钢结构建筑稳定性设计的要点分析

钢结构建筑稳定性设计的要点分析

马天野

中国建筑第八工程局有限公司浙江省杭州市310000

摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对钢结构的应用也越来越广泛。钢结构在现代工业厂房设计中极为常见，但由于其存在荷载计算困难、构件设计参数不准以及整体结构复杂等一系列问题，导致在建筑设计中常常会出现各类质量以及成本问题，并严重影响钢结构建筑的综合效益。本文首先对工业建筑轻钢结构概述，其次探讨空间结构设计要点，并为类似的工程提供参考。

关键词：钢结构；稳定性；设计

引言

钢结构建筑建设中时常会因为设计不合理、材料质量不达标、技术操作不规范等诸多原因出现失稳现象，严重威胁建筑物的使用安全。因此，要想从根源上提高钢结构建筑的稳定性，就需要从设计入手，根据拟建项目实际使用需要及现场地质条件、气候条件等选择合适的钢材及结构形式，明确技术标准及质量要求，为钢结构建筑的长久稳定使用奠定基础。

1工业建筑轻钢结构概述

门式钢架轻型房屋相较于传统的混凝土现浇房屋而言，设计人员在使用轻钢结构的时候能够充分体现出利用范围广的特性，并且可以有效提高施工工作的效率，这是很多传统混凝土浇筑施工工艺所无法比拟的优势，在使用期间不会出现工期滞后或者对周边环境造成污染的情况，在工业建筑中已经得到了广泛应用。轻钢结构技术在应用期间会使用大规模数量的钢制骨架或者螺栓材料等，在实际施工的时候只需要进行简单组装便可以实现预期的目标，有效缩短了施工周期，确保工程在实施过程中达到目标强度，符合使用需求。

2工业建筑钢结构设计中存在的问题

2.1荷载计算困难

工业厂房的建筑钢结构需要经过多次调整对比，以确保能够在保障建筑稳定性的前提下，满足业主对厂房的空间使用需求。为此要求设计人员在工作过程中需要精准计算建筑荷载数据，以此分析厂房钢结构应力是否合理。然而在这一过程中，部分设计人员在对建筑荷载进行计算时没有综合考虑其各项因素，因此导致建筑的支撑结构设计不当，难以对建筑结构起到良好的支撑作用，从而不仅严重影响了建筑质量，也不利于合理控制施工成本。

2.2结构稳定性问题

建筑结构的稳定性首先依赖于正确估算各种静态和动态荷载，包括风荷载、雪荷载、地震荷载等。如果这些荷载估算不准确，就容易导致结构不稳定。同时，结构的稳定性与所选用的钢材的强度和刚度密切相关。如果选择的钢材强度不足或刚度不够，结构会变得不稳定。同时，在设计中，需要考虑各种不同工况下的荷载组合，如常规荷载、临时荷载、地震荷载等。如果荷载组合选择不当，结构在某些情况下会失稳。建筑中的动态荷载，如风荷载和地震荷载，可以导致结构的振动和共振现象，如果没有妥善考虑这些动态效应，结构稳定性会受到威胁。第三，建筑的几何形状和布局对结构稳定性有很大影响。例如，悬臂结构、高层建筑和斜向构件的不当设计会导致结构失稳。间距和横梁间距的选择也是一个关键因素。如果这些距离选择不当，会导致结构在某些部分出现弯曲或局部屈曲，从而影响结构的整体稳定性。

2.3体型系数

这里特指风荷载体型系数，它是指风作用在建筑物表面一定面积范围内所引起的平均压力或吸力与来流风的速度压的比值，它主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。由于它涉及的是关于固体与流体相互作用的流体动力学问题，对于不规则的固体，问题比较复杂，无法给出理论上的结果，一般均由试验确定。轻钢房屋属于对风荷载比较敏感的结构，考虑阵风作用，现行《门式钢架轻型房屋钢结构技术规范》要求，在计算主钢架时，对基本风压适当提高，系数取1.1；在计算檩条、墙梁和屋面板时，系数取1.5。

3空间结构设计要点

3.1结构体系及主支撑结构

该屋盖的主结构为大跨度悬挑钢桁架+支撑体系结构，主支撑结构为V型支撑。屋盖的中间位置在横向上设有大跨度的悬挑三角主桁架，纵向上对主桁架的前、后端部及支座位置加设了三榀联系桁架，以增强主桁架的侧向支撑，提高整体结构的稳定性。钢桁架的应用既能够将内力转化成杆件的轴力，也可以简化结构受力，便于整个结构及单杆件稳定性的设计及控制。同时，为了进一步优化屋盖钢结构的稳定性，使整体结构有足够的刚度承受各种荷载，还增设了横向的联系桁架、系杆、隅撑和屋面交叉支撑等。支座支撑结构布置：屋盖前支撑是用双V型支撑与看台的顶柱连接，形成四角锥型；后支撑是采用V型支撑与一层的平台楼面相连，并加设了刚性杆，从而增强屋盖钢结构的抗拉能力、抗压性及抗倾覆能力。

3.2伸缩缝处理建议

温度变化对于有桥式吊车的钢结构厂房影响较大，设计不合理会导致柱间支撑中的压杆严重弯曲，对于有桥式吊车的厂房纵向伸缩缝的间距的设置设计师应特别注意。根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》对房屋温度区段长度的要求，纵向不大于300m，横向不大于150m。一般对于超过温度区段长度的厂房，在处理纵向温度伸缩时解决方案是可以设置双列柱或设置一个伸缩开间。当采用设置伸缩开间的方式时，设计时应注意在设置伸缩开间的两侧布置支撑，这样做可以保证伸缩开间的两侧都各自独立形成稳定的几何不变体系，两侧的水平力不互相传递，在伸缩开间的系杆、檩条上的螺栓孔设置成长圆孔，通过实现自由伸缩来释放纵向的温度应力。在处理横向温度伸缩时解决方案是采用在柱顶的位置安装滑动支座。设计师在伸缩缝处将钢梁设置成滑动支座时，钢梁截面将加大，对工程造价有较大影响。在实际工程中需要充分考虑到工期、造价变化等因素的影响，来确定厂房的平面尺寸，这样可以达到更好的经济效益。

3.3抗震设计

地震会引起刚结构倒塌、节点损坏、构件损坏等现象，结构坍塌的原因主要是结构屈服强度和抗弯刚度分布不均匀；而连接部位的破坏是由于节点区的应力集中，以及焊接部位的缺陷造成；构件破坏是因为在钢架中支座在重复拉压荷载作用下所产生的轴向压力超过了其稳定极限，从而引起钢架的不稳定。抗震设计是提高钢结构稳定能力的一条主要途径，可以遵循下列程序来进行抗震作用的设计：①提出对钢结构进行抗震设计的具体要求，及加强屋面板和屋面框架的构造措施。②通过对钢架支承形式的选择对钢架的抗震设计计划进行优化。③通过采用底剪法、反应谱法、时程分析等方法，结合稳定设计，克服钢结构体系协调性能差的问题，提高钢结构的整体抗震性能。

3.4受力传递与连接性能

结构节点设计在建筑钢结构中具有关键作用，它承担了将不同构件之间受力连接起来的重要任务。在节点设计中，受力传递和连接性能是至关重要的考虑因素。节点必须能够有效地将受力从一个构件传递到另一个构件，确保结构的整体稳定性和安全性。为实现这一目标，需要选择适当的连接方式和连接件类型，如螺栓、焊接等。不同的连接方式适用于不同的结构形式和荷载情况。在节点设计中，需要确保连接的牢固性和可靠性，避免连接失效或产生过大的应力集中，以保证结构的稳定性和安全性。

结语

综上所述，在实际设计中重点加强结构的抗风荷载能力，以增强整个屋盖结构的稳定性。由此可知，在钢结构建筑稳定性设计中必须要充分考虑各种荷载及工况下影响结构稳定性的因素，然后采取针对性措施确保钢结构的稳定性，为钢结构建筑长久稳定使用提供保障。

参考文献

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