建筑钢结构设计中稳定性的设计探讨

郭利飞

信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司天津分公司， 天津 300000

摘要：现阶段，在建筑工程中，应用钢结构进行施工，不仅能够减少对于能源资源的消耗，同时，也与绿色设计的理念相符，对于建筑施工质量与效益的提升都有着积极的作用。因此，研究建筑钢结构设计中稳定性的设计具有重要意义。下面笔者就对此展开探讨。

关键词：建筑；钢结构设计；稳定性；设计；

1建筑设计中钢结构的优势

1.1具有较强的韧性、可塑性

在建筑领域中，钢结构的可塑性、韧性较强。由于这两点优势，若建筑处于负载或超载的情况，钢结构可以实现对作用力的充分分配，使得整个建筑的应力变化幅度得到控制，极大程度地避免了钢结构断开、裂开等问题。

1.2性能好、效益高

在材料、质地上，钢结构整体分布十分均匀，与力学方面的假定符合度较高。同时，在内部组织、结构上，钢材料与各项同性契合度更高，其材料波动范围相对较小，更是在所有建筑材料中具有最理想的弹性。再者，相较于其他建筑工程类型，钢结构不容易受到环境、气候等外界因素影响。在其生产加工上，由工厂内部完成加工作业后直接即可运送至建筑工地进行组装，这就决定了其具有更短的工期，且不会给施工区域的环境带来较大影响，符合文明施工、绿色施工需求。

1.3造价成本低

在建筑设计领域，钢结构应用能够在保证整体安全性、可靠性的前提下，有效地控制成本投入，保证企业经济收益。与钢筋混凝土的应用相比，高层建筑中应用钢结构的成本消耗相对较低，且在质量上轻于钢筋混凝土，减少了运输费用。钢结构的便捷性会加快施工完成进度，能够减少人工、工期等方面带来的费用。

2 对于建筑项目钢结构存在缺陷的分析

2.1 钢材本身具有缺陷

（1）钢材在化学成分上的缺陷。化学成分对于钢材来说有着很大的影响，比如低碳钢，它的主要化学成分有八种，分别是碳、锰、硅、硫、磷、氧、氮、氢，在这其中碳、锰、硅是有益的元素，对钢材性能有积极的影响；硫、磷、氧、氮、氢属于有害性元素，因此从这种角度来看，钢材在制作过程中的化学成分应该受到严格的控制。（2）钢材的耐热与耐腐蚀性能不好，生产制作过程不当会存在裂纹。

2.2钢结构的缺陷研究

（1）在耐热方面的缺陷，钢结构有着一定的耐热性，不过温度一旦超过150℃的话，就会导致钢材的强度大幅降低，往往就会产生形变，一般的应对措施就是为其设置隔热层。（2）钢结构是没有耐火性的，所以对于建筑钢结构设施必须要设置好防火保护措施，防止出现意外事故。（3）钢结构有着很高的强度，可不代表钢结构制造的构件强度很高，如果钢结构采用冷弯薄壁的形式，这些构件的横截面积比较小，如果承受了较大荷载，就可能发生形变，无法保证其稳定性以及强度。

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。为了提高建筑钢结构的稳定性，在选择结构类型的时候，需要考虑下面几个原则，首先，在钢结构平面上要尽量做到对称、规整，并且比较简单，而且要尽可能使刚度和质量的中心重合到一起，这样在遇到地震时，可以防止结构出现扭转效应，保证结构的安全性。其次，尽量不要使用角部重叠或者是细腰型的钢结构，也不能使用内凹、外凸型的，设置的钢结构构件必须是上下贯通的，钢结构底部一般采用L型、T型以及U型几种结构，这样可以减轻自然灾害带来的影响，使结构更加的稳定。（2）防腐设计。降雨、日照或者是大雾，对于钢结构也会产生影响，会导致其受到腐蚀，降低结构的稳定性。对于建筑钢结构来说，比较常见的情况就是电化学腐蚀。为了应对腐蚀情况，需要根据地区的实际环境条件为钢结构设置相应的抗腐蚀性表面涂料，确保其在高温、高湿环境下也可以有良好的耐腐蚀性。（3）构件设计。对于钢结构来说，构件设计对其稳定性的影响是很大的。首先应用的型钢材料必须符合钢结构设计标准的要求，同时还能够满足建筑钢结构在节点连接上的需要。其次，在对构件进行安装的时候，要确保其整个结构都是平衡的，这样结构的力学传导以及扩散性才会比较好。最后，要合理的运用二阶法，使得柔性结构也能有足够的稳定性，就算有了一定的形变，对于结构的影响也可控制在可以接受的范围内，而不会对结构安全产生过大影响。（4）防火设计。建筑钢结构缺少耐火性，一旦环境温度超过540℃，钢结构负载能力就会快速的降低，结构也会失去平衡稳定性。所以对于钢结构防火设计，首先就是要使用具有良好防火性能的涂料，有比较高的粘性，要有很厚的涂层，使其具有良好的阻燃性，也就能够赋予钢结构更强的防火性能。其次，在施工的过程中，可以采用防火板来保护钢结构，对钢结构进行包敷保护，提高钢结构的防火性能。

3.2稳定性计算方法

（1）分析阻尼数值。要想钢结构有良好的稳定性，就需要对阻尼数值进行分析，阻尼比的波动一直都比较稳定的话，钢结构才会有比较好的稳定性。（2）判定长细比。在进行钢结构设计的时候，结构的稳定性会随着长细比判定数值的增加而降低。所以在进行设计时，必须要根据设计规范要求，对相关的因素进行全面的考虑，要做好对于长细比的分析工作。对于长细比的分析，比较常用的方法就是计算和几何方法，必须要对长细比进行合理的控制，不能超出承载力范围，这样获得的参数才会比较准确，才可以用来进行钢结构设计，保证它的稳定性。（3）静力设计法。这种方法是根据钢结构稳定性的最大承载力来计算它的弹性系数。当应用这种设计方法的时候，首先基本的要求就是力学模型要与结构相符，这样才可以确定使用哪种微分方程。其次，如果钢结构材料的应变和应力是和胡克定律的线性关系相符的话，就可以采用静力计算法。还有一点就是，需要静力计算模型可以将结构的弹性受力准确地反映出来。最后，要进行合理的施工操作，确保施工精度。（4）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构件强度。首先，在钢结构内部强度的构造分析中，会运用一阶塑性分析或刚性分析。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，提升结构安全度。

3.3稳定性设计中需要注意的问题

在对建筑进行钢结构设计的时候，一般将钢结构区分为高层建筑和多层建筑。比如说别墅就属于是多层建筑，而写字楼往往是高层建筑。而对于高层建筑和多层建筑，分别有着相应的标准和规定。区分高层建筑和多层建筑大致可按40m（层数12层）分界。在布置钢结构的时候，不能只是考虑奇特的建筑造型，这样就很难保证建筑的抗震能力。所以在布置钢结构平面的时候，平面宜对称布置，且规则，这样在遇到地震的时候能够保持其足够的稳定性，而不会受到太过严重的破坏。如今，各个领域都在应用各种各样的计算机软件技术，建筑行业对于钢结构的设计，同样也需要应用计算机分析软件进行辅助。利用计算机软件可以更好地计算钢结构的平面构件的强度以及它的稳定性，准确性更高。

结束语

综上所述，钢结构的优点在于其良好的结构强度，自身的重量也较轻，但对稳定性的设计要求较高，对于稳定性设计，通过对长细比的判断，还有对阻尼系数的分析，综合的应用各种不同的设计方法来进行设计，将钢结构的优势充分发挥出来，可有利于实现建筑工业技术的集成化和产业化。可以有效降低碳排放，环保性能更好。另外，钢结构还有钢材容易拆除，可回收的优点，提高了材料的重复利用率。

参考文献：

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