论建筑钢结构的稳定性设计

论建筑钢结构的稳定性设计

袁嘉和

关键词：建筑；钢结构设计；稳定性

1、建筑钢结构稳定性的概念

建筑的钢结构在受到外界干扰力的作用下能否迅速的恢复到建筑最初的平衡状态被人们称之为钢结构的稳定设计。在受到外界作用力的影响下，建筑钢结构往往会由于结构失稳，即建筑钢结构构建由原有平衡状态转移为另一个平衡状态，导致建筑平衡发生变化，使建筑的结构受到破坏，影响建筑的使用寿命。因而，为了提高建筑的使用寿命，人们逐渐开始对钢结构建筑稳定性分析加强了重视，随着对结构的受力分析及计算的不断进步，人们对建筑钢结构的研究开始建立在由外部负载作用，从而导致结构变形的基础上进行的。由于通常状态下建筑钢结构受到的外部负载作用以及和钢结构的失稳受力状态经过分析，发现其均为非线性受力曲线，因而，我们不难发现，现阶段建筑的钢结构的分析曲线均是建立在几何非线性分析的基础上的。

2、建筑钢结构稳定性设计的重要性

当前很多的钢结构都存在着稳定性不足的缺陷，经过了长期的实践发现出现这类问题最主要的原因就是在设计的过程中，工作人员对施工材料的性质和力学性能了解得不够深入，在设计理念上对稳定性也不是十分的重视，在设计和施工的过程中也没有按照相关部门出台的规范予以执行，有很多企业还为了经济利益采用劣质的原料，这样一来，施工的质量就很难得以保证，同时还会造成非常严重的经济损失和人员的伤亡。为了避免这些问题的发生，采取相应的措施保证钢结构设计的稳定性是非常重要的，这会对工程自身的质量和人们的生命安全都产生十分关键的影响，如果出现了钢结构稳定性不达标的现象就一定会导致建筑在某一个方面会存在非常严重的问题，严重的还有可能使得工程完全倒塌，造成严重的人员伤亡现象，所以在当今的钢结构设计中，一定要将钢结构本身的稳定性作为十分重要的一个因素，仔细的观察这一过程中存在的问题，并及时采取相应的措施，这样才能更好的保证建筑结构的施工质量。

3、建筑钢结构稳定性的分析方法

3.1平衡法

平衡法是求解结构稳定极限荷载最基本的方法，它是根据已产生了微小变形后结构的受力条件建立平衡方程而后求解的。平衡法只能求解屈曲荷载，但不能判断结构平衡状态的稳定性。在许多情况下，采用平衡法可以得到精确解。

3.2能量法

如果结构承受着保守力，可根据有变化结构的受力条件建立总的势能。如果结构处在平衡状态，那么总势能必有驻值。根据势能驻值原理，先由总势能对于位移的一阶变形为零，得到平衡方程，再由平衡方程求解出屈曲荷载。此种方法一般只能获得屈曲荷载的近似解。用总势能驻值原理可以求解屈曲荷载，而用总势能最小原理可以判断屈曲后平衡的稳定性。

3.3动力法

处于平衡状态的结构体系，施加微小干扰使其发生振动，当荷载小于稳定的极限值时，干扰撤去以后，运动趋于静止，结构的平衡状态是稳定的，当荷载大于极限值时，即使将干扰撤去，运动仍是存在的，因此结构的平衡状态是不稳定的；临界状态的荷载即为屈曲荷载，由结构振动频率为零的条件即可解得。

4、建筑工程钢结构稳定性设计要点

4.1确保各个层面的稳定性

钢结构的特性使得其在前期的工艺设计中相对复杂，设计师需要借助专门的计算机软件对其进行质量检测，并确定多项技术指标，待其通过质量检测后，才能正式开始投产，并在建筑工程中大量应用。一般来说，钢结构测试的主要技术指标有：水平荷载系数、抗震强度系数以及结构的阻尼比等。通常情况下，建筑设计师需要根据当地环境可能的最大风荷载对钢结构的水平荷载系数进行设计，以免出现因建筑稳定性不佳而导致坍塌的事故。

4.2做好剪力调整

当前，国内高层建筑的形式已经越来越复杂，建筑的不对称设计也已成为设计的潮流，因此，在建筑当中采用斜柱的现象也越来越多的出现在人们的视线当中。和传统的垂直构件比起来，斜柱的倾角比较明显，因而也要求建筑构件能够承受一定的剪力。需要说明的是，不少建筑设计人员在设计钢结构时，往往会为了方便处理而将垂直构件简化成为柱子，将斜柱简化成为斜杆，这种方式在一般情况下不会对建筑的整体稳固性产生较大影响，但在对框架柱的剪力进行调整时，却会产生非常严重的影响。这是因为斜柱的主要作用虽然是支撑水平方向的荷载，但其在竖直方向也需要承担一定的荷载，如果忽视了竖直方向的荷载，则会导致计算出来的剪力存在一定的误差，从而降低建筑工程中的钢结构稳定性，因此，要做好钢结构设计中剪力的调整。

4.3注重强柱弱梁的设计

钢结构的设计还应当将柱梁的整体性进行充分考虑。通常情况下，一个安全合理的钢结构设计，应当在遇到水平荷载较大或者突发强震等情况时，使塑性铰出现在梁上，而不是出现在柱子上。这样设计的目的是为了提高钢结构的抗压性，确保其整体性不会在短时间内被破坏，并尽快恢复到变形前的形态。我国建筑行业相关标准中明确规定，在设计柱梁时，应当分析和计算其弹塑性，只有确定其塑性铰会在梁上出现，才能满足设计要求。

4.4增加节点连接设计中的稳定性

在过去的建筑钢结构计算中，由于设计人员为了对设计流程进行简化，通常会将建筑钢结构中的相关柱梁连接简化为刚性连接或者理想的铰接。但是，一方面，一旦将这些梁柱连接简化为刚性连接，则由于其夹角不会发生形变这一显著的缺点；另外一方面，如果将结构的梁柱视为理想化的铰接那么在后期计算中这些梁柱则不会对建筑钢结构的弯矩进行传递。因而，综上分析，如果将这些梁柱简化为完全刚接则会使得建筑设计框架的侧移量估计值减少，梁柱连接的刚度估计值过高；但如果将这些梁柱简化成为理想铰接，则会导致后续建筑钢结构计算时框架侧移量过多，梁柱的连接刚度的相关估测值过高，使得建筑钢结构柱体的稳定承载力理论值过大，导致最终建设的建筑物由于并没有如此巨大的稳定性，因而在设计过程中应当适当加强对建筑钢结构节点连接设计中的稳定性分析。

结束语：

综合所述，建筑工程的快速发展，促使钢结构广泛应用于建筑工程中，然而钢结构设计的稳定性直接影响着钢结构建筑的整体质量，必须对其进行严格的分析，保证钢结构设计能够符合工程对其稳定性的要求。在具体的设计过程中，还应该根据实际的情况，选择合适的稳定性分析方法，掌握建筑工程钢结构设计的稳定性要点，保证结构设计的质量，进而推动我国建筑工程长远的发展。

参考文献

[1]赵亮.浅谈钢结构设计[J].科技致富向导，2016.

[2]郭宪刚.浅议建筑钢结构的稳定性设计[J].山东工业技术，2015.

[3]唐文智.建筑工程中钢结构设计的稳定性分析[J].城市建筑，2013.