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

张春生

摘要：在钢结构设计过程中，良好的稳定性设计是保障钢结构应用性能，提升整体工程质量与安全的关键。因此，设计人员一定要对钢结构的设计做到足够重视，并根据建筑工程需求，结合实际情况，采取科学合理的策略来进行钢结构设计。本文对建筑工程钢结构的稳定性设计策略进行了分析，希望为建筑工程钢结构设计质量的提升和整体建筑工程质量的保障提供参考。

关键词：建筑钢结构；稳定性；设计方法研究

1.建筑工程钢结构稳定性设计内涵

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，要灵活地采用科学、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

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

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。

3.钢结构设计中稳定性的设计方法

3.1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）动力设计法。根据钢结构的动态稳定性展开的设计和分析。如果采用这种设计方法的话，首先需要钢结构应力，可以将震动加速和结构变形准确地反映出来，能够体现出钢结构的轻微震动。其次，采用这种设计方法，可以对加速度和结构型面方向之间的关系进行平衡，假如静态荷载数值出现变化，结构也会处于静力稳定状态。第三点就在于如果钢结构的形变方向和加速度是一致的话，就代表着这个结构能够承载最大的负载，通过应用动力设计法，就可以消除干扰，钢结构就会变得相对稳定。最后还可以按照结构的载荷判断静态和动态之间的界限，同时将临界载荷归类为不稳定的负荷，然后可以假设振荡频率是零来分析钢结构的稳定性。

3.2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，也更有效率，有助于提高设计质量。

3.3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，要合理地运用二阶法，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。

结语

在建筑工程行业的不断发展中，钢结构工程已经得到了广泛应用。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，综合地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

[1]李纪果,丁国治,尹海松,安伟东,于海滨.建筑钢结构设计中稳定性探讨[J].工程建设与设计,2021,(18):21-22.

[2]李峰,高硕,王阳.建筑钢结构设计中稳定性的设计策略[J].中国建筑金属结构,2021,(09):66-67.

[3]李亮.建筑钢结构设计中稳定性措施[J].建筑技术开发,2021,48(13):14-15.