建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点

建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点

柳梦轩 1韩鹏飞 2

1天津市天友建筑设计股份有限公司 天津市 300000 2上海联创设计集团股份有限公司天津分公司 天津市 300000

摘要：随着社会经济水平的高速提升，现代化城市建筑得到了相应的发展，钢结构建筑在建筑工程中所占的比例越来越多。在进行钢结构设计的时候，必须保障钢结构具有较高的稳定性，从而让整体结构拥有较高的安全性和质量。在实际建筑工程中，钢结构稳定性设计依然存在很多方面的问题，设计人员如果不对这些问题进行合理的解决，会对钢结构的安全产生严重的影响，因此必须对钢结构的稳定性进行严格的把控，对建筑工程安全提高重视。因此，要把握设计要点、科学开展设计。为此，依托实际建筑工程，探讨钢结构设计中有关稳定性及需要加强的设计要点内容。

关键词：建筑结构；钢结构；设计；稳定性；设计要点

引言

在建筑工程中，钢结构设计中涉及的稳定性直接关乎着钢结构工程的整体质量安全水平。所以，在具体的设计中，便需要进行稳定性分析，并结合实际情况，有效把握好要点设计环节，以防钢结构系统失稳而带来严重的安全事故。只有钢结构的稳定性符合相关要求，才能保证建筑物的质量。 本文主要针对钢结构设计的稳定性原则以及设计要点进行了分析。

1钢结构设计稳定性原则

1.1 保证结构稳定

建筑钢结构设计有着较高的难度，任何一项因素考虑不到位都有可能引发结构失稳现象。为此，在钢结构设计时要加强和相关部门沟通，全面考虑各种影响因素，加强现代信息技术的应用，加强对业主方真实需求和施工方技术水平的了解，提高设计方案可行性、科学性，尽量降低数据误差。为保证建筑钢结构的稳定性设计，可以利用BIM等先进的软件辅助设计，通过不断改进优化得到最佳的设计方案。

1.2 不规则建筑钢结构的稳定性

随着钢结构的不断发展，建筑行业涌现出越来越多的不规则建筑。在钢结构建筑中，斜柱的应用能够从很大程度上提高钢结构建筑的美观性，但是同时也增加了钢结构稳定性设计的难度。设计人员需要将斜柱的位置清晰地标注在设计图纸上，对斜柱水平方向、垂直方向受力情况以及构件所受压力情况进行科学计算和准确分析，通过不断完善设计方案平衡斜柱受力情况，进而提高钢结构整体稳定性。

1.3剪力调整

斜柱的应用能使构件存在一定的倾斜角度，形成不对称的建筑形态，但是要想保证该结构的稳定性，设计人员务必要考虑一定的剪力。很多设计人员在设计钢结构时，直接将斜杆当做斜柱来设计，该方式虽然不影响钢结构建筑的正常使用，但是一旦调整剪力，就容易出现问题。斜柱不仅要承受垂直的荷载，还有水平方向的荷载，如果在设计过程中设计人员忽略了水平荷载，则会出现剪力误差，影响钢结构的稳定性。设计人员要结合建筑工程的实际情况，进行相应的剪力设计，保证剪力调整的灵活性和钢结构的稳定性。

1.4强节点弱构件的设计

设计人员在对钢结构进行设计的时候，应该注意柱与梁之间的整体性。只有对钢结构进行更加合理的设计，才能让钢结构拥有较大承受力。强节点弱构件可以保障梁柱节点处承载力大于梁端承载力，一旦出现水平荷载较大或者强震的时候，梁柱节点连接处会晚于梁端进入塑性，钢梁破坏时节点仍能保持较好的连接，避免建筑出现坍塌等情况。正是因为对钢结构梁柱节点连接处的这一特殊处理，从而保证地震下的钢结构仍能拥有较强的稳定性。

2建筑工程中钢结构设计的要点

2.1受力设计

受力水平是判断钢结构稳定性的重要因素之一，设计人员在设计方案时，首先要考虑的就是钢结构的承载能力，其次才能考虑其他问题。钢结构的设计以 T 形或 L 形比较常见，主要是为了提高结构的受力能力，减少钢结构的自身重量，起到平衡的作用。为了保证钢结构的受力更加均匀，在设计时尽量采用对称的方式，防止有的位置出现受力过大或过小的情况，造成结构受力失衡。例如，在设计不动支座时，设计人员要保证支座的稳定性，不能出现移动现象；但是设计钢梁架时，只需要考虑它的横向和竖向的受力情况即可。设计人员需要在设计方案中体现出每个构件和结构的受力情况，防止失稳情况的发生。钢结构的稳定性需要设计方案和实际施工相互配合，只有在施工中严格按照设计方案执行，减少人工误差，加强细节控制，才能确保钢结构的稳定性符合实际要求。

2.2抗震计算方式

如果钢结构有着较高的整体高度，那么计算过程中可以采用振型分解反应谱法。设计人员需要对工程所在区域具体抗震要求进行确定，通常在4~6级抗震等级要求的地区可以根据具体规范中的标准合理设置，要注意考虑建筑物自身情况和当地地质情况，确保设计抗震强度能够和实际标准需求相符合。设计人员还要分析建筑场地类型，根据当地抗震设防烈度要求明确抗震方法。在计算地震作用过程中需要计算重力荷载代表值，用恒荷载标准值加活荷载组合值确定最终荷载值。其中，活荷载的组合值系数为 0.5，各结构具体活荷载组合值系数也为 0.5，屋面部分的活荷载数值不记入其中。

2.3防火设计

第一，要考虑钢结构弹性变形，对温度升高后钢结构膨胀情况以及降温后钢结构的形状变化进行细致的分析。第二，要重点考虑塑性变形。在温度变化后钢材可能会产生永久变形无法恢复原状。在建筑钢结构抗震设计中需要明确防火材料和防火等级，从实际情况出发保证和实际要求相符合，有力控制地震时期伴发的火灾等问题对建筑产生的影响。

2.4防腐设计

钢结构由于构件材料的特殊性，设计人员务必要重视防腐设计。钢结构的腐蚀类型主要有两种，分别是电化学腐蚀和化学腐蚀，这两种腐蚀会严重影响钢结构的稳定性，因此设计人员必须要做好防腐设计。防腐设计主要有两种方法：①使用防锈漆，降低钢结构发生腐蚀情况的概率，控制钢结构的腐蚀程度；②对钢结构进行定期的检查、维护和保养，及时发现钢结构的腐蚀问题，并采取相应的措施，利用永久性的涂装方法，有效地起到防腐效果。钢材的质量也是造成钢结构出现腐蚀现象的原因之一，因此设计人员要提前做好钢材腐蚀效果的调查工作，并根据施工地点的实际气候情况进行综合考虑，选择合适的防腐方法。管理人员在钢材进场后，要做好质量检查，避免由于钢材质量而出现腐蚀情况，影响结构的稳定性。

2.5整体分析其稳定性

在建筑工程当中，钢结构的稳定性会受到杆件性能的影响。因此，应该保持稳定性与杆件之间有较强的联系，设计人员在对稳定性开展分析工作的时候，可以从钢结构整体下手。对于钢结构而言，是通过各个杆件组成的整体，一旦其中一个杆件出现了变形与失稳，就必然对其他刚性连接的杆件产生连带影响。

结束语

在建筑行业不断发展的今天，钢结构仍然是高层建筑中最常用的施工技术，不仅空间跨度大，安全便捷，而且抗震性高，施工周期短，能为建筑企业创造更多的经济价值。在钢结构稳定性的设计中，设计人员要根据工程的实际要求，对钢结构进行全面的分析，采用合适的计算方法进行设计。从设计要点出发，根据钢结构的整体优势，大幅提升钢结构实际设计质量与整体稳定性，促进国内建筑业实现健康长足发展目标。

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