建筑工程中鋼結構設計的穩定性與設計要點分析

文/欒明輝 山東鋼鐵集團房地產有限公司 山東青島 266071

1、建筑工程鋼結構穩定性設計的特點

鋼結構的穩定性設計應從以下幾方面加以落實：一是需按國家有關施工建設文件中的規定進行操作；二是需結合具體項目的施工需要，以及施工現場所對應的水文地理條件等；三是結合以上兩方面進行設計思路的匯總，最后確定最佳的施工方案。通常不論是什么形式的鋼結構，在進行設計時，需要關注受壓部位，基于此來研究鋼結構的穩定性。同時還應注意，即使有的鋼結構本身不受壓，但若因外力作用造成鋼結構變形，會造成鋼結構由不受壓轉變成受壓。

2、建筑工程中鋼結構穩定性設計的要點

2.1 穩定性設計應堅持的原則及設計要點

在鋼結構設計中，應考慮施工的實際情況和施工過程中的使用要求，鋼結構剛度、強度和穩定性的設計符合標準。設計應符合要求的穩定和強度的前提下應與穩定性和強度要求盡可能節省鋼材一致。減少使用的鋼結構本身具有的重量，使得當負荷較大時，可有效地進行的；在建筑，制造時間和減少安裝時間，便于維修和鋼材的運輸，使總成本降低。另外，鋼結構設計應具有一定的美學價值，特別是在設計中的暴露結構，應注重建筑審美標準的結合。在鋼結構設計中，要使其具有足夠的穩定性，注意以下幾個關鍵點的設計：①在鋼結構形式的形式，應考慮鋼結構的穩定性和整體性能。目前，在我國的鋼結構設計中，通常以平面系統設計為出發點，如框架結構；所以在計算平面鋼結構穩定性設計值時應確保其對結構構件布置的計算方法相同，如在計算中應考慮是否增加計算支護強度。②在實際計算方法的基礎上，計算出穩定的設計圖和結構圖的結構穩定性的基礎上和計算一致。一般而言，分析框架的穩定性和結構分析框架的工作是相當粗糙的。部分的施工工作，即使沒有工作，是唯一穩定的框架柱的設計和計算。由于對構件的穩定值計算在模型的基礎上，對模型的假設或簡化模型進行了計算，從而保證了鋼結構的計算值滿足要求，進行了計算方法的基礎上的穩定設計草圖和保持相同水平的結構穩定的基礎上的圖計算。

2.2 載重設計

在建筑工程鋼結構設計時，最先考慮到的應該是鋼結構的承重負載能力。鋼結構一般設計形態是T 字形或者是L 字形。這種結構在力學上有較高的穩定性，可以很好的分散建筑的整體重量，起到平衡支撐的效果。在建筑搭建中，鋼結構經常使用在建筑外圍，根據結構需要支撐在受力位置。當然，根據建筑設計圖樣，鋼結構在使用時盡量使用對稱原則，讓整個建筑物的作用力平均分配到每個鋼結構上，減輕個別鋼結構承受壓力。此外每個鋼結構不同部位需要的承受及穩定性要求也不同。比如鋼結構中不動支座的要求就是防止位移，只需要有支撐能力即可。但對于梁架來講，起到支撐作用的同時還需要在水平位置要防止其發生扭轉作用。在一點在設計上也要體現出來，避免出現因考慮穩定作用不足而出現失穩狀況。最后，建筑施工部門在進行具體實施操作過程也是十分重要，現場施工人員必須按照設計圖來嚴格執行。失之毫厘，謬以千里，只有各個部門相互配合，根據標準做事，完成建筑工程每一個細節。

2.3 荷載設計

鋼結構設計要以穩定的對稱布置為主，減少結構扭轉，以上下貫通方式保證鋼結構設計中的剛度連貫性和情況穩定性。L 型或T 型的鋼結構設計是保證鋼結構有效發揮作用的兩大方式，鋼結構最好位置是結構外圍，這樣能更好的增強建筑構造的抗扭曲和變形效果，同時為了減少結構設計工作中的負擔和工作量，結構設計人員應該將結構的剛度和幾何運用及結構中心設計到同一水平線上，保證施工人員按設計進行施工。而在扭轉方面的設計上，設計人員應該考慮影響水平承載力的各種因素，當設計牽扯穩定性時，便不同于一般的強度要求。比如，就從支梁的抗彎強度來分析，要求不動鉸支座具有阻止位移但允許平面位移的作用，但這些要求無法滿足然梁整體穩定的設計，還要求支座能夠阻止梁繞縱軸扭轉但允許水平面內轉動和自由翹曲。

2.4 穩定性設計

失穩和整體剛度：現行規范通用的軸心壓桿的穩定計算法是臨界壓力求解法和折減系數法。為確保建筑工程的鋼結構穩定性水平，加強對鋼材質量的檢測很重要。在建筑工程中，結合鋼結構設計方案的要求，對整體的結構框架進行分析，確定臨界值。當F=Fn 時，鋼結構彎曲剛度趨向于零，這需要調整鋼結構的穩定問題。在彈性穩定計算中，除需要考慮結構的整體性外，還有一些其他特點需要引起重視。首先要做的就是二階分析，這種分析對柔性構件尤為重要，這是因為柔性構件的大變形量對結構內力產生了不能忽視的影響；其次，普遍用于應力問題的迭加原理，在彈性穩定計算中不能應用。

2.5 穩定性設計中需要注意的問題

在設計住宅時，鋼結構類型的主要分為兩種：高層住宅及低層住宅，就別墅與公寓來說，別墅屬于低層住宅，公寓屬于高層住宅。為了保障住宅自身具有一定的抗震能力，鋼結構住宅建筑的住宅標準規定，最好將其控制在12層以下，另外，還有做好鋼結構的布置工作，因為布置過程中單純的規則性會直接對住宅建成之后的抗震能力造成影響，正因如此，為了防止在地震時建筑遭到破壞，在進行鋼結構平面的布置時，要盡可能的保證鋼結構的對稱性以及規則性。

總之，在建筑鋼結構設計中，設計人員應充分關注建筑主體部分與細節部分之間存在的關聯性，并有效的協調這種關聯性，綜合把握各方面的設計要點，進而實現建筑鋼結構設計方案中技術與工藝的有效融合，最終實現建筑鋼結構設計方案的順利實施，提高建筑鋼結構的施工質量。因此，在建筑工程施工中，重視建筑鋼結構設計的要點分析，具有積極地現實意義。