中国科技信息2023年5期

建筑钢结构设计中稳定性的设计方法分析

刘聪

武汉天华华中建筑设计有限公司   湖北省武汉市    430024

摘要：钢结构建筑物比混凝土结构有着较好的优势，其因为结构强度高、自身重量也比较小、建设过程简单等优点被越来越广泛的应用在建筑领域。但是钢结构本身也存在一定的缺陷，对钢结构的稳定性设计有着更高的要求。在设计钢结构时要根据建筑物所处的地理自然环境，针对性的设计相关结构，选择合适的设计方法以及有效运用相关验算方法进行结构稳定性计算，使钢材组件在钢结构中的最大性能得到最大的释放，进一步推进钢结构在建筑领域的发挥其应有的积极作用，提升钢结构的整体安全稳定性。

关键词：建筑钢结构设计；稳定性；设计方法

引言

钢结构设计需要结合钢结构的基本特征和稳定性原则把握住设计要点。同时,施工建设过程中,还需要对基础构件的设计以及整体框架设计的实际效果加强观察分析力度,提升钢结构设计的整体有效性。确保建筑工程中,钢结构设计为整体工程项目的建设质量的提升提供重要的支持。对于现代工程项目来说,钢结构属于应用广泛性和技术要求,都相对更高更强的建筑主体结构更需要从设计阶段把握住相应的设计要点完成设计工作任务。

1 建筑钢结构的优势

建筑工程中钢结构的优势可以体现在多个方面，最为显著的优势包括三点：一是抗震性高；二是精确度较高；三是施工过程较简单。从抗震性高这一方面来说，钢材料具有较高的强度和相对较强的柔韧度与可塑性，所以能够满足建筑工程的需要。另外，建筑钢结构有较好的延展性，能较好地抵御地震作用，当发生地震时，钢结构可以起到相对较好的缓冲作用，有效地增加建筑物的安全性能。从精确度较高这一方面来说，为了有效增强建筑物的稳定性能，必须确保所选用的材料具有精确度较高的特性，而钢结构具有这方面的优势。在长时间的使用过程中发现，与传统的钢筋混凝土结构相比，钢结构的精准度更高。除此之外，钢结构自身具有较好的可塑性和韧性，可以满足大跨度建筑物的需求。为有效增强建筑物的稳定性，应优先使用钢结构，一方面钢结构应力幅度的弹性很强，另一方面钢结构与工程建筑的力学计算方式相符，可进一步提高钢结构的适用性和实用性。从施工过程较简单这一方面来说，相比之下，钢结构的施工过程较为简单，原因是钢结构主要由热轧型钢或冷加工的薄型钢板、钢板所制成，整个制作过程相对简单，后续施工也随之变得较为简单。基于此，不仅有利于控制施工成本和缩短施工周期，而且可以达到预期的施工效果，使建筑物的稳定性得以保证。

2 钢结构设计稳定性原则

2.1稳定性原则

在钢结构设计平面图纸时要考虑不一样的钢结构建筑物有不同的结构要求，应该根据具体要求进行设计，着重考虑钢结构的支撑部分，保证其在水平上的稳定性，钢结构平面上的稳定性在钢结构整体稳定性上面具有关键的作用，只有保证钢结构的所有组件在平面上的稳定性，在后面的立柱建造时才可以避免失稳情况的发生。

2.2统一性原则

精确的钢结构支撑计算是钢结构稳定性设计的重要基础，作为钢结构承受力计算的重要环节，在设计框架与框架之间的平衡性时计算方法和预期得到的参数值要提前确定。在实际建设环节，设计者为了省时省力，往往根据自己的实践经验，没有进行平衡性计算而是直接对钢结构的稳定性进行计算。这样因为缺少平衡性关键数据很有可能造成各组件之间的稳定性有错误的计算结果，造成钢结构的整体不稳定性，因此在设计钢结构时要对平衡性和稳定性两者同时进行计算，缺少哪一个都有可能造成钢结构的不稳定性。

2.3配合性原则

钢结构的组件大多是较为丰富的结构且比较简单的钢结构组成的，通过焊接等刚性连接方式进行固定组装在一起的，最后建成一个综合的大型钢结构建筑物。基于此，在钢结构的建设设计过程中要考虑各个组件它们的形状、结构、功能等，保证组件与组件之间有较好的配合性，这样才可以把各个组件的性能更好地发挥，使钢结构建筑整体安全稳定性更好的发挥其作用，保证钢结构整体的结构强度。

3 建筑实体中,钢结构实体出现失稳现象的基本分类

3.1分支点失稳分析

分支点失稳问题主要是指由于平衡分叉导致稳定性缺失问题的出现。在钢结构施工建设和结构设计中,完善直杆轴心受压的过程中,会产生一定程度的屈曲。另外,平板中间受压后也会出现屈曲的现象,这都会导致钢结构直接出现失稳的问题。

3.2极值失稳分析

这类失稳问题的发生与建筑实体中钢结构的偏心受压、构件作用发挥异常有直接的关系。当这类构件的塑性出现一定程度的变化,并达到一定的数值水平时,其稳定性就会直接受到影响,导致整体钢结构在作用发挥的过程中出现稳定性缺失的问题。

4 钢结构稳定性设计的关键要点

4.1科学的结构选型

在对钢结构设计形状时要尽量按照简单、规整、对称的原则，确保刚度中心和钢结构质量中心在同一垂直面上，当遭遇地震时，可以较好的防止钢结构出现扭转变形情况，减轻自然灾害对钢结构的损害。此外，尽量不选择细腰形钢结构建设形式，非必要也尽量不要使用外凹内凸的竖向结构形式，以避免钢结构出现在竖向结构中不能上下贯通的现象。

4.2防腐设计

钢结构建筑在外部会受到雨水、光照、大雾等自然现象的侵蚀，这些对钢结构建筑都会产生一定的腐蚀作用，长时间侵蚀对钢结构的稳定性会产生不利的影响。因此为了减少钢结构受到的腐蚀程度，人们根据钢结构所处的不同地理环境特性设计可以提高钢材耐腐蚀性的表面涂料，这样即使钢结构在温度高、湿度也比较高的环境中也可以持续保持其安全稳定性。

4.3构件设计

钢材组件作为钢结构设计保证稳定性的建设基础，也是钢结构能否保持稳定的重要因素。在进行构件设计时要严格按照相关规范要求选择合适的构件，在进行构件的组装过程中要使钢结构整体保持平衡性，保证钢结构可以有较好的力学传导和扩散性能。此外，还应该把钢材出现的变形对钢结构的整体影响降低到最低水平，从而提升钢结构建筑整体的安全稳定性。

4.4局部稳定性

设计不同的板件宽厚比，提升钢构件受到屈曲应力极限承受能力，进而使构件的承载力达到设计要求；提升轴心受到压力后和构件受到压力后的局部稳定性，可以通过调整板件宽厚比、高厚比、外径和壁厚的比值等方式来实现。

4.5加固设计

通过构件的截面进行加厚加固可以达到构件的加厚目的，另外，在设计受弯杆件时可以做成多个，从而可以达到分散载荷集中的目的，进而可以调整钢结构顶部支撑力的布局。通过撑杆连接支撑支座和筒支时，要对钢结构的连接位置进行调整，保证拉杆可以提供设计需要的内力。通过对钢结构整体受力布局和施工要求进行受力分析，对节点部分进行针对性加固，可以利用焊接或者螺栓等方式来完成。

结语

在当前的建筑工程中，钢结构的应用较为广泛，且发挥着重要作用，关键一点便是凭借稳定性和质量轻的优势可以提高建筑物的稳定性。但同时建筑工程钢结构设计时，稳定性容易受到较多不利因素的影响，容易出现钢结构稳定性不足的问题，这对于建筑行业的发展有不利影响。鉴于此，提高建筑工程中钢结构设计的稳定性一直都是研究重点，并在长时间的研究与实践中积累了较多成功经验，掌握钢结构稳定性设计的要点，值得推广应用。

参考文献：

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