建筑結構穩定性設計要點

許立權

摘 要：我國的建筑在世界領域已經開始嶄露頭角，所以要想進一步的推動建筑領域的發展，在建筑結構設計中，必須充分考慮建筑的穩定性。本文主要對建筑結構穩定性設計要點進行了詳細的分析。

關鍵詞：建筑結構；穩定性設計；要點分析

1 前言

隨著經濟的飛速發展，我國的建筑業也迎來了高速的發展，與此同時，建筑安全問題也越來越重要，社會各界對工程的質量要求也變得越來越高了。所以為了保證我國工程建筑的質量，在工程建筑的過程中，應該采用注重建筑結構的穩定性，只有這樣才能保證建筑工程的安全。

2 建筑結構的穩定性設計原則

2.1 各個層面確保穩定性

由于建筑結構有關的技術數據很多，其中包含結構的阻尼比、水平載荷系數、抗震強度等等，下面以水平載荷系數作為例子來分析，建筑必須處在十分良好的狀況下水平載荷系數才是零，然而在實際的環境中是很難達到的，風載荷都會在不同的水準上對水平方向上的建筑穩定性產生作用，由于這些現實情況，設計者需要依據本地的實質環境狀況來設計水平載荷系數，最后防止建筑由于穩定性的因素造成的破壞。

2.2 剪力調整問題

剪力調整問題也是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，這無疑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，如豎向構件簡化為柱子，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，這主要是由斜撐的特點和作用來決定的，斜撐主要還是用作水平方向的支撐，但仍然需要承受豎向上一定的載荷，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。

2.3 強柱弱梁的設計

強柱弱梁注重的是建筑設計中柱、梁的整體性問題，這是由于結構在面臨很大的載荷時需要塑性鉸出現在梁上而不是柱子上，這樣才可以確保結構整體在使用過程當中不會產生瞬間損壞，并且在經過一定的外力作用后還能夠在很短的時間內快速恢復原始形態。國家的標準對于這些方面有比較明了的規則和條件，強柱弱梁的設計必須對其彈塑性進行計算和分析，只有滿足以上要求時才能夠認為其合格可用。

3 建筑結構穩定性設計要點分析

3.1 建筑工程中鋼結構穩定設計的特點

結構失穩，在形式上具有多樣化特點。有時，某一部位從表面上看并不受壓或不是主要受壓，但仍然會出現屈曲失穩問題。例如在簡支鋼板梁的端部復板處，一般情況下彎曲正應力較小，比較大的是剪應力。然而，縱橫兩個方向的剪應力相結合，就可能形成較大的斜向壓應力，并導致復板局部失穩。此外，結構的某些部位也有可能隨結構變形由不受壓變為受壓而導致失穩。

對于結構來說，它是由各個桿件組成為一個整體的。當一個桿件發生失穩變形后，它必然牽動和它剛性連接的其他桿件。因此，桿件的穩定性不能就某一根桿件去孤立地分析，應當考慮其他桿件對它的約束作用。這種約束作用是要從結構的整體分析來確定的，這就是結構穩定的整體性問題。

穩定的相關性，指不同失穩模式的偶合作用。例如，單軸對稱的軸心受壓構件，當在對稱平面外失穩時，呈現既彎又扭的變形，它是彎曲和扭轉的相關屈曲。另外，局部和整體穩定的相關，還常見于冷彎薄避型鋼構件。其壁板的局部屈曲一般并不立刻導致整體構件喪失承載能力，但它對整體穩定臨界力卻有影響。對于存在缺陷的桿件來說，局部和整體之間相互影響更具有復雜性。

3.2 鋼結構穩定性的計算方法

整體剛度計算。在現行的鋼結構計算規范中，通用的計算方法是軸心壓桿穩定計算方法，其主要采用是折減系數方法和臨界壓力求解法。其中，臨界壓力由歐拉公式給出。

整體穩定性分析。鋼結構建筑是由多種構件共同組成的一個整體，其整體穩定性受各種構件的制約較大，各構件之間是否具有良好的穩定性，是確保鋼結構整體穩定性的前提基礎。所以，應對其整體穩定性進行分析。

3.3 鋼結構穩定性的具體分析方法

靜力法。靜力法的分析原理是結合已經出現了微小變形后的一些結構受力的條件，并根據這些條件來建立相對平衡的微分方程。通過建立的微分方程仔細的計算出構件受力的臨界相關荷載。在實際中應用靜力法構件平衡微分方程時，應遵循相關設定，具體表現為：直桿構件應該為截面，其壓力應始終遵循之前的軸線進行作用。

動力法。當鋼結構的結構體系處于平衡狀態下時，若是受到一定的干擾，那么整個結構體系就會產生振動，這時應采用動力法對鋼結構的穩定性進行分析。鋼結構整體穩定性與其所承受的荷載有著密切關聯，在鋼結構出現變形以及鋼結構振動加速時，這種聯系更加緊密。若是鋼結構所承受的荷載值低于鋼結構自身穩定性的極限荷載值時，會出現加速度和之前的鋼結構變形的具體方向相反的狀況。

4 對于建筑工程中結構抗震設計分析

結構具有承載力高、抗震性能好、施工周期短等特點，特別適用于高聳的高層建筑。在高層鋼結構抗震設計中，節點連接良好的抗震設計是保證結構安全的重要一環。連接節點應滿足強度、延性和耗能能力三方面的要求，其連接強度應高于相連構件端部的屈服承載力，并且必須有較大的變形能力，用以彌補強度方面的缺陷。鋼材本身具有很好的延性，但這種延性在結構中不一定能體現出來，這主要是由于節點局部壓曲和脆性破壞而造成的，因此在設計中應采用合理的細部構造，避免應變集中而形成較大的約束應力。在材料的選用上應滿足強度、塑性、韌性及可焊性的要求。鋼材強度指的是抗拉強度和屈服強度，鋼材應具有較高的強屈比，其屈服強度的上限值和下限值應適當。鋼材的塑性表現在伸長率和冷彎性能兩項指標上，反映鋼材承受殘余變形量的程度及塑性變形能力。對抗震結構還必須滿足沖擊韌性的要求。鋼材另一重要的基本要求是對化學成分含量的限制，它將直接影響結構的可焊性，應控制鋼材的碳當量。在高層鋼結構中，厚鋼板的應用較為廣泛，在梁一柱節點范圍，當節點約束較強，板厚等于或大于40mm時，應附加要求板厚方向的斷面收縮率，以防發生平行于鋼材表面的層狀撕裂現象。

5 結束語

綜上所述，隨著經濟的發展和社會的不斷進步，建筑結構作為綠色環保建筑與我國的可持續發展戰略相符合，所以建筑結構的應用將會越來越廣泛，因此一定要對建筑結構穩定性設計進行詳細的分析，從而才能促進建筑行業向著更快更遠的方向發展。

參考文獻：

[1] 王多祥，靳同良.結構設計中穩定性分析探討[J].甘肅冶金，2014.