钢结构设计稳定性原则及其设计要点简述

刘海涛

摘要：钢结构是建筑工程设施工时常用的一种结构模式，钢结构的稳定性对整个建筑的质量有一定的影响。钢结构的稳定性常体现在防火、防腐等方面。为了保证钢结构拥有更好的稳定性，需要在设计方案之前，对工程建设环境以及建筑物的要求进行充分调查研究，这样才能使钢结构的防火、防腐性能达到预期效果。本文针对建筑工程中的钢结构设计的原则以及存在的问题进行分析，希望给相关从业人士一定的参考。

关键词：建筑工程;钢结构设计;稳定性原则;防火设计;防腐设计

引言

在建筑行业中，钢结构建筑是较为常见的一种建筑结构。在进行钢结构建筑施工过程中，由于建筑物所在的市场环境较为复杂，周围的建设条件恶劣以及技术水平有限等问题，会对钢结构建筑的稳定性和安全性造成影响。一旦钢结构建筑的稳定性受到影响，会对人们的生活以及工作造成直接影响，甚至威胁人们的生命安全。因此，钢结构建筑的设计人员在进行方案设计时，应当遵循钢结构稳定性设计原则，保证建筑的一致性与整体性，提高钢结构设计工作的质量。科学合理的钢结构设计方案，可以使人们的居住环境得到应有的保障，让人们能更有效率地投入到其他行业的生产建设中，对推进社会经济的发展有着积极的影响。

一、研究建筑工程钢结构设计稳定性原则与设计要点的现实意义

随着社会经济的不断发展，城市化建设逐渐扩张，在建筑行业人们对建筑物的要求也逐渐增高。钢结构建筑物拥有施工速度快，结构性能好的优势，被广泛应用于各类建筑物结构中。由于建筑行业的发展速度过快，但是相关建设手段和技术并没有跟上发展的脚步，导致施工建设过程中会出现一些问题，比如建筑工程中的钢结构设计稳定性方面，仍然会受到一些随机因素的影响，使得稳定性难以得到有效控制。尤其是在建筑行业的高层建筑中，如果采用钢结构设计，那么对钢结构设计的要求就更加严格。因此相关的设计研究人员应该针对以往的钢结构工程进行具体的统计分析，依据钢结构稳定性的设计原则，设计相应的钢结构设计技术方案，以此提高钢结构，建筑工程的稳定性。在如今市场环境多元化发展的进程中，设计人员应当重视结构的稳定性，来保障人们生活水平以及安全。

二、建筑工程钢结构设计的稳定性原则

（一）一致性

在进行建筑工程钢结构设计时，应当遵循一定的设计原则，首先应保证构造与建筑结构设计一致性，使得钢结构的稳定性与钢结构的细部构造保持一致。比如在进行节点连接设计时，弯矩的传递是否要进行区分，主要在于刚度与柔度，以此保证基础的性能达到预期效果。再以设计桁架节点为例，相关设计人员应当尽量减少杆件偏心问题，这样可以保障构件细部构造设计的稳定性能。因此，如果工程建设对钢结构提出了稳定性的要求，就需要采取一致性原则，将细部构造设计进行调整。如果以简支梁抗弯能力控制角度来看，应该保证组织不动铰支座位移的情况下，对平面方向的移动进行限定。但是由于需要保证钢结构梁的整体稳定性能，因此还需要对梁绕纵的扭转轴进行一定控制，从而确保梁能够在水平面上进行转动。

（二）整体性

钢结构设计稳定性的另一个原则是整体性。因为建筑工程钢结构是依据平面体系进行设计控制的，所以设计时需要考虑的因素不仅仅是桁架，还要考虑框架因素。因此在进行钢结构设计过程中，要想保证平面结构的稳定性不出现失稳的情况，就需要设计人员按照整体性的原则进行设计，也就是通过杆件的支撑设计。

三、建筑工程钢结构的设计要点控制

（一）防火设计要点

由于钢结构建筑工程当中的主要材料都是钢筋，因此设计人员在考虑防火设计时，需要考虑钢材本身的燃烧性能以及耐高温性能等因素。需要考虑到，随着温度的提高，钢材会否出现断裂的情况，当温度达到何值时，钢结构建筑会出现失稳的情况。通过研究发现，与钢筋混凝土结构的建筑工程相比，钢结构建筑的防火性能较差。设计人员应通过设置保全板来预防火灾。此外，还可将不同厚度的防火涂料涂抹至钢结构不同位置。对于透明位置，可直接涂抹装饰漆来达到预期的工程防火性能。

（二）防腐设计要点

在建筑物中，钢筋材料会受自然因素影响且程度较大。如，钢筋材料长期处于室外环境，将出现锈蚀，不仅会影响钢筋材料的外观，还会降低钢筋材料质量。具体而言，一旦钢材受到外界环境的腐蚀影响，其具有性能效用的表面厚度就会减少，进而出现应力集中与钢结构应力下降等问题。为此，建筑工程钢结构防腐设计人员应综合考虑弯矩与屈曲后强度抗弯承载力比值，以及平面内外稳定应力比。如，建筑物钢结构的应力比超出限值，钢结构就会因失稳而增加整个建筑物的倒塌威胁。防腐设计技术就是通过涂抹防腐涂料，并保证涂料性能质量与所处工程建设要求一致，来达到预期的建设使用标准。

（三）随机因素设计控制

由于影响建筑工程钢结构体系保持稳定性的随机因素较多，因此，设计人员需将随机因素所带来的影响控制在结构参数与随机荷载输入范围内。否则，建筑工程的钢结构参数不确定，就会使得处于运营状态的结构响应存在偏差，进而降低结构作用的稳定性。为此，设计人员应将控制工作重点放在随机参数结构极值、跳跃型失稳以及干扰型屈曲等问题情况上。此前，钢结构设计人员应对随机因素的问题产生来源进行分析，以提高设计控制措施运用的有效性。经对以往建筑工程钢结构设计随机因素影响进行分析，主要成因集中在以下三点：

（1）几何、物理因素的不确定性，主要集中在钢结构设计材料、初始变形以及截面积等问题上。

（2）统计的不确定性影响，即在统计与钢结构设计稳定性相关的物理量与几何量时，智能结合有限样本确定概率密度分布函数。此时，获得的分布函数使用效果也十分有效，仅作用于局部钢结构。

（3）模型的不确定性影响，设计计算过程，无法涉及数学模型、边界条件以及假设等方面。

为此，要想对建筑工程钢结构设计随机因素进行有效控制，需借鉴先进技术方法，来提升钢结构的设计稳定性效果，进而降低因结构影响而出现建筑物失稳问题的发生率。

四、结束语

综上所述，建筑工程钢结构设计易受所处施工场地的自然因素影响，出现腐蚀与性能质量下降等问题。设计控制需通过涂抹防腐涂料来隔断钢筋材料与外界环境的联系。而防火设计，需结合工程项目的建设要求与既定的规范标准，通过涂抹防火涂料，来提高钢结构建筑的防火性能，进而规避火灾风险。只有这样才能将钢结构更趋可持续性的建设状态作用于建筑行业，进而达到用户预期的安全性与舒适度效果。因此，業内科研人员应研究不同建设条件与建设要求的建筑工程，以满足高物质生活水平下的建筑用户居住需求。

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黑龙江省建筑设计研究院