建筑鋼結構設計中穩定性的設計方法研究

熊英豪 張云龍

摘要：在當前建筑工程施工中，鋼結構應用十分廣泛。由于鋼結構與整體的整體質量和穩定性息息相關，因此在具體設計過程中，要根據結構穩定性需求對鋼結構的材料、結構形式以及節點情況進行設計，以保證鋼結構總體穩定性，為建筑承載效果優化提供保障。本文就建筑工程項目建設中鋼結構設計穩定性原則進行了分析，而后就其設計要點進行了探討。

關鍵詞：建筑鋼結構;結構設計;穩定性設計

引言

穩定性設計是當前建筑鋼結構設計中的典型問題，也是影響建筑項目質量的關鍵因素。在對鋼結構進行穩定性設計的過程中，需要嚴格按照國家規范標準，結合建筑鋼結構的實際設計情況，再聯系相應的施工條件與基本功能，靈活運用穩定性的設計方法，從而提升建筑行業的施工水平，以保證人民的生命財產安全。

1建筑鋼結構設計穩定性簡論

建筑工程項目中所用的鋼結構組成形式、材料等都非常多樣化，為了保證其結構穩定性需要在結構設計環節做好承載能力設計工作，對于鋼結構運行使用中的應力情況以及在和需求進行全面分析，并就其選材、形制以及構件、節點等進行科學設計，以保證鋼結構總體穩定性效果。鋼結構作為一種建筑中非常常見的應用結構，其設計工作中不僅要對其建筑使用載荷情況進行全面分析，還要根據結構需要進行選材設計，保證建筑使用中鋼結構不會發生由于承載能力不足而發生的變形問題，進而導致鋼結構應力更加不平衡而造成結構垮塌問題。鋼結構設計必須做好多細節結構的設計工作，保證多結構之間的應力平衡，否則會因為一個部位設計不足而影響整體穩定性。

2鋼結構設計穩定性原則分析

2.1確保各個層面的穩定性

由于鋼結構自身的獨特性，在前期工藝設計過程中也相對復雜，在具體設計時需要利用計算機軟件進行質量檢測，只有質量檢測合格后才能在建筑工程中進行應用。在對鋼結構進行具體測試過程中，以水平荷載系數、抗震強度系數和結構阻尼比等作為主要技術指標，在實際設計中，設計師需要與當地環境中最大風荷載作為依據，以此來設計鋼結構的水平荷載系數，確保各個層面都具有較好的穩定性。

2.2做好剪力調整

當前建筑形式越來越復雜，不對稱設計已成為一種設計潮流，這也使當前建筑中采用斜柱的現象較多，相較于垂直構件，斜柱具有明顯的傾角，這就要求建筑構件要能夠承受一定的剪力。在當前具體鋼結構設計時，部分設計師為了方便處理，會將垂直構件簡化為柱子，將斜柱簡化為斜桿，雖然不會對建筑整體穩固性帶來影響，但調速框架柱的剪力時則會帶來較大的影響。由于斜柱起著支撐水平方向荷載的作用，但豎直方面也需要承擔一定的荷載，這方面的荷載被忽視后，則計算出來的剪力會存在一定的誤差，從而對建筑工程鋼結構的穩定性帶來較大的影響。因此在具體設計過程中，需要對剪力調整給予充分的重視，并能夠針對建筑施工實際情況來設計不同程度的鋼結構剪力，更好的增強鋼結構的穩定性。

2.3注重強柱弱梁的設計

當鋼結構設計較為合理時，一旦水平荷載較大或是在強需發生時，塑性鉸會在梁上出現，不會出現在柱子上，因此通過強柱弱梁的設計來提高鋼結構的抗壓性，避免在大的作用力下鋼結構被破壞，有利于鋼結構能夠快速恢復到變形前的形態。在當前鋼結構穩定性設計時，在具體對柱梁設計時，要對其彈塑性進行分析和具體計算，確保塑性鉸出現在梁上，這樣與具體的設計要求才能相符。

3鋼結構設計中穩定性的設計方法

3.1穩定性設計要點

（1）結構選型

為使建筑鋼結構擁有穩定的體系，在對結構進行選型時，一方面，鋼結構平面布置要遵循簡單、規整、對稱的原則，保證剛度中心能與質量中心重合，當發生地震時，能夠有效避免結構發生扭轉效應，從而提升建筑的安全性。另一方面，不宜采用角部重疊或細腰型鋼結構布置方式，且不采用外凹或內凸的豎向結構，以此保證鋼結構豎向布置能夠上下貫通。此外，注意建筑鋼結構的底部設計，通常會選用T型、L型、U型鋼結構，降低自然災害對建筑鋼結構的影響，從而提升建筑穩定性。

（2）防腐設計

建筑所處地區的降雨、日照、大霧等會對建筑鋼結構產生一定的腐蝕，進而影響建筑的穩定性。一般情況下，電化學腐蝕與化學腐蝕是鋼結構經常發生的現象。為了解決腐蝕問題，研究人員須針對不同地區的自然環境設計出能夠提升鋼結構抗腐蝕性的表面涂料，使得鋼結構即使在較高溫度、較高濕度的環境中也能保持極高的穩定性。

（3）構件設計

構件設計是保證鋼結構穩定的關鍵步驟，首先，構件材料要符合相應的國家標準，且要符合建筑鋼結構的總體應力需求。其次，在安裝構件時，要保證結構處于平衡狀態，以此保證鋼結構獲得較高水平的力學傳導與力學擴散性能。最后，適當發揮二階法的功能與作用，保證柔性結構的穩定性能夠滿足相應的標準，其產生的形變量也不會對結構造成較大的影響，從而保證建筑的質量。

（4）防火設計

建筑鋼結構的耐火性相對較差，當建筑外部溫度達到430℃以上時，其負載能力就會急速下降，進而降低建筑的安全性。因此，在對建筑鋼結構進行防火設計時，首先，應選用防火性能較強的材料，如涂層厚、黏性高的材料，其較高的阻燃性能能夠提升鋼結構的防火性能。其次，施工時要對材料進行阻燃與防銹處理，使得建筑鋼結構滿足防火標準，同時獲得較高的防火水平。

3.2穩定性計算方法

（1）分析阻尼數值

分析阻尼數值是分析鋼結構穩定工作的重要組成部分，當阻尼比始終波動在一個穩定數值左右，才能保證鋼結構穩定性的提升。

（2）判定長細比

在建筑鋼結構設計過程中，長細比的判定數值越大，結構穩定性就越差。因此，設計人員必須嚴格按照設計規范綜合考慮各種因素，對長細比進行準確分析。計算與幾何是判定長細比常用的兩種方法，只有將長細比控制在合理的承載力范圍內，才能計算出準確的參數，從而保障鋼結構的穩定性。

（3）靜力設計法

靜力設計法也被稱為歐拉設計法，主要運用鋼結構穩定性的最大承載力對鋼結構彈性系統進行計算。在實際運用過程中，首先，當力學與結構符合相應假定時，才可確定微分方程。其次，鋼結構材料應變與應力之間符合胡克定律要求的線性關系時，使用靜力計算法。再次，靜力計算模型能夠反映實際結構的彈性受力時，可使用該方法。最后，注意施工操作的合理性，避免計算模型出現偏差，影響施工的精準性。

（4）動力設計法

動力設計法指的是，對建筑鋼結構的動態穩定性進行分析與設計。在實際運用過程中，首先，鋼結構應力能夠反映出振動加速與結構變形，從而反映出鋼結構中出現的輕微震動程度。其次，運用動力設計法能夠平衡結構形變方向與加速度之間的關系，此時靜態載荷數值會發生變化，直至結構逐漸向靜態轉變，從而維持在一定的穩定水平。再次，當鋼結構形變方向與加速度之間是統一的，就表明此時的結構滿足最大負載條件，運用動力設計法會促使干擾消除，使得鋼結構處于相對不穩定的狀態。最后，靜態與動態的界限可根據結構載荷來判定，且臨界載荷屬于不穩定的負荷，可按照振蕩頻率為零的條件對鋼結構穩定性進行分析。

（5）塑性設計法

塑形設計法指的是，標準塑性載荷與安全系數的乘積要大于鋼結構的元件強度。首先，在鋼結構內部強度的構造分析中，會運用一階塑料分析或剛性分析。其次，在重新分配結構內力時，可運用塑性設計法，使材料結構能夠符合結構可塑性的分析要求。最后，在對法蘭尺寸及限制橫截面進行設計時，可運用塑形設計法來反映鋼結構材料的范圍，并準確凸顯其穩定性結構的特點，為提升建筑質量做好鋪墊。

結語

綜上所述，鋼結構的穩定性對于建筑整體的安全和使用壽命具有決定性的影響，設計人員在進行鋼結構設計的過程中要進行精密計算，綜合考慮零部件之間的受力關系，做好鋼材防腐處理，最大限度地避免鋼結構的短板，發揮鋼結構的優勢，從而推動建筑設計的不斷進步。

參考文獻：

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