分析建筑工程項目中鋼結構設計中的穩定性

孫玉玲

杭蕭鋼構（河南）有限公司 河南洛陽 471132

鋼結構具備重量輕、抗震效果良好、綠色環保、產業化程度高、綜合經濟效益明顯等各種優點，受到國內和國外建筑工程的高度重視。最近幾年來，因為國家規章、鋼鐵生產、設計開發等多方面的優勢，鋼結構在工業廠房、大跨度、橋梁、板殼、平臺、受動載作用等各方面的結構和拆裝，能夠移動結構等各個方面的快速發展和普遍使用。但是因為鋼結構缺乏較強的耐火性、耐腐性以及穩定性的問題，現有設計方式具有一定缺陷，使得鋼結構特別是高強度鋼結構的發展受到一定程度的限制[1]。

1 鋼結構穩定性設計的特點分析

鋼結構穩定性設計有以下三個特點。第一，多樣性。對于鋼結構來說，失穩形式多種多樣(彎曲失穩垮，扭轉失穩等)，但其穩定性問題又普遍由受壓構件失穩引起的。基于此，在受壓構件的設計中，一定要保證受壓構件的穩定。同時，鋼結構受到形變的影響會使不受壓部分轉化為受壓部分，因此在設計過程中對結構及局部構件的變形應嚴格控制。大跨度鋼結構還應考慮溫度對構件變形的影響；第二，相關性。這一特點主要指的是鋼結構設計中不同模式的相互影響。一日_某一部分出現問題，則其他部分也會受到影響。換言之，鋼結構整體與局部之間能夠相互影響；第三，整體性。整體性設計的終極目標是指確保鋼結構建筑在規定的使用年限內安全可靠。荷載、制造工藝、材料性能、安裝方法、結構細節構造、使用環境及維護方式等多種因素決定了鋼結構的整體性。

2 鋼結構設計穩定性原則

2.1 強柱弱梁設計原則

若鋼結構設計具有實效性，質量較高，則若水平承載過大或者需要強力荷載，塑性鉸會出現在梁上，但若其設計質量較低，其會出現在柱子上。基于強柱弱梁設計原則能夠增強鋼結構抗壓能力，以提高強力下的鋼結構荷載能力，使其能夠快速恢復到正常狀態。目前鋼結構穩定性在設計方面需要對其進行分析與計算，進而保證塑性鉸能夠呈現在梁上。需要構造與計算相一致，在設計時要求計算結構與實際構造相一致，特別是注意鋼結構的抗震效果，要求其性能與建筑工程結構相符[2]。

2.2 整體穩定

廠房結構的縱向穩定主要依靠結構的縱向支撐系統來保證，例如，鋼柱的柱間支撐，鋼屋架的上/下弦水平支撐和垂直支撐等等。因此，在實際的鋼結構設計穩定性計算時，需要重點考慮支撐系統能可靠地傳遞結構縱向的水平荷載(包括風荷載、地震荷載、吊車荷載等等)。而對于沒有支撐的鋼結構建筑來說，主要是靠構件自身及其節點的剛度來保證結構的整體穩定。所以在實際的計算中，應當按照支撐系統和結構自身剛度的實際情況來保證鋼結構的整體穩定性。

2.3 局部穩定

換句話說，就是要在設計中保證構件木身的穩定性(構件高厚比、寬厚比，徑厚比，長細比等滿足規范要求)。在穩定性設計計算中，應當保證構件木身及其組成部份(桿件或板件)在荷載作用下不發生屈曲不失穩。

3 建筑工程中鋼結構設計的要點

3.1 積極做好鋼結構材料選擇

建筑鋼結構的使用環境相對特殊，其承載壓力以及剪切力壓力都相對較大，針對鋼結構需求進行綜合分析，而后再做好鋼結構材料的科學選擇，并保證焊接工藝符合施工建設需求，進行鋼結構設計以及材料選擇前對結構設計需求進行全面分析，并對鋼材質量、性能以及焊縫結構質量需求進行了解，根據實際需求進行鋼材選擇，并對鋼材的屈服強度以及拉伸性能等進行匹配設計[3]。

3.2 結構選型

在設計過程中，出于對鋼結構穩定性的考慮，需要盡可能保證使用簡單的結構形式。比如：(1)平面布置應避免平面不規則，平面布置簡單、規則、對稱是為了使結構的剛度中心和質量中心基木重合，這樣可以避免地震時帶來的扭轉效應，避免扭轉破壞。建筑平面不易采用角部重疊和細腰型結構布置。(2)豎向結構布置也要避免豎向不規則，豎向盡量不采用局部外凸和內部凹進去的結構形式，實現上下貫通，以此達到整體結構穩定及剛度連貫性的目的就以往的工程情況來看，T型或是L型和U型為較為常見的兩種結構形式，拐角處常用伸縮縫隔開，使結構分開成簡單的矩形形式，避免結構不均勻帶來的扭轉問題，提高了鋼結構的穩定性。

3.3 建筑工程鋼結構設計

（1）靜力分析法。通過仿真分析了變形對結構應力狀態的影響，建立了平衡微分方程，并經過推算得到臨界負荷值。值得注意的是，建立方程具有兩個條件：一是必須是直桿鋼結構，二是受力應該與前一軸動作方式一致。（2）能量分析法。若是鋼結構的承載能力仍然具有保守力，那么在時間應用過程中，有必要和容易產生變形的受力狀況進行集合，構造一般勢能，若是平衡狀態，則可以計算一般勢能。結合能駐值原理，將總勢能從一階變為零，得到平衡方程，計算了分岔屈曲載荷。（3）動力分析法。這種分析方式主要是在衡狀態系統的基礎上，對實際鋼結構進行穩定性分析的方式。若是承載的數值不能有效滿足自己荷載范圍的限制，則變形方向和實際加速度方向相反[4]。

4 結語

總之，在我國建筑行業發展中，結構設計的穩定性與建筑總體使用安全性緊密相關，在針對鋼結構進行設計的過程中，要對其結構應用需求進行全面分析，并通過計算對各節點應力集中情況進行設置，提升鋼結構總體應力穩定效果，為建筑總體結構使用安全提供基礎條件[5]。