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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流毕业论文李华董200801070105.精品文档.济南工程职业技术学院毕业设计（论文）题目：试论高层建筑的钢结构施工技术 系 部：建筑工程系 专 业：消防工程技术 学 号：200801070105 学生姓名： 李 华 董 指导老师：李东朋、孔庆建、张晓云职 称： 二O 一 一 年 四 月 十 日目 录一、摘要二、钢结构稳定性设计的概念三、钢结构稳定性的分析方法四、钢结构的优点及其应用的必然性五、绿色施工六、钢结构建筑的绿色施工七、钢结构稳定性设计体会八、结语九、参考文献摘要: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
2、泛的应用,另一方面,因其结构失稳破坏造成的人员伤亡、财产损失的事故案例也常有耳闻,而失稳破坏的原因通常是结构设计缺陷所致。论文通过对钢结构稳定性设计的概念、原则及分析方法的总结,结合工程设计实践谈谈对钢结构稳定性设计的体会。关键词:钢结构;稳定性设计;细部构造稳定性是钢结构工程设计中需要重点考虑的内容之一,现实生活中因钢结构失稳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92m110m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; 1988年我国也曾发生132m180m钢网架因腹杆稳定不足在施工过程中塌落的事故; 2010年1月3日下午,昆明新机场38m钢结构桥跨突然
3、垮塌,造成7人死亡、8人重伤、26人轻伤,原因是桥下钢结构支撑体系突然失稳, 8m高的桥面随即垮塌下来。从上述案例可以看出,钢结构失稳破坏的原因通常是其结构设计不合理,存在结构设计缺陷所致,要从根本上杜绝此类事故的发生,钢结构稳定性设计是关键。一、钢结构稳定性设计的概念：（一）强度与稳定的区别强度是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度,因此它是一个应力问题。极限强度的取值因材料的特性不同而异,对钢材是取它的屈服点。稳定主要是找出外部荷载与结构内部抵抗力间不稳定的平衡状态,即变形开始急剧增长而需设法避免进入的状态,因此它是一个变形问题。例如
4、轴压柱,当失稳时柱的侧向挠度使柱中增加很大的附加弯矩,从而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度,此时,失稳是柱子破坏的主要原因。（二）钢结构失稳的分类1)有平衡分岔的稳定问题(分支点失稳)。完善直杆轴心受压时的屈曲和平板中面受压时的屈曲均属于这一类。2)无平衡分岔的稳定问题(极值点失稳)。由建筑钢材做成的偏心受压构件,在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力,属于这一类。3)跳跃失稳是一种不同于以上两种类型的稳定问题,它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。二、钢结构稳定性设计的原则：（一）钢结构布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求目前钢结构大多数是按照平面体系来设计的,如桁架和
5、框架。保证这些平面结构不出现平面外失稳,需要从结构整体布置来解决,如增加必要的支撑构件等。要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致。（二）结构计算简图需与实用计算方法所依据的简图一致当设计单层或多层框架结构时,通常不做框架稳定分析而只做框架柱的稳定计算。采用这种方法计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数,应通过框架整体稳定分析得出,使柱稳定计算等效于框架稳定计算。钢结构设计规范(GB50017-2003)对单层或多层框架给出的柱计算长度系数采用了5条基本假定,其中包括:“框架中的所有柱子是同时丧失稳定的,即各柱同时达到其临界荷载”,按照这条假定,框架各柱的稳定参数、杆件稳定计算的常用方法
6、,是依据一定的简化假设或者典型情况得出的,设计者需确认所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。（三）钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算应一致保证钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算相符合,是钢结构设计中需要高度注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接,应分别赋与它足够的刚度和柔度,对桁架节点应尽量减少杆件偏心。但是,当涉及稳定性能时,构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如,简支梁就抗弯强度来说,对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移,同时允许在平面内转动。然而在解决梁整体稳定时上述要求就不够了,支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转,同时允许梁在平面内转动和梁端截面自由翘曲,以符合稳定分析所采
7、取的边界条件。三、钢结构稳定性的分析方法：钢结构稳定问题的分析都是针对在外荷载作用下结构存在变形的条件下进行的,此变形应该与所研究的结构或构件失稳时出现的变形相对应。结构变形与荷载之间呈非线性关系,稳定计算属于非线性几何问题,采用的是二阶分析方法。稳定计算所确定的不论是屈曲荷载还是极限荷载,都可视为所计算的结构或构件的稳定承载力。（一）静力法静力法即静力平衡法,是根据已发生了微小变形后结构的受力条件建立平衡微分方程,然后解出临界荷载。在建立平衡微分方程时遵循如下基本假定:1)构件是等截面直杆。2)压力始终沿构件原来轴线作用。3)材料符合胡克定律,即应力与应变成线性关系。4)构件符合平截面假定,
8、即构件变形前的平截面在变形后仍为平截面。5)构件的弯曲变形是微小的,曲率可以近似地用挠度函数的二阶导数表示。根据以上假定条件可建立平衡微分方程,代入相应的边界条件,即可解得两端铰支的轴压构件的临界荷载。（二）能量法能量法是求解稳定承载力的一种近似方法,通过能量守恒原理和势能驻值原理求解临界荷载。1)能量守恒原理求解临界荷载。保守体系处在平衡状态时,贮存在结构体系中的应变能等于外力所做的功,即能量守恒原理。其临界状态的能量关系为:U =W式中U指应变能的增量;W指外力功的增量。由能量守恒原理可建立平衡微分方程。2)势能驻值原理求解临界荷载。势能驻值原理指:受外力作用的结构,当位移有微小变化而总势
9、能不变,即总势能有驻值时,结构处于平衡状态。表达式为:d=dU-dW =0式中dU指虚位移引起的结构内应变能的变化,它总是正值;dW指外力在虚位移上作的功。（三）动力法处于平衡状态的结构体系,如果施加微小干扰使其发生振动,这时结构的变形和振动加速度都和已经作用在结构上的荷载有关。当荷载小于稳定的极限荷载值时,加速度和变形的方向相反,因此干扰撤去后,运动趋于静止,结构的平衡状态是稳定的;当荷载大于稳定的极限荷载值时,加速度和变形的方向相同,即使撤去干扰,运动仍是发散的,因此结构的平衡状态是不稳定的。临界状态的荷载即为结构的屈曲荷载,可由结构的振动频率为零的条件解得。四、钢结构的优点及其应用的必然
10、性：钢结构建筑是以钢材作为建筑的主体结构，通常由型钢和钢板等钢材制成各种建筑构件，表现形式为钢梁、钢柱、钢桁架等，并采用焊缝、螺栓或铆钉的连接方式，将各部件拼装成完整的结构体系，再配以轻质墙板或节能砖等新型材料作为外围墙体建造而成。当前，国家大力提倡构建和谐社会，发展节能省地型住宅，推广住宅产业化，特别是在一些大中型城市，更需要解决寸土寸金的实际情况及满足人们对生活空间、生存环境等提出的更高要求，人们在追求舒适性的同时越来越注重建筑的美观性及布局的独特性；另外，低碳经济已成为全球经济发展的新潮流，此趋势在我国也同样受到高度重视。综上所述，在这样的大背景下，在此形势的驱动下，钢结构因其自身独特的
11、优点应运而生，并得到广泛使用，同时，利用钢结构，通过灵活设计来实现异形建筑则成为建筑中最好的选择。钢结构建筑承载力高、密闭性好，而且比传统结构用料省，易拆除，且回收率高，另外，此建筑的外围墙体也多采用如节能砖、防火涂料等环保材料，这大大降低了钢铁污染所带来的高风险，符合国家绿色环保、节能减排的政策；同时，多用于超高层及超大跨度建筑中的钢结构，符合可持续发展的理念，能够缓解人多地少的矛盾，拓展了人们的生存空间，提高了人们的生活质量。五、 绿色施工建筑施工活动在一定程度上破坏了环境之间的和谐和平衡。近年来，环保一直作为热门话题贯穿于各个行业。在低碳建筑时代，在绿色意识不断强化的今天，建筑形成的每个
12、流程包括建筑材料、建筑施工、建筑使用等过程，都应减少化石能源使用，提高能效，不断降低二氧化碳排放量，这已逐渐成为建筑业的主流趋势。作为绿色建筑的钢结构，其施工过程更应符合绿色环保。相对于传统的施工活动，绿色施工是绿色建筑全寿命周期的一个组成部分，是随着绿色建筑概念的普及而提出的。绿色施工是指在建设中，以保证质量、安全等为前提，利用科学的管理方法和先进的技术，最大程度地节约资源，减少施工活动对环境的负面影响，满足节地、节能、节水、节材和环境保护以及舒适的要求。绿色施工同绿色建筑一样，是建立在可持续发展理念上，是可持续发展思想在施工中的体现。六、 钢结构建筑的绿色施工实施绿色施工，应在设计方案的基
13、础上，充分考虑绿色施工的要求，结合施工环境和条件，进行优化。绿色施工包括以下几个环节：施工策划、材料采购、现场施工、工程验收等，各个阶段都要加强管理和监督，保障施工活动顺利进行。1、 资质审核审查施工单位现场拼装、吊装和安装的施工组织设计，重点审查施工吊装机具起吊能力施工技术措施、垂直度控制方法和屋架外形控制措施，特殊的吊装方法应有详细的工艺方案。审查施工单位的焊接工艺评定报告、焊工合格证、工作人员资格证书，其中焊接工艺评定报告中的焊接接头形式、焊接方法及材质的覆盖性、焊工合格证的焊接方法、位置、有效期等方面的内容，都要符合施工规范要求，严禁无证上岗。特别应注意是焊接工必须有全位置焊接的证书，
14、而不是一般水平位置焊工证书。2、 建筑设计在钢结构设计的整个过程中都应该强调“概念设计”，它在结构选型和布置阶段尤其重要。在钢结构设计中应依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、震害、破坏机理、试验现象和工程经验中所获得设计思想，对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，要从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。另外，设计中应尽量使结构布置符合规则性要求，并作除弹性设计外的弹塑性层间位移验算。设计时可依据前期的计算机设计程序，将其各部分构件按生产标准进行后期制作拼装，将设计与生产完美结合，在丰富建筑风格的同时也提高了施工效率。3、 成本预算首先，要降低材料损耗。要保证各种材料的有效利
15、用，杜绝原材料不合理使用而造成浪费现象。其次，要加强定额管理。施工前由项目预算员测算出各工种、各部位的预算定额，然后由专业施工员根据预算定额，分任务给各施工班组，使每个工作人员明白施工目标，把经济效益与职工的劳动紧密地结合起来，充分调动职工的劳动积极性。4、 施工方法在钢结构安装与防护工作中，应建立科学有效的保障体系和操作规范。施工中，必须保证钢构件全部安装，使之具有空间刚度和可靠的稳定性。在安装之前，准备工作要做充分，包括清理场地，修筑道路，运输构件，构件的就位、堆放、拼装、加固、检查清理、弹线编号以及吊装机具的准备等。另外，钢结构的测量，这是钢结构工程中的关键程序，关系到整个工程的质量。测
16、量的主要内容是：土建工序交接的基础点的复测和钢柱安装后的垂直度控制；沉降观测。5、 安全管理贯彻国家劳动保护政策，严格执行施工企业有关安全、文明施工管理制度和规定。明确安全施工责任，贯彻“谁施工，谁负责安全”的制度，责任到人，层层负责，切实地将安全施工落实到实处。加强安全施工宣传，在施工现场显著位置悬挂标语警告牌，提醒施工人员；施工人员进入施工现场需配戴安全帽；施工机具、机械每天使用前要例行检查，特别是钢丝绳、安全带每周还应进行一次性能检查，确保完好。6、 设备选用施工单位应尽量选用高性能、低噪音、少污染的设备，施工区域与非施工区域间设置标准的分隔设施，施工现场使用的热水锅炉等必须使用清洁燃料
17、，市区(距居民区1000米范围内)禁用柴油冲击桩机、振动桩机、旋转桩机和柴油发电机，严禁敲打导管和钻杆，控制高噪声污染，综合利用建筑废料，照明灯须采用俯视角，避免光污染等。7、 环境保护为了达到绿色施工的目的，首先，现场搭建活动房屋之前应按规划部门的要求取得相关手续，保证搭建设施的材料符合规范，工程结束后，选择有合法资质的拆除公司将临时设施拆除。其次，建设单位或者施工单位应当采取相应方法，隔断地下水进入施工区域，限制施工降水。最后，还要控制好施工扬尘，保持建筑环境的和谐。除了这些，施工单位还要做好渣土绿色运输、降低声、光排放等，保证建筑活动符合绿色要求。绿色施工作为在建筑业落实可持续发展战略的
18、重要手段和关键环节，已为越来越多的业内人士所了解、关注和重视。但是我国到目前为止仍没有专门的针对绿色施工的评价体系，缺乏确定的标准来衡量施工企业的绿色施工水平，这对绿色施工的推广和管理造成了障碍。作为建筑施工单位，需要打破传统的建筑观念，不断学习、不断探索、不断创新，充分发挥绿色建筑钢结构的建筑优势，做好钢结构的绿色施工，努力推动我国建筑业的健康、持续发展。七、钢结构稳定性设计的几点体会：1)目前钢结构设计多借助钢结构计算机软件进行结构受力计算,结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可依靠程序自动完成,结构和构件的平面外强度及稳定计算,需要设计者另做分析、计算和设计。此时可将整个结构按标高分解成
19、多个不同布置形式的结构体系,在不同的水平荷载作用下,进行结构体系的强度和稳定计算。2)受弯钢构件的板件局部稳定有两种方式:一是以屈曲为承载能力的极限状态,并通过对板件宽厚比的限制,使之不在构件整体失效前屈曲;二是允许板件在构件整体失效前屈曲,并利用其屈曲后强度,构件的承载能力由局部屈曲后的有效截面确定。对于不考虑屈曲后强度的梁局部稳定,可对梁设置横向或纵向加劲肋,以解决梁的局部稳定问题,加劲肋按钢结构设计规范(GB50017 -2003)规定设置;对于组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算按钢结构设计规范(GB50017-2003)第44规定执行。3)轴心受压构件和压弯构件局部稳定有两种方式:一是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比;二是控制腹板计算高度与其厚度之比。对于圆管截面的受压构件,应控制外径与壁厚之比,加劲肋按钢结构设计规范(GB50017-2003)第54规定设置。八、总 结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,相信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。九、参考文献:1GB50017-2003,钢结构设计规范S.2陈绍蕃.钢结构设计原理M.北京:中国建筑工业出版社, 2004