基于穩定性原則的建筑工程鋼結構設計要點

丁宏年　趙晨杰

摘要：在建筑工程建設中，鋼結構憑借本身自重輕、強度高、結構性能好等優點得到了廣泛應用，受到了工程技術人員的廣泛關注。不過，在建筑工程鋼結構設計中，如果穩定性不足，可能會導致結構破壞，引發嚴重后果。本文結合建筑工程鋼結構穩定性設計問題，對其設計要點進行了討論和分析。

關鍵詞：穩定性；建筑工程；鋼結構；設計要點

引言

最近幾年，高層建筑逐漸成為了城市建筑發展的主流方向，在一定程度上解決了城市住房用地緊張的問題，但是高層建筑本身較大的自重對于基礎的承載能力要求較高，鋼結構的應用，有效減少了建筑工程對于基礎承載力的要求，在提高施工效率、降低成本造價等方面發揮著重要作用，做好建筑工程鋼結構設計非常重要。

1.建筑工程鋼結構穩定性設計的意義

相比較混凝土結構，鋼結構具有自重輕、抗震性好、施工簡單、效率高等優點，在建筑工程建設中有著廣泛的應用，在我國，經過了長期的發展，鋼結構建筑的數量不斷增加，受到了社會各級的廣泛關注，如2008年北京奧運會場館“鳥巢”，采用的就是鋼結構形式。但是從目前的發展情況分析，鋼結構在設計過程中存在著穩定性不足的問題，分析其原因，主要是設計人員缺乏穩定性設計的相關概念，沒有對材料本身的力學性能以及鋼結構的特點進行充分了解，或者為了降低成本，沒有能夠嚴格要求，對一些關鍵性的結構點進行了簡化，導致其穩定性不足，進而引發巨大的人員傷亡和經濟損失。因此，做好建筑工程結構穩定性設計意義重大，其不僅關系著建筑工程本身的施工質量，而且關系著住戶的生命財產安全，必須得到足夠的重視。

2.建筑工程鋼結構穩定性設計的方法和要點

2.1原則。在針對建筑工程鋼結構進行穩定設計時，需要確保構件設計與結構計算結果的一致性，明確細部構造的標準和要求，避免盲目設計的情況。以簡支梁抗彎性能的設計為例，需要確保不動鉸支座能夠對結構進行固定，避免位移現象，同時確保簡支梁可以在適當范圍內轉動，并且需要能夠在一定程度上控制梁繞縱軸的扭轉，保證應力的合理分配。同時，應該重視對于框架結構的穩定性進行準確計算，就目前而言，在建筑工程鋼結構設計中，采用的框架結構包括了單層框架和多層框架，而無論是哪一種情況，一般都會以框架柱的穩定計算來代替框架的穩定性分析。而實際上，框架穩定性的分析需要結合具體情況，涉及的內容眾多，如果設計人員重視不足，就可能出現安全隱患。因此，在進行鋼結構穩定性設計的過程中，需要確保穩定性計算所用方法合理，與具體的計算對象保持一致。

2.2方法。結合相關經驗，一般需要在外部荷載的作用下，對鋼結構的穩定性問題進行討論和分析，主要設計分析方法有三種，一是靜力法，適用于已經出現微小結構變形的情況，通過對其受力條件的分析，構建相對平衡的微分方程，結合方程計算相關荷載的臨界值。在實際應用中，如果需要對平衡微分方程進行構建，需要滿足兩個基本條件，其一，構件本身屬于截面的直桿，其二，壓力必須始終遵循之前的軸線作用，不能出現過于強烈的變化；二是動力法，適用于對處于平衡狀態下的結構體系的研究，如果通過施加干擾的方式打破平衡，則結構會出現相應的振動，引發結構變形、振動加速等，這些與鋼結構整體荷載有著密切的聯系。如果荷載值較低，超出鋼結構本身穩定性的極限荷載時，結構變形和振動加速的方向與之前相反；三是能量法，如果鋼結構承受的荷載為保守力，則可以結合現有的受力條件，對結構的總體勢能進行構建。如果結構本身同樣處于平衡狀態，則需要對其總體勢能進行準確計算，結合計算結果來進行鋼結構的穩定性設計。

2.3要點。（1）形式選擇：在對鋼結構形式進行選擇設計時，穩定性是需要重點考慮的問題。就目前而言，在建筑工程鋼結構設計中，一般都是以平面系統的設計為主，如比較常見的框架結構等。因此，在對平面鋼結構穩定性設計值進行計算時，必須保證結構構件的布置與計算方法一致，在計算中，需要根據實際情況，確定是否應該增加支護強度的計算。

（2）防火設計：防火設計對于鋼結構穩定性的設計意義重大，在鋼結構中，雖然鋼材本身并不會發生燃燒，但是其本身具有不耐高溫的特點，當溫度達到一定程度后，鋼材可能會發生斷裂或者變形，進而導致結構整體失穩，引發嚴重的安全事故。因此，防火設計是鋼結構穩定性設計中一項必須關注的內容。在鋼結構防火設計環節，應該注意，其防火性能較傳統的鋼混建筑防火性能要低，在現有的技術條件下，鋼結構防火設計一般會采用兩種不同的形式，一是在結構中加入具備良好防火隔熱性能的保全板，實現對于火災的有效預防，二是可以在鋼結構中涂抹相應的防火涂料，提升其防火性能。

（3）防腐設計：鋼結構在使用過程中，容易受自然因素的影響，尤其是長期暴露在室外環境下，很容易出現銹蝕的情況，在影響其外觀質量的同時，也會導致結構穩定性的下降。因此，在建筑工程鋼結構設計中，基于穩定性考慮，需要重視防腐設計，一般是通過涂抹防腐涂料的方式來實現。設計人員需要結合建筑工程的實際需求，對防腐涂料進行合理選擇，通過規范的施工，保證良好的防腐效果。

3.結語

總而言之，在科學技術飛速發展的帶動下，鋼結構作為一種非常有效的結構形式，在建筑工程領域得到了廣泛應用，也受到了越來越多的關注，憑借其自身的優點，在建筑工程建設中發揮著非常積極的作用。在鋼結構設計中，需要重視結構的穩定性問題，結合穩定性原則進行設計工作，把握設計要點，通過深入的分析和探討，推動建筑工程結構設計水平的提高，促進建筑行業的穩定健康發展。