建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点探究

建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点探究

周星虎

中国建筑科学研究院 北京市 100013

摘要：从当前发展情况来看，我国建筑行业处于良性循环阶段，建筑规模和数量不断增加，对于结构设计的稳定性要求更高。钢结构技术以其施工简单、工期短、抗震性能好、回收率高等优势，逐渐受到人们的青睐和推广。但是，在钢结构设计过程中，一些设计人员没有综合考虑实际情况，不能有效把控结构设计要点，难以保障钢结构的稳定性，无法充分发挥钢结构的价值。因此，设计人员要明确钢结构的特征与设计原则，采取科学有效的设计策略，以全面提升结构的安全性和稳定性。

关键词：建筑工程；钢结构设计；稳定性；设计要点

中图分类号：TU391

文献标识码：A

引言

随着绿色建筑理念的提出，钢结构建筑逐渐在建筑市场中崭露头角，我国越来越多的高层建筑、轻钢别墅等民用建筑纷纷开始使用钢结构构件进行工程建设。钢结构具备施工周期短、施工污染小、施工材料可回收利用等优点。为了保障钢结构能够安全运用到工程建设中来，提高钢结构的稳定性，对钢结构设计技术、搭建技术、焊接技术等内容进行分析，希望能够有效提升我国钢结构的施工技术水平。

1钢结构设计稳定性原则分析

1.1钢结构的稳定性设计

由于钢结构的整体刚度与钢结构的最大承载力和刚度存在密切关系。在设计过程中需要结合工程实际情况考虑钢结构各构件的变形以及内力截面受力大小，避免钢结构出现失稳和截面变形等问题。目前，设计单位经常采用平面体系进行钢结构设计。为了增加钢结构设计的稳定性，还应使用结构整体部署设计来进行。尤其是进行单层框架或者多层框架设计时，只需根据框架柱平面的长度系数进行计算，就可以知道钢结构设计是否具备很好的稳定性。注意，结构设计中一定要保证钢节点传递弯曲的时候具备很好的刚度和柔性，保证钢结构构件的偏心距离最小。在固定铰支座时，还应该保证简支梁的抗弯强度，避免梁绕纵轴出现扭转问题。

1.2结合钢结构剪力

当前阶段，建筑工程形态越来越复杂，建筑结构中不对称设计的情况比比皆是，并且逐渐形成建筑潮流，对于斜柱的使用频率更高。与垂直构件相比，斜柱具有较大的倾斜角，进行建筑的稳定性设计时需要强化剪力。在钢结构具体设计过程中，一些设计人员为了简化工作量，通常将垂直构件标注为柱子，将斜柱标注为斜杆，这种设计方式不会对建筑的稳定性产生影响，但是在进行剪力调整时受到的干扰较大。斜柱主要承受水平方向和垂直方向的荷载，如果设计师没有充分考虑垂直荷载，就会造成剪力误差较大，不利于建筑工程钢结构的整体稳定性。因此，在具体设计过程时，剪切力较为复杂，设计人员要综合考虑建筑工程实际状态，对构件进行综合分析，结合施工情况调整剪力设计，从而满足承载力要求。

1.3统一性原则

该原则要求钢结构稳定性设计中，计算方法和计算结构保持高度的一致性，利用框架稳定计算方法来加强各项参数数值的准确性、可靠性。且要对设计中柱计算长度系数进行有效分析，以加强计算结果的有效性。

2建筑工程中钢结构设计要点

2.1细部设计

钢结构的整体稳定性对于正常施工和后续长期使用都有明显助益，要想实现这个目标，必须加强细部节点设计。细部设计有效弥补了整体设计的不足，能够减少钢结构整体的缺陷，避免设计潜在的安全和质量隐患。首先，设计师要全面考虑建筑的初步需求，制订相应的设计方案，完成大体框架设计后，对钢结构各个受力点进行全面分析，并在计算的基础上得出准确数据，进而完善细部节点。当前建筑工程中应用最多的是钢筋混凝土结构，这种结构形式可以明显提升结构的强度和稳定性。此外，薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢。这些结构对于钢材强度要求较高，在建筑设计和施工时，要确保细部节点连接符合要求，确保连接稳定性强，保证施工和应用的安全性。

2.2荷载设计

在钢结构设计中，要注重结构的对称性及上下贯通性，减少扭转等情况的发生，加强钢结构的连贯性和稳定性。通常情况下，钢结构的设计会以L型或T型为准，并对外围结构实施加固处理，以增大钢结构的抗扭曲变形能力，保证钢结构质量，保障其性能的发挥。另外，在钢结构设计上，为了减少问题，降低设计难度，设计人员可从结构刚度、结构中心设计及几何图形设计等方面进行综合考虑，合理规划钢结构类型，确保其稳定性。在扭转设计上，设计人员需要对水平承载力进行综合考量，深入分析影响钢结构强度或性能的特殊因素，以保证钢结构稳定性。例如，在简支梁的抗弯强度设计，不动铰支座除了要做到水平面内的有效移动以及阻止位移现象产生，还需具备阻止梁绕纵轴扭转带来隐患的能力，并加强水平面内转动与梁端截面的自由翘曲，提升简支梁设计的稳定性，进而达到最终的设计要求。

2.3防火设计

在防火设计之中基本都是选择一些耐火的材料或者选择防火的涂料。在防火设计当中必须要依照项目的防火等级、种类和实际情况强化结构设计。在选择涂料的时候需要选用比较厚一点的，并且其黏结度还需要超过0.05兆帕；在选择材料的时候需要选择硬质的板材。在选择好材料之后需要将填涂在钢结构的节点部位提升节点部位的防火效果，提升防火指数。在选择钢材的时候也都需要选择耐火的，如果无法满足防火标准，还需要选择较薄的耐火性材料。在设计吊顶的时候，压型板材除了需要将防火效果处理好，还需要进行防锈处理。

2.4合理选择钢材

钢材质量在很大程度上决定了钢结构抵抗荷载的能力，从优点来看，钢材具有可塑性强、强度高、韧性好等性能，同时施工相对简单、工期短、安全系数高。但是，由于钢材制作厂家整体水平参差不齐，其质量差异性较大，在建筑工程钢结构设计时，要结合建筑强度标准选择恰当的钢材。常见的建筑钢材有普通碳素结构钢、低合金结构钢、渗碳钢等，这些钢材在性能上存在一定差异，在建筑工程结构设计时要结合具体情况来选择。现阶段钢结构设计时，钢材浪费的现象十分普遍，很多钢材的边角料利用率较低，不利于钢材的回收。因此，在钢结构设计时，要充分考虑其规格，优化钢材使用效率。

2.5做好钢结构设计的技术交底工作

在进行钢结构施工之前，设计人员还应该做好技术交底工作，制订相应的备案，提升施工人员、监理人员对安全施工的重视度。深入分析施工图纸，明确其设计意图，严格参考施工图纸的设计要求，确保钢结构安装顺序的正确性，这样才能更好地提升钢结构的施工质量，避免出现安全隐患。

2.6稳定性设计

钢结构稳定性设计中，失稳度和整体刚度的参数确定主要是以临界压力求解法和折减系数法得出的。且在实际设计中，还要对钢材的质量进行严格检测，确保满足钢结构稳定性的设计要求。在临界值确定中，当F=Fn时，钢结构的弯曲性能趋近于零，这就需要对钢结构的稳定问题予以调整。而在弹性稳定计算中，可应用二阶分析方法完成对柔性构件变形能力的分析和掌握，且在迭加原理下，准确计算出弹性稳定值，从而加强钢结构稳定性设计的合理性。

2.7防腐设计

在大气环境下，受太阳光、风沙、雨雪以及温度变化等，钢结构会产生不同程度的腐蚀，影响结构的强度和耐久性。因此，要加强钢结构防腐设计，钢结构常用加重腐蚀涂料构成长效防腐结构，或者用配套重防腐涂料涂装防护。防腐设计工作的开展要从施工便捷和经济性综合考虑，明确维护与保养情况，选择合理的防腐涂装方法。设计人员要全面分析工程所在地气候条件、所处环境等因素，制订有针对性的防腐方案，增强钢结构的防腐能力。

结束语

总而言之，随着人们对钢结构认识的提高，建筑工程中钢结构应用越来越普遍。钢结构的应用能够明显提升建筑整体稳定性，抵抗自然灾害能力更强，设计人员要对钢结构应用情况进行全面分析，强化各个要点的设计，确保钢结构的质量和稳定性，满足整体结构的安全和应用。

参考文献

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