建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点探究

张辉

【摘要】围绕建筑工程钢结构稳定性设计，总结影响稳定性的因素、原则和方法，从结构荷载、防火性能、抗腐蚀性能、节点构件四个方面分析优化稳定性建议，提高钢结构整体质量，为旨在为今后建筑工程钢结构的应用积累经验。

【关键词】 建筑工程;钢结构设计;稳定性;极限点

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.19.052

现阶段钢结构设计作为行业领域最为常见的一种形式，务必要在设计中加强结构稳定性。结合建筑工程设计实践，钢结构不仅操作简单，具有良好的抗震性和回收率，工期也比较短，但设计环节若不能准确联系实际，明确结构设计要点，便会影响到整体稳定性，限制钢结构优势的发挥。基于此，关于建筑工程中钢结构设计稳定性的提升，应该要结合实际情况制定结构设计方案。

1、工程概况

某汽车企业一期项目总占地面积为25661m2，包括主厂房车间、办公楼、公共站房、门卫室、材料储存仓库等，具体情况如表1。

2、钢结构稳定性分析

2.1影响因素

影响钢结构稳定性的因素，结合案例工程分析总结为3点：（1）分支点。建筑工程荷载持续性增加，破坏了钢结构平衡性，致使结构稳定性出现变化，即结构平衡状态离临界点[1]。导致分支点失稳根本原因是结构设计问题，对于直杆轴心和平板受压面进行优化设计存在问题，致使局部失稳;（2）极限点。本次厂房预期工程项目选择偏心受压件材料是以钢材为主，极值点到达一定数值便会产生失稳问题。项目建设过程中偏心受压现象十分常见，尤其是异形承载、非对称结构设计这两个环节，附属物质量大会导致设计内容实际情况存在偏差，从而导致失稳;（3）跃越失稳。如果出现丧失平稳这一问题，稳定状态形式也会发生改变。尤其是分支点与极限点失稳发生之后，还会导致结构整体失稳。

2.2稳定性设计原则

（1）稳定性。遵循稳定性原则，需要在钢结构设计环节确保所有构件设计稳定性，优化结构整体设计成效。本次案例采用平面体系设计方法，前期分析之后可以及时发现问题，确保钢结构设计和图纸统一;（2）一致性。遵循一致性原则需要保证稳定性，设计过程中采用的计算方法与计算结构高度一致，通过框架稳定计算这一方法获得准确的参数值，尤其是中柱计算长度系数，有利于强化最终计算结果精准性;（3）协调性。遵循协调性原则需要充分融合稳定性设计细节、计算两个流程，确保最终计算結果完全一致，并且符合钢结构稳定性设计规范。

2.3稳定性设计方法

钢结构稳定性设计比较常用的方法有动力法、欧拉法。（1）动力法.处于平衡状态，若钢结构体系受到外界环境影响，即便影响不是非常明显，也会导致钢结构发生震动。应用动力法是以动力学基础知识为前提展开稳定性分析，一旦钢结构受到干扰发生位移，便可以以此来明确稳定性临界荷载值[2]。若施加外力荷载小于钢结构稳定极限值，便可以确定钢结构变形位移加速度方、变形方向两者相反，将位移加速度和变形直接抵消，若撤销外力此时外力荷载同时消失，并且终止运动;反之，若外力施加荷载大于钢结构稳定极限值，钢结构位移加速度、变形方向相同，此时撤销外力运动不会终止，钢结构稳定性也会发生变化。通过动力法分析得出大概振动频率，当振动频率为0。此时便可以计算钢结构临界荷载;（2）欧拉法。利用欧拉法能够直接得到极限荷载，在钢结构内有平衡分岔点存在，其中涉及到微小变形结构、原结构。采用欧拉法直接分析微小变形条件下钢结构受力，通过平衡方程计算得到分岔曲荷载值。尽管欧拉法无法直接判定钢结构稳定性，然而却可以基于外力荷载条件下确定钢结构平衡路径连接点临界荷载值。

3、钢结构稳定性设计关键点

3.1优化结构荷载

钢结构稳定性设计结构对称性、贯通性非常重要，可以避免设计环节可能出现的扭转问题，使钢结构更加连贯且稳固。一般钢结构设计采用L型、T型，外围结构需要及时加固，提高抗扭曲变形性能，也有利于加强钢结构整体质量[3]。与此同时，本次汽车企业厂房设计为了避免稳定性问题，并且提高设计效率，设计人员分别立足于结构中心、刚度、几何图形等层面展开综合分析，明确钢结构种类，促使结构更加稳定。设计扭转设计环节，设计人员考虑了水平承载力，总结钢结构强度、综合性能的影响因素，在制定设计方案时一一提出完善对策。

3.2优化防火性能

本次厂房一期项目的设计阶段，根据防火设计规范，耐火材料与防火涂料选择，要求重点关注厚度、粘结性，不仅要保证实际厚度，粘结性还要超过0.05MPa，外包防火材料主要选择硬质防火性板材。与此同时，选择钢材时工作人员重点检查了钢材耐火性，避免发生火灾直接影响到材料的耐用性与性能。

3.3加强抗腐蚀性能

为了加强钢结构稳定性，抗腐蚀性能也是设计阶段必须要关注的问题之一。一旦钢结构被腐蚀，会直接影响到结构强度、耐久性、安全性等。设计阶段主要从电化学腐蚀、化学腐蚀这两个方面进行，按照厂房车间环境、钢结构设计规定制定防腐设计方案，以免腐蚀会影响到钢材结构后期。

3.4优化节点与构件设计

钢结构构造稳定性设计必须要重视连接承载力，如果连接损坏很有可能会导致钢结构质量问题。对于节点和构件的设计，首先要立足于梁端进行优化设计，遵循“强节点弱构件”这一原则调节内力。其次选择切实可行的技术工艺优化结构构造，例如光束端部释放，通过框架构件，如果发生塑性构造破损变形可以直接发现问题。

结语：

综上所述，钢结构是建筑工程领域比较常用的形式之一，凭借该结构形式的优势得到从业者青睐。为了保证钢结构稳定性，设计阶段必须综合考虑多方因素完善设计方案，从钢结构性能、材料、工艺技术等方面着手，切实提升钢结构质量。

参考文献：

[1]张吉红.施工结构设计与地基加固技术在建筑工程中的运用[J].中外建筑，2020（12）：188-190.

[2]古丹丹.建筑工程中结构设计对工程造价的影响[J].住宅与房地产，2020（21）：26.

[3]李岳梅.建筑结构设计中钢结构设计的重要作用分析[J].城市建设理论研究（电子版），2020（15）：48.