建筑工程項目中鋼結構設計的穩定性探究

田宏

摘 要：隨著社會經濟的發展，建筑也獲得了廣闊的發展空間，建筑規模以及數量都呈現出了明顯的上升趨勢，為了提高建筑工程的建設速度與質量，鋼結構得到了廣泛的應用，但是鋼結構的穩定性極有可能受到多種因素的影響，如果不加以關注，整個建筑的使用質量以及安全性都將受到較為嚴重的影響。因此對鋼結構設計的穩定性展開探究是十分必要且重要的。文中將對建筑工程項目鋼結構設計的基本要點進行分析，并探究穩定性設計的主要特點以及有效方法。

關鍵詞：建筑工程項目；鋼結構設計；穩定性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.113

鋼結構具有施工便捷、周期短、抗震性能好、自重輕等優勢，因此近年來在建筑施工中的應用愈加廣泛，但是其穩定性問題不容忽視，部分單位為了將成本控制到最低，盲目開展施工建設，建設不規范、施工質量低等問題時有發生，繼而致使鋼結構的穩定性降低，甚至誘發嚴重的安全事故。為了避免問題的發生，各施工單位應當對鋼結構設計問題予以高度關注，嚴格按照規范開展施工設計與建設工作，對此展開探討有著重要的現實意義。

1 建筑工程項目鋼結構設計的基本要點

（1）布置與選型。鋼結構多用在高層建筑設計當中，此類建筑在選型設計的過程中應當全面考慮周圍環境、施工材質以及工程建設預算等因素，同時在設計內部結構時應當考慮到不同位置的實際需要，選擇符合建筑需要的建材展開施工，保證墻面、柱子、墻梁的力度與強度可以達標。

（2）估算構件截面。結構布置結束后，設計人員應當對斷面形

狀、梁柱尺寸等進行判斷與選擇，如選擇使用槽鋼、軋制或H型鋼截面。通常，估算構件截面時，板件厚度估算應當將截面高度、翼緣寬度等作為依據；截面高度、翼緣寬度估算應當將支座情況以及荷載情況作為依據；鋼梁選擇、梁柱大小與性質、支撐斷面的設計則都應當以及建筑需要為依據。

（3）設計構件與節點。首先是焊接，在焊接的過程中，工作人員應當嚴格按照相關規定設計焊縫的形式與尺寸，保證焊接的準確性與合理性；其次是栓接，在連接高層建筑鋼結構時，工作人員需要將高強螺栓作為傳力螺栓，其強度等級可以達到19.0s；再次是連接板，需將4毫米厚度的梁腹板加厚，然后對抗剪凈截面進行驗算；最后是梁腹板，要對栓孔位置的腹板抗剪凈截面進行驗算，并將其與高強承壓螺栓進行連接，然后對孔壁對應的承壓能力進行驗算。

2 建筑工程項目鋼結構穩定性設計的主要特點

（1）全面考慮實際情況。為了提高建筑的使用安全性以及舒適性，工作人員須在設計的過程中全面考慮實際情況，包括樓層高度、抗震需求、施工水平、施工環境、鋼結構性能、材料質量等。設計人員要對各種結構設計方案進行比較，選擇最優的方案，保證經濟效益、安全效益都可以最大化實現。

（2）鋼結構形式多樣化。鋼結構形式具有多樣化的特點，設計人員應當根據建筑使用方向酌情進行選擇，為了保證穩定性，必須選擇韌性、塑性、重量、強度符合標準要求的鋼結構形式。在眾多形式當中，輕型鋼結構具有自重輕的優勢；空間網架鋼結構則具有鋼材用量少、造型美觀的優勢；預應力鋼結構具有鋼材用量少、承載力大的優點；鋼筋混凝土組合結構具有應用廣泛、韌性強、塑性強、整體強度大等特點。要注意鋼結構穩定性指的是兩部分，第一種是局部穩定性，第二種是整體穩定性，局部穩定是整體穩定的重要基礎，為了使承載力可以最大化，在選擇鋼結構形式時一定要對各層次構件的承受力進行分析，最終提升整個鋼結構形式的性能。

（3）重視局部連接安全。局部連接安全會直接影響到鋼結構整體的穩定性，鋼結構中的各種部件需要通過工藝組裝而成，連接處的可靠性與穩定性會影響整個鋼結構的安全，因此施工人員應當對各構件的連接位置展開安全評估，努力提升局部連接的可靠性，同時工作人員應當記錄好細節，后期需對施工連接情況進行復核與查驗，避免出現安全隱患。

3 建筑工程項目鋼結構穩定性設計的有效方法

（1）動力法。在平衡狀態下，如果有外界干擾影響鋼結構體系，即使影響較小鋼結構體系也容易出現振動。動力法即應用動力學的知識來分析鋼結構的穩定性，當系統受到微小的影響后，鋼結構會發生一定程度的位移，但是位移幅度相對較小，且變化速度不快，因此可以利用這點確定鋼結構穩定性的臨界荷載值。如果外力施加的荷載不超過鋼結構穩定的極限值，那么鋼結構變形的位移加速度方向以及變形方向將是相反的，這樣位移加速度與變形就可以抵消，此時如果將外力撤銷，那么外力荷載也會消失，同時運動停止；相反，如果外力施加的荷載超過鋼結構穩定的極限值，那么鋼結構位移加速度與變形的方向就會保持一致，二者相互促進，此時如果將外力撤銷，那么運動將會持續，鋼結構不再保持原有的穩定性。動力法能夠求出大概振動頻率為0時鋼結構的臨界荷載。

（2）歐拉方法。歐拉方法也可稱為中性平衡法或靜力平衡法，通過這一方法可以分析出極限荷載。鋼結構當中，存在平衡分岔點，微小變形結構以及原結構兩種平衡狀態均存在于平衡分岔點當中。歐拉方法就是對微小變形情況下鋼結構的受力情況進行分析，然后建立相應的平衡方程，最后求出分岔曲荷載值。歐拉方法并不能準確判斷鋼結構的實際穩定性，但是卻能夠確定在一定外力荷載下鋼結構平衡路徑連接點相應的臨界荷載值。

（3）能量法。能量法即鐵木辛柯法，臨界荷載的確定需要以勢能駐值為依據，如果外力施加的荷載低于特定值，而總勢能最小時鋼結構初始情況是具有較強穩定性的；如果外力施加的荷載高于特定值，而總勢能最大時鋼結構初始位置是不具有穩定性的；如果外力施加的荷載與特定值一致，總勢能在微小位移后不變，那么此時鋼結構將處于隨遇平衡狀態，這時的荷載就是臨界荷載。根據勢能駐值原理分析臨界荷載，就能夠獲得平衡方程，最終獲得分岔屈曲荷載。

4 結語

近年來，鋼結構在施工建設中的應用愈加廣泛，其應用優勢極為明顯，但是其穩定性問題也較為突出。在施工建設當中，工作人員應當對鋼結構設計予以關注，做好布置、選型、估算構件截面、設計構件與節點等工作，并采取動力法、歐拉方法、能量法等展開穩定性設計工作。

參考文獻：

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