关于建筑钢结构设计稳定性的研究

关于建筑钢结构设计稳定性的研究

杨颖惠

关键词：建筑工程；钢结构设计；稳定性

引言

对比传统建筑材料，钢结构表现出的强度高、韧性与塑性好、重量轻、节约施工时间等优势，是节能减排的首选，因而在建筑工程中得到了广泛的应用。但是，如果不能确保钢结构设计的稳定性，那么，不仅会造成经济损失，甚至会导致人员伤亡。因此，有必要对建筑钢结构设计的稳定性进行研究。

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，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

稳定性是钢结构工程设计中需要重点考虑的内容之一，现实生活中也发生过由于钢结构失稳造成的工程事故，例如2010年1月3日下午，昆明新机场38m钢结构桥跨突然垮塌，造成7人死亡、8人重伤、26人轻伤，原因是桥下钢结构支撑体系突然失稳，8m高的桥面随机垮塌下来，虽然这是在桥梁工程中发生了钢结构失稳案件，而建筑物作为人们日常工作生活的主要地点，其建筑物中的钢结构稳定性设计更需要引起相关设计人员的关注。在建筑工程中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.建筑钢结构稳定性设计方法

3.1设计原则

建筑钢结构的设计必须符合一定的原则，确保所设计的结构合理，安全可靠。首先，所做结构设计应符合建筑物的使用要求。有足够的强度、刚度和稳定性，有良好的耐久性；其次，所设计结构应尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽量能缩短制造、安装时间，应便于运输、便于维护，减少成本；第三，尽量注意美观，对于外露结构有一定建筑美学要求。

3.2计算方法

实际计算时的计算方法所依据的稳定设计简图应与计算实体结构稳定性所依据的简图保持一致。在一般情况下，分析框架所具有的稳定性水平以及分析框架结构的工作都比较粗糙，部分建筑工程甚至不进行该项工作，仅仅是计算框架柱设计时的稳定值。因为计算杆件稳定值时所依据的模型，均为假设模型或简化模型，所以为了确保计算钢结构的稳定值符合要求，则应使计算方法所依据的稳定设计简图与计算结构稳定性水平所依据的简图保持相同。

某橡胶厂单层采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度27m，共10榀刚架，柱距5m，柱高8m，屋面坡度1/10，柱底铰接，按弹性方法设计。屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充以保温玻璃棉板，考虑经济、制造和安装方便，檩条采用薄壁卷边Z型钢，水平间距1.5米；墙梁采用冷弯薄壁卷边C型钢，间距为1.5米，刚架采用Q345钢，檩条和墙梁采用Q235B钢，焊条采用E43型，下面对该工程平面内的稳定性进行验算。

根据上述相关计算数据显示，该工程满足钢结构稳定性的设计要求。

3.3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。

3.4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。

3.5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，则不会出现夹角形变的情况；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

总而言之，随着我国建筑工程的不断发展，钢结构在建筑工程中的应用也越来越广泛，因此，建筑设计师必须重视钢结构的稳定性和安全性，并在设计阶段就采取多种措施来保障其稳定性，从而在提升建筑项目经济效益和社会效益的同时，更好地保障人民群众的生命和财产安全。

参考文献

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[2]王多祥，靳同良.钢结构设计中稳定性分析探讨[J].甘肃冶金.2014.

[3]麻志红.浅析钢结构在高层建筑的应用[J].价值工程.2011.