建筑鋼結構設計中穩(wěn)定性的設計方法研究

熊英豪 張云龍

摘要：在當前建筑工程施工中，鋼結構應用十分廣泛。由于鋼結構與整體的整體質(zhì)量和穩(wěn)定性息息相關，因此在具體設計過程中，要根據(jù)結構穩(wěn)定性需求對鋼結構的材料、結構形式以及節(jié)點情況進行設計，以保證鋼結構總體穩(wěn)定性，為建筑承載效果優(yōu)化提供保障。本文就建筑工程項目建設中鋼結構設計穩(wěn)定性原則進行了分析，而后就其設計要點進行了探討。

關鍵詞：建筑鋼結構;結構設計;穩(wěn)定性設計

引言

穩(wěn)定性設計是當前建筑鋼結構設計中的典型問題，也是影響建筑項目質(zhì)量的關鍵因素。在對鋼結構進行穩(wěn)定性設計的過程中，需要嚴格按照國家規(guī)范標準，結合建筑鋼結構的實際設計情況，再聯(lián)系相應的施工條件與基本功能，靈活運用穩(wěn)定性的設計方法，從而提升建筑行業(yè)的施工水平，以保證人民的生命財產(chǎn)安全。

1建筑鋼結構設計穩(wěn)定性簡論

建筑工程項目中所用的鋼結構組成形式、材料等都非常多樣化，為了保證其結構穩(wěn)定性需要在結構設計環(huán)節(jié)做好承載能力設計工作，對于鋼結構運行使用中的應力情況以及在和需求進行全面分析，并就其選材、形制以及構件、節(jié)點等進行科學設計，以保證鋼結構總體穩(wěn)定性效果。鋼結構作為一種建筑中非常常見的應用結構，其設計工作中不僅要對其建筑使用載荷情況進行全面分析，還要根據(jù)結構需要進行選材設計，保證建筑使用中鋼結構不會發(fā)生由于承載能力不足而發(fā)生的變形問題，進而導致鋼結構應力更加不平衡而造成結構垮塌問題。鋼結構設計必須做好多細節(jié)結構的設計工作，保證多結構之間的應力平衡，否則會因為一個部位設計不足而影響整體穩(wěn)定性。

2鋼結構設計穩(wěn)定性原則分析

2.1確保各個層面的穩(wěn)定性

由于鋼結構自身的獨特性，在前期工藝設計過程中也相對復雜，在具體設計時需要利用計算機軟件進行質(zhì)量檢測，只有質(zhì)量檢測合格后才能在建筑工程中進行應用。在對鋼結構進行具體測試過程中，以水平荷載系數(shù)、抗震強度系數(shù)和結構阻尼比等作為主要技術指標，在實際設計中，設計師需要與當?shù)丨h(huán)境中最大風荷載作為依據(jù)，以此來設計鋼結構的水平荷載系數(shù)，確保各個層面都具有較好的穩(wěn)定性。

2.2做好剪力調(diào)整

當前建筑形式越來越復雜，不對稱設計已成為一種設計潮流，這也使當前建筑中采用斜柱的現(xiàn)象較多，相較于垂直構件，斜柱具有明顯的傾角，這就要求建筑構件要能夠承受一定的剪力。在當前具體鋼結構設計時，部分設計師為了方便處理，會將垂直構件簡化為柱子，將斜柱簡化為斜桿，雖然不會對建筑整體穩(wěn)固性帶來影響，但調(diào)速框架柱的剪力時則會帶來較大的影響。由于斜柱起著支撐水平方向荷載的作用，但豎直方面也需要承擔一定的荷載，這方面的荷載被忽視后，則計算出來的剪力會存在一定的誤差，從而對建筑工程鋼結構的穩(wěn)定性帶來較大的影響。因此在具體設計過程中，需要對剪力調(diào)整給予充分的重視，并能夠針對建筑施工實際情況來設計不同程度的鋼結構剪力，更好的增強鋼結構的穩(wěn)定性。

2.3注重強柱弱梁的設計

當鋼結構設計較為合理時，一旦水平荷載較大或是在強需發(fā)生時，塑性鉸會在梁上出現(xiàn)，不會出現(xiàn)在柱子上，因此通過強柱弱梁的設計來提高鋼結構的抗壓性，避免在大的作用力下鋼結構被破壞，有利于鋼結構能夠快速恢復到變形前的形態(tài)。在當前鋼結構穩(wěn)定性設計時，在具體對柱梁設計時，要對其彈塑性進行分析和具體計算，確保塑性鉸出現(xiàn)在梁上，這樣與具體的設計要求才能相符。

3鋼結構設計中穩(wěn)定性的設計方法

3.1穩(wěn)定性設計要點

（1）結構選型

為使建筑鋼結構擁有穩(wěn)定的體系，在對結構進行選型時，一方面，鋼結構平面布置要遵循簡單、規(guī)整、對稱的原則，保證剛度中心能與質(zhì)量中心重合，當發(fā)生地震時，能夠有效避免結構發(fā)生扭轉效應，從而提升建筑的安全性。另一方面，不宜采用角部重疊或細腰型鋼結構布置方式，且不采用外凹或內(nèi)凸的豎向結構，以此保證鋼結構豎向布置能夠上下貫通。此外，注意建筑鋼結構的底部設計，通常會選用T型、L型、U型鋼結構，降低自然災害對建筑鋼結構的影響，從而提升建筑穩(wěn)定性。

（2）防腐設計

建筑所處地區(qū)的降雨、日照、大霧等會對建筑鋼結構產(chǎn)生一定的腐蝕，進而影響建筑的穩(wěn)定性。一般情況下，電化學腐蝕與化學腐蝕是鋼結構經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象。為了解決腐蝕問題，研究人員須針對不同地區(qū)的自然環(huán)境設計出能夠提升鋼結構抗腐蝕性的表面涂料，使得鋼結構即使在較高溫度、較高濕度的環(huán)境中也能保持極高的穩(wěn)定性。

（3）構件設計

構件設計是保證鋼結構穩(wěn)定的關鍵步驟，首先，構件材料要符合相應的國家標準，且要符合建筑鋼結構的總體應力需求。其次，在安裝構件時，要保證結構處于平衡狀態(tài)，以此保證鋼結構獲得較高水平的力學傳導與力學擴散性能。最后，適當發(fā)揮二階法的功能與作用，保證柔性結構的穩(wěn)定性能夠滿足相應的標準，其產(chǎn)生的形變量也不會對結構造成較大的影響，從而保證建筑的質(zhì)量。

（4）防火設計

建筑鋼結構的耐火性相對較差，當建筑外部溫度達到430℃以上時，其負載能力就會急速下降，進而降低建筑的安全性。因此，在對建筑鋼結構進行防火設計時，首先，應選用防火性能較強的材料，如涂層厚、黏性高的材料，其較高的阻燃性能能夠提升鋼結構的防火性能。其次，施工時要對材料進行阻燃與防銹處理，使得建筑鋼結構滿足防火標準，同時獲得較高的防火水平。

3.2穩(wěn)定性計算方法

（1）分析阻尼數(shù)值

分析阻尼數(shù)值是分析鋼結構穩(wěn)定工作的重要組成部分，當阻尼比始終波動在一個穩(wěn)定數(shù)值左右，才能保證鋼結構穩(wěn)定性的提升。

（2）判定長細比

在建筑鋼結構設計過程中，長細比的判定數(shù)值越大，結構穩(wěn)定性就越差。因此，設計人員必須嚴格按照設計規(guī)范綜合考慮各種因素，對長細比進行準確分析。計算與幾何是判定長細比常用的兩種方法，只有將長細比控制在合理的承載力范圍內(nèi)，才能計算出準確的參數(shù)，從而保障鋼結構的穩(wěn)定性。

（3）靜力設計法

靜力設計法也被稱為歐拉設計法，主要運用鋼結構穩(wěn)定性的最大承載力對鋼結構彈性系統(tǒng)進行計算。在實際運用過程中，首先，當力學與結構符合相應假定時，才可確定微分方程。其次，鋼結構材料應變與應力之間符合胡克定律要求的線性關系時，使用靜力計算法。再次，靜力計算模型能夠反映實際結構的彈性受力時，可使用該方法。最后，注意施工操作的合理性，避免計算模型出現(xiàn)偏差，影響施工的精準性。

（4）動力設計法

動力設計法指的是，對建筑鋼結構的動態(tài)穩(wěn)定性進行分析與設計。在實際運用過程中，首先，鋼結構應力能夠反映出振動加速與結構變形，從而反映出鋼結構中出現(xiàn)的輕微震動程度。其次，運用動力設計法能夠平衡結構形變方向與加速度之間的關系，此時靜態(tài)載荷數(shù)值會發(fā)生變化，直至結構逐漸向靜態(tài)轉變，從而維持在一定的穩(wěn)定水平。再次，當鋼結構形變方向與加速度之間是統(tǒng)一的，就表明此時的結構滿足最大負載條件，運用動力設計法會促使干擾消除，使得鋼結構處于相對不穩(wěn)定的狀態(tài)。最后，靜態(tài)與動態(tài)的界限可根據(jù)結構載荷來判定，且臨界載荷屬于不穩(wěn)定的負荷，可按照振蕩頻率為零的條件對鋼結構穩(wěn)定性進行分析。

（5）塑性設計法

塑形設計法指的是，標準塑性載荷與安全系數(shù)的乘積要大于鋼結構的元件強度。首先，在鋼結構內(nèi)部強度的構造分析中，會運用一階塑料分析或剛性分析。其次，在重新分配結構內(nèi)力時，可運用塑性設計法，使材料結構能夠符合結構可塑性的分析要求。最后，在對法蘭尺寸及限制橫截面進行設計時，可運用塑形設計法來反映鋼結構材料的范圍，并準確凸顯其穩(wěn)定性結構的特點，為提升建筑質(zhì)量做好鋪墊。

結語

綜上所述，鋼結構的穩(wěn)定性對于建筑整體的安全和使用壽命具有決定性的影響，設計人員在進行鋼結構設計的過程中要進行精密計算，綜合考慮零部件之間的受力關系，做好鋼材防腐處理，最大限度地避免鋼結構的短板，發(fā)揮鋼結構的優(yōu)勢，從而推動建筑設計的不斷進步。

參考文獻：

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