建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究

建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究

韩家庆

身份证号： 4114221989102060**

摘要：建筑工程项目能否具有长久的使用寿命，钢结构稳定性在其中发挥着重要作用，因此人们也越来越注重钢结构建筑的稳定性分析，深入研究钢结构的受力情况，分析、计算钢结构的稳定性。一般情况下，在建筑钢结构遭受外部的荷载作用时，分析钢结构的失稳受力状态可知，钢结构都非线性受力曲线，因此我们对建筑钢结构的分析曲线都是基于几何非线性进行分析的。

关键词：建筑设计；钢结构；稳定性；设计方法

1建筑钢结构的概念

建筑钢结构最主要的材料便是钢材，是当前时代最常用到的建筑结构材料。建筑钢结构所具有的强度较大，另也具有较好的变形程度，因而常常被用来建设一些跨度大、超重型的建筑。钢结构在进行建筑工程建设时，因钢结构材料本身有着良好的韧性，可通过变形来承受较大的动力荷载。同时，钢结构应用在建筑工程的建设中，能显著缩短建筑工程工期，保障工程的工作效率和质量。另钢结构也具有较高的机械化程度，能保障建筑具有很好的精密度和密闭性。

2建筑钢结构的优点

2.1施工简单

建筑钢结构其制作方式较为简单，相较于混凝土，钢材具有更高的密度及强度，在进行大跨度建筑设计时，同样的跨度，钢结构的总重量比混凝土轻很多，这大大降低了材料成本及运输、吊装成本。钢结构是一种具有标准化的材料，因此在生产时可以进行大批量的生产，且一般在生产工厂内就根据标准进行现场拼接安装，有利于施工的准确性及施工速度的加快。另外钢结构在施工时候，省去了混凝土结构施工时需要支模板、钢筋绑扎、浇混凝土、养护护理等多种复杂的工序，大大降低了作业时间，体现出建筑钢结构的简便性、高效率性。

2.2抗震性高

建筑钢结构主要结构材料是各种钢材，例如碳素结构、低合金高强度钢、热轧钢板、热轧型钢、镀锌冷弯薄壁型钢等，相较于混凝土所制成的建筑结构，具有更轻的自重，更好的延展性，因此钢结构表现出极佳的抗震性能。

2.3精确度高

钢结构常用来构建一些跨度较大的建筑工程，这是因为钢结构的构件具有很好的韧性以及可塑性，另建筑需要更加好的稳定性也同样考虑使用钢结构，这是因为钢结构具有较强的弹性，因此其受力情况会和相关建筑工程力学计算方式相符，具有更高的精确度，可广泛用来进行建筑工程的制造。

3建筑钢结构的缺点

钢结构虽然具备多种优势，但同时也存在一些不足之处：一是钢结构的耐热性能不是很好，当温度达到150℃，就会超过钢结构的耐受能力，将会导致钢结构发生变形，因而在使用过程中要对其采取隔热保护措施；二是为钢材自身存在一些缺陷，其抗腐蚀性、耐火性、抵抗力等能力相对不高，在使用钢结构进行建筑时必须做好严密的防护，而这又会增加一些建筑成本；三是钢结构虽然具有较高的强度，但制作成的建筑钢结构的刚度却不是很高，主要原因是钢结构的构件表现形式一般为薄壁形式，钢结构的构件横截面积比较小，进行施工时将会承受很大的负荷，这导致钢结构的稳定性、强度都没有满足建筑要求。

4钢结构稳定性设计原则与计算方法分析

4.1钢结构稳定性设计原则分析

建筑钢结构设计重点应当为稳定性，建筑强度由钢材决定，但强度与稳定性并不是同一问题，需要将这二者进行区分。对于钢结构稳定性设计时，应当先查找导致不稳定的原因。一般情况下，导致钢结构不稳定的原因是其内部、外部的受力不平衡所致。当外部承受的荷载力与内部的抵抗力之间不平衡之时，将会导致钢结构出现变形，究其变形的根本原因其实是强度问题所致。因此要解决钢结构设计不稳定问题，首先在设计钢结构时，要保障其组成部分、整体结构都要达到稳定性指标。对钢结构的框架、桁架进行设计之时，应当正确的使用平面体系，使其框架、桁架都能具有较强的平稳性，之后再逐渐扩展到钢结构体系的平稳性来，确保钢结构整体设计趋于平稳。其次，在对钢结构进行设计时，必须要用到专业的结构计算，这些计算要确保钢结构受到的荷载、受力状态与实际状况一致，最终的施工图应当与计算模型选用的构件截面相同，比如钢结构的设计框架要具有较好的稳定性时，整体模型计算的结果要和实际大概相同，如此才可以保证框架具有很好的稳定。

4.2钢结构稳定性设计的计算分析

4.2.1静力平衡法

静力平衡法又被称作静力法，一般用来计算屈曲荷载情况。当出现细微屈服之后，通过对结构进行力学状态分析，并采取方程组进行求解，当求得的结果不仅只有一个的时候，求得最小解便是结构体系的分岔屈曲荷载。在钢结构设计中最常用到的便是静力平衡法。

4.2.2振动法

振动法主要是在结构处于平衡状态情况下为其施加一些微小的干扰让其出现振动，后再依据自由振动原理对钢结构的临界荷载进行确定。如果钢结构振动时的荷载比低稳定时的极限荷载值还要小时，其加速度方向与变形方向是相反的，振动会随着时间不短的推移而表现出一种收敛的状态，并逐渐趋于静止，此时这样的钢结构设计时处于一种稳定的平衡状态。

4.2.3能量法

能量法又被称做铁木辛柯法，其求得钢结构的临界荷载的主要方式是利用能量守恒原理，当钢结构保守体系为一个平衡状态之时，那么在结构体系中贮存的应变能会与结构体系的外力产生的功相等，关系式为：Δ；U=Δ；W，其中应变能增量用Δ；U表示。另当结构遭受外力的作用发生一些细微的变化，结构的总势能没有出现变化，即称为势能驻值原理，其关系式为：δ；π；=0，其中，结构的总势能一阶变分用δ；π表示。

5钢结构设计中稳定性增加的方法分析

5.1总体稳定性增加分析

为满足当代我国建筑工程对钢结构稳定性的需要，必须要大力加强对建筑钢结构稳定性的分析力度，并且在钢结构的实际设计分析时，要散发思维，不要局限在一个单一性的结构设计思维中，要结合建筑施工的实际情况，进行钢结构设计。因不同的建筑其设计不同，因此在钢结构设计时也存在一些差异，但设计都是为了提高钢结构整体的稳定性，设计时应当多选择一些技术成熟的设计方式进行设计，比如对称性结构设计，此外还要考虑建筑的水平荷载系数、抗震系数等，进行反复的校验、对比，制定最佳、最适合的在建筑钢结构设计方案。

5.2构建完善的预张拉结构理论体系分析

在设计更加稳定的钢结构时，应当在设计中构建更为完善的预张拉结构理论体系，在建筑钢结构设计中，具备完整的预张拉结构理论体系，后根据理论对设计结果做进一步的分析，能够获得更为准确的设计结果，使得钢结构的稳定性更强。

5.3增加钢结构节点连接设计的稳定性分析

既往为了节省建筑钢结构的设计流程，一般都会简化钢结构中柱梁的节点连接，将其简化成刚性连接或者一些理想性的铰接。但将钢结构的梁柱连接简化成刚性连接，会很容易导致其夹角出现变形，此外，将钢结构的梁柱视为一些理想性铰接，在后期的时候，钢结构的梁柱不会传递出钢结构的弯矩情况。由此我们可知将钢结构的梁柱节点进行简化成刚性连接，将会减少对建筑钢结构设计框架的侧移量的估计值，而会过高的估计出梁柱连接时的刚度估计值；而简化成理想铰接，则会导致梁柱连接的刚度估测值太高，而评估得到的钢结构整体的稳定承载力理论值太大，使得实际作为建筑时没有那么大的稳定性。因此，我们在对钢结构的稳定性进行设计时，应当考虑钢结构的节点连接设计的稳定性。

6结束语

建筑钢结构稳定性的设计需要专业的设计，以及进行多方面的考虑，在综合分析确保建筑钢结构的稳定性足够下，才能进行后续建设过程。只有保障建筑的安全性，才能不断提高我国的建筑事业稳定、可持性发展。

参考文献

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