鋼結構設計穩定性原則及其設計要點簡述

劉海濤

摘要：鋼結構是建筑工程設施工時常用的一種結構模式，鋼結構的穩定性對整個建筑的質量有一定的影響。鋼結構的穩定性常體現在防火、防腐等方面。為了保證鋼結構擁有更好的穩定性，需要在設計方案之前，對工程建設環境以及建筑物的要求進行充分調查研究，這樣才能使鋼結構的防火、防腐性能達到預期效果。本文針對建筑工程中的鋼結構設計的原則以及存在的問題進行分析，希望給相關從業人士一定的參考。

關鍵詞：建筑工程;鋼結構設計;穩定性原則;防火設計;防腐設計

引言

在建筑行業中，鋼結構建筑是較為常見的一種建筑結構。在進行鋼結構建筑施工過程中，由于建筑物所在的市場環境較為復雜，周圍的建設條件惡劣以及技術水平有限等問題，會對鋼結構建筑的穩定性和安全性造成影響。一旦鋼結構建筑的穩定性受到影響，會對人們的生活以及工作造成直接影響，甚至威脅人們的生命安全。因此，鋼結構建筑的設計人員在進行方案設計時，應當遵循鋼結構穩定性設計原則，保證建筑的一致性與整體性，提高鋼結構設計工作的質量。科學合理的鋼結構設計方案，可以使人們的居住環境得到應有的保障，讓人們能更有效率地投入到其他行業的生產建設中，對推進社會經濟的發展有著積極的影響。

一、研究建筑工程鋼結構設計穩定性原則與設計要點的現實意義

隨著社會經濟的不斷發展，城市化建設逐漸擴張，在建筑行業人們對建筑物的要求也逐漸增高。鋼結構建筑物擁有施工速度快，結構性能好的優勢，被廣泛應用于各類建筑物結構中。由于建筑行業的發展速度過快，但是相關建設手段和技術并沒有跟上發展的腳步，導致施工建設過程中會出現一些問題，比如建筑工程中的鋼結構設計穩定性方面，仍然會受到一些隨機因素的影響，使得穩定性難以得到有效控制。尤其是在建筑行業的高層建筑中，如果采用鋼結構設計，那么對鋼結構設計的要求就更加嚴格。因此相關的設計研究人員應該針對以往的鋼結構工程進行具體的統計分析，依據鋼結構穩定性的設計原則，設計相應的鋼結構設計技術方案，以此提高鋼結構，建筑工程的穩定性。在如今市場環境多元化發展的進程中，設計人員應當重視結構的穩定性，來保障人們生活水平以及安全。

二、建筑工程鋼結構設計的穩定性原則

（一）一致性

在進行建筑工程鋼結構設計時，應當遵循一定的設計原則，首先應保證構造與建筑結構設計一致性，使得鋼結構的穩定性與鋼結構的細部構造保持一致。比如在進行節點連接設計時，彎矩的傳遞是否要進行區分，主要在于剛度與柔度，以此保證基礎的性能達到預期效果。再以設計桁架節點為例，相關設計人員應當盡量減少桿件偏心問題，這樣可以保障構件細部構造設計的穩定性能。因此，如果工程建設對鋼結構提出了穩定性的要求，就需要采取一致性原則，將細部構造設計進行調整。如果以簡支梁抗彎能力控制角度來看，應該保證組織不動鉸支座位移的情況下，對平面方向的移動進行限定。但是由于需要保證鋼結構梁的整體穩定性能，因此還需要對梁繞縱的扭轉軸進行一定控制，從而確保梁能夠在水平面上進行轉動。

（二）整體性

鋼結構設計穩定性的另一個原則是整體性。因為建筑工程鋼結構是依據平面體系進行設計控制的，所以設計時需要考慮的因素不僅僅是桁架，還要考慮框架因素。因此在進行鋼結構設計過程中，要想保證平面結構的穩定性不出現失穩的情況，就需要設計人員按照整體性的原則進行設計，也就是通過桿件的支撐設計。

三、建筑工程鋼結構的設計要點控制

（一）防火設計要點

由于鋼結構建筑工程當中的主要材料都是鋼筋，因此設計人員在考慮防火設計時，需要考慮鋼材本身的燃燒性能以及耐高溫性能等因素。需要考慮到，隨著溫度的提高，鋼材會否出現斷裂的情況，當溫度達到何值時，鋼結構建筑會出現失穩的情況。通過研究發現，與鋼筋混凝土結構的建筑工程相比，鋼結構建筑的防火性能較差。設計人員應通過設置保全板來預防火災。此外，還可將不同厚度的防火涂料涂抹至鋼結構不同位置。對于透明位置，可直接涂抹裝飾漆來達到預期的工程防火性能。

（二）防腐設計要點

在建筑物中，鋼筋材料會受自然因素影響且程度較大。如，鋼筋材料長期處于室外環境，將出現銹蝕，不僅會影響鋼筋材料的外觀，還會降低鋼筋材料質量。具體而言，一旦鋼材受到外界環境的腐蝕影響，其具有性能效用的表面厚度就會減少，進而出現應力集中與鋼結構應力下降等問題。為此，建筑工程鋼結構防腐設計人員應綜合考慮彎矩與屈曲后強度抗彎承載力比值，以及平面內外穩定應力比。如，建筑物鋼結構的應力比超出限值，鋼結構就會因失穩而增加整個建筑物的倒塌威脅。防腐設計技術就是通過涂抹防腐涂料，并保證涂料性能質量與所處工程建設要求一致，來達到預期的建設使用標準。

（三）隨機因素設計控制

由于影響建筑工程鋼結構體系保持穩定性的隨機因素較多，因此，設計人員需將隨機因素所帶來的影響控制在結構參數與隨機荷載輸入范圍內。否則，建筑工程的鋼結構參數不確定，就會使得處于運營狀態的結構響應存在偏差，進而降低結構作用的穩定性。為此，設計人員應將控制工作重點放在隨機參數結構極值、跳躍型失穩以及干擾型屈曲等問題情況上。此前，鋼結構設計人員應對隨機因素的問題產生來源進行分析，以提高設計控制措施運用的有效性。經對以往建筑工程鋼結構設計隨機因素影響進行分析，主要成因集中在以下三點：

（1）幾何、物理因素的不確定性，主要集中在鋼結構設計材料、初始變形以及截面積等問題上。

（2）統計的不確定性影響，即在統計與鋼結構設計穩定性相關的物理量與幾何量時，智能結合有限樣本確定概率密度分布函數。此時，獲得的分布函數使用效果也十分有效，僅作用于局部鋼結構。

（3）模型的不確定性影響，設計計算過程，無法涉及數學模型、邊界條件以及假設等方面。

為此，要想對建筑工程鋼結構設計隨機因素進行有效控制，需借鑒先進技術方法，來提升鋼結構的設計穩定性效果，進而降低因結構影響而出現建筑物失穩問題的發生率。

四、結束語

綜上所述，建筑工程鋼結構設計易受所處施工場地的自然因素影響，出現腐蝕與性能質量下降等問題。設計控制需通過涂抹防腐涂料來隔斷鋼筋材料與外界環境的聯系。而防火設計，需結合工程項目的建設要求與既定的規范標準，通過涂抹防火涂料，來提高鋼結構建筑的防火性能，進而規避火災風險。只有這樣才能將鋼結構更趨可持續性的建設狀態作用于建筑行業，進而達到用戶預期的安全性與舒適度效果。因此，業內科研人員應研究不同建設條件與建設要求的建筑工程，以滿足高物質生活水平下的建筑用戶居住需求。

參考文獻：

[1]趙亞莉，宋春草.土木工程建筑結構設計中的問題與策略分析[J].建材與裝飾，2018（48）：59-60.

[2]劉宇.土木工程結構設計與施工策略在土木工程技術上的應用分析[J].居業，2018（11）：114-115.

[3]張百振.多層鋼結構模塊與鋼框架復合建筑結構設計與研究[J].科技創新與應用，2018（30）：93-94.

[4]任兵.基于BIM的可視化技術在超高層建筑結構設計中的應用[J].智能建筑與智慧城市，2018（10）：85-86.

黑龍江省建筑設計研究院