建筑工程钢结构稳定性设计分析

发表时间:2020/8/18   来源:《建筑实践》2020年39卷第8期   作者:张德芳,张允川 吴夺
[导读] 随着城市的不断发展,各种建筑形式逐年增加,其中混凝土结构广泛应用于
        摘要:随着城市的不断发展,各种建筑形式逐年增加,其中混凝土结构广泛应用于住宅建筑、商业建筑和一些工业建筑,钢结构广泛应用于工业建筑和一些商业建筑。与混凝土结构相比,钢结构具有重量轻、截面面积小、强度高的优点,但其缺点是耐火性能差,易发生不稳定事故。为了降低钢结构的事故率,在钢结构施工过程中要对设计、原材料和施工进行有效的控制,而设计是钢结构施工阶段的重要环节之一。鉴于此,结合笔者多年的工作经验,对建筑工程中钢结构的稳定性设计提出一些建议,仅供参考。
        关键词:建筑工程;钢结构;稳定性设计;分析
         导言
        随着城市化进程的不断推进和人口的不断增加,为了满足人们越来越高的要求,越来越多的高层建筑和大型建筑拔地而起。现在建设项目的主体结构是钢结构,钢结构设计的重点是稳定性强,只有保证钢结构的稳定性设计,才能提高建设项目整体结构的稳定性。为此,相关设计人员需要根据结构设计的基本原则,确保各结构的稳定性符合标准,并不断优化和完善设计方案,以提高钢结构的整体稳定性和安全性。但是,目前钢结构的稳定性设计还不够成熟,还存在许多问题,这就要求我们加强对建筑工程钢结构稳定性设计的探索,以保证建筑工程的结构稳定性和施工质量。
         1建筑工程钢结构稳定性设计基本原则
        钢结构的稳定设计对建筑工程安全具有重要意义。为了满足钢结构的稳定性设计要求,必须遵循现有的既定原则和法律,提高设计水平。(1)稳定性原则。稳定性原则要求设计者在钢结构设计中保证构件设计的合理性和稳定性,增强钢结构的设计效果。平面系统设计作为钢结构设计的主要方法,可以直接反映钢结构设计的具体情况,并对存在的问题进行调整和修改,使其与结构设计图纸一致。(二)统一原则。这一原则要求在钢结构稳定性设计中计算方法与计算结构高度一致,采用框架稳定性计算方法可提高各参数的准确性和可靠性。为提高计算结果的有效性,应对设计中柱的有效长度系数进行有效分析。(三)协调原则。在设计过程中,需要将稳定设计的细节部分与稳定计算部分结合起来,保证结果的一致性,以满足钢结构稳定设计的要求。
         2建筑工程钢结构稳定性具体的分析方法
         2.1静态法
        静力法是求解结构稳定极限荷载过程的最基本方法之一。建立了求解临界荷载问题的微分方程。当建立平衡微分方程时,需要以下基本假设:(1)结构是等截面的直杆;(2)确保压力始终与结构的原始轮廓有关;(3)材料必须符合胡克定理。整体性,即应力与拉力有一定的关系;(4)施工时应满足平截面的假定条件,即平截面与变形前的变形仍处于同一平面截面状态;(5)结构的弯曲变形相差最小,可以用迁移函数的二阶导数来表示。?
         2.2能量法
        如果钢结构承受保守力,在实际应用中可结合变形结构的相关应力条件来构造整体势能。同理,如果钢结构处于相对平衡状态,则需要计算整体势能。根据相对势能稳值原理,将总势能由一阶变为零,得到平衡方程,然后结合平衡方程得到分岔失稳荷载。
         2.3动力法
        所谓动力法,就是根据建筑钢结构体系在平衡状态下的稳定性分析方法。因此,如果在系统中加入一定量的干扰,即使干扰幅度不大,也会导致整个结构系统的振动。在这种情况下,钢结构的变形和振动速度会加快,这些变化与钢结构所受的荷载有关。如果荷载值较低,不能满足钢结构本身的荷载限值,就会导致钢结构混凝土变形方向与加速度方向相反的现象。
         3建筑工程钢结构的设计要点控制
         3.1消防设计要点
        由于建筑工程的钢结构材料主要是钢筋材料,因此消防设计师必须考虑钢材本身不易燃烧、耐高温性差等因素。也就是说,当温度达到一定程度时,钢是否会断裂。钢结构建筑何时会失去稳定性。

因此,与钢筋混凝土结构相比,钢结构建筑的防火性能较差。设计者应设置安全板以防止火灾。此外,不同厚度的防火涂料可应用于钢结构的不同部位。对于透明部位,可直接使用装饰漆,以达到工程的预期防火性能。
         3.2防腐设计要点
        在建筑中,钢筋材料受自然因素的影响较大。比如钢筋材料在室外环境中长时间使用,会出现锈蚀,不仅影响钢筋材料的外观,还会降低钢筋材料的质量。具体来说,钢结构一旦受到外界环境的腐蚀,性能良好的表面厚度就会减小,从而导致钢结构的应力集中和应力降低。因此,钢结构防腐设计人员应综合考虑弯矩与抗弯强度之比、面内外稳定应力之比。例如,如果建筑钢结构的应力比超过极限,钢结构的失稳会增加整个建筑倒塌的风险。防腐设计技术是指通过喷涂防腐涂料,确保涂料的性能和质量符合施工要求,达到预期的施工标准。
         3.3在节点连接设计中增加稳定性分析
        在以往的建筑钢结构计算中,为了简化设计过程,通常将建筑钢结构中相关的柱梁连接简化为刚性连接或理想铰节点。然而,一方面,这些梁柱连接一旦简化为刚性连接,它们之间的角度不会发生变形。另一方面,如果将结构的梁、柱视为理想的铰节点,则钢结构的弯矩在后续计算中不会发生转移。因此,综上所述,如果将这些梁、柱进行简化以完成刚性连接,将会降低建筑设计框架的侧移预测值,且梁柱连接刚度预测值过高;然而,如果这些梁、柱简化为理想铰链关节,框架将太多的侧向位移,和相关的评估价值的梁柱连接刚度会过高,这将使建筑钢结构的稳定承载力的理论价值列太大,导致的最终施工建筑并不稳定,所以在设计过程中,应适当加强钢结构连接设计的稳定性分析。
         3.4加强静态分析和动态分析
        建筑结构的稳定性正好可以分为静力分析和动力分析两大方面,因此,在建筑钢结构设计的实践过程中,应以积极的思维去工程实践,通过静态分析和动态分析的思维,整体有效有效地保证了钢结构的稳定性。静态分析是静态平衡法的简称。通过对钢结构在小变形作用下的受力分析,建立了平衡微分方程,并用归纳法计算了极限临界荷载。而动态分析法的设计原则是在建筑钢结构体系时保持平衡,观众一旦对建筑那一点点笑意,认为未来的建筑会很麻烦,建筑钢结构体系就会立刻蠢蠢欲动,在这种情况下,建筑钢结构的变形与振动的相对加速度将荷载与建筑钢结构有着密切的关系,当结构受到的荷载低于结构稳定极限荷载值时,由于加速度和变形方向相反,所以,当故障消失后,建筑钢结构从运动到停止后,建筑钢结构再修复停止,利用这一原理进行计算和设计后,可以立即得到临界荷载。
         3.5尽量减少不确定性的影响
        钢结构稳定设计的不确定性因素是不可避免的。因此,应尽可能多地进行相关性与力学性能的分析,尽可能减少钢结构设计中的不确定因素,并在大量试验的基础上,选择科学的程序来确定二者之间的相关性,以达到设计目标和要求。
         4 结论
        总之,现阶段钢结构的应用非常广泛,提高钢结构的稳定性不仅可以最大程度的保证工程的施工质量,而且可以保证今后的安全使用。因此,有关部门需要深化对钢结构的稳定性设计的理解,并加强钢结构的设计管理,以便有效地提高思想认识水平的设计师,并最大程度确保钢结构的设计者可以进行具体的设计工作严格按照相应的设计规则和标准,同时,也可以结合具体情况进行详细分析,了解工程情况,从而有效地提高钢结构的稳定性,为我国钢结构工程行业的健康、有序、可持续发展奠定坚实的基础。
         参考文献:
        [1]宋伟.浅析钢结构的稳定性设计问题[J].建设科技,2016,09:149-150. 
        [2]刘春生.建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点的分析[J].工业,2017,56(1):00155-00155.
        [3]张百振.多层钢结构模块与钢框架复合建筑结构设计与研究[J].科技创新与应用,2018(30):93-94.
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