建筑鋼結(jié)構(gòu)主體穩(wěn)定性設(shè)計分析

陳 波 周紅蓮

（1.四川省建筑設(shè)計院，四川 成都 610000；2.成都龍湖錦華置業(yè)有限公司，四川 成都610000）

鋼結(jié)構(gòu)因為具有穩(wěn)定性強(qiáng)、重量輕等特點被廣泛應(yīng)用于工程建筑中，對建筑主體的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，避免了房屋倒塌的現(xiàn)象，保證了國家及人民的財產(chǎn)安全，但是在建筑鋼主體的穩(wěn)定性設(shè)計上還存在一定的問題，這也是工程建筑的穩(wěn)定性受到影響的主要原因，因此在建筑鋼結(jié)構(gòu)主體穩(wěn)定性的設(shè)計上，要積極采取措施，規(guī)避可能出現(xiàn)的問題。

一、建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

1 鋼結(jié)構(gòu)材料的抗震性高

在工程建筑中所使用的鋼結(jié)構(gòu)主要是由鋼板、冷加工的薄型鋼板或是熱軋型鋼等材料制作而來的，所以與混凝土制成的結(jié)構(gòu)相比具有重量輕、延展性強(qiáng)的優(yōu)點。因為這些鋼材料的的強(qiáng)度高，具有較高的可塑性，同時柔韌性更強(qiáng)，能滿足工程建筑的不同需要，因此在工程建筑的過程中被廣泛的使用。且鋼結(jié)構(gòu)具有較高的延展性，所以具有很強(qiáng)的抗震性，所以當(dāng)發(fā)生地震時，具有較強(qiáng)的緩沖作用，與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比安全性更高，適用于地震多發(fā)的地區(qū)。

2 鋼結(jié)構(gòu)材料的精確度高

在工程建筑的過程中，要根據(jù)建筑的實際情況選擇不同材料，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)。如果是大跨度的建筑，則可以采用鋼結(jié)構(gòu)，因為這種材料的結(jié)構(gòu)具有較高的韌性和可塑性。如果在建筑的過程中需要較高的穩(wěn)定性，那么就更應(yīng)該采用這種鋼結(jié)構(gòu)，因為這種材料在一定范圍內(nèi)的應(yīng)力幅度具有很強(qiáng)的彈性，所以如果建筑需要非常精確的施工，那么這種鋼建筑在受力的情況下與工程建筑的力學(xué)計算方法比較符合，與混凝土結(jié)構(gòu)相比更加精確，所以可以被廣泛使用。

3 鋼結(jié)構(gòu)的建筑施工簡便

建筑鋼結(jié)構(gòu)的制作過程非常簡單，因為主要是由鋼板、冷加工的薄型鋼板或是熱軋型鋼為材料制作而來的，所以在制造的過程中所使用的材料非常單一，制作的方法也很簡單。這些材料的強(qiáng)度和密度比混凝土大，但重量卻輕很多，因此如果是在同樣跨度且能承受同樣強(qiáng)度的情況下，鋼結(jié)構(gòu)比混凝土結(jié)構(gòu)的重量要輕很多，材料的運輸成本更低，因此如果是遠(yuǎn)距離運輸?shù)脑挄仁褂没炷敛牧瞎?jié)省很多成本。工程的施工更加簡便，且施工周期短，有利于節(jié)省建筑成本。

在鋼結(jié)構(gòu)的施工過程中，采用的是干施工的方式，所以在是施工的過程中會產(chǎn)生很少的施工噪音，比混凝土結(jié)構(gòu)的施工更加環(huán)保，在施工的過程中也不會產(chǎn)生鋼結(jié)構(gòu)垃圾，有利于我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

二、建筑鋼結(jié)構(gòu)的缺點

雖然與混凝土結(jié)構(gòu)相比鋼結(jié)構(gòu)存在很多的優(yōu)點，但是由于施工條件的限制，在施工的過程中受到各種因素的制約，在使用鋼結(jié)構(gòu)的過程中也會出現(xiàn)相應(yīng)的問題，在工程建筑中應(yīng)認(rèn)識到鋼結(jié)構(gòu)存在的問題，及時采取措施進(jìn)行規(guī)避，保證工程建筑的整體質(zhì)量。

1 鋼建筑材料自身存在的缺點

與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)的最大弱點就是耐腐蝕性和抗火性較弱，因此若果在施工的過程中溫度超過150攝氏度，那么鋼結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)問題。在建筑的過程中就需要對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)，而這些隔熱設(shè)施的使用又會增加建筑的成本，所以在具體的工程建筑過程中，應(yīng)該根據(jù)工程施工的具體情況，選取結(jié)構(gòu)材料。

另外，雖然鋼結(jié)構(gòu)就有較高的強(qiáng)度，但是在鋼結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用中，通常選取強(qiáng)度較低的構(gòu)件，且這些構(gòu)件的橫截面多是以薄壁的形式出現(xiàn)，使建筑鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性受到了限制。在具體的施工中通常容易出現(xiàn)只重視鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性忽視了其強(qiáng)度的充分發(fā)揮，造成建筑材料浪費的現(xiàn)象，工程的整體質(zhì)量也得不到保證。

2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計上存在的缺陷

在鋼結(jié)構(gòu)的建筑施工過程中，還存在設(shè)計不合理的現(xiàn)象，使鋼結(jié)構(gòu)的各種特性不能得到充分發(fā)揮，增加了鋼結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，因此在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中必須遵循一定的設(shè)計原則，保證工程建筑的穩(wěn)定性，規(guī)避在建筑過程中對鋼結(jié)構(gòu)造成的不利影響，保證工程建筑的質(zhì)量。

三、建筑鋼結(jié)構(gòu)主體穩(wěn)定性設(shè)計

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計過程中，必須對原有的設(shè)計方法進(jìn)行變革，并遵循一定的設(shè)計原則。在設(shè)計的過程中，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的各種優(yōu)勢，同時規(guī)避鋼結(jié)構(gòu)存在的缺點，使工程建筑的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強(qiáng)，保證工程建筑的整體質(zhì)量。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)主體穩(wěn)定性設(shè)計的原則

在建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的過程中，應(yīng)該將鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與強(qiáng)度區(qū)分開來，因為在實際的建筑過程中，只有將二者區(qū)分開來，才能保證鋼結(jié)構(gòu)的各項優(yōu)勢得到充分發(fā)揮。在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中一定要以全局的眼光來進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的整體布局，只有這樣才能保證工程建筑的整體穩(wěn)定性，同時還要保證鋼結(jié)構(gòu)的每一個布局的穩(wěn)定性，因為在工程建筑的過程中，鋼結(jié)構(gòu)的整體與局部是相互依存的，在具體的設(shè)計過程中，可以在保證鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的情況下，設(shè)計必要的支撐構(gòu)件，來保證工程建筑的整體穩(wěn)定性。

在建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡圖和計算方法所依據(jù)的簡圖必須在一致的情況下進(jìn)行，因為在鋼結(jié)構(gòu)的實際設(shè)計中只對框架柱的穩(wěn)定性進(jìn)行設(shè)計，而不對每一層框架做穩(wěn)定性分析，造成這種現(xiàn)象的原因是在工程建筑的過程中，涉及到眾多的框架，在實際的工作中對每一個框架都做穩(wěn)定性分析是不現(xiàn)實的，所以在工程設(shè)計的過程中，通常計算框架柱的穩(wěn)定性，因為在實際的計算過程中，框架柱的穩(wěn)定性與框架的穩(wěn)定性是一致的。在進(jìn)行框架柱穩(wěn)定性的計算時，需要用到柱長度計算系數(shù)。但是在實際的計算過程中，往往容易出現(xiàn)設(shè)計的框架不符合實際條件，使框架柱的計算無法具體實行。

在鋼結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造上也應(yīng)該進(jìn)行細(xì)致的穩(wěn)定型設(shè)計，同樣鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件穩(wěn)定性也應(yīng)該被充分的考慮在內(nèi)。在構(gòu)件的細(xì)部設(shè)計上，如果對細(xì)部的傳遞彎矩與不傳遞彎矩之間的節(jié)點有具體的要求，應(yīng)該在充分考慮構(gòu)件柔韌性與剛性的情況下，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的不同強(qiáng)度要求作出具體的計算。

2 建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計特點

在建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計過程中，必須先了解設(shè)計過程中的特點，只有這樣才能保證工程設(shè)計的整體質(zhì)量。首先，在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計過程中，要在鋼結(jié)構(gòu)的整體上進(jìn)行充分分析，保證各個鋼件的穩(wěn)定性。在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計過程中，軸心壓桿的穩(wěn)定性計算通常采用折減系數(shù)法或是臨界壓力求解法，這兩種計算方法，對鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)及整體剛度的計算具有重要作用。在鋼結(jié)構(gòu)的彈性穩(wěn)定性計算中，應(yīng)該首先應(yīng)用柔性構(gòu)件的第二階分析法，因為在彈性結(jié)構(gòu)的計算中柔性構(gòu)件的彈性會對鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，所以在設(shè)計時，應(yīng)該在鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的情況下進(jìn)行計算，使鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性得到保證，彈性較大結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也能得到保證，且使這部分建筑結(jié)構(gòu)的精確度更高。

3 在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計過程中需要注意的問題

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計過程中，不能一味的采取統(tǒng)一的設(shè)計方法，在實際的設(shè)計過程中應(yīng)該充分考慮工程建筑的具體情況。比如，如今的工程建筑可以分為多層建筑和低層建筑，建筑物的層數(shù)不同，對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的要求是不同的，通常只有1 2層以下的建筑材料適用于鋼結(jié)構(gòu)，同時為了提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，應(yīng)盡量設(shè)計對稱的建筑，保證建筑工程在遇到地震時，具有較高的穩(wěn)定性，對建筑的損壞降到最低。

在鋼結(jié)構(gòu)的建設(shè)過程中，還應(yīng)保證鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性及強(qiáng)度能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)構(gòu)件的厚度和長度的比值，設(shè)計穩(wěn)定性最強(qiáng)的構(gòu)件。如果鋼構(gòu)件在鋼結(jié)構(gòu)整體失效前已經(jīng)發(fā)生了屈曲，則需要通過鋼構(gòu)件的屈曲強(qiáng)度來增加構(gòu)件整體的承載力。

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的過程中，還可以借助于先進(jìn)的計算機(jī)軟件，對一些復(fù)雜的計算，計算機(jī)比人的計算準(zhǔn)確度更高，同時也提高了鋼建筑穩(wěn)定性計算的效率，可以將其作為鋼建筑穩(wěn)定性設(shè)計的輔助工具。

結(jié)語

在工程建筑的過程中，為了保證建筑的穩(wěn)定性，必須根據(jù)工程建筑的實際情況進(jìn)行選擇，因為鋼結(jié)構(gòu)具有的眾多優(yōu)點，因此在工程建筑的過程中，應(yīng)該盡可能的發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的積極作用，重視鋼建筑的穩(wěn)定性設(shè)計，同時在建筑的過程中應(yīng)及時規(guī)避缺點，保證工程建筑的質(zhì)量，只有這樣才能保證我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]宋統(tǒng)戰(zhàn).堅定信心轉(zhuǎn)型升級降本增利面對"十二五"向世界鋼管強(qiáng)國邁進(jìn)--中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會鋼管分會理事長嚴(yán)澤生在鋼管分會五屆五次理事（擴(kuò)大）會議上的講話（節(jié)選）[J].鋼管，2013（11）.

[2]夏道偉,陳淑鵬.鋼結(jié)構(gòu)建筑成為綠色建筑的發(fā)展方向[J].新建設(shè)（現(xiàn)代物業(yè)上旬刊），2013（11）.

[3]汪憶.水晶體續(xù)寫鋼構(gòu)施工傳奇--中建五局北京公司大同圖書館項目施工紀(jì)實[J].建筑，2013（24）.