建筑工程項目中鋼結構設計的穩(wěn)定性分析

葉嘯飛

在建筑工程中，鋼結構占據(jù)著重要的位置，其穩(wěn)定性與建筑物的后續(xù)使用安全密切相關?；谶@種情況，為了保證鋼結構的整體安全，有必要保證鋼結構的穩(wěn)定性。這需要鋼結構穩(wěn)定性設計的支持。在此基礎上，探討鋼結構設計的穩(wěn)定原則和要點具有重要的實用價值。

1.鋼結構的概念

目前，建筑工程的主要建筑結構類型就是鋼結構。它被廣泛應用在各種大型建筑和承載力要求較高的建筑過程中，具有強度高、剛性強、不易變形的特性。而且鋼結構在使用的過程中展現(xiàn)出強大承受荷載的能力，和較好的柔韌性等特性，與目前建筑工程的要求是非常符合的。而想要提升工程的質(zhì)量就應當先提升鋼結構的質(zhì)量。

2.影響鋼結構穩(wěn)定性的因素

2.1 鋼結構建筑框架設計本身不合理

框架設計是否合理對鋼結構的穩(wěn)定性影響極大，而框架不合理主要體現(xiàn)在三個方面：（1）沒有按照鋼材的使用規(guī)范進行設計，例如，C 型鋼與方管不合理搭配使用，會造成局部結構承重能力下降，容易導致結構變形或扭曲，降低了鋼結構的穩(wěn)定性；（2）在設計的過程中對鋼結構各方面的承載力計算不夠準確，導致局部結構承重過重或過輕，也改變了局部結構受力情況，在一定程度上打破了整體結構的穩(wěn)定性；（3）隨著建筑成本的逐年升高，為了節(jié)約建筑成本，在設計的過程中主觀性地降低鋼材使用標準，使用不達標的鋼材進行建筑，將降低鋼結構的穩(wěn)定性，增加各類安全風險。

2.2 焊接設計缺陷

眾所周知，鋼結構建筑都是由鋼材組合焊接而成，所以，焊縫設計非常關鍵，特別是關鍵部位的焊縫設計，然而，在建筑工程中鋼結構的焊縫設計普遍沒有得到重視，也沒有充分地計算焊縫所能承載的力度，往往是隨意設計。例如，為了快速施工，焊縫設計少且焊縫長度不夠，如果焊縫存在氣孔、夾渣等情況，焊縫的強度將大大降低，不僅會降低結構的穩(wěn)定性，而且焊縫缺陷部位容易造成應力集中，當遇到外力作用時，極易造成焊縫開裂，增加安全風險[1]。

2.3 腐蝕因素影響

受自然因素的影響，鋼材一旦暴露在室外環(huán)境中就很容易受到腐蝕，特別是一些較薄的鋼材，焊縫或使用螺釘?shù)牟课灰坏┦艿絿乐氐母g，其結構的穩(wěn)定性將大大降低，如果遇到大風、積雪等自然因素讓局部產(chǎn)生振動或壓力增加，極易造成焊縫炸裂等情況。然而，在實際的結構設計時，鋼材腐蝕問題往往被設計人員所忽視，普遍只要求涂刷一層底漆，甚至是不做任何防腐措施，當鋼材腐蝕嚴重時其結構的穩(wěn)定性也將降低。

2.4 防火設計缺陷

建筑過程中鋼結構建筑主要采用的材料是鋼材，而鋼材又不具有可燃性，也無法燃燒，所以，在鋼結構的設計中普遍沒有考慮防火問題，但在實際的建筑中，鋼結構建筑的防火性能低于混凝土結構的防火性能。因為鋼結構建筑中還會用到彩鋼復合板、木質(zhì)地板、裝飾材料等，一旦這些物質(zhì)大面積燃燒，就會使鋼結構中的鋼材迅速升溫，降低鋼材強度，使鋼材發(fā)生變軟、變形、彎曲，甚至是造成關鍵焊接部位脫焊等情況，因此，防火設計的缺陷也威脅著鋼結構的穩(wěn)定性[2]。

3.鋼結構穩(wěn)定性設計原則分析

3.1 鋼結構的穩(wěn)定性設計

由于鋼結構的整體剛度與鋼結構的最大承載力和剛度密切相關，真正的設計過程要求鋼結構的集成考慮內(nèi)部壓力的變化和大小，從而減少不穩(wěn)定的鋼結構和失穩(wěn)的問題。設計單位通常使用平面系統(tǒng)來設計鋼結構。為了提高鋼結構設計的穩(wěn)定性，還必須使用完整的結構展開設計。特別是對于單層或多層框架的設計，只需計算框架柱平面的長度系數(shù)，就可以知道鋼結構的設計是否具有良好的穩(wěn)定性。請注意，結構設計應確保鋼節(jié)點在傳遞曲率時具有良好的剛度和靈活性，確保鋼結構構件之間的偏心距離最小。在固定鉸支座時，還應保證簡單支撐梁的抗彎強度，避免梁縱軸周圍的扭轉(zhuǎn)問題。

3.2 結合鋼結構剪力

現(xiàn)階段，建筑工程的形態(tài)學越來越復雜，建筑結構中不對稱設計的案例比比皆是，逐漸形成了一種潮流。與傳統(tǒng)的建筑形式相比，這種新的建筑形式需要在設計穩(wěn)定性方面付出更大的努力。在鋼結構的具體設計過程中，為了簡化工作，設計師經(jīng)常將垂直構件直接標記為柱子，傾斜柱直接標記為斜桿。這種設計方式雖然對建筑的穩(wěn)定性沒有影響，但在進行剪力調(diào)整時受到的干擾更大。傾斜的柱子承受著垂直和水平方向的荷載。如果設計人員沒有充分考慮垂直荷載，則會產(chǎn)生較大的剪切誤差，影響建筑鋼結構的整體穩(wěn)定性。更復雜的是剪切力的具體設計過程，該項目必須考慮實際施工條件，進行綜合分析和調(diào)整項目的功能組件的建設條件，以滿足承載力要求。

3.3 防腐設計

在大氣中，受陽光、風沙、雪和溫度變化影響，鋼結構可能會受到不同程度的腐蝕，影響其使用的強度和持續(xù)時間。為了改進鋼結構的防腐設計，最常用的腐蝕性涂料可以提供長期防腐保護，也可以提供耐腐蝕性涂料。設計工作的進行應當從經(jīng)濟方面綜合考慮，使維修和保養(yǎng)條件為人所知，并選擇易于使用和經(jīng)濟的耐腐蝕涂層方法。設計師必須全面分析工作區(qū)域的氣候條件、環(huán)境條件等因素，并制定有針對性的防腐蝕保護方案，以提高鋼結構的防腐性能。在建筑行業(yè)，鋼結構是一種通用結構體系的一部分，其最大優(yōu)勢是重量相對較輕，工業(yè)化程度相對較高，因此在建筑業(yè)中廣泛使用。再一方面，鋼結構的穩(wěn)定是非常重要的一環(huán)，其可以最大限度地保證人的生命和財產(chǎn)安全，我們需要不斷分析其穩(wěn)定性，在遵循國家有關標準和規(guī)范的同時，必須靠近建筑設計。與此同時，現(xiàn)場實際情況是設計的基礎，可以確保鋼結構的穩(wěn)定。

3.4 細部設計

鋼結構的整體穩(wěn)定性顯然有利于正常施工和長期使用。為了實現(xiàn)這一目標，必須加強節(jié)點的細節(jié)設計。詳細的設計有效地彌補了整個項目的缺陷，減少了整個鋼結構的缺陷，避免了項目安全和質(zhì)量的潛在風險。首先，設計師必須考慮整個建筑的初始需求，制定相應的設計方案。鋼筋混凝土結構是目前建筑工程中應用最廣泛的一種結構形式，大大提高了結構的強度和穩(wěn)定性。此外，薄壁型材、圓形型材和小角度型材主要用于薄壁輕鋼結構。這些結構需要更大的剛性，在建筑的設計和施工中，應確保細節(jié)節(jié)點的連接符合要求，保證連接的穩(wěn)定性，保證施工和應用的安全性。

3.5 對鋼結構穩(wěn)定性進行估算

要對鋼結構建筑物的整體穩(wěn)定性進行分析。鋼結構建筑物由多種構件焊接和栓接而成，所以，對建筑物整體結構進行穩(wěn)定性分析，以便利于建筑物結構的布置和鋼材的選型。然后，對鋼結構建筑框架整體剛度進行計算，目前，對建筑物的剛度計算主要采取軸心壓桿穩(wěn)定計算法，力保建筑物整體剛度的科學性，才能保證鋼結構的穩(wěn)定性[3]。

3.6 對鋼結構構件和節(jié)點進行科學設計

鋼結構的構件、節(jié)點的穩(wěn)定性影響著鋼結構的整體穩(wěn)定性，所以，首先要對局部構件截面進行科學的計算，尤其是支撐柱和鋼梁，充分考慮鋼材的彈性和柔性，例如，對梁腹板抗剪凈截面強度進行反復驗證、對大跨度鋼梁的變形度和承載力度進行反復計算；其次，對栓接構件的螺栓進行科學設計，不僅要選用高強度螺栓，還要科學選用扭剪類型、摩擦類型的螺栓；最后，對焊縫所需要承受的力度和所具有的強度進行科學計算，合理地設計焊縫的長度、寬度等。

3.7 合理選擇鋼材

鋼材具有可塑性強、強度高、韌性好等優(yōu)良的性能，同時施工相對簡單、工期短、安全系數(shù)高。但是，由于鋼材制作廠家整體水平參差不齊，其質(zhì)量差異性較大，在建筑工程鋼結構設計時，要結合建筑強度標準選擇恰當?shù)匿摬摹?/p>

4.結語

簡而言之，盡管鋼結構是建筑行業(yè)不可或缺和重要的建筑材料，但我們也必須承認，鋼結構的應用存在許多缺陷，這些缺陷與建筑質(zhì)量直接相關。因此，在建筑行業(yè)的發(fā)展中，加強對鋼結構穩(wěn)定性的關注和研究很重要。一方面，鋼結構穩(wěn)定性的設計者必須加強對專業(yè)技能的研究，不斷提高設計水平和能力；另一方面，參與建筑的人應當加強設計理論的研究。我們相信，在許多領域的共同努力下，我國建筑部門鋼結構的穩(wěn)定性將不斷提高。