试论建筑钢结构的稳定性设计

试论建筑钢结构的稳定性设计

孙寿良杨佩良

国粮武汉科学研究设计院有限公司湖北武汉430079

摘要：随着经济的飞速发展，我国各行业均呈现蓬勃发展态势，尤其是建筑行业，“三天一层楼”的神话已不再仅仅属于深圳，而建筑钢结构由于其优越性使得其在建筑行业中被大量的应用，在应用过程中，人们发现建筑钢结构的稳定性对建筑钢结构的结构安全起着至关重要的作用。由于钢结构具有较高的强度与承载能力、较强的抗震能力，将其应用于高层建筑中，能够有效取代传统的混凝土，保证建筑物的稳定性，增强建筑工程质量，满足人们的居住要求。基于此，文章主要对建筑钢结构工程设计及其注意事项进行了研究和分析，以期对相关工程技术人员能够有所帮助。

关键词：建筑钢结构；稳定性；设计要点

1引言

当今社会，随着经济的不断发展，城市化的快速推进，从而带动了我国工业化的进步，尤其是在建筑行业，建筑高度越来越来高，建筑平立面设计越来越复杂，在建筑工程中普遍采用具有优势的钢结构，相较于混凝土而言，钢结构具有以下优势，其自重较轻、抗震性能好、施工周期短、施工相对方便等。但钢结构对稳定性比较敏感，失稳破坏往往先与承载能力破坏，为了使建筑工程的稳定性得到保证，需要在设计之前充分了解钢结构稳定性设计的相关原则、方法、问题等，有效控制钢结构的稳定性从而提高钢结构本身安全可靠度。

2建筑中钢结构设计原则

在建筑中进行钢结构设计时，需要严格遵循可靠性、适用性和经济性的原则，首先是可靠性，结构要安全，钢结构本身强度富余度大，可靠度高。其次是实用性，通常科学的建筑结构体系应刚柔并济，如果建筑结构过于强调“刚性”，缺乏合理性与可行性，则会降低结构的变形能力，致使建筑难以承受地震和火灾等而出现坍塌情况如果结构过于注重“柔”，虽然能够减缓外力作用，但是也会因变形过大而导致承重点发生变化，最终出现坍塌问题，因此设计适中的建筑结构体系显得尤为重要。适用性原则是钢结构体系的基本要求，其会对建筑物的后期使用造成直接影响，因此在结构设计过程中需要准确把握建筑物的环境条件、特点和功能等，如建筑物对防震、隔音和保温等有无特殊要求等。再次是经济性原则。在建筑中应用钢结构的根本目的就是创造更高的效益，但是在实际应用过程中还存在诸多问题，如工业建筑注重的是直接经济效益，而公共建筑注重的是社会效益。

3钢结构稳定性的概念以及分析方法

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，影响建筑使用安全和使用寿命。因而，为了提高建筑的安全可靠度和使用寿命，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。因而，如何对建筑钢结构的“屈曲”以及“极限”进行分析，是判断建筑钢结构承载力的关键，也是建筑钢结构稳定性分析中至关重要的一环。

4钢结构稳定性设计存在的问题

在进行稳定性设计的过程中，需要考虑整体稳定和局部稳定，从钢结构的整体性出发，并且将杆件的稳定性纳入考量范围。在进行钢结构的设计过程中，遇到刚度以失稳性的问题时，首先采用折减系数以及临界压力的方法将轴心压杆的稳定性计算出来。同时，还需要将弹性的稳定性计算，在对它们计算的过程中，要充分的考虑到钢结构的整体性的稳定性，同时还需要做好内力重分配，这主要是由于结构内力它会随着一些柔性的构件变化而产生变化；其次，还需要将应力问题与叠加原理问题纳入考量范围。因为弹性稳定性的计算在和叠加原理结构变化中，它们的关系比较复杂，当前对于这两者的计算还没一个明确的确定。

5建筑钢结构稳定性设计要点

5.1增加节点连接设计中的稳定性分析

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。

5.2保证钢材选择的质量

建筑钢结构工程设计过程中的选材非常重要，主要是因为钢材的质量好坏直接决定着整个建筑钢结构工程的建设成败。然而由于我国建筑行业的飞速发展，使得我国的建材行业也跟着不断的发展壮大，目前市场上充斥着各种不同种类的钢材，要从众多种类的钢材中选出最为合适的一种确实难度较大。由于钢材生产方面的问题，一些钢材的强度、硬度、形变等特性很难满足相应的施工要求，如果相应的采购人员不够专业，会导致一些不合适的钢材进场，以至于建筑钢结构的功能很难充分发挥出来。因此在实际的设计过程中，需要由资深的人员进行钢材的选购，以保证钢材选择的质量。

5.3结构布置方式

1)抗侧力构件布置在设计结构平面两个方面的支撑时，应该保证其对称性，支撑之间楼盖长宽比不得超过3;设计筒中筒结构时，内筒边长大于其外筒边长的1/3,并且外框筒与内框筒的柱距应相同，有效连接到钢梁。2)竖向布置从经济性原则出发来控制结构体系的最大适用宽度与高度，如框架一支撑体系的非抗震设防建筑的最大高宽比为6，最大宽度达260m;同时应尽可能避兔楼层承载力突变和侧向刚度不规则等问题的出现。3)平面布置。在平面布置过程中应按照平面简单原则，科学计算结构尺寸，从而降低因地震而出现的结构扭转振动，提高结构的抗风性和抗震性。

6结束语

目前，近年来随着我国的经济不断飞速发展，我国的各行各业，尤其是建筑行业也随之得到了迅猛的提升。随着建筑行业的不断发展，建筑在使用适当安全性以及舒适性也受到了建筑相关设计人员的重点关注，同时，发展钢结构建筑对提高城市建设水平也有着很大的助力作用。建筑钢结构设计过程中，应该对建筑钢结构进行多方面综合设计，而不是仅仅加强施工过程中的施工水平。因而，在未来的设计中应该从多方面加强分析与注意，保障建筑钢结构的安全性与稳定性，使得我国的建筑事业不断稳定持续发展。

参考文献

[1]郭宪刚.浅议建筑钢结构的稳定性设计[J].山东工业技术,2015,12:90.

[2]罗辉.浅议建筑钢结构的稳定性设计[J].科技与企业,2013,02:173.

[3]陈波,周红莲.建筑钢结构主体稳定性设计分析[J].中国新技术新产品,2013,12:190-191.

[4]雷良龙.建筑钢结构设计中稳定性的设计方法[J].建材与装饰,2016,32:91-92.