建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究

郭斌

北京市石油化工工程有限公司西安分公司 陕西西安 727000

摘要：钢结构广泛应用于厂房、桥梁当大型建筑设计，钢结构材料自身强度高、韧性强，能够有效减轻建筑结构的自身负重，在建筑领域得到了广泛应用。但钢结构设计过程中的稳定性直接关系的，建筑结构的使用安全，特别是随着当前钢结构建筑设计日益复杂，对其稳定性的要求进一步提升。对此，笔者针对钢结构设计中稳定性的设计方法进行研究，希望对提升钢结构建筑施工质量有所帮助。

关键词：建筑；钢结构；稳定性

1建筑钢结构的设计原则

在进行钢结构设计的时候，为了保证其稳定性与建设质量，需要坚持一些原则。第一点，稳定性，在进行设计的时候，必须要充分考虑建筑结构本身的特征、施工的要求，还有设计的具体要点等，在图纸上必须要准确的标明钢结构的支撑位置。而在设计好结构稳定性核心以后，还要考虑它的稳定性以及立体搭建要点，这对于建筑质量的影响很大。第二点，统一性，在进行钢结构框架设计以前，应该先对预期的参数数值进行准确的计算，要灵活的采用科学、适当的计算方法来确定钢结构的稳定。第三点，配合性，建筑结构的钢结构是由很多的钢结构部件焊接或者螺丝等方式进行连接固定以后形成的，所以在进行结构稳定性设计的过程中，必须要考虑各方面的因素，将单一组件的功能体现出来，同时要保证统一性，能够保证结构设计的质量。

2 对于建筑项目钢结构存在缺陷的分析3

2.1钢材本身具有缺陷

如今市场上的钢材有着很多不同的种类，或多或少都会有一些缺陷，钢材的质量受到很多因素的影响，比如说冶炼、浇筑或者是轧制等，这些对于钢材质量都会产生很大的影响。（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[1]。

2.2钢结构的缺陷研究

因为钢材都会有些缺陷，因此，在进行建筑钢结构设计的时候，就必须要进行必要的防范，这样导致增加成本。（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[2]。

3提高建筑钢结构设计中稳定性的措施

3.1合理确定钢结构的形式和布置

一般来说，钢结构的类型主要包括轻钢、网架、平面架、塔桅、索膜以及框架等，而每种结构类型均具有自身特征，这就要求设计人员在选型过程中能够综合考虑其具体特征以及工程要求。在设计建筑轻钢工业仓房过程中，要求具备较强的移动荷载或悬挂荷载，设计人员应当舍弃门式钢架类型，采用网架的形式。如在部分建筑屋面覆盖跨度较大的情况下，可以采取以构件受拉为主的悬索或索膜结构。

3.2做好钢结构的受力分析

受力水平是钢结构的一个关键指标，在具体设计环节首要考虑的问题为钢结构的承重负载能力。通常基于结构稳定性设计T形或L形钢结构，以分散整体建筑重量，实现平衡支撑。此外，还需做好钢结构建筑的静力分析与动力分析。静力分析主要指的是在具体设计过程中，可以通过外力的施加来让其出现细微形变，基于受力分析来构建平衡微分方程，并将水平方向的受力临界值计算出来。动力分析主要指的是垂直方向的受力分析，在具体设计环节，通过施加外力来让其垂直方向发生振动，并对具体振动速度及变形情况进行观察，随后将其垂直方向的受力临界值计算出来。通过受力分析可以对设计方案进行针对性的调整与改进，实现整体结构稳定性的提高。因为钢结构的部位不同，其稳定性要求以及受力情况也有所差别。如不动支座要防止位移，所以要求其具有较强的支撑能力。对于钢梁架来说，不但要发挥纵向支撑的作用，还需在水平方向上避免出现扭转。所以在设计过程中需将钢结构各个部位的受力特征考虑在内，防止因为考虑不周全而导致失稳[3]。

3.3做好钢结构的防腐设计

在建筑工程应用过程中，日照、雨淋和大雾等气象都会对钢结构造成腐蚀，进而影响其稳定性。建筑工程钢结构的典型腐蚀现象有两种，一是化学腐蚀，二是电化学腐蚀。因此在设计中，只有对这两种腐蚀现象做好预防，才能够提升钢结构的稳定性。为有效解决建筑工程钢结构的腐蚀问题，设计者应该全面了解工程当地的自然环境情况，并以此为依据来进行合理设计，通过光照条件、温度条件、湿度条件等的综合考虑来选择合理的表面涂料。

3.4做好钢结构的构件设计

钢结构设计稳定性的关键保障步骤就是构件的合理设计。（1）应保证应用的材料与国家相关标准相符，而且其应力应该符合实际建筑工程对于钢结构的应力需求。（2）在进行钢结构构件的安装设计中，应使构件保持平衡，这样才可有效保障力学传导水平及其扩散性能。（3）应将二阶法的作用与功能加以适当发挥，让柔性结构的稳定性得以良好保障，满足实际工程设计中的钢结构稳定性标准。这样便可让建筑工程中的整体钢结构免受弹性形变所造成的不利影响，尽最大限度保障其结构质量，实现结构稳定性的进一步提升[4]。

3.5注重钢结构的加固设计

钢结构的稳定性设计中，最关键的内容是加固设计。（1）应做好钢结构构件截面位置的加固设计。设计中可以让一个杆件受弯变成多个受弯，这样便可将荷载分散开，避免集中荷载对钢结构所产生的不利影响，以此来实现钢结构顶端位置支撑力的良好改善。对于筒支和支座相互连接的位置，应借助于撑杆结构来起到支撑作用，并对钢结构内的连续结构位置加以适当调整，让应力拉杆可以有效满足其分布截面中的实际内力条件。（2）应做好衔接位置的加固设计。设计中应对钢结构具体的施工要求、施工条件及受力情况等各个方面进行准确分析，并以此为依据通过螺栓、焊接以及铆钉等的方式来做好钢结构衔接位置的加固处理。比如，在对某大桥中的楔形钢结构连接进行设计的过程中，设计者将其底板设计为9.6m，顶板设计为12m，界面高度设计为37.95m，高度设计为11.4m，然后通过倒直角梯形的形式来进行对称结构施工，去钢筋混凝土结构设计为三明治形式。这种设计不仅为该桥梁建筑工程的钢结构施工提供了一个全新的思路，同时也使其整体结构的稳定性得到了良好保障[5]。

结语

钢结构作为整个建筑稳定、安全的脊柱支撑，在我国建筑领域得到越来越广泛的应用和推广，不仅有效提高了施工建筑效率，降低施工成本，还使现代建筑的使用寿命得以延长，抗震能力、稳定性能和环保功效的显著提高也使人们的居住环境越来越舒适。同时钢结构的稳定性设计是关乎整个建筑安全稳定的首要关卡，需相关单位和设计人员引起重视，为不断提高建筑钢结构设计的稳定性做出更大的努力，以便最终促进我国建筑行业的健康良性发展。

参考文献

[1]蔡树珍.建筑钢结构的设计与安装工艺概述[J].建筑与装饰，2020（9）：9，11.

[2]杨帆.建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究[J].房地产世界,2020(22):32-34.

[3]李喜忠.建筑结构设计中钢结构设计的重要性与方法[J].建筑技术开发,2020,47(07):5-6.

[4]姬爽，王辰.探析建筑钢结构工程设计的要求及其设计要点[J].中国住宅设施，2019（5）：6–7.

[5]杨文南.浅析建筑钢结构设计中稳定性设计措施[J].民营科技,

2018(4).