文档介绍：建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点
建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点
摘要:钢结构因具有自重轻、强度高、工业化程度高等优点,在建筑工程中得到了广泛的应用。通过加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计,克服结构设计缺陷,其应用的领域会越来越广泛。本文介绍了钢结构设计的稳定性与设计原则,并从几个方面探讨了钢结构稳定性的设计要点。
关键词:钢结构设计的稳定性
中图分类号:TU391文献标识码:A
一、钢结构设计的稳定性与设计原则
强度、刚度和稳定性是三个不同的概念,强度表示结构中的材料能够承受的最大应力,刚度表示其抵抗变形的能力,失稳表示结构不再能够保持原来的平衡状态继续承受附加荷载(虽然此时最大应力达不到材料的屈服强度)。强度和稳定性代表结构的极限状态,即结构不再有继续承受荷载、抵抗进一步变形的能力,刚度到了零的状态。因此刚度这一概念对于描述结构的状态更为重要,刚度是结构居第一位的性质。借助刚度概念,强度和稳定性的概念可以统一。
为了更好的保证钢结构稳定设计中构件的稳定性,实际设计时必须遵守以下三项原则。
1、结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求
目前结构大多数是按照平面体系来设计的,如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳,需要从结构整体布置来解决,亦即设计必要的支撑构件。这就是说,平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。
2、结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致
目前设计单层和多层框架结构时,经常不作框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时,计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数,自应通过框架整体稳定分析得出,才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而,实际框架多种多样,而设计中为了简化计算工作,需要设定一些典型条件。
3、满足构件的稳定计算必须与设计结构的细部构造保持一致,在钢结构的设计中,要使得构造设计和结构计算相互匹配。设计者要区分某些节点的连接是否传递弯矩,从而针对性的赋予其足够的柔度和强度。设计者注意构件细部的设计与处理,如设计桁架节点时,要注意减少杆件偏心的问题等。
二、建筑工程中钢结构稳定性的设计要点
(一)节点连接刚度设计
在传统的设计和分析中,为了简化结构设计分析过程,通常将钢结构梁柱节点的连接假定为理想铰接或完全刚接。理想铰接意味着梁柱不能传递弯矩。完全刚接则认为框架在受荷变形后,粱眭夹角保持不变。随着钢结构节点连接形式的增多,试验结果证明,在荷载作用下,
有些节点连接不能单纯归类为刚性连接或理想铰接,而应称为半刚性连接。半刚性节点连接是部分约束连接,兼有刚性连接和理想铰接的优点,如果将半刚性连接简化为理想铰接,则会高估框架的侧移壁而增大P_△效应的影响,低估了梁柱的连接刚度,使往的稳定极限承载力理论值偏低。如果将半刚性连接简化为刚接,则结果相反。
如图l所示,考虑A、B两节点刚度变化对框架的稳定承载力加以分析,视A、B两节点的刚度相同。梁柱的钢材均为Q235钢,E=
lO5MPa,I=;当A、;当A、;分析结果如图2所示,可以较明了地看出,节点的半刚性连接对钢