浅论建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点

浅论建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点

傅蓉

杭萧钢构股份有限公司浙江杭州310001

摘要：随着我国经济的发展和建筑工程施工技术的革新，建筑工程中出现了越来越多的钢结构建筑物，但由于钢结构设计环节出现问题，不仅导致建筑物质量下降，也让钢结构建筑物的稳定性有所降低，甚至是出现严重的安全事故。因此，本文围绕钢结构建筑物的稳定性与设计要点进行分析，阐述影响钢结构建筑物稳定性的因素，并简要论述钢结构设计要点。

关键词：建筑工程；钢结构；稳定性；设计要点

目前，我国钢结构建筑已广泛存在，由于设计的缺陷产生了很多不良因素，降低了钢结构的稳定性，其主要存在框架结构不合理、焊接存在缺陷、防腐设计不到位、防火设计不规范四个方面的因素，使钢结构建筑物存在安全隐患。为了使降低安全风险，就必须保证钢结构的稳定性，为此，必须要掌握钢结构的设计要点，不仅要遵循钢结构的设计原则，还要充分考虑框架的稳定性、防腐、防火等设计要点。

一、影响建筑工程中钢结构稳定性的几点因素

1、钢结构建筑框架设计本身不合理。框架设计是否合理对钢结构的稳定性影响极大，而框架不合理主要存在三个方面，第一，没有按照钢材的使用规范进行设计，例如，C型钢与方管不合理搭配使用，会造成局部结构承重能力下降，容易导致结构变形或扭曲，降低了钢结构的稳定性；第二，在设计的过程中对钢结构各方面的承载力计算不够准确，导致局部结构承重过重或过轻，也改变了局部结构受力情况，在一定程度上打破了整体结构的稳定性；第三，随着建筑成本的逐年升高，为了节约建筑成本，在设计的过程中主观性的降低钢材使用标准，使用不达标的钢材进行建筑，这样将降低钢结构的稳定性，增加各类安全风险。

2、焊接设计缺陷。众所周知，钢结构建筑都是由钢材组合焊接而成，所以，焊缝设计非常关键，特别是关键部位的焊缝设计，然而，在建筑工程中钢结构的焊缝设计普遍没有得到重视，也没有充分的计算焊缝所能承载的力度，往往是随意设计。例如，为了快速施工，焊缝设计少且焊缝长度不够，如果焊缝存在气孔、夹渣等情况，焊缝的强度将会大大降低，不仅会降低结构的稳定性，而且焊缝缺陷部位容易造成应力集中，当遇到外力作用时，极易造成焊缝开裂，增加安全风险。

3、腐蚀因素。受自然因素的影响，钢材一旦暴漏在室外环境中就很容易受到腐蚀，特别是一些较薄的钢材，焊缝或使用螺钉的部位一旦受到严重的腐蚀，其结构的稳定性将会大大降低，如果遇到大风、积雪等自然因素让局部产生振动或压力增加，极易造成焊缝炸裂等情况。然而，在实际的结构设计时，钢材腐蚀问题往往被设计人员所忽视，普遍只要求涂刷一层底漆，甚至是不做任何防腐措施，当钢材腐蚀严重时其结构的稳定性也将降低。

4、防火设计缺陷。建筑过程中钢结构建筑主要采用的材料是钢材，而钢材又不具有可燃性，也无法燃烧，所以，在钢结构的设计中普遍的没有考虑防火问题，但在实际的建筑中，钢结构建筑的防火性能低于混凝土结构的防火性能。因为钢结构建筑中还会用到彩钢复合板、木质地板、装饰材料等，一旦这些物质大面积燃烧，就会使钢结构中的钢材迅速升温，降低钢材强度，使钢材出现变软、变形、弯曲，甚至是造成关键焊接部位脱焊等情况，因此，防火设计的缺陷也威胁着钢结构的稳定性。

二、保证钢结构稳定性的设计要点

1、设计必须要遵守结构稳定性的原则。从以上几点因素可以看出钢结构建筑在设计时并没有严格遵守结构稳定性的原则，从而降低钢结构建筑的整体稳定性。目前，我国钢结构建筑大多数是按照平面体系设计，因此，在设计过程中，首先要遵循平面结构稳定性，例如，利用增加必要的支撑构件、合理利用各类钢材、遵循平面结构构件的平面稳定计算与结构布置相一致等方法来避免平面结构失稳的现象发生，才能使框架结构更加稳定；其次，要遵循结构中局部稳定的原则进行设计。钢结构建筑中每一块建筑材料都与整个结构紧密相连且相互作用，因此，钢结构设计时应考虑局部稳定原则，避免局部受力不均而失稳。

2、对钢结构稳定性进行估算。首先，要对钢结构建筑物的整体稳定性进行分析。钢结构建筑物由多种构件焊接和栓接而成，所以，对建筑物整体结构进行稳定性分析，以便利于建筑物结构的布置和钢材的选型；然后，对钢结构建筑框架整体刚度进行计算，目前，对建筑物的刚度计算主要采取轴心压杆稳定计算法，力保建筑物整体刚度的科学性，才能保证钢结构的稳定性。

3、对钢结构构件和节点进行科学设计。钢结构的构件、节点的稳定性影响着钢结构的整体稳定性，所以，首先要对局部构件截面进行科学的计算，尤其是支撑柱和钢梁，充分考虑钢材的弹性和柔性，例如，对梁腹板抗剪净截面强度进行反复验证、对大跨度钢梁的变形度和承载力度进行反复计算；其次，对栓接构件的螺栓进行科学设计，不仅要选用高强度螺栓，还要科学选用扭剪类型、摩擦类型的螺栓；第三，对焊缝所需要承受的力度和所具有的强度进行科学计算，合理的设计焊缝的长度、宽度等。

4、重视防腐、防火设计要点。钢材被腐蚀或建筑附着物燃烧导致钢材升温，都会降低钢材强度，影响建筑物的稳定性，所以，对于防腐而言，为了防止钢结构建筑物被腐蚀，在建筑物钢结构设计时，通常采用涂抹防腐涂料的方法，但对于特殊钢材或构件特殊要求要选择耐候钢作为钢结构的首选材料，或者利用热浸镀锌技术对钢材进行处理，利用镀层来防腐。对于防火而言，要根据钢结构的防火等级、防火种类合理的选择耐火性高和防火等级高的建筑材料，例如，选用保全板作为建筑材料。另外，对钢结构中的连接点、焊缝等部位涂抹较厚的防火材料，或加强防火门、防火墙、自动灭火系统的设计，尽量降低火灾程度。

三、结语

为了突出经济效益，钢结构建筑物得到较大规模的发展，其结构的稳定性与设计要点是必须考虑的设计问题，因为，钢结构建筑一旦在设计环节出现问题，势必会影响其稳定性，不仅降低钢结构建筑物的使用寿命，甚至是出现重大安全事故，因此，必须要严格按照设计要点进行设计，防止钢结构建筑失稳现象产生。

参考文献：

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[2]彭声美.标准化建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点分析[J].中国标准化,2017(20):167-168.

[3]孙义何.钢结构厂房施工与安装质量控制要点分析[J].计算机产品与流通,2017(08):230+232.

作者简介：傅蓉（1990-03-10），女，汉族，籍贯：浙江省湖州市，当前职称：初级助理工程师，学历：大学本科，研究方向：土木工程结构方向