浅析建筑钢结构设计中稳定性设计措施

浅析建筑钢结构设计中稳定性设计措施

史华军

湖北精工钢结构有限公司湖北武汉430312

摘要：随着当前经济的快速发展，建筑工程规模也在不断地发展和有效完善，因为钢结构在施工中工期比较短，并且钢结构在设计以及施工方面的能力也有效提升，所以，其有着很好的经济性，作为当前建筑工程的主要结构方式。在建筑设计当中相关设计人员需要对钢结构的稳定性原理有效掌握，并且提出相应的钢结构失稳措施。

关键词：建筑工程；钢结构设计；稳定性设计；原则；措施

稳定性设计是钢结构设计中非常关键的一个环节，在各种建筑钢结构中，稳定性问题都会遇到，一旦处理不当，就会影响建筑的安全性。在具体钢结构设计中，需要做好稳定性验算，避免出现钢结构失稳现象。因此要把好钢结构设计质量关。

1钢结构在建筑上的应用优势

在建筑工程中，对于钢结构来讲，其有着和砖混结构以及混凝土结构相同的优势，这主要是其上述相关特点来决定。由于钢结构自重比较轻，很好的延性能够使得建筑的抗震性能良好，在主要是由于地震力效应在一些质量比较小的状况下会变得很小，地震效应通常还会由于结构自身有着很好的延性而减弱。另外，在传统的建筑工程施工中为了能够实现对大跨度以及复杂结构的应用，这就产生了一些自重比较轻以及强度比较高的特点，在对开放式住宅的创造中就非常便利。在地域方面，钢结构能够体现出其他相关结构很难相比的优势。在一些西北地区，由于冬季时间很长，所以，在建筑工程施工中就非常的困难，为了能够施工进度以及质量的提升就需要采用钢结构来施工。

2钢结构设计失稳的原因

2.1设计剪力调整不均匀

近年来，我国建筑行业发生了巨大的变化，随之而来的是建筑设计的复杂化、个性化，出现了很多在传统眼光里的“异类”，比如不对称建筑。然而，这种不对称的建筑很容易发生倾斜现象，出现这种倾斜的原因是多种多样的，其中，最为常见的是因为设计方面的因素。与传统正统对称类建筑相比，这种不对称的结构对钢结构的剪力有着严格甚至于苛刻的要求。传统设计师在新型不对称建筑的钢结构设计中，因技术水平有限简化处理了部分内容，简化的部分，虽然在传统的建筑中影响不是十分巨大，但是在新型的特别是在不对称的建筑中，对于整体的稳定性的影响是明显的，有些甚至是非常严重的。因此，在设计时必须综合考虑各方面的因素，对建筑钢结构进行科学设计，最大程度地发挥其稳定性。

2.2结构设计缺乏深度

在我国建筑相关的法律法规中，对于建筑设计人员作出了严格的界定：从事建筑设计行业，必须有从业经历并取得相应的专业资格。目前形势下，中国的很多建筑单位都不具备相关的资质，其设计能力与水平与发达国家相比还有很大的差距。加之目前从业人员大多直接从学校走向建筑设计单位，缺乏到建筑行业一线的实践经历，理论与实践结合不够紧密。

2.3强柱弱梁的设计

依据国家出台的有关要求，在设计钢结构的弱梁的过程中，需要重点计算弱梁的弹塑性，对其进行详细的分析与设计。这是因为在具体的设计过程中，需要详细考虑柱与梁之间的完整性。根据多年的实践，我们可以看到相较于钢结构的柱，钢结构的梁是其塑形大小的根源。面对强烈震动，或者是建筑物在面临超过其可承载能力的荷载时，其梁决定的建筑钢结构的可塑性能够很好地保护钢结构的相对完整，使其不会瞬时崩塌，并且在压力结束时更加容易回复至初始状态。所以，设计钢结构时，在保证强柱的同时，更应当加强对梁的抵抗能力。

3建筑工程的钢结构稳定性设计要点

3.1借助于计算机技术和相关软件的发展

在计算机的帮助下，目前的钢结构设计中结构和构件的平面内强度以及整体的稳定就能够被计算出来了。无论是结构还是构件的平面外强度和稳定的性能，设计者都应该对此进行计算分析和设计。在设计的过程当中，设计者想要使得效率提高就可以分解整个结构。根据标高分解使得它们简化成了多个布置形式的结构体系，在这种情况之下就为设计者计算强度和稳定提供了便利。

3.2受弯钢构件的板件局部稳定

对板件的宽厚之比进行控制和限制能够很好地避免在构件整体失效前屈曲的现象的发生。除此之外，如果想要利用板件屈曲后强度来让构件的承载能力达到，就需要让板件在构件整体失效之前屈曲。这两种方式都可以实现受弯钢构件的板件局部稳定。

3.3轴心受压构件和压弯构件局部稳定

无论是翼缘板自由外伸宽度和翼缘板自由外伸的厚度之间的比例进行控制，还是对腹板计算高度和腹板的厚度的比例进行控制都可以实现该局部的稳定。如果是出现在了圆管截面上，就需要对圆管截面的外径和壁厚的比例进行控制和设置。

3.4钢结构设计中稳定性设计所遵循的原则和需要掌握的要素

3.4.1确保各个层面的稳定性

由于钢结构自身的独特性，在前期工艺设计过程中也相对复杂，在具体设计时需要利用计算机软件进行质量检测，只有质量检测合格后才能在建筑工程中进行应用。在对钢结构进行具体测试过程中，以水平荷载系数、抗震强度系数和结构阻尼比等作为主要技术指标，在实际设计中，设计师需要与当地环境中最大风荷载作为依据，以此来设计钢结构的水平荷载系数，确保各个层面都具有较好的稳定性。

3.4.2做好剪力调整

当前建筑形式越来越复杂，不对称设计已成为一种设计潮流，这也使当前建筑中采用斜柱的现象较多，相较于垂直构件，斜柱具有明显的倾角，这就要求建筑构件要能够承受一定的剪力。在当前具体钢结构设计时，部分设计师为了方便处理，会将垂直构件简化为柱子，将斜柱简化为斜杆，虽然不会对建筑整体稳固性带来影响，但调整框架柱的剪力时则会带来较大的影响。由于斜柱起着支撑水平方向荷载的作用，但竖直方面也需要承担一定的荷载，这方面的荷载被忽视后，则计算出来的剪力会存在一定的误差，从而对建筑工程钢结构的稳定性带来较大的影响。因此在具体设计过程中，需要对剪力调整给予充分的重视，并能够针对建筑施工实际情况来设计不同程度的钢结构剪力，更好地增强钢结构的稳定性。

3.4.3注重强柱弱梁的设计

当钢结构设计较为合理时，一旦水平荷载较大，塑性铰会在梁上出现，不会出现在柱子上，因此通过强柱弱梁的设计来提高钢结构的抗压性，避免在大的作用力下钢结构被破坏，有利于钢结构能够快速恢复到变形前的形态。在当前钢结构稳定性设计时，在具体对柱梁设计时，要对其弹塑性进行分析和具体计算，确保塑性铰出现在梁上，这样与具体的设计要求才能相符。

3.5筒体结构

在当前的建筑工程结构中筒体结构受力性能比较强，在外墙以及内墙中都能够形成强度比较高的抗弯刚度，所以其所承受的水平力也很好，并且还能够起到两道抗震防线的作用。对于这种结构就是我们通常较为熟悉的世贸中心一号楼，其不但是最高的建筑，也是筒体结构建筑中较为典型的一种结构形式。还有我国北京的国贸中心，其主要就是三十多层的筒中筒结构，外框和希尔斯大厦有一些差别，国贸中心的外框是密柱网壳构成的空间，而内筒采用的是钢框架结构，在整体结构当中有着很好的延展性，并且其自身的刚度也比较均匀。

4结语

建筑行业发展速度较快，在建筑结构领域中钢结构应用十分广泛，要对钢结构稳定性设计给予充分的重视。在具体设计过程中，需要综合考虑多方面因素，全面提高钢结构设计方案的质量，以此来保证钢结构的安全性和稳定性，为整体建筑结构的质量起到重要的保障作用。

参考文献

[1]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）：123.

[2]张念华.关于钢结构建筑设计的稳定性分析[J].中国新技术新产品，2014（3）：59.