配筋設(shè)計(jì)。 </p><p>　　4.2、計(jì)算參數(shù)取值的優(yōu)化 </p><p>　　在處理鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到平扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭

13、轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)不能小于 15，多塔結(jié)構(gòu)振型數(shù)不能小于塔樓數(shù)的 9 倍，并且在計(jì)算振型數(shù)時(shí)，應(yīng)讓振型參與質(zhì)量大于總質(zhì)量的90%。但是在現(xiàn)實(shí)的施工圖的改善階段，卻經(jīng)常發(fā)現(xiàn)會(huì)有缺少處理的振型數(shù)的問(wèn)題，更有甚者一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)振型參與質(zhì)量只有總質(zhì)量的一半，這就會(huì)使得結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生比較大的誤差。 </p><p>　　4.3、鋼結(jié)構(gòu)的選型和布置 </p><p>　　高層建筑鋼結(jié)構(gòu)通常分為 4 類，并

14、且它們通常是不同的，要依據(jù)它們的側(cè)向力來(lái)進(jìn)行劃分。在實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，通常是概念設(shè)計(jì)，應(yīng)加充分的考慮施工條件比如功能、制造和安裝、負(fù)載能力、使用的材料以及其他的影響因素，采用火災(zāi)或地震阻力良好的現(xiàn)實(shí)架構(gòu)。在施工時(shí)間上要滿足不同的功能和建筑要求。除此以外，應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)配置鋼的使用情況和特點(diǎn)，對(duì)具體性質(zhì)進(jìn)行綜合考慮。一般情況下，這是必須的，這樣才能夠保證結(jié)構(gòu)剛度，并保證均勻分布結(jié)構(gòu)受力，同時(shí)也盡可能的降低建筑物的扭轉(zhuǎn)影響，進(jìn)而保證強(qiáng)度層的

15、橫向力抵制。 </p><p>　　4.4、鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì) </p><p>　　首先，構(gòu)件設(shè)計(jì)要選擇材料。通常情況下，最常用的材料是Q235 和 Q345。若對(duì)工程管理進(jìn)行考慮，在主結(jié)構(gòu)上常常會(huì)采用單一鋼種，若從經(jīng)濟(jì)角度上進(jìn)行，就需要考慮截面組合的不同強(qiáng)度的鋼材。比如：在偏向于強(qiáng)度控制時(shí)，可以選擇Q345；在偏向于穩(wěn)定控制時(shí)，可以選擇 Q235當(dāng)前。因?yàn)楫?dāng)前程序技術(shù)的快速發(fā)展，一些結(jié)構(gòu)

16、軟件可以對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的優(yōu)化，我們不但要調(diào)整優(yōu)化后的截面，使其達(dá)到合理的截面標(biāo)準(zhǔn)，還要對(duì)模型的建立、計(jì)算長(zhǎng)度的參數(shù)定義等數(shù)據(jù)進(jìn)行考慮。 </p><p>　　4.5、節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) </p><p>　　若未充分地考慮在結(jié)構(gòu)分析前節(jié)點(diǎn)的形式，就會(huì)比較容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析模型中的節(jié)點(diǎn)與設(shè)計(jì)中的節(jié)點(diǎn)形式不完全相同形式。依據(jù)不同的結(jié)構(gòu)傳力特點(diǎn)，我們應(yīng)該將節(jié)點(diǎn)分成為剛接、鉸接和半剛接。在選用節(jié)點(diǎn)時(shí)，要

17、準(zhǔn)確判斷節(jié)點(diǎn)的連接形式，進(jìn)而使設(shè)計(jì)具有合理性與安全性。除此之外，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還應(yīng)充分的考慮吊裝安裝與施工人員現(xiàn)場(chǎng)操作方便等現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。 </p><p>　　4.6、鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗火設(shè)計(jì) </p><p>　　盡管鋼是由一種非燃燒的材料制成，可是高溫下，由于高的熱膨脹系數(shù)，就會(huì)發(fā)生變形，所以即使鋼擁有比較好的熱導(dǎo)率和電阻，還是會(huì)致使火災(zāi)的蔓延。有些鋼在 600℃的高溫時(shí)，鋼的強(qiáng)度基本上失去了，在

18、火災(zāi)中變得很脆弱。高層建筑更有可能導(dǎo)致火災(zāi)，且高層建筑火災(zāi)較難控制。因此，高層建筑耐火鋼的設(shè)計(jì)是非常重要的。目前，中國(guó)的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的耐火設(shè)計(jì)是比較落后的，很多設(shè)計(jì)不考慮高溫、鋼的變形和應(yīng)力，同時(shí)也沒(méi)有考慮各個(gè)組成部分之間相互作用的影響。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的整體抗火設(shè)計(jì)基于組件級(jí)別，是在建筑防火設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上確定的。 </p><p><b>　　結(jié)語(yǔ) </b></p><p

19、>　　總而言之，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，注意做到因時(shí)制宜、因地制宜，結(jié)合實(shí)際、實(shí)地考察，并運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)，合理進(jìn)行設(shè)計(jì)，使技術(shù)人員應(yīng)重視學(xué)習(xí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，形成遵循嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的工作習(xí)慣，進(jìn)而保證建筑的整體質(zhì)量。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]潘春宇,童樂(lè)為. 鋼結(jié)構(gòu)疲勞可靠度設(shè)計(jì)方法的研究進(jìn)展[J]. 鋼結(jié)構(gòu),20