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谈建筑工程钢结构设计稳定性原则和设计要点

发表时间：2021/6/16 来源：《建筑科技》2021年3月下作者：周文佳

[导读] 钢结构作为建筑整体框架，其稳定性、刚度、强度可直接影响建筑整体安全质量，因此为保障建筑行业稳定发展，需加强对钢结构稳定性设计的重视。基于此，本文首先阐述了钢结构设计稳定性原则，以此为基础提出钢结构在建筑工程中的设计要点，以期为业界人员提供参考。

浙江绍兴精工工业建筑系统有限公司周文佳 312000

摘要：钢结构作为建筑整体框架，其稳定性、刚度、强度可直接影响建筑整体安全质量，因此为保障建筑行业稳定发展，需加强对钢结构稳定性设计的重视。基于此，本文首先阐述了钢结构设计稳定性原则，以此为基础提出钢结构在建筑工程中的设计要点，以期为业界人员提供参考。
关键词：建筑工程；钢结构设计；稳定性
        引言：钢结构稳定性设计应综合考虑多种因素，需注重钢结构刚度、强度，确保其承载能力达标，规避由承载不足造成的事故，此外应注重钢结构的防腐及防火工作，防止外部因素影响钢结构稳定性，同时应确保钢结构间的配合，合理搭配，有效衔接各钢构件，以此全面提升钢结构稳定性。
        一、钢结构设计稳定性原则
        （一）结构稳定
        钢结构设计跟随建筑工程发展而发展，因此在现代化背景下，钢结构复杂程度逐渐增加，继而导致钢结构设计难度加大。随着科技的发展，可在钢结构设计期间借助信息技术优化设计细节，例如：可引入BIM技术，将传统设计图纸转化为数据模型，基于BIM系统展开钢结构初步设计，拟定设计方案，通过BIM模型分析钢结构中的不稳定因素，通过反复修改降低设计误差，最大程度满足建筑工程对钢结构的稳定性要求。展开钢结构稳定性设计的首要原则在于结构稳定，设计人员需针对不同设计环节展开设计，借助信息技术效能分析钢结构参数性质，获得设计参考数据，确保钢结构整体性能符合承载标准。设计时，除基础性刚度、强度参数外，应注意荷载系数、稳固标准、施工环境及抗震烈度，加强对应力集中钢结构重视，最大程度确保结构稳定。
        （二）剪力达标
        随着城市化进程的推进，建筑结构逐渐复杂化，不对称结构逐渐演化为建筑时代潮流，在现代化建筑工程中，斜柱结构的使用频率增大。相较于垂直构件，斜柱钢结构最显著的特点在于较大倾斜角，因此在钢结构设计时，应注意加强斜柱钢结构的剪力。在实际设计工作中，为简化工作量，设计人员多将垂直构件视为柱子，而斜柱视为斜杆，此方式不会影响结构稳定性，但在调整剪力时可受到较大干扰，而斜柱的所承受的外力时水平与垂直的荷载应力，若未充分考虑垂直荷载，则会产生较大剪力误差，继而对钢结构稳定性造成干扰，因此在钢结构稳定性设计时，设计人员需结合建筑工程设计情况考虑剪力，对斜柱钢结构进行综合受力分析，立足于实际调整剪力标准，使斜柱钢结构承载力满足建筑工程要求[1]。
       （三）强柱弱梁
        强柱弱梁是从抗震角度出发，当建筑存在较大应力时，柱结构损坏将对建筑工程整体造成威胁，而梁结构为局部破坏，无法危及整个建筑结构，因此在钢结构设计中，应秉承“强柱弱梁”原则，增强设计实际效果[2]。设计师需额外注重柱结构的抗压性能，运用强力荷载展开设计，确保其能构在外力作用下可快速恢复正常状态，在钢结构设计时，需经过周密的计算及分析确保稳定性效果，保障设计效果可出现在柱与梁中，在钢结构刚度与强度作用下提升其抗震性能，最大程度保障钢结构设计有效性。
        二、钢结构在建筑工程中的设计要点
        （一）承载力设计
        在实际设计中，应注意结果贯通性及对称性，尽可能降低扭转现象。在建筑工程中，钢结构多为“T”、“L”型，通过加固外围结构增强钢结构刚度，以此保障钢结构在建筑工程中发挥其原有效果。为全面确保钢结构稳定性，设计人员应深入分析强度、刚度影响因素，综合考量结构承载力，以剪支梁结果抗弯强度设计为例，不动铰支座需在满足正常移动效果基础上杜绝不规范位移问题，同时需具备处理抵抗梁绕纵轴扭转效果的能力，通过加强梁端截面自由翘曲与水平转动效果提升其稳定性，确保结构稳定性符合设计要求。
        （二）防腐设计
        腐蚀将直接降低钢结构强度及使用寿命，间接降低建筑结构稳定性及安全性，温度变化、强烈光照、风沙雨雪等均会对钢结构造成腐蚀，因此在钢结构稳定性设计中，应给予防腐设计足够的重视。通常情况下，在钢结构外部涂抹防腐涂料进行预防，通过涂装防护防止钢结构受到侵蚀，具体防腐手段应结合具体建筑工程情况判断，需选择施工便捷的方式，合理选择防腐手段。钢结构设计人员应结合建筑工程所在区域环境条件展开设计，制订防腐方案，通过增强防腐效果保障钢结构稳定性。
        （三）防火设计
        钢结构防火性能同样可决定其稳定性，其在高温环境下，结构屈服强度、抗拉强度、弹性模量均会下降，继而引发较大变形，影响稳定性效果。钢结构防火设计主要借助防火涂料、耐火材料实现，需根据建筑结构防火等级规划钢结构所需涂料种类及材料规格，明确防火规范后需合理选用涂料及材料。通常情况下，防火涂料黏结强度应高于0.05MPa，且厚度足够，外包防火材料多为硬质防火板材，按防火指数规范涂抹涂料，以此优化钢结构各部位性能。为最大化保障钢结构防火效果，应经多次对比分析后选择最佳方案，通过提高钢结构防火效果而提升其稳定性，避免其受到高温干扰而变形失稳。
        （四）控制临界值
        在钢结构设计过程中，应注意各类参数的计算，以钢结构轴心受力构件为例，应注意计算钢构件强度及稳定性。

式（1）、（2）、（3）中，σ-正应力；N-轴心力；An-净截面面积；f-强度设计值；A-毛截面面积；-钢结构稳定系数，可根据构件规格于设计规范内查找，式（1）为强度计算公式，式（2）为钢结构螺栓连接处强度公式，式（3）为钢结构稳定性公式。钢结构结算公式如下：

        式（4）中，k-钢结构刚度；P-钢结构所受恒力；-由力产生的形变。
        在实际设计过程中，应对严格检测钢结构材质，确保其稳定性可满足设计标准，严格控制临界值，最大程度确保钢结构设计质量，此外可灵活运用二阶分析法了解钢结构变形能力，在迭加原理应用下判断弹性稳定情况，以此保障钢结构稳定性设计合理。
        结束语：综上所述，展开钢结构设计时，为保障其稳定性，需秉承结构稳定、剪力达标、墙柱弱梁原则，并从承载力设计方面加强钢结构刚度及强度设计，从防腐与防火两方面提升钢结构稳定性，同时应注意控制临界值，计算钢结构刚度、强度、稳定性，最大程度确保刚结构设计合理。
参考文献：
[1]杨君.加固设计结构稳定性探讨与分析[J].居业,2020(06):51+56.
[2]李喜忠.建筑结构设计中钢结构设计的重要性与方法[J].建筑技术开发,2020,47(07):5-6.