建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究

孙建超

摘要：钢结构是建筑领域一种新型、高效的施工工艺，能够充分满足新时期节约型社会建设需求，有利于实现工业建筑业的可持续发展目标。在建材选择期间，应综合考量钢材自身性能，达成设计优化目标。钢结构所采用的建筑钢材具有防变形、耐腐蚀、抗震以及符合环保要求等众多优点，因此能够在建筑设计领域得到广泛的应用。建筑工程采用钢结构时，其结构稳定性作为一个至关重要的指标，直接决定了建筑物的质量和使用寿命。本文结合笔者多年的建筑设计经验对建筑工程钢结构的稳定性展开讨论，已对相应问题提供参考。

关键词：建筑；钢结构；稳定性

引言

在进行建筑结构设计的过程中，需要对钢结构方案进行合理的评判与对比，这对于提高建筑的质量有着重要的作用，钢结构的应用也为建筑结构设计带来了很多新的思路。应用钢结构进行施工，还能减少对于能源资源的消耗，是与绿色设计的理念相符的，对于建筑施工质量与效益的提升都有着积极的作用。下面就对建筑结构设计中钢结构设计方法进行分析。

1钢结构的概念

钢结构顾名思义就是以钢材作为结构搭建的主要原材料，通过钢梁、钢板、钢柱等不同的钢制组件，采用焊接、铆接等连接手段进行拼接组装，进行大型建筑物搭建的建筑结构类型。钢结构以各类钢材作为主要材料，与普通混凝土等建筑材料不同，钢材具有重量轻，韧性强等特点，能够承受更大的力，因此在大中型建筑物设计中经常采用钢结构设计。钢结构构造稳定，不易变形，能够为建筑物提供良好的安全稳定性。但是，在某些特殊情况下也有可能出现钢结构失稳的情况，常见的有以下两种情况：一种是过大的压力直接作用在受力平衡点上，造成结构整体受力不均导致失稳。另一种是钢结构构件由于长期使用，导致内部结构发生金属疲劳等问题，内部结构失去支撑作用，导致整体结构失稳。在进行钢结构设计之前，有必要明确这种结构的稳定性特点，才能在设计过程中有的放矢，避免结构弱点，发挥钢结构的优势，使得建筑物中的钢结构发挥更好的作用。

2钢结构设计中稳定性的设计方法

2.1动力设计法

根据钢结构的动态稳定性展开的设计和分析。如果采用这种设计方法的话，首先需要钢结构应力，可以将震动加速和结构变形准确地反映出来，能够体现出钢结构的轻微震动。其次，采用这种设计方法，可以对加速度和结构型方向之间的关系进行平衡，假如静态荷载数值出现变化，结构也会处于静力稳定状态。第三点就在于如果钢结构的形变方向和加速度是一致的话，就代表着这个结构能够承载最大的负载，通过应用动力设计法，就可以消除干扰，钢结构就会变得相对稳定。最后还可以按照结构的载荷判断静态和动态之间的界限，同时将临界载荷归类为不稳定的负荷，然后可以假设振荡频率是零来分析钢结构的稳定性。

2.2防火设计

建筑钢结构的耐火性相对较差，当建筑外部温度达到430℃以上时，其负载能力就会急速下降，进而降低建筑的安全性。因此，在对建筑钢结构进行防火设计时，首先，应选用防火性能较强的材料，如涂层厚、黏性高的材料，其较高的阻燃性能能够提升钢结构的防火性能。其次，施工时要对材料进行阻燃与防锈处理，使得建筑钢结构满足防火标准，同时获得较高的防火水平。

2.3结构选型

为使建筑钢结构拥有稳定的体系，在对结构进行选型时，一方面，钢结构平面布置要遵循简单、规整、对称的原则，保证刚度中心能与质量中心重合，当发生地震时，能够有效避免结构发生扭转效应，从而提升建筑的安全性。另一方面，不宜采用角部重叠或细腰型钢结构布置方式，且不采用外凹或内凸的竖向结构，以此保证钢结构竖向布置能够上下贯通。此外，注意建筑钢结构的底部设计，通常会选用T型、L型、U型钢结构，降低自然灾害对建筑钢结构的影响，从而提升建筑稳定性。

2.4受力设计

钢结构的一个最重要的指标就是其受力水平，在进行设计时，钢结构的承重负载能力为首先考虑的问题。钢结构一般采用T字形或者是L字形设计，这是从结构的稳定性考虑，采用这两种形状可以很好地分散建筑的整体重量，达到平衡支撑的目的。在建筑工程实践中，钢结构是建筑物外围的一种常用结构，对建筑物起到受力支撑作用。在建筑物整体设计中，钢结构的使用尽量遵循对称原则，其目的是让每个钢结构均匀地承受整个建筑物的作用力，防止个别钢结构承受压力过大或过小。除此之外，对钢结构不同部位的受力及稳定性要求也不同。例如，对于钢结构中不动支座的要求是防止位移，因此对于这部分的支撑能力要求较高，但是对于钢梁架，除了要起到纵向支撑作用，还需要考虑在水平位置防止其发生扭转。钢结构不同部位的受力特点要在设计中体现出来，避免因考虑不足而出现失稳状况。最后，钢结构的具体施工操作也非常重要，现场施工人员必须按照设计图来严格执行，尽量减少施工误差，加强部门间相互配合，严格依据标准进行施工，加强细节管理。

2.5抗震设计

近年来，地震事故频繁发生，究其原因在于：钢结构设计规范性不足，难以顺应施工建设的各项需求，引起建筑结构稳定性缺失现象，由此造成地震事件发生，建筑结构发生倒塌事件，形成较为严重人员伤亡事故。在地震中，其破坏特征是延性破坏，而非脆性破坏，可见到破坏瞬间的过程。破坏瞬间延缓了逃生的时间；破坏瞬间基本很少散离碎片的坠落打击等次生伤害。为此，加强钢结构抗震性能优化设计，尤为关键。钢结构抗震性能，在建筑设计环节中，占据较为关键的环节。钢结构设计期间，应综合开展钢结构抗震性能设计工作，保障建筑工程抗震性能的规范性。具体抗震设计表现为：以建筑工程项目整体结构为视角，结合建筑工程需求，全面掌握建筑工程的建筑特点，融合抗震设计元素，使其抗震性能处于合理状态。在设计期间，设计人员应加强厂址确定与优化，减少建筑工程建设位置处于地质结构不稳定的区域，减少地震问题对建筑工程结构产生的影响。在建筑抗震结构设计期间，应以建筑结构整体稳定性为优先设计原则，以此保障建筑工程抗震性能的标准性。钢结构在建筑工程建筑结构中占据较为关键的位置。为此，在开展钢结构抗震设计期间，应从钢结构配件性能予以考量，比如受力性能、结构稳定性等。在性能确定的基础上，最大程度地降低负面因素造成的影响，有效发挥钢结构建筑稳定性能的优势。抗震系统设计，在建筑工程设计中，应作为优化设计的重要环节，以期提升建筑工程建筑结构的安全性。针对建筑工程结构性能分析期间，应综合考量多方因素，以钢结构建筑实际需求为基础，完成结构框架设计与选择，提升节点设计工作有效性，保障建材性能，提升钢结构整体稳定性，以此保障建筑工程抗震性能的规范性。

2.6防腐设计

降雨、日照或者是大雾，对于钢结构也会产生影响，会导致其受到腐蚀，降低结构的稳定性。对于建筑钢结构来说，比较常见的情况就是电化学腐蚀。为了应对腐蚀情况，需要根据地区的实际环境条件为钢结构设置相应的抗腐蚀性表面涂料，确保其在高温、高湿环境下也可以有良好的耐腐蚀性。

结束语

钢结构的优点在于其良好的结构强度，自身的重量也较轻，但对稳定性的设计要求较高，对于稳定性设计，通过对长细比的判断，还有对阻尼系数的分析，综合的应用各种不同的设计方法来进行设计，将钢结构的优势充分发挥出来，可有利于实现建筑技术的集成化和产业化。可以有效降低碳排放，环保性能更好。另外，钢结构还有钢材容易拆除，可回收的优点，提高了材料的重复利用率。

参考文献

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