建筑结构设计中建筑的稳定性探究.pdf

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1、2012年10月嚏向宙蒜哺规划与设计【文章编号】1673一0038(2012)29一o007一03建筑结构设计中建筑的稳定性探究汤小薇摘要：随着我国社会经济的飞速发展，建筑业也得到了快速发展。本文针对建筑结构设计中建筑的稳定性问题进行探讨，希望对结构设计者在进行具体建筑设计中，能够有所帮助。关键词：建筑；结构设计；稳定性前言随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要，促使现代建筑得以快速发展。建筑结构设计就是建筑结构设计人员对所要施工的建筑的表达。稳定性是建筑结

2、构设计中需要重点考虑的内容之～。建筑结构设计主要分为三个阶段：结构方案阶段、结构计算阶段与施工图设计阶段。建筑结构包括上部结构设计和基础设计。结构方案阶段是根据建筑的重要性，工程地质勘查报告，建筑所在地的抗震设防裂度，建筑的高度和楼层的层数以及建筑场地的类别来确定建筑的结构形式。在确定了结构的形式之后，就需要根据不同结构形式的要求和特点来布置结构的受力构件和承重体系。上部结构设计主要包括结构体系；结构平面布置；结构荷载计算及各种荷载作用下结构的内力分析；荷载效应组合；构件的截面设计等。基础设计包括浅基础(如：独立

3、基础、条形基础等)和深基础(如：桩基)；基础底面积的确定及地基承载力验算；基础内力计算及配筋计算等。每个设计环节都必须认真对待，现实生活中因结构设计失误造成的工程事故案例也较多，如美国哈特福特城的体育馆平面92mxllom的网架结构，突然于1978年坠落地面，原因是由于压杆屈曲失稳。所以，很有必要对建筑结构设计中的稳定性进行探讨。l钢结构稳定性设计1．1稳定极限承载能力实际结构总是存在缺陷的，这些缺陷通常可以分为几何缺陷和力学缺陷两大类。杆件的初始弯曲、初始偏心以及板件的初始不平度等都属于几何缺陷；力学缺陷一般表

4、现为初始应力和力学参数(如弹性模量，强度极限等)的不均匀性。对稳定承载能力而言，残余应力是影响最大的力学缺陷。作为一种初始应力，残余应力在构件截面上是自相平衡的，它并不影响强度承载能力。但是它的存在使得构件截面的一部分提前进入屈服，从而导致该区域的刚度提前消失，由此造成稳定承载能力的降低。所有的几何缺陷实质上亦是以附加应力的形式促使刚度提前消失而降低稳定承载能力的。缺陷的存在还使得结构的失稳一般都呈弹塑性状态，而非简单的弹性稳定问题。因此，实际结构稳定承载能力的确定，应该计及几何缺陷和力学缺陷，对整体结构作弹塑性

5、二阶(或严格意义上的几何非线性)分析。简言之，实际结构稳定承载能力的确定是一个计及缺陷的非线性问题。一般而言，这种非线性问题只能以数值方法(如数值积分法，有限单元法等)进行求解。历史上曾经发展了一些简化方法来处理杆件的非弹性稳定问题，其中最著名的是切线模量理论和折算模量理论。1．2稳定问题的特点1．2，l多样性弯曲屈曲是轴心受压构件的常见形式，但并非其唯一的失稳形式。轴心受压构件亦可呈扭转屈曲，甚或弯扭屈曲的失稳形式。另一方面，不仅轴心受压构件，受弯构件和压弯构件以及它们的受压板件都需要考虑稳定问题，与轴心受压构

6、件相连接的节点板亦然。总之，结构的所有受压部位在设计中都存在处理稳定的问题。1．2．2整体性构件作为结构的组成单元，其稳定性不能就其本身去孤立地分析，而应当考虑相邻构件对它的约束作用。这种约束作用显然要从结构的整体分析来确定。稳定问题的整体性不仅表现为构件之间的相互约束作用，也存在于围护结构与承重结构之间的相互约束作用中，只不过在通常的平面结构(框架和桁架)的分析中被忽略了。1．23相关性单轴对称截面的轴心受压构件在其对称平面外失稳时，总表现为弯曲和扭转的相关屈曲。这种不同失稳模式的耦合作用表明稳定具有相关性。这

7、种相关性还垫丝生型垒!—，—：，：：一!曼墅望堡堕!：：：：。：』竺坚兰!!星表现在局部和整体屈曲中。局部屈曲一般并不立刻导致整体构件丧失承载能力，但它对整体稳定临界力却有影响。这种相关性对于存在缺陷的构件尤其显得复杂。格构式受压构件也有局部和整体稳定的相关性。组成构件的板件之间发生局部屈曲时的相互约束，有时亦称为相关性。1．3构件的整体稳定性1．3．1轴心受压构件厚度t≥40mm的板件，残余应力沿厚度方向的变化比较显著，且外表面常以残余压应力为主，对构件稳定承载能力影响较大。原规范只是简单地将其划归为c类截面。

8、新规范送审稿(以下简称送审稿)将如下由t≥40mm的板件制成的构件列为d类截面：厚度t≥80mm的轧制工字型或H型钢截面的构件绕弱轴屈曲：厚度t≥40mm的焊接工字型截面的构件绕弱轴屈oooo：nojo060osoloOl281．40l601802．002。202。40图l轴心受压构件稳定系数互=熊1．3．2非丐曲屈曲问题一般而言，截面的形心和剪切中心重合时，弯曲屈曲和扭