建筑工程项目中钢结构设计中稳定性分析

2020-02-16喻昌

建材与装饰 2020年27期

喻昌

（张掖市建工设计有限责任公司，甘肃张掖 734000）

在时代的发展过程中钢结构以其自身的稳定性以及较强的硬度营特点在建筑行业内受到广泛的应用。钢结构节点相对较低，自身重量与混凝土相比较轻，但是其总体性相对较差，因此现阶段建筑企业首要关注的重点问题就是如何提升钢结构设计的稳定性，为日后建筑工程项目施工提供更有力的保障。

1 钢结构的稳定性设计特征分析

1.1 全面的实情分析

在实际施工过程中基于建筑使用的安全性因素考虑，设计人员应当对建筑材料的质量、性能以及施工技术等因素进行综合分析和考虑，全面提高建筑项目的抗震能力以及使用安全性。设计人员应当将预留的多种设计方案进行对比分析，结合建筑项目的实际情况选择更为恰当和合理的设计方案，最大限度地保障建筑的整体质量。

1.2 钢结构形式的多样化

钢结构形式并不单一，在新时代背景下诞生的轻型钢结构不仅造型美观，而且承载力更强，且耗费的刚材料更少，具有较强的韧性和塑性。不同形式和性能的钢结构所适用的建筑类型存在较大的差别，各有其自身的优势，因此在设计以及实际施工过程中，设计人员应当结合建筑项目所处区域的环境、地理优势以及使用要求等因素进行综合考虑。但是无论选择哪种类型的钢结构，必须先保障钢结构具有较强的稳定性。一般来说，钢结构的稳定性分为两种：①局部稳定性；②整体稳定性，单个钢构件杆件的稳定性无法满足大型建筑物的施工要求，因此在实际设计工作中，常常将多个单个钢构件杆件进行组合，提高其承载力和稳定性。确保稳定若干小型钢杆件组成较小构件，虽然能够承受来自于建筑物的压力，逐层细分，也应当在设计之初对其进行综合考虑，防止在实际使用过程中因某一环节出现问题而影响建筑项目的使用安全性。

1.3 重视局部连接安全

局部连接的安全性与建筑项目的整体稳定性和安全性存在十分密切的联系，因此，在设计和施工的过程中对钢结构中的局部部件进行深入分析，采取有效的施工方式将其联系在一起，保障钢结构连接位置的稳定性以及安全性，尽可能避免局部部件连接对建筑项目整体质量的影响。因此，在实际施工过程中，施工人员应当对各部件连接部位进行严格的安全评价与分析，有效提升钢结构局部连接的稳定性与安全性。除此之外，施工人员还应当对细节部位的设计进行详细的记录，并对施工现场中钢结构局部连接质量进行严格的审核，防止在后期检验中出现严重的质量问题，尽可能避免二次返工，影响施工单位的经济效益，有效保障建筑项目后期施工的安全性。

2 建筑施工项目钢结构设计要点

2.1 布置以及对于材料的选择

针对高层建筑工程项目若是选择钢结构作为主要的施工材料应当对当地的地质、水文以及环境因素等进行深入分析，并结合项目实际情况编制合理的预算，了解对材料的需求。与此同时，在设计高层建筑内部结构的过程中，应当严格按照因地制宜的方式进行设计，针对不同的建筑部位采用不同的建筑材料，其结构设计也存在一定的差异性，主要是因为不同建筑部位对于力的需求也不同，如此一来，在满足建筑工程项目对于力的需求前提下，对钢结构进行合理的设计[1]。

2.2 估算构件截面

钢结构设计完成之后，应当对钢结构截面进行计算，尤其对于建筑项目中尤为重要的部分，如钢梁在设计时主要选择焊接H型钢截面以及槽钢这几种类型。钢结构构件计算主要内容包括以下内容：首先是根据建筑翼缘宽度以及钢结构截面高度计算板件的厚度，其次是对钢结构荷载以及支座的构件部位进行计算，仔细计算截面的高度以及翼缘的宽度，最后就是根据上述计算结果合理选择钢梁。

2.3 设计构件以及节点

（1）栓接，针对高层钢结构建筑工程项目，应当根据项目的实际情况选择强度和硬度等级较高的螺栓作为连接枢纽，并选择扭剪的螺栓，并增加连接处的摩擦力，保障钢结构的稳定性[2]。

（2）焊接，钢结构的焊接尺寸、形状以及施工等均必须严格按照施工标准要求。

（3）连接板，根据项目的承载力和结构确定连接板的厚度，保障焊接的可行性。

（4）梁腹板，细致检查栓孔位置处的梁腹板截面厚度，并将具有较强承压能力的螺栓进行正确连接，并确定孔壁的荷载能力。除此之外，在设计钢结构时，应加强焊接以及螺栓等方面的施工工作。

3 影响钢结构的稳定性的因素

3.1 分支点的失稳

钢结构建筑工程项目出现失稳的现象主要是由于在设计时未对分支点结构进行细致的分析，究其根本原因在于直杆轴心与平板受压面两部位在调整和改善的过程中发生了问题。

3.2 极值点的失稳

直杆轴心偏心受压构件的主要材料是钢材，若是设计不合理超出钢材受力极值点范围便会发生失稳现象，影响建筑工程项目的稳定性和工程质量。建筑工程项目在实际施工过程中常常会发生偏心受压的问题，尤其是在设计对称结构的建筑物以及设计差异性承载建筑时，除此之外，在实际施工过程中选择的重量较大的附属物，都会导致钢结构设计与建筑施工现场存在较大的出入，在一定程度上影响建筑工程项目的稳定性[3]。

3.3 跃越失稳因素

跃越失稳因素属于从失稳状态过渡至另外一种稳定平衡的状态当中，也就是说跃越失稳因素是上述两种失稳结构基础上进而发展得出的结果，导致建筑工程项目整体表现出失稳的问题，对居住者的安全性以及项目质量造成影响。若建筑工程项目一旦出现此种失稳现象，施工单位应当立即采取有效的措施进行应对，确保项目质量符合施工标准方可投入使用。

4 钢结构的稳定性计算

4.1 静力设计法

静力设计方法通常情况下是应用于钢结构弹性计算系统之内，是计算钢结构高层建筑项目最大承载力的算法之一。在实施弹性计算法时，必须保障钢结构弹性计算系统达到一定的力学与结构假定。首先，建筑项目所采用的钢建筑材料质量应当满足虎克定律的要求，材料应变以及材料应力两者之间具备线性关系；其次，计算模型应当与建筑工程项目结构保持一致性，能够精准反应出建筑项目的实际弹性受力。最后，确保建筑现场各个阶段的施工的有序性，避免不科学的施工行为影响实际模型的计算结果。

4.2 塑性设计法

塑性结构原理中明确规定了结构元件的强度以及塑性应当高于标准的载荷设计，并在此基础上乘以安全系数。塑性设计法实际上主要应用于建筑项目内部结构强度与硬度的分析，将建筑材料结构进入到可塑性之后再将结构内力根据项目实际情况进行相应的调整和分配[4]。在此过程中应当保障材料结构具有较大的可塑性。在设计的过程中，应当对法兰尺寸与横截面进行相应的限制。这种设计方法存在一定的缺陷，也就是属于非线性的，无法真实、准确地反映建筑工程项目结构特点以及采用的大致范围。

4.3 钢结构的抗震设计

在建筑工程项目进行钢结构设计时，应当最大限度地保障钢结构的简便性与准确性。在开展钢结构连接工作时，应当结合项目工程的实际情况进行操作。举例来说，连接顶框架与屋顶板间时，应当保障屋顶柱与梁柱的稳定性以此提升项目工程的抗震能力，切实保障项目的质量与安全性。除此之外，钢结构的强度与硬度常常由钢结构材料的支撑形式以及摆放位置两方面因素所决定，因此在设计的过程中应当深入考虑这些相关因素，降低外在因素对建筑工程项目质量的影响[5]。