建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方法探討

朱燁

摘要：在進(jìn)行建筑工程施工的過程中，切實(shí)保障鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性能夠?yàn)檎w建筑工程的質(zhì)量提供充分保障，促使建筑安全性以及穩(wěn)定性得以提升。現(xiàn)階段，我國(guó)相關(guān)企業(yè)在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，影響到工程的整體質(zhì)量。文本就建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方法做出探究，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑工程;鋼結(jié)構(gòu);穩(wěn)定性;設(shè)計(jì)方法

前言：現(xiàn)階段， 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑行業(yè)規(guī)模得以不斷提升，并且在施工技術(shù)層面也在不斷地更新。鋼結(jié)構(gòu)作為當(dāng)下建筑工程施工中最為主要的結(jié)構(gòu)方式，其有著穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性的特征，同時(shí)能夠有效提升建筑工程質(zhì)量，提升建筑工程的穩(wěn)定性與安全性。當(dāng)下，建筑行業(yè)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性予以了高度重視，在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)采用各種有效手段提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性，進(jìn)而為建筑工程整體施工質(zhì)量與安全性提供保障。

一、鋼結(jié)構(gòu)的概念

鋼結(jié)構(gòu)，顧名思義，是以鋼材為結(jié)構(gòu)施工的主要原材料，采用鋼梁、鋼板、鋼柱等不同的鋼構(gòu)件，通過焊接、鉚接等連接方式進(jìn)行拼接組裝的一種建筑結(jié)構(gòu)類型。與普通混凝土等建筑材料不同，鋼材具有重量輕、韌性強(qiáng)、能承受較大作用力的特點(diǎn)，因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在大中型建筑設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用。

二、當(dāng)下建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題

（一）設(shè)計(jì)方案不合理

建筑行業(yè)的發(fā)展促使建筑規(guī)模以及空間跨度不斷提升，傳統(tǒng)建筑材料已經(jīng)開始逐漸被鋼筋混凝土以及H型鋼屋梁替代[1]。不同的建筑工程有不同的需求，鋼結(jié)構(gòu)也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，同時(shí)鋼材的使用量也在不斷地提升。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，很多設(shè)計(jì)單位并沒有充分考量資金供給以及經(jīng)濟(jì)效益等方面問題，方案中提出的鋼結(jié)構(gòu)方案不管是在材料還是形式上都與建筑工程的實(shí)際設(shè)計(jì)需求存在偏差，難以保障設(shè)計(jì)方案的合理性，進(jìn)而對(duì)建筑工程的整體質(zhì)量產(chǎn)生了直接的影響。

（二）未考量施工難度

建筑行業(yè)的發(fā)展推動(dòng)者建筑模式的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，這對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)人員工作的開展也提出了更高的要求[2]。現(xiàn)階段多樣化的建筑模式促使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的形式也變得多種多樣，形成了十分多樣化的構(gòu)件橫截面，施工難度較大。很多設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中并沒有充分考量，忽略了施工難度因素，對(duì)后期施工的正常開展產(chǎn)生了極大的影響。

三、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）保障各層面的穩(wěn)定性

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中往往會(huì)產(chǎn)生大量復(fù)雜數(shù)據(jù)，例如設(shè)計(jì)人員需要參照工程所處區(qū)域的最大風(fēng)荷載進(jìn)行水平荷載系數(shù)確定[3]。同時(shí)，還需要以結(jié)構(gòu)阻尼比、抗震強(qiáng)度以及水平荷載系數(shù)為指標(biāo)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。待方案設(shè)計(jì)完畢之后，有關(guān)人員還需要借助計(jì)算機(jī)建立建筑鋼結(jié)構(gòu)模型，測(cè)量鋼結(jié)構(gòu)各個(gè)層面的穩(wěn)定性。

（二）重視強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)

若建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為合理，那么水平荷載較大或者是發(fā)生強(qiáng)烈震動(dòng)的情況下，梁上就會(huì)出現(xiàn)塑性鉸，而柱上并不存在[4]。因此在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，可以采用強(qiáng)柱弱梁的方式提升建筑鋼結(jié)構(gòu)抗壓性，最大程度保障在出現(xiàn)較大作用力的情況下鋼結(jié)構(gòu)遭受破壞，促使建筑鋼結(jié)構(gòu)能夠快速恢復(fù)到變形前的形態(tài)。在此過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈塑性，保障塑性鉸出現(xiàn)在梁上，進(jìn)而負(fù)荷建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。

四、提升建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法

（一）提升建筑鋼結(jié)構(gòu)形式和布置的合理性

通常情況下，在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中會(huì)采用框架、索膜、塔桅、平面架、網(wǎng)架以及輕鋼等。不同的建筑鋼結(jié)構(gòu)形式都有著自身明確的特征，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格參照建筑工程的實(shí)際需求選擇適當(dāng)?shù)慕ㄖ摻Y(jié)構(gòu)形式[5]。

例如：在進(jìn)行建筑輕工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，需要建筑鋼結(jié)構(gòu)具備一定的移動(dòng)荷載以及懸掛荷載，針對(duì)于此，設(shè)計(jì)人員要摒棄以往門式鋼架類型，采用網(wǎng)架的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而提升建筑鋼結(jié)構(gòu)形式的阿赫利星。此外，若建筑工程有著較大的屋面覆蓋跨度，可以適當(dāng)?shù)夭扇∫詷?gòu)件為主的索膜結(jié)構(gòu)以及懸索。

（二）做好鋼結(jié)構(gòu)受力分析

作為衡量建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)受力問題進(jìn)行充分的考量。多數(shù)建筑工程都會(huì)采用T型以及L型建筑鋼結(jié)構(gòu)保障其自身穩(wěn)定性，并同時(shí)對(duì)整個(gè)建筑工程的重量進(jìn)行分散，最終實(shí)現(xiàn)支撐的平衡性。在此過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)切實(shí)做好建筑鋼結(jié)構(gòu)的靜力與動(dòng)力分析。

所謂的靜力分析就是指在設(shè)計(jì)的過程中，針對(duì)具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)施加外力促使其發(fā)生輕微的形變，并采用受力計(jì)算方式形成一個(gè)平衡微分方程，計(jì)算出其水平方向的受力臨界值。

而所謂的動(dòng)力分析則是指針對(duì)具體的建筑鋼結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)施加外力，促使其發(fā)生垂直方向的震動(dòng)，觀察其振動(dòng)速度以及變形情況，計(jì)算出垂直方向受力的臨界值。通過動(dòng)力分析，可以結(jié)合實(shí)際情況改進(jìn)與優(yōu)化建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提升建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。由于不同的鋼結(jié)構(gòu)部位的受力情況以及定性要求區(qū)別。

在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員不僅需要充分發(fā)揮建筑鋼結(jié)構(gòu)縱向支撐作用，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)最大程度避免其出現(xiàn)水平方向上的扭轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)人員需要充分考量各種受力特征，最大程度避免由于考慮不周的情況而導(dǎo)致建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足的情況發(fā)生。

（三）做好建筑鋼結(jié)構(gòu)變形分析

在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員需要重視各種符合類型所產(chǎn)生的影響。由于鋼結(jié)構(gòu)有偶然荷載、可變荷載以及永久荷載等，不同荷載會(huì)有不同的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行考量，而在不同因素的影響下，荷載會(huì)導(dǎo)致建筑鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定的變形情況發(fā)生。

因此，在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)首先保障建筑鋼結(jié)構(gòu)的合理性與實(shí)用性，確保能夠在荷載規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在提升鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上保障鋼結(jié)構(gòu)的美觀性。

（四）重視施工難度

建筑鋼結(jié)構(gòu)在進(jìn)行實(shí)際施工的過程中往往會(huì)受到多個(gè)方面的影響。因此，在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)制作之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)構(gòu)件的制作場(chǎng)地、尺寸等因素進(jìn)行綜合分析，在施工時(shí)則應(yīng)當(dāng)考慮怎樣具體實(shí)施。同時(shí)對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的焊接也有著較高的要求，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)具備良好的焊機(jī)技術(shù)以及設(shè)備操控能力。其次，在建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在某種程度上受建筑場(chǎng)地的影響，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)客觀分析場(chǎng)地風(fēng)洞測(cè)試、跨度分析甚至面積等多方面因素，預(yù)估整體施工難度，設(shè)計(jì)出更加合理且可行的建筑鋼結(jié)構(gòu)方案。

（五）復(fù)合材料的使用

對(duì)于建筑鋼結(jié)構(gòu)而言，由于其材料的耐熱能力以及抗腐蝕能力不足，因此在開展實(shí)際施工的過程中經(jīng)常因?yàn)槭艿讲牧细g而影響結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)加工制作過程中，原材料以及配合比都會(huì)對(duì)鋼材的強(qiáng)度與硬度產(chǎn)生影響。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，可以適當(dāng)使用一些復(fù)合材料促使鋼結(jié)構(gòu)表面抗腐蝕性以及耐熱能力得以充分提升。例如：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料就能夠有效加固鋼結(jié)構(gòu)，并未后續(xù)的修復(fù)以及二次加固提供極大的便利。

結(jié)束語：總而言之，作為整個(gè)建筑安全、穩(wěn)定的支撐，鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)下我國(guó)建筑行業(yè)的應(yīng)用十分普遍，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用不僅能夠切實(shí)提升施工效率，同時(shí)還能夠最大程度降低施工成本，延長(zhǎng)建筑工程使用壽命，提升建筑工程穩(wěn)定性、環(huán)保效益以及抗震能力，進(jìn)而為民眾提供一個(gè)更加舒適的居住環(huán)境。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分意識(shí)到，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能夠?qū)φ麄€(gè)建筑工程的安全性以及穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格參照建筑實(shí)際情況確定鋼結(jié)構(gòu)形式，保障鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性以及可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李峰，高碩，王陽. 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)策略[J]. 中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2021，（09）：66-67.

[2]李亮. 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性措施[J]. 建筑技術(shù)開發(fā)，2021，48（13）：14-15.

[3]楊帆. 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方法研究[J]. 房地產(chǎn)世界，2020，（22）：32-34.

[4]王曉亮，張俊生. 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方法探討[J]. 綠色環(huán)保建材，2020，（03）：78-79.

[5]楊文南. 淺析建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性設(shè)計(jì)措施[J]. 民營(yíng)科技，2018，（04）：93.