建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究

建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究

范宸宸  张珂瑜

机械工业第六设计研究院有限公司，450000

江苏恒尚节能科技股份有限公司，214000

摘要：近年来，我国经济发展迅猛，建筑行业也得到了极大的发展，由于钢结构本身具有绿色、低碳、环保等特色，钢结构的发展与推广得到了国家的大力支持。建筑工程钢结构设计时应对其稳定性进行重点关注，能够反映出建筑工程的使用期限和工程质量。因此，本文对钢结构设计稳定性的设计原理进行具体分析，提出了钢结构稳定性设计的具体方法。

关键词：建筑工程；钢结构设计；稳定性；方法研究

引言

在城市化发展不断深入推进的背景下，城市的用地紧张问题正在持续加剧，受此影响和推动，建筑开始在各地城市当中逐渐增多。而为了提升建筑安全性、抗震性以及节省工程造价，钢结构逐渐在建筑当中得到了广泛普及和运用。为确保钢结构能够在建筑中获取到理想的运用成效，有必要对建筑钢结构设计存在的问题做出深入研究。

1钢结构设计原理

钢结构设计原理是指在建筑施工中，钢结构的设计所遵循的基本原则和方法。钢结构的设计旨在保障其安全、稳固以及经济效益。当执行这项工作时，必须关注到建筑物承受的负荷、所用的材质、建筑物的平衡以及其变动等各种元素。负荷涵盖静态负荷与动态负荷，静态负荷由建筑物的自身重量、活动负荷以及额外负荷组成，而动态负荷则涵盖风力负荷、地震负荷等。经过对负载的研究与估算，能够得出建筑物的预期负载。由于钢材的高硬度、优秀的塑形能力以及焊接性能，所以它在建筑物的设计上被大量使用，根据结构的要求和荷载的大小，选择合适的钢材规格和强度等级。结构的稳定性是指结构在受到荷载作用时不发生失稳和破坏的能力。在设计过程中，需要进行结构的稳定性分析，确定结构的稳定性系数和稳定性措施，以确保结构的稳定性。结构在受到荷载作用时会发生变形。因此，需要进行结构的变形分析，确定结构的变形限值和变形控制措施，以确保结构的变形满足使用要求。钢结构设计原理包括确定结构的荷载、选择合适的材料、考虑结构的稳定性和变形等因素。通过合理的设计原理，可以确保钢结构在施工过程中具有良好的安全性、可靠性和经济性。

2建筑钢结构设计现状

2.1结构布置设计问题

对于建筑钢结构设计来说，钢结构布置非常重要。只有合理的钢结构布置才能够保证建筑在进行设计时能够充分发挥其自身的优势。因此，必须要对建筑钢结构的布置进行科学合理的规划，确保建筑能够按照其自身特点进行设计。通常来说，建筑钢结构在进行设计时会受到很多因素的影响，这些因素都可能对钢结构的布置造成影响。

2.2防火设计问题

建筑钢结构的防火设计是保证其正常使用的前提，同时也是保证建筑安全的重要措施之一。而目前我国在建筑钢结构防火设计方面还存在一些问题，主要表现在以下几个方面：首先，防火分区设计不合理。建筑钢结构的防火分区设计主要包括以下几个方面：一是在防火分区内部需要设置防火墙，但是现在我国在这方面还存在一些问题。比如，有些防火分区内部没有设置防火墙，甚至有些防火分区内部还有防火门等。二是对建筑钢结构进行耐火极限划分不合理，导致建筑钢结构无法正常使用。其次，设计不符合要求。比如，对钢结构进行耐火极限划分不合理，导致建筑在发生火灾时无法及时对其进行保护；另外，设计不符合规范要求也会导致建筑钢结构的防火设计不合理。

3建筑钢结构设计中稳定性的设计方法优化

3.1加固设计

对钢构件的截面进行有效的加固处理。在设计过程中可对构件进行多个受弯设计，实现集中载荷的有效分散，以此改变建筑钢结构的受力情况。同时，对支座和筒支连接处使用钢结构，对连续结构位置进行适当变动，加装支撑杆，从而保证结构支撑效果。对结构衔接处加固处理，对建筑钢结构的施工条件、受力情况以及施工要求等明确的条件下，使用螺栓、铆接以及焊接等方法进行加固处理，也可利用混合连接的方法提高连接处的稳固性。

3.2防火设计

建筑钢结构具有相对较差的防火性，等钢材料所处环境温度在430℃以上时，则会导致钢结构的承载性能出现大幅度下降，进而影响到建筑结构的稳定性与安全性。因此，对建筑钢结构稳定性设计时需要考虑防火设计，优先选择防火性能比较高的材料，例如高粘性、厚涂层的钢材料，通过高阻燃效果提高建筑钢结构的防火性。同时，在建筑钢结构施工过程中需要对钢材料进行防锈以及阻燃处理，通过人工手段提高建筑钢结构的防火性。

3.3防腐设计

建筑工程在盐雾和潮湿等环境中会产生一定程度的腐蚀问题，进而对建筑钢结构的稳定性造成影响。一般情况下，钢结构在使用过程中容易出现化学腐蚀和电化学腐蚀两种情况，现代建筑工程针对上述问题已经开发出了适用于不同环境下的建筑防腐蚀涂料。例如，在潮湿环境下可在钢结构表面涂抹抗腐蚀材料，将水、空气与钢材料有效隔离；在海水等高度盐的环境下，钢材料与钠离子之间会发生电化学反应，因此可将钢材料转换成生成物，能够有效解决钢结构腐蚀问题，实现建筑钢结构的稳定性的显著提升。

3.4荷载取值优化设计

在开展荷载取值优化设计时，建筑工程针对结构一系列部分的楼屋面荷载进行了精确计算，然后将一些取值过大的荷载进行了适当的降低，并且对玻璃的面积做出了充分考虑，最终达到了减少外墙线荷载的目的。在开展优化设计活动时，建筑工程对夹层结构的具体设计形式进行了考虑，在和业主单位以及装修工作进行充分沟通后，决定结合夹层建筑的相应平面要求针对梁柱方面的实际布置情况开展了优化工作，同时将其充当普通楼层开展载荷方面的设计工作，因为夹层楼板主要是轻型板，实际面内刚度并不大，所以最终将其厚度改设为0，这样其只用来发挥出传递荷载的作用。对于这种设计来讲，是对夹层抗侧移刚度做出了充分考虑，通过优化设计能够更好地满足结构本身的具体受力状态，同时质量源分布相对更为均匀，能够明显提升结构本身的整体刚度，使得楼层地震力得到进一步降低，这样能够降低楼层方面的最大位移角，有助于增强建筑的安全性以及稳定性。

3.5结构及抗震优化设计

建筑工程在开展钢结构优化设计活动时，选用了钢框架支撑体系，也就是钢管混凝土柱框架支撑体系，主要是在框架体系内一些框架柱间合理地增设相应的竖向支撑，以此构建出一系列竖向支撑框架。采用支撑结构，可以显著提升结构整体刚度，能够有效地增强结构抗侧能力。同时这种体系有着相对较为明确的受力逻辑，对于腹杆轴力方面的相应水平分量可以对侧向剪力进行承担。现阶段关于矩形钢管混凝土结构设定的要求和相关规范有着相对较大的差异，比如对于刚度方面的限制还有抗震等级等都有着明显的不同。与此同时，要结合国家对于抗规、高钢规等内容的规定完善综合分析工作，保证相关作业环节的合理性和规范性，所以建筑工程在对规范内容做出全面细致的分析之后，决定将框架柱设计为一级，然后将梁以及支撑等一系列纯钢构件设计为二级。这种优化后的设计相较于原设计来讲，框架柱本身的抗震等级能够有效地提升一级，而且底层钢柱得到了加强，能够更好地满足结构本身的竖向规则性要求，从而确保结构的整体指标相对更为适宜、合理，能够显著增强结构整体的牢固性以及可靠性。

结束语

在未来的研究中，可以进一步探索新的设计方法和施工技术，以满足不同建筑需求的钢结构项目。此外，还需要加强设计与施工的协同机制，提高项目管理和施工质量控制水平，为钢结构的应用和发展提供更好的支持和保障。

参考文献

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[2]杨帆.探讨建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究[J].房地产世界,2020(22):32-34.

[3]陈一鸣.分析建筑钢结构设计问题与对策分析[J].电脑乐园，2022（2）：25-27.