建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究

熊英豪 张云龙

摘要：在当前建筑工程施工中，钢结构应用十分广泛。由于钢结构与整体的整体质量和稳定性息息相关，因此在具体设计过程中，要根据结构稳定性需求对钢结构的材料、结构形式以及节点情况进行设计，以保证钢结构总体稳定性，为建筑承载效果优化提供保障。本文就建筑工程项目建设中钢结构设计稳定性原则进行了分析，而后就其设计要点进行了探讨。

关键词：建筑钢结构;结构设计;稳定性设计

引言

稳定性设计是当前建筑钢结构设计中的典型问题，也是影响建筑项目质量的关键因素。在对钢结构进行稳定性设计的过程中，需要严格按照国家规范标准，结合建筑钢结构的实际设计情况，再联系相应的施工条件与基本功能，灵活运用稳定性的设计方法，从而提升建筑行业的施工水平，以保证人民的生命财产安全。

1建筑钢结构设计稳定性简论

建筑工程项目中所用的钢结构组成形式、材料等都非常多样化，为了保证其结构稳定性需要在结构设计环节做好承载能力设计工作，对于钢结构运行使用中的应力情况以及在和需求进行全面分析，并就其选材、形制以及构件、节点等进行科学设计，以保证钢结构总体稳定性效果。钢结构作为一种建筑中非常常见的应用结构，其设计工作中不仅要对其建筑使用载荷情况进行全面分析，还要根据结构需要进行选材设计，保证建筑使用中钢结构不会发生由于承载能力不足而发生的变形问题，进而导致钢结构应力更加不平衡而造成结构垮塌问题。钢结构设计必须做好多细节结构的设计工作，保证多结构之间的应力平衡，否则会因为一个部位设计不足而影响整体稳定性。

2钢结构设计稳定性原则分析

2.1确保各个层面的稳定性

由于钢结构自身的独特性，在前期工艺设计过程中也相对复杂，在具体设计时需要利用计算机软件进行质量检测，只有质量检测合格后才能在建筑工程中进行应用。在对钢结构进行具体测试过程中，以水平荷载系数、抗震强度系数和结构阻尼比等作为主要技术指标，在实际设计中，设计师需要与当地环境中最大风荷载作为依据，以此来设计钢结构的水平荷载系数，确保各个层面都具有较好的稳定性。

2.2做好剪力调整

当前建筑形式越来越复杂，不对称设计已成为一种设计潮流，这也使当前建筑中采用斜柱的现象较多，相较于垂直构件，斜柱具有明显的倾角，这就要求建筑构件要能够承受一定的剪力。在当前具体钢结构设计时，部分设计师为了方便处理，会将垂直构件简化为柱子，将斜柱简化为斜杆，虽然不会对建筑整体稳固性带来影响，但调速框架柱的剪力时则会带来较大的影响。由于斜柱起着支撑水平方向荷载的作用，但竖直方面也需要承担一定的荷载，这方面的荷载被忽视后，则计算出来的剪力会存在一定的误差，从而对建筑工程钢结构的稳定性带来较大的影响。因此在具体设计过程中，需要对剪力调整给予充分的重视，并能够针对建筑施工实际情况来设计不同程度的钢结构剪力，更好的增强钢结构的稳定性。

2.3注重强柱弱梁的设计

当钢结构设计较为合理时，一旦水平荷载较大或是在强需发生时，塑性铰会在梁上出现，不会出现在柱子上，因此通过强柱弱梁的设计来提高钢结构的抗压性，避免在大的作用力下钢结构被破坏，有利于钢结构能够快速恢复到变形前的形态。在当前钢结构稳定性设计时，在具体对柱梁设计时，要对其弹塑性进行分析和具体计算，确保塑性铰出现在梁上，这样与具体的设计要求才能相符。

3钢结构设计中稳定性的设计方法

3.1稳定性设计要点

（1）结构选型

为使建筑钢结构拥有稳定的体系，在对结构进行选型时，一方面，钢结构平面布置要遵循简单、规整、对称的原则，保证刚度中心能与质量中心重合，当发生地震时，能够有效避免结构发生扭转效应，从而提升建筑的安全性。另一方面，不宜采用角部重叠或细腰型钢结构布置方式，且不采用外凹或内凸的竖向结构，以此保证钢结构竖向布置能够上下贯通。此外，注意建筑钢结构的底部设计，通常会选用T型、L型、U型钢结构，降低自然灾害对建筑钢结构的影响，从而提升建筑稳定性。

（2）防腐设计

建筑所处地区的降雨、日照、大雾等会对建筑钢结构产生一定的腐蚀，进而影响建筑的稳定性。一般情况下，电化学腐蚀与化学腐蚀是钢结构经常发生的现象。为了解决腐蚀问题，研究人员须针对不同地区的自然环境设计出能够提升钢结构抗腐蚀性的表面涂料，使得钢结构即使在较高温度、较高湿度的环境中也能保持极高的稳定性。

（3）构件设计

构件设计是保证钢结构稳定的关键步骤，首先，构件材料要符合相应的国家标准，且要符合建筑钢结构的总体应力需求。其次，在安装构件时，要保证结构处于平衡状态，以此保证钢结构获得较高水平的力学传导与力学扩散性能。最后，适当发挥二阶法的功能与作用，保证柔性结构的稳定性能够满足相应的标准，其产生的形变量也不会对结构造成较大的影响，从而保证建筑的质量。

（4）防火设计

建筑钢结构的耐火性相对较差，当建筑外部温度达到430℃以上時，其负载能力就会急速下降，进而降低建筑的安全性。因此，在对建筑钢结构进行防火设计时，首先，应选用防火性能较强的材料，如涂层厚、黏性高的材料，其较高的阻燃性能能够提升钢结构的防火性能。其次，施工时要对材料进行阻燃与防锈处理，使得建筑钢结构满足防火标准，同时获得较高的防火水平。

3.2稳定性计算方法

（1）分析阻尼数值

分析阻尼数值是分析钢结构稳定工作的重要组成部分，当阻尼比始终波动在一个稳定数值左右，才能保证钢结构稳定性的提升。

（2）判定长细比

在建筑钢结构设计过程中，长细比的判定数值越大，结构稳定性就越差。因此，设计人员必须严格按照设计规范综合考虑各种因素，对长细比进行准确分析。计算与几何是判定长细比常用的两种方法，只有将长细比控制在合理的承载力范围内，才能计算出准确的参数，从而保障钢结构的稳定性。

（3）静力设计法

静力设计法也被称为欧拉设计法，主要运用钢结构稳定性的最大承载力对钢结构弹性系统进行计算。在实际运用过程中，首先，当力学与结构符合相应假定时，才可确定微分方程。其次，钢结构材料应变与应力之间符合胡克定律要求的线性关系时，使用静力计算法。再次，静力计算模型能够反映实际结构的弹性受力时，可使用该方法。最后，注意施工操作的合理性，避免计算模型出现偏差，影响施工的精准性。

（4）动力设计法

动力设计法指的是，对建筑钢结构的动态稳定性进行分析与设计。在实际运用过程中，首先，钢结构应力能够反映出振动加速与结构变形，从而反映出钢结构中出现的轻微震动程度。其次，运用动力设计法能够平衡结构形变方向与加速度之间的关系，此时静态载荷数值会发生变化，直至结构逐渐向静态转变，从而维持在一定的稳定水平。再次，当钢结构形变方向与加速度之间是统一的，就表明此时的结构满足最大负载条件，运用动力设计法会促使干扰消除，使得钢结构处于相对不稳定的状态。最后，静态与动态的界限可根据结构载荷来判定，且临界载荷属于不稳定的负荷，可按照振荡频率为零的条件对钢结构稳定性进行分析。

（5）塑性设计法

塑形设计法指的是，标准塑性载荷与安全系数的乘积要大于钢结构的元件强度。首先，在钢结构内部强度的构造分析中，会运用一阶塑料分析或刚性分析。其次，在重新分配结构内力时，可运用塑性设计法，使材料结构能够符合结构可塑性的分析要求。最后，在对法兰尺寸及限制横截面进行设计时，可运用塑形设计法来反映钢结构材料的范围，并准确凸显其稳定性结构的特点，为提升建筑质量做好铺垫。

结语

综上所述，钢结构的稳定性对于建筑整体的安全和使用寿命具有决定性的影响，设计人员在进行钢结构设计的过程中要进行精密计算，综合考虑零部件之间的受力关系，做好钢材防腐处理，最大限度地避免钢结构的短板，发挥钢结构的优势，从而推动建筑设计的不断进步。

参考文献：

[1]王益民.建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点探究[J].建材与装饰，2019（35）：102～103.

[2]樊哲琳.建筑工程项目中钢结构设计中稳定性分析[J].江西建材，2019（11）：50～51.