建筑工程钢结构稳定性设计分析

张小芳

山东莱钢建筑设计有限公司 山东青岛 266071

建筑行业中普遍将钢制材料构成的结构称之为钢结构，其能够在外界干扰及多种作用力下始终保持和迅速恢复到最初的平衡状态，这一属性称之为钢结构稳定性。这主要是因为，钢制材料会在外力作用下发生失稳，从而会导致建筑结构的平衡发生变化，促使建筑马上或者在后期使用过程中发生结构性的破坏，直接影响到建筑的安全性及使用年限。

1 造成钢结构设计失稳的主要原因

1.1 剪力设计存在调整不均匀的问题

由于人们对建筑的审美发生了极大的改变，使用需求也越来越丰富，就导致各种不对称的建筑大量建设，这对设计者的建筑剪力计算、设计方面的水平要求颇高。这些不对称的建筑群体与传统的对称建筑相比，其出现倾斜的概率更大，对设计师的钢结构剪力设计要求更为严格。但是我国大多设计者在进行建筑设计时，其为了节约设计时间、简化了设计流程，直接将垂直结构的构件简化为柱子，将倾斜的斜柱视为斜杆，导致在调整框架柱剪力时发生计算偏差，最终促使建筑设计存在不科学之处。要知道，斜柱在建筑使用过程中不仅要作为水平方向的支撑，同时也是建筑竖直方向支撑荷载的主要结构，就是这部分的荷载造成建筑的整体剪力的计算偏差，促使建筑发生倾斜。

1.2 强柱弱梁的设计问题

根据国家相关法律法规及建筑行业的行业规划的要求，在对建筑钢结构进行设计时需要对弱梁的弹塑性予以重点分析和计算。通过长期的研究，让人们发现钢结构科学和安全需要弱梁具有一定的弹塑性。不管是在强震之下，还是构件受荷非常大的状态下，钢结构的塑性都是出现在梁上。因此，在对整个建筑结构进行设计过程中，如果想要其具有较强的抗压性，且能够及时恢复到建筑最初的平衡状态，保护建筑不被倾斜所破坏，就需要在对弱梁的弹塑性予以重点分析和设计，促使其在抵抗外力作用发挥出优秀的表现。因此，在后期的建筑钢结构设计中应该对强柱弱梁的设计加以注意[1]。

1.3 钢制材料本身的缺陷导致的设计问题

现阶段我国钢制材料在制作经过了冶炼、浇筑以及轧制等环节，且生产量巨大。在实际生产过程中，往往会因为巨大的产量和复杂的制作过程导致钢制构件的质量参差不齐。同时，钢材本身就有耐热能力高、耐腐蚀能力差的特点。在日积月累的使用过程中，风吹雨淋会建筑的钢结构构件会发生裂纹，进而导致钢结构的稳定性发生改变。

1.4 设计人员水平问题

目前钢结构设计人员水平参差不齐，许多设计人员缺乏稳定概念，进行结构计算时只注重结构应力计算，忽视了构件、整体结构的稳定验算，另外设计时计算简图及支座约束条件与实际受力状态不符，导致结构出现失稳的情况[2]。

2 增加钢结构稳定性的相关设计方法

2.1 增强对总体稳定性分析

为了延迟建筑的使用年限，强化建筑钢结构的稳定性，设计师在对建筑钢结构稳定性予以设计时，不要局限于单一的结构设计思路，要结合施工场地的具体情况，仔细分析建筑所在区域的环境，尽量选择技术较为成熟的对称性结构设计，同时对建筑的抗震系数、水平荷载系数进行反复、多次的计算，对建筑使用过程中产生的各项指标进行综合考虑与核算，通过结合实际的建筑情况来确定最终合理的建筑钢结构设计方案。

2.2 加强静力分析以及动力分析

建筑工程钢结构稳定性设计主要可以分为静力分析和动力分析这两个方面，设计者在设计过程中，应充分考虑到工程的实际状况和当地的生态环境对建筑可能造成的影响，对建筑通过微小形变后的钢结构受力情况进行分析，且建立静态分析平衡微分方程，计算出建筑钢结构所能达到的压力载荷临界点。同时对钢结构体系的平衡状态下的外部荷载小扰动予以计算，如果建筑上存在震动荷载，如果设备震动频率与建筑结构自震周期相同，从而导致建筑与设备出现共同振动现象，钢结构建筑的受荷情况就会发生改变，结构受到的负荷高于结构稳定的极限负荷值时，钢构件就会出现变形，从而影响建筑使用，甚至会给建筑带来破坏。因此，设计师在对工程钢结构稳定性进行设计时，应加强对钢结构建筑结构的静力分析以及动力分析。

2.3 增加节点连接设计中的稳定性分析

由于设计人员会在设计流程进行简化来节约设计时间，直接将建筑钢结构中的相关柱梁连接简化为刚性连接或者理想的铰接。这样会导致这些梁柱会存在力的夹角，在后期计算中这些梁柱则不会对建筑钢结构的弯矩进行传递，最终使得建筑设计框架的侧移量估计值减少、导致后续建筑钢结构计算时框架侧移量过多，最终使得建筑的钢结构承载力不能符合建筑实际使用的需要。因此设计者在对钢制结构进行稳定性分析时，需要对节点连接设计的稳定性分析予以强化，通过设计出科学的建筑钢结构柱体稳定承载力理论值来保证钢制结构在使用过程具有良好的稳定性[3]。

2.4 加强相关人员的培训

钢结构建筑相较于传统混凝土建筑设计存在一定的差别，相关设计人员及设计单位要加强对于钢结构设计的学习及培训工作。

3 结语

总而言之，在当前我国飞速发展的市场经济下，建筑行业也发生了质的飞跃，不仅推动了城市化进程发展脚步，也带动了与建筑行业相关的附属行业。在此背景下，建筑设计者应在市场经济的指导下，不断丰富自我设计理念、扎实自己基础知识，对钢结构的稳定性设计分析予以不断的强化，通过科学的设计来保障建筑的使用安全和期限。