建筑工程项目中钢结构设计的稳定性探究

丁 亮

(南京苏夏工程设计有限公司)

建筑工程项目中钢结构设计的稳定性探究

丁 亮

(南京苏夏工程设计有限公司)

近几十年来我们国家建筑行业发展形势极好，建筑钢结构也因其在建筑行业当中的显著优势而得到了相当广泛和充分的应用，当然，随之而来的也会有各个方面的问题，其中在建筑行业内表现最为突出的一点就是稳定性问题。本文正是在这样一种现实背景之下，对建筑工程项目中钢结构设计的稳定性进行研究，旨在探究其稳定性提高的措施和方法，希望能够基于此来有效提高钢结构施工的安全性和施工效益，在节约施工成本的基础之上进一步保障其稳定性和使用质量。

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一、建筑工程项目中钢结构设计原则

建筑工程项目中钢结构设计原则在稳定性上的体现主要包含以下三点[1]：一是组成部分以及整个体系的这样两个不同层面的稳定，二是剪力调整，三是强柱弱梁的设计。通常都可以通过这样三个方面的设计来保证钢结构构件在建设以及使用过程当中都不会发生不良的失稳状况。

1 各个层面保证稳定性

钢结构显著的优势和特点就是性能出众，同时也正是这样一个特点决定了其前期的工艺设计是十分复杂的，设计师不仅需要非常专业的数据统计，同时还需要对钢结构的各项技术指标进行严密的检测和测试，只有在各个方面完全达标以后才能够将质量达标的钢结构投入到大批量的生产和使用当中去。与钢结构相关的技术参数较多，包括水平载荷系数、抗震强度或者是结构的阻尼比等，这里以水平载荷系数为例来进行说明，建筑只有处于完全理想状态之下水平载荷才会为零，但这在现实环境下是不可能实现的，风载荷等都会从不同程度上在水平方向上对建筑的稳定性产生影响，正是因为这样一些客观状况，设计师就一定要根据当地的实际环境情况来对水平荷载系数进行设计，最终避免建筑因为稳定性的原因而产生坍塌。

2 剪力调整问题

剪力调整问题也是钢结构稳定性设计过程当中需要高度关注和重视的一个问题，这主要是因为随着我们国家经济水平和技术水平的持续提高，建筑楼层越来越高，建筑形式也越来越复杂，斜柱或者是不对称结构等异形结构出现的频率非常之高，这毫无疑问是对建筑稳定性设计提出了更高的要求。目前为止，我们国家在进行建筑设计时多采用简化的方式来进行处理，如垂直构件简化为柱子，斜构件简化成斜杆等，通常情况下这样一种简化并不会产生太大的问题，但是在进行框架柱剪力调整时就会有非常严重的影响，这主要是由斜柱的特点和作用来决定的，斜柱主要还是用作水平方向的支撑，但仍然需要承受竖直方向上一定的载荷，这样一部分载荷产生的剪力是不能够忽略的，因此，剪力调整问题的良好处理将在相当大程度上提升钢结构设计的稳定程度。

3 强柱弱梁的设计

强柱弱梁强调的是建筑设计中柱和梁的总体性问题，这主要是因为钢结构在面临较大的载荷时需要塑性铰出在梁上而不是柱子上，这样才能够保证钢结构整体在使用过程当中不会发生瞬间破坏，且在经过一定的外力作用后仍然能够在较短的时间内迅速恢复初始形态。国家标准对于这样一些方面有明确要求和规定，强柱弱梁的设计必须对其弹塑性进行计算和分析，只有满足上述要求时才能够认为其合格可用。

二、钢结构稳定性设计的特点分析[2]

钢结构设计除了应当遵守基本的国家规范、章程以外，还需要和建筑设计工作进行紧密的联系和配合，具体来说，就是要充分而全面的考虑到建筑的设计高度、抗震强度等多方面的因素，结合建筑自身的特点、使用功能、施工条件、环境条件、施工水平、荷载种类和性质、材料质量与发展水平等多方面客观条件，最终尽可能的选择出最优化的结构体系设计来，经济合理的同时保证安全高效。下文当中先简要说明钢结构稳定设计的特点。一是钢结构自身多样性，根据建筑实际用途，通常会对钢结构有不同程度的安全要求和形式要求，而这样一些要求的满足都需要从钢结构的设计当中体现出来，在对多种多样钢结构形式进行考虑和设计时，还是有迹可循的，通常来说，无论什么样形式的钢结构，在对其进行设计的过程当中都需要特别注意其相关受压部位，基于此来探究和分析钢构件的稳定性；与此同时还需要注意的事，即便部分钢结构本身不受压，但是如果由于外力作用导致钢结构变形的话，也同样还是会导致钢结构由不受压转变成为受压，这一点也是要考虑在内的。其次就是钢结构自身具有整体性，这样一点是毫无疑问的，单一的钢构件完全不可能在大型建筑当中发挥作用，因此都是通过科学的连接方式以整体的形式来保障安全性，这意味着对钢结构稳定性进行分析需要从整体角度来看，但仍然需要关注其微观层面，包括部分内部结构，包括单一钢构件的受损状况等，尽可能避免钢结构的安全稳定性因小失大[3]。最后就是钢结构相关性的特点，其实这一点和钢结构的整体性是息息相关的，正是因为钢结构整体性，所以其内部结构之间功能作用的发挥和安全稳定的保障都是息息相关的，部门部件的不安全因素将导致整体的安全威胁。尤其需要注意的事，钢结构依靠各种连接方式连接到一起，其连接部位是否存在缺陷是尤其需要注意的，否则影响面广，对整体的影响更为复杂和难以排除。

三、钢结构稳定性设计的影响因素

钢结构稳定性设计原则的提出实际上就是基于钢结构稳定性设计的具体特点，因此下文中进一步探究钢结构稳定性设计的特点，具体包括三个方面：一是整体刚度与钢结构失稳之间的关系，这样两者之间的关系十分密切，钢结构刚度好坏直接由其整体构成来决定，正是因为这样，钢结构稳定性就成为了钢结构的重要问题。二是钢结构的整体稳定性问题，上文当中已经明确指出，无论是钢结构整体还是钢结构的组成部分，其性能都会对钢结构整体稳定性产生较大影响，因此在实际建设过程当中，在对钢结构稳定性问题进行处理时，就要把握整体观念，并于此同时关注结构内部各个层面的状况，如发现钢结构内部出现细小变形，就要考虑到这非常有可能对钢结构的整体内力分布带来影响，最终影响整体的承载能力。最后就是钢结构稳定具有相关性的问题，同样是需要设计师予以一定关注的。

四、钢结构稳定性的具体分析方法

在对钢结构稳定性问题进行研究和分析时，都是基于外荷载作用的前提之下进行的，因此对变形以及对结构或构件失稳的必须同步进行，下文当中提出两种常见的有效方法：一是静力法，所谓静力法，实际上就是利用静力平衡方法，结合已经发生了微小变形的钢结构受力条件来建立平衡微分方程，基于此获得临界载荷，从而对钢结构的稳定性进行确定。二是动力法，动力法主要针对处于平衡状态的结构体系，这样一种体系如果施加微小的干扰就会使其发生振动，且这样一种条件之下结构变形或者是振动加速度都和结构荷载有密切关系，当荷载比极限荷载值低时，加速度方向与变形方向相反，而荷载去除运动变为静止，则结构又恢复到平衡状态。

结语：社会经济发展迅猛，我国建筑行业也长期处于良好的发展势头当中，而建筑行业飞速发展状态下安全问题也不容小视，建筑设计师必须要在这样一个方面做足功夫。建筑中钢结构稳定性设计问题，绝非简单的在施工阶段付诸行动即可，而是需要从设计阶段就开始做好各个方面的工作，是一项责任十分重大的任务，直接关系到人民群众的生命和安全，以及整个建筑工程本身的经济效益和社会效益。

[1] 吴文德.浅析钢结构的稳定性设计[J].吉林工程技术师范学院学报，2012（5）

[2] 陈铭，何莉莉.浅谈钢结构稳定性设计[J].山西建筑，2012（2）

[3] 文平军.建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点分析[J].江西建材，2014（23）

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1007-6344（2015）04-0155-01