建筑工程项目中钢结构设计中稳定性分析

仲倩倩 张胤

【摘要】钢结构具有自重较轻、可塑性较强、承重能力好以及运用灵活等诸多优势，因此在建筑工程项目中得到了越来越多的应用。为确保钢结构建筑的安全性与舒适性，建筑设计时应充分考虑钢结构性能、楼层高度、施工环境、材料质量等多方面的因素，并要针对常见的钢结构失稳现象，开展稳定性分析。文章主要对常见的钢结构失稳现象进行了分析，并探讨了建筑工程项目钢结构设计中的稳定性分析方法，希望能够为建筑工程项目钢结构设计及施工提供有效的参考。

【关键词】建筑工程项目;钢结构设计;稳定性

随着科学技术的进步，我国建筑工程项目的相关技术也在不断优化与发展，同时也引进了一些新设备、新工艺，推动着建筑工程项目建设质量的提高。钢结构设计是建筑工程项目设计中的重要组成部分，钢结构形式多种多样，但不管是哪种类型的钢结构，均需要考虑稳定性这一因素。钢结构在强度、塑性、韧性、质量等方面均有着明显的优势，但刚度相对较低，因此需要进行稳定性计算分析。

1、建筑工程项目中常见的钢结构失稳现象

1.1极值点失稳现象

建筑工程项目中，偏心受压构件为钢材质，极值点达到一定水平之后便会丧失稳定性，也就是出现极限点失稳的现象。建筑工程项目建设过程中，偏心受压现象频频发生，尤其是在对非对称结构进行处理、开展异形承载设计的时候，或者是建筑工程施工过程中使用高质量配件的时候，均会导致实际情况、设计内容之间存在不匹配的现象，从而导致极值点失稳现象的出现。

1.2分支点失稳现象

钢结构设计中，分支点结构设计不够合理，便容易导致分支点失稳现象的出现，进而造成局部失稳。直杆轴心改进、平板受压面发生屈曲，也属于分支点失稳的现象。

1.3跃越失稳现象

跃越失稳与极值点失稳、分支点失稳之间存在着明显的不同，其不属于极值点、平衡分差点，而是从丢失平稳跳跃至另一稳定平衡的一种状态。即跃越失稳是建立在极值点失稳、分支点失稳两种失稳结构基础上的结构，导致整体结构不稳定，严重影响建筑的安全性。建筑工程项目一旦出现跃越失稳现象，必须及时给予加固处理，并要根据结构特点适当给予调节，确保整体稳定性合格后，方可继续投入使用，以保障建筑使用的安全性。

1.4其他失稳现象

除了极值点失稳、分支点失稳、跃越失稳之外，钢结构中也会出现一些其他失稳现象，如一些连接件出现变形、腐蚀，钢结构主体受到温度、外力等因素的影响而发生破损，这些问题均会引起结构不稳定，导致失稳现象的出现。

2、建筑工程项目中钢结构设计中稳定性计算方法

2.1动力法

动力法是一种基于动力学观点来对钢结构稳定性进行分析的方法。对于钢结构体系来说，若是其处于平衡状态的时候受到外部荷载的影响，即使是非常小的扰动，也会导致钢结构体系出现振动现象。受到外部荷载扰动之后，钢结构体系的小位移幅度，直接决定了钢结构体系的临界荷载，边界条件便是缓慢的速度变化。受到外部干扰的情况下，若是钢结构外荷载低于钢结构的稳定极限值，即使钢结构出现了变形，但其变形方向、位移却在相反方向加速，呈现出互相抵消的状况，如果此时外部干扰消除、外部荷载消失，则钢结构的移动也会缓慢停止，并逐渐恢复平衡稳定。受到外部干扰的情况下，若是钢结构外荷载高于钢结构的稳定极限值，钢结构出现变形，但其位移方向、变形方向、加速度方向一致，并出现互相促进的状况，如果此时外部干扰消除、外部荷载消失，钢结构的移动也会持续进行，导致钢结构失稳。假设振动频率为零，则应用动力法，便可以准确计算临界状态下钢结构临界荷载的大小。

2.2静力平衡法

平衡法包括中性平衡法、静态平衡法，主要用于对钢结构的稳定极限荷载进行计算。对存在平衡分岔点的弹性稳定问题，分岔点有两个相似平衡状态，即出现微小变形的原结构状态及结构平衡状态。平衡法是以结构微小变形后的实际应力状态为根据，建立了求解分岔屈曲荷载的平衡方程。通常情况下，这一方程可获得多个解。其中最小的解便是分岔屈曲荷载。但在实际建筑工程项目之中，只需获得结构屈曲荷载便可。虽然不能准确评估钢结构平衡状态的稳定性，但在外部荷载达到一定水平的时候，应用平衡法，便可以明确弹性结构体系平衡路径分岔点相对应的临界荷载的大小。

2.3能量法

能量法主要根据势能驻值条件，来明确临界荷载。外部负载较小、低于一定值的情况下，总势能最小，这个时候，钢结构体系初始位置处于相对稳定的状态;外部负载超过一定值的时候，总势能最大，这个时候，钢结构体系初始位置便处于不稳定状态。如果外界荷载值等同于这一特定值，一旦发生微小移位，则其可保持不变。钢结构体系在这个时候便呈现出偶然平衡的状况，这一负载便是临界负载，其状态被称为临界状态。获得临界载荷之后，应与势能定值原理有机结合起来，得出能量平衡方程，然后对分叉屈曲载荷进行求解。

3、基于稳定性的建筑工程项目钢结构设计

为确保稳定性，钢结构设计中，需注意以下几个方面的问题：第一，钢结构设计中，应对钢结构主体的应力水平、自重进行充分考虑，建立可确保自身处于平衡状态的稳定性设计结构。可参考投影体系、平面体系在稳定性分析中的作用，有必要的情况下，可采取有限元仿真模拟方法，来进行稳定性评估，确保设计方案的科学性;第二，应仔细分析结构构件的重力特征，设置合适的分支点，消除构件的重力，保证结构整体应力的合理性。可采取多层架构方法，其自身稳定性较好，对失稳现象的容错率也相对较高，借助不同层级的缓冲作用，可有效缓解失稳现象，从而可以提高建筑的整体稳定性;第三，建筑工程項目设计、施工中，应对钢结构的抗震性能、防火性能、应力破坏、刚性材料质量、防腐性能等进行充分考虑，消除各因素给稳定性带来的不利影响。

结语：

综上所述，建筑工程项目中钢结构得到了广泛应用，钢结构失稳现象是影响建筑建设质量的主要因此，因此钢结构设计中，应明确钢结构失稳的主要原因，做好钢结构稳定性分析，并采取有效的措施确保钢结构的稳定性，才能为建筑工程项目的后续设计及施工奠定良好的基础。

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