建筑工程項目中鋼結構設計的穩定性探究

丁 亮

(南京蘇夏工程設計有限公司)

建筑工程項目中鋼結構設計的穩定性探究

丁 亮

(南京蘇夏工程設計有限公司)

近幾十年來我們國家建筑行業發展形勢極好，建筑鋼結構也因其在建筑行業當中的顯著優勢而得到了相當廣泛和充分的應用，當然，隨之而來的也會有各個方面的問題，其中在建筑行業內表現最為突出的一點就是穩定性問題。本文正是在這樣一種現實背景之下，對建筑工程項目中鋼結構設計的穩定性進行研究，旨在探究其穩定性提高的措施和方法，希望能夠基于此來有效提高鋼結構施工的安全性和施工效益，在節約施工成本的基礎之上進一步保障其穩定性和使用質量。

建筑工程，施工項目，鋼結構設計，穩定性

一、建筑工程項目中鋼結構設計原則

建筑工程項目中鋼結構設計原則在穩定性上的體現主要包含以下三點[1]：一是組成部分以及整個體系的這樣兩個不同層面的穩定，二是剪力調整，三是強柱弱梁的設計。通常都可以通過這樣三個方面的設計來保證鋼結構構件在建設以及使用過程當中都不會發生不良的失穩狀況。

1 各個層面保證穩定性

鋼結構顯著的優勢和特點就是性能出眾，同時也正是這樣一個特點決定了其前期的工藝設計是十分復雜的，設計師不僅需要非常專業的數據統計，同時還需要對鋼結構的各項技術指標進行嚴密的檢測和測試，只有在各個方面完全達標以后才能夠將質量達標的鋼結構投入到大批量的生產和使用當中去。與鋼結構相關的技術參數較多，包括水平載荷系數、抗震強度或者是結構的阻尼比等，這里以水平載荷系數為例來進行說明，建筑只有處于完全理想狀態之下水平載荷才會為零，但這在現實環境下是不可能實現的，風載荷等都會從不同程度上在水平方向上對建筑的穩定性產生影響，正是因為這樣一些客觀狀況，設計師就一定要根據當地的實際環境情況來對水平荷載系數進行設計，最終避免建筑因為穩定性的原因而產生坍塌。

2 剪力調整問題

剪力調整問題也是鋼結構穩定性設計過程當中需要高度關注和重視的一個問題，這主要是因為隨著我們國家經濟水平和技術水平的持續提高，建筑樓層越來越高，建筑形式也越來越復雜，斜柱或者是不對稱結構等異形結構出現的頻率非常之高，這毫無疑問是對建筑穩定性設計提出了更高的要求。目前為止，我們國家在進行建筑設計時多采用簡化的方式來進行處理，如垂直構件簡化為柱子，斜構件簡化成斜桿等，通常情況下這樣一種簡化并不會產生太大的問題，但是在進行框架柱剪力調整時就會有非常嚴重的影響，這主要是由斜柱的特點和作用來決定的，斜柱主要還是用作水平方向的支撐，但仍然需要承受豎直方向上一定的載荷，這樣一部分載荷產生的剪力是不能夠忽略的，因此，剪力調整問題的良好處理將在相當大程度上提升鋼結構設計的穩定程度。

3 強柱弱梁的設計

強柱弱梁強調的是建筑設計中柱和梁的總體性問題，這主要是因為鋼結構在面臨較大的載荷時需要塑性鉸出在梁上而不是柱子上，這樣才能夠保證鋼結構整體在使用過程當中不會發生瞬間破壞，且在經過一定的外力作用后仍然能夠在較短的時間內迅速恢復初始形態。國家標準對于這樣一些方面有明確要求和規定，強柱弱梁的設計必須對其彈塑性進行計算和分析，只有滿足上述要求時才能夠認為其合格可用。

二、鋼結構穩定性設計的特點分析[2]

鋼結構設計除了應當遵守基本的國家規范、章程以外，還需要和建筑設計工作進行緊密的聯系和配合，具體來說，就是要充分而全面的考慮到建筑的設計高度、抗震強度等多方面的因素，結合建筑自身的特點、使用功能、施工條件、環境條件、施工水平、荷載種類和性質、材料質量與發展水平等多方面客觀條件，最終盡可能的選擇出最優化的結構體系設計來，經濟合理的同時保證安全高效。下文當中先簡要說明鋼結構穩定設計的特點。一是鋼結構自身多樣性，根據建筑實際用途，通常會對鋼結構有不同程度的安全要求和形式要求，而這樣一些要求的滿足都需要從鋼結構的設計當中體現出來，在對多種多樣鋼結構形式進行考慮和設計時，還是有跡可循的，通常來說，無論什么樣形式的鋼結構，在對其進行設計的過程當中都需要特別注意其相關受壓部位，基于此來探究和分析鋼構件的穩定性；與此同時還需要注意的事，即便部分鋼結構本身不受壓，但是如果由于外力作用導致鋼結構變形的話，也同樣還是會導致鋼結構由不受壓轉變成為受壓，這一點也是要考慮在內的。其次就是鋼結構自身具有整體性，這樣一點是毫無疑問的，單一的鋼構件完全不可能在大型建筑當中發揮作用，因此都是通過科學的連接方式以整體的形式來保障安全性，這意味著對鋼結構穩定性進行分析需要從整體角度來看，但仍然需要關注其微觀層面，包括部分內部結構，包括單一鋼構件的受損狀況等，盡可能避免鋼結構的安全穩定性因小失大[3]。最后就是鋼結構相關性的特點，其實這一點和鋼結構的整體性是息息相關的，正是因為鋼結構整體性，所以其內部結構之間功能作用的發揮和安全穩定的保障都是息息相關的，部門部件的不安全因素將導致整體的安全威脅。尤其需要注意的事，鋼結構依靠各種連接方式連接到一起，其連接部位是否存在缺陷是尤其需要注意的，否則影響面廣，對整體的影響更為復雜和難以排除。

三、鋼結構穩定性設計的影響因素

鋼結構穩定性設計原則的提出實際上就是基于鋼結構穩定性設計的具體特點，因此下文中進一步探究鋼結構穩定性設計的特點，具體包括三個方面：一是整體剛度與鋼結構失穩之間的關系，這樣兩者之間的關系十分密切，鋼結構剛度好壞直接由其整體構成來決定，正是因為這樣，鋼結構穩定性就成為了鋼結構的重要問題。二是鋼結構的整體穩定性問題，上文當中已經明確指出，無論是鋼結構整體還是鋼結構的組成部分，其性能都會對鋼結構整體穩定性產生較大影響，因此在實際建設過程當中，在對鋼結構穩定性問題進行處理時，就要把握整體觀念，并于此同時關注結構內部各個層面的狀況，如發現鋼結構內部出現細小變形，就要考慮到這非常有可能對鋼結構的整體內力分布帶來影響，最終影響整體的承載能力。最后就是鋼結構穩定具有相關性的問題，同樣是需要設計師予以一定關注的。

四、鋼結構穩定性的具體分析方法

在對鋼結構穩定性問題進行研究和分析時，都是基于外荷載作用的前提之下進行的，因此對變形以及對結構或構件失穩的必須同步進行，下文當中提出兩種常見的有效方法：一是靜力法，所謂靜力法，實際上就是利用靜力平衡方法，結合已經發生了微小變形的鋼結構受力條件來建立平衡微分方程，基于此獲得臨界載荷，從而對鋼結構的穩定性進行確定。二是動力法，動力法主要針對處于平衡狀態的結構體系，這樣一種體系如果施加微小的干擾就會使其發生振動，且這樣一種條件之下結構變形或者是振動加速度都和結構荷載有密切關系，當荷載比極限荷載值低時，加速度方向與變形方向相反，而荷載去除運動變為靜止，則結構又恢復到平衡狀態。

結語：社會經濟發展迅猛，我國建筑行業也長期處于良好的發展勢頭當中，而建筑行業飛速發展狀態下安全問題也不容小視，建筑設計師必須要在這樣一個方面做足功夫。建筑中鋼結構穩定性設計問題，絕非簡單的在施工階段付諸行動即可，而是需要從設計階段就開始做好各個方面的工作，是一項責任十分重大的任務，直接關系到人民群眾的生命和安全，以及整個建筑工程本身的經濟效益和社會效益。

[1] 吳文德.淺析鋼結構的穩定性設計[J].吉林工程技術師范學院學報，2012（5）

[2] 陳銘，何莉莉.淺談鋼結構穩定性設計[J].山西建筑，2012（2）

[3] 文平軍.建筑工程中鋼結構設計的穩定性與設計要點分析[J].江西建材，2014（23）

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1007-6344（2015）04-0155-01