建筑工程中钢结构设计的稳定性探讨

杨丽平

【摘要】近年来，钢结构在建筑工程中得到了广泛的应用，但是，由于设计缺陷也引发了一些质量问题，造成了严重的影响。本文主要对建筑工程中钢结构设计的稳定性进行了探讨，首先明确了钢结构稳定性设计的原则，其次分析了钢结构稳定性设计的特征与影响因素，最后提出了三种分析方法。

【关键词】建筑工程；钢结构设计；稳定性

近年来，随着钢结构工程日益增多，钢结构设计的稳定性引起了人们的关注。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。所以，必须要高度重视钢结构的稳定性设计。

一、 建筑工程中钢结构稳定性设计的原则

1、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。

2、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。有鉴于此，建筑设计师应当重视剪力的调整，并充分考虑建筑施工的实际情况，对钢结构的不同程度剪力进行设计，从而充分发挥钢结构的稳定性。

3、注重强柱弱梁的设计

钢结构的设计还应当将柱梁的整体性进行充分考虑。通常情况下，一个安全合理的钢结构设计，应当在遇到水平荷载较大或者突发强震等情况时，使塑性铰出现在梁上，而不是出现在柱子上。这样设计的目的是为了提高钢结构的抗压性，确保其整体性不会在短时间内被破坏，并尽快恢复到变形前的形态。我国建筑行业相关标准中明确规定，在设计柱梁时，应当分析和计算其弹塑性，只有确定其塑性铰会在梁上出现，才能满足设计要求。

二、建筑工程中钢结构稳定性设计的特征

第一，钢结构有着多样性。由于建筑工程的具体用途不同，对于钢结构的形式以及安全要求程度也各不相同，一般是通过钢结构设计来满足这些要求。一般情况下，不管是什么形式的钢结构，在设计时都必须重点关注其受压部位，从而分析和探究其稳定性。

第二，钢结构有着整体性。一个钢构件无法有效应用于建筑工程当中，所以，要将若干个钢构件科学地连接在一起，按照整体的形式展现出来，以确保整个结构的安全性，也就是说，在分析钢结构的稳定性时，不仅需要从整体的角度来分析，而且还需要对其微观层面进行关注，确保不会出现某一钢构件受损的情况，从而最大程度提高钢结构的安全性和稳定性。

第三，钢结构有着相关性。钢结构的相关性与整体性是密切相连的，其内部结构是否能够有效地发挥各自的功能和作用，和其安全性、稳定性有着密切的关系，一旦中间有一环存在风险，就会给整体的安全带来威胁。特别是对于采用多种连接方式连接到一起的钢结构，更需要注意其各个连接部位有无缺陷，否则会对钢结构的整体产生非常大的影响。

三、 建筑工程中钢结构稳定性的分析方法

钢结构稳定性的分析方法主要是针对在外部荷载作用下钢结构出现变形的情况下进行的，这种变形应当和所研究的钢结构稳定性失衡时导致的变形所对应。常用的对钢结构稳定性进行分析的方法主要有以下几种：

1、平衡法

平衡法也称中性平衡法或者静力平衡法，这是一种最基本的计算钢结构稳定极限荷载的方法。对于有平衡分岔点的弹性稳定问题，在分岔点的附近会存在两个相对比较临近的平衡状态，其一是原结构的平衡状态，其二则是已经出现微小变形的结构的平衡状态。而平衡法就是依据这一已经产生微小变形后结构的受力条件而建立的平衡方程来求解的，如果通过计算得出的解不止一个，则当中的最小值才是该结构的分岔屈曲荷载。通常情况下，建筑设计人员往往只需要计算出钢结构的屈曲荷载，因此，作为较为精确的计算方法，平衡法被广泛应用。但需要说明的是，平衡法只能对屈曲荷载进行求解，并不能对钢结构平衡状态的稳定性进行分析和判断。

2、动力法

在平衡状态下的钢结构体系，如果受到来自外界的微小干扰时，很容易会发生振动现象，此时就需要采用动力法来分析钢结构的稳定性。具体而言，当钢结构的荷载小于稳定的极限值时，钢结构的变形方向和加速度方向正好相反，因此，当外界干扰撤销之后，运动会逐渐静止，此时钢结构的平衡状态是稳定的；而当钢结构的荷载大于稳定的极限值时，钢结构的变形方向和加速度方向正好相同，因此，当外界干扰撤销之后，运动依然会持续，此时钢结构的平衡状态则是不稳定的；只有钢结构在临界状态的荷载才是其屈曲荷载，其可以依据振动频率为零的条件解得，实际上，动力法是一种结构动力的稳定问题。

3、能量法

如果在实际应用当中钢结构承受着保守力，并已具备结构变形的相关受力条件，则可以由此构建总的势能。总的势能是钢结构的应变能与外力势能相加的和，如果钢结构处于平衡状态下，则总势能必然会存在驻值，换而言之，想要计算钢结构的总体势能，需要满足钢结构处于平衡状态下这一前提条件。

四、 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。

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