基于稳定性原则的建筑工程钢结构设计要点

丁宏年　赵晨杰

摘要：在建筑工程建设中，钢结构凭借本身自重轻、强度高、结构性能好等优点得到了广泛应用，受到了工程技术人员的广泛关注。不过，在建筑工程钢结构设计中，如果稳定性不足，可能会导致结构破坏，引发严重后果。本文结合建筑工程钢结构稳定性设计问题，对其设计要点进行了讨论和分析。

关键词：稳定性；建筑工程；钢结构；设计要点

引言

最近几年，高层建筑逐渐成为了城市建筑发展的主流方向，在一定程度上解决了城市住房用地紧张的问题，但是高层建筑本身较大的自重对于基础的承载能力要求较高，钢结构的应用，有效减少了建筑工程对于基础承载力的要求，在提高施工效率、降低成本造价等方面发挥着重要作用，做好建筑工程钢结构设计非常重要。

1.建筑工程钢结构稳定性设计的意义

相比较混凝土结构，钢结构具有自重轻、抗震性好、施工简单、效率高等优点，在建筑工程建设中有着广泛的应用，在我国，经过了长期的发展，钢结构建筑的数量不断增加，受到了社会各级的广泛关注，如2008年北京奥运会场馆“鸟巢”，采用的就是钢结构形式。但是从目前的发展情况分析，钢结构在设计过程中存在着稳定性不足的问题，分析其原因，主要是设计人员缺乏稳定性设计的相关概念，没有对材料本身的力学性能以及钢结构的特点进行充分了解，或者为了降低成本，没有能够严格要求，对一些关键性的结构点进行了简化，导致其稳定性不足，进而引发巨大的人员伤亡和经济损失。因此，做好建筑工程结构稳定性设计意义重大，其不仅关系着建筑工程本身的施工质量，而且关系着住户的生命财产安全，必须得到足够的重视。

2.建筑工程钢结构稳定性设计的方法和要点

2.1原则。在针对建筑工程钢结构进行稳定设计时，需要确保构件设计与结构计算结果的一致性，明确细部构造的标准和要求，避免盲目设计的情况。以简支梁抗弯性能的设计为例，需要确保不动铰支座能够对结构进行固定，避免位移现象，同时确保简支梁可以在适当范围内转动，并且需要能够在一定程度上控制梁绕纵轴的扭转，保证应力的合理分配。同时，应该重视对于框架结构的稳定性进行准确计算，就目前而言，在建筑工程钢结构设计中，采用的框架结构包括了单层框架和多层框架，而无论是哪一种情况，一般都会以框架柱的稳定计算来代替框架的稳定性分析。而实际上，框架稳定性的分析需要结合具体情况，涉及的内容众多，如果设计人员重视不足，就可能出现安全隐患。因此，在进行钢结构稳定性设计的过程中，需要确保稳定性计算所用方法合理，与具体的计算对象保持一致。

2.2方法。结合相关经验，一般需要在外部荷载的作用下，对钢结构的稳定性问题进行讨论和分析，主要设计分析方法有三种，一是静力法，适用于已经出现微小结构变形的情况，通过对其受力条件的分析，构建相对平衡的微分方程，结合方程计算相关荷载的临界值。在实际应用中，如果需要对平衡微分方程进行构建，需要满足两个基本条件，其一，构件本身属于截面的直杆，其二，压力必须始终遵循之前的轴线作用，不能出现过于强烈的变化；二是动力法，适用于对处于平衡状态下的结构体系的研究，如果通过施加干扰的方式打破平衡，则结构会出现相应的振动，引发结构变形、振动加速等，这些与钢结构整体荷载有着密切的联系。如果荷载值较低，超出钢结构本身稳定性的极限荷载时，结构变形和振动加速的方向与之前相反；三是能量法，如果钢结构承受的荷载为保守力，则可以结合现有的受力条件，对结构的总体势能进行构建。如果结构本身同样处于平衡状态，则需要对其总体势能进行准确计算，结合计算结果来进行钢结构的稳定性设计。

2.3要点。（1）形式选择：在对钢结构形式进行选择设计时，稳定性是需要重点考虑的问题。就目前而言，在建筑工程钢结构设计中，一般都是以平面系统的设计为主，如比较常見的框架结构等。因此，在对平面钢结构稳定性设计值进行计算时，必须保证结构构件的布置与计算方法一致，在计算中，需要根据实际情况，确定是否应该增加支护强度的计算。

（2）防火设计：防火设计对于钢结构稳定性的设计意义重大，在钢结构中，虽然钢材本身并不会发生燃烧，但是其本身具有不耐高温的特点，当温度达到一定程度后，钢材可能会发生断裂或者变形，进而导致结构整体失稳，引发严重的安全事故。因此，防火设计是钢结构稳定性设计中一项必须关注的内容。在钢结构防火设计环节，应该注意，其防火性能较传统的钢混建筑防火性能要低，在现有的技术条件下，钢结构防火设计一般会采用两种不同的形式，一是在结构中加入具备良好防火隔热性能的保全板，实现对于火灾的有效预防，二是可以在钢结构中涂抹相应的防火涂料，提升其防火性能。

（3）防腐设计：钢结构在使用过程中，容易受自然因素的影响，尤其是长期暴露在室外环境下，很容易出现锈蚀的情况，在影响其外观质量的同时，也会导致结构稳定性的下降。因此，在建筑工程钢结构设计中，基于稳定性考虑，需要重视防腐设计，一般是通过涂抹防腐涂料的方式来实现。设计人员需要结合建筑工程的实际需求，对防腐涂料进行合理选择，通过规范的施工，保证良好的防腐效果。

3.结语

总而言之，在科学技术飞速发展的带动下，钢结构作为一种非常有效的结构形式，在建筑工程领域得到了广泛应用，也受到了越来越多的关注，凭借其自身的优点，在建筑工程建设中发挥着非常积极的作用。在钢结构设计中，需要重视结构的稳定性问题，结合稳定性原则进行设计工作，把握设计要点，通过深入的分析和探讨，推动建筑工程结构设计水平的提高，促进建筑行业的稳定健康发展。