建筑鋼結構設計中穩定性的設計方法分析

蔡樹珍

摘要：建筑施工進行的過程中鋼結構的運用非常廣泛，鋼結構能夠提升建筑的強度保證建筑質量。由于鋼結構與建筑功能整體性、建筑質量之間有直接的關系，所以在進行建筑結構設計的時候，應該重視鋼結構設計中可能存在的缺陷，從缺陷出發，重視鋼結構穩定性設計的原則，采取有效的措施提升鋼結構設計的整體水平。對于建筑結構性能的發揮而言有很重要的作用。

關鍵詞：建筑工程;鋼結構;設計;穩定性;方式

鋼結構設計中的穩定性結構設計是核心環節，如果不能保證穩定性，建筑就毫無意義。在建筑鋼結構的設計中穩定性的考慮是最基本的問題，如果處理不當就會對建筑的穩定性造成影響。在具體的鋼結構設計中，應該計算出鋼結構計算，之后再次進行驗算來避免出現的鋼筋結構失去穩定性。筆者從鋼結構穩定性設計過程中的缺陷出發，只有重視鋼結構本身對穩定性造成的影響，才可以克服這些困難，保證建筑結構性能。

1 鋼結構穩定性

1.1 意義

鋼結構建筑中鋼結構穩定性差的案例比比皆是，主要的原因適設計人員在設計的過程中的沒有掌握鋼結構與材料之間的力學性能關系，缺乏穩定性上設計的理念。在實際的施工中有部分施工單位為降低成本，選擇偷工減料和使用低劣原材料，材料質量缺乏保證的情況下導致鋼結構穩定性難以保證，最終形成難以估量的后果。在建筑施工的過程中妥善處理好鋼結構穩定性，可以保證建筑的安全性， 改善建筑的工程質量。在這個過程中只有對建筑鋼結構穩定性有高度重視，才可以針對性考慮出可行性辦法，促進鋼結構穩定性的發展。

1.2 鋼結構穩定性的概念

1.21 鋼結構穩定性是指在建筑鋼結構中，被外界影響之后可以恢復到最初平衡狀態的一種性能。綱結構穩定性出現問題之后，建筑就不可以恢復到最初的狀態，失去穩定性移動到其他的位置。一般情形下人們將失穩分為三種類型。首先是直桿、圓環與窄梁結構軸心受到壓力之后，分支點失去穩定。這種現象的存在蛀牙是由于平衡分叉導致的結果，所有也有專業名詞叫支點失穩。其次是極值點失去穩定性，這一類失穩在現實生活中可以直接轉化為分支點失穩對其進行處理。最后一種是躍越失穩，這種失穩是最特別的一種。這種是建筑物在受到一種平衡狀態之后，直接進入到另外一種平衡狀態[1]。

1.2.2 導致上述鋼結構失穩的主要因素有：結構體系中存在大量支撐系統，如鋼柱 間支撐和鋼屋架、下弦水平支撐等等支撐系統。構件的長度和橫截面的數值特征有兩個方向，再加上材料的強度、應力變化等等。所以在設計強度的時候應該充分運用數學模型，假設所有存在的合理條件按照有限的樣本，總結出其中可能存在的誤差，分析失穩存在的主要原因。

2 鋼結構穩定性設計中存在的問題

2.1 結構整體性影響

在鋼結構設計穩定性問題分析的過程中需要設計人員有大局意識，站在建筑整體的角度上考慮鋼結構的整體性，充分考慮桿件本身具有的特征。隨著數據信息運用效率的提升，分析鋼結構設計中整體剛度、失穩問題的時候常常以臨界壓力求解法、折減系數等方式，計算出軸心桿的穩定性。同時彈性穩定性設計也是鋼結構設計中的重要內容，在計算的過程中不僅僅要考慮鋼結構本身的穩定性，還要做二階分析。主要是因為結構內力被建筑結構中部分柔性構件變形量而影響，最后發生變化。針對應力的疊加問題 ，設計人員應該進行充分考慮。由于彈性穩定性的計算和疊加原理結構變形關系分析非常復雜，在目前彈性穩定性的計算中還沒有被廣泛運用。

2.2 不確定性因素分析

鋼結構設計中穩定性還會受到很多不確定性因素的影響，主要就是在物理、幾何力學方面受到的影響。在結構設計中如果進行細化，存在材料、橫截面積、桿件尺寸、應力等等因素。但是對于相對穩定的幾何量，物理量，設計人員在設計的時候往往更傾向于直接設計，憑借以往經驗來解決問題，很少聯系實際生活。同時涉及人員專業知識也是影響建筑鋼結構穩定性的主要原因。鋼結構分析的過程中受到設計人員專業性不強的限制，在實際的計算中參數計算結果和理論值結構有很大差距[2]。再加上結構隨機的影響分析處理的問題最終都被結構參數、隨機荷載輸入范圍給限制。在實際施工中如果參數不確定，結構施工必然存在問題。

2.3 預應力

預張拉體系是鋼結構穩定性設計中比較關鍵的組成部分，但是在發展過程中很長的一段時間內沒有得到重視和發展，因此對這個方面缺乏明顯的理論依據，很難保證穩定性。在綱結構穩定性的設計中整體穩定性、局部穩定性的計算還存在不合理不到位的情況。雖然部分結構穩定性計算是由經驗計算完成，以此來確定整體穩定性、局部穩定性，但是在實際施工運用中并沒有根據實際工程情況來計算出一個比較安全科學的安全系數。因此無法真實的將穩定性系數反應出來。

3 建筑物穩定性的設計改善措施

3.1 降低不確定因素存在的概率

在具體鋼結構的設計中需要針對常見的問題，提出科學合理的改善措施、解決措施，避免發生常識性錯誤。有效提升鋼結構的穩定性和降低設計引發的失穩事故。降低不確定因素導致的穩定性，需要在鋼結構穩定性設計的過程中充分考慮不確定因素。在設計的時候，設計人員要充分考慮鋼結構的力學性能，或者是進行多次實驗，計算分析出比較合理的方案，運用這種方式降低不確定性因素存在的概率，從整體上提升鋼結構的穩定性，保證建筑剛結構的安全性、可靠性。

3.2 理論支撐

在設計鋼結構穩定性的時候，應該科學合理運用梁-柱理論，在實際設計的過程中，運用該理論分析鋼結構設計中，細部構件和構件之間的穩定性，同時保證局部和整體之間的問題性，從梁-柱理論的運用上出發，全面提升鋼結構的穩定性設計。

完善理論的運用，還可以從預張拉體系的完善方面出發，改變我國當前預張拉體系不完善的情況。積極建立配套完整的預張拉結構體系理論，將此作為基礎，分析預張拉的實際情況，最終得到準確的結果，保證建筑鋼結構的穩定性設計的合理性。

3.3 處理好局部和整體性之間的關系

鋼結構穩定性設計的時候局部穩定和整體穩定之間區別不大，但是都會對建筑產生直接的影響。鋼結構穩定性的設計中，需要重視安全系數的選擇，最大程度避免經驗確定安全系數的情況存在。在這個過程中不斷分析鋼結構工程的實際情況，綜合考慮施工現場的多種因素降低誤差的存在，保證整體建筑結構都具有良好的穩定性，滿足建筑對穩定性的要求[3]。

4 鋼結構穩定性的設計原則

通過對鋼結構穩定性改善方式的提出，分析鋼結構設計穩定性原則，對建筑穩定性能的發揮有重要的作用。首先鋼結構設計的穩定性原則，要做到計算方式于結構簡圖契合。在分析建筑物結構的時候一般不以框架的穩定性為標準，而是直接計算框架的穩定性。其次是鋼結構的布置要達到要求，只有在設計施工時候保證每一個環節達到要求，才可以在容易發生問題的環節緊抓質量。最后還需要重視細部構造、穩定性兩者的計算方式一致，才可以在穩定性設計中突出實際的運用價值。

5 結語

在具體的工作中需要遵循施工的具體情況、從實際出發考慮原則，做好鋼結構穩定性的設計，盡量避免結構失穩的現象發生。在這個過程中只有全面了解鋼結構穩定性設計中可能出現的問題，才能夠針對性采取措施解決，完善鋼結構穩定性設置。

參考文獻：

[1]杜崇濤，李浩.建筑工程鋼結構設計方法及要點分析[J].建筑與裝飾， 2019（11）：35-35.

[2]楊伊浩，吳曉奇.建筑工程中鋼結構設計及安全施工對策[J].建筑技術開發， 2019（17）：16-18.

[3]呂寧.多種科技方法在古月橋勘察修繕設計中的應用[J].文物保護與考古科學， 2019（3）.89-99s