建筑钢结构稳定性的综述

建筑钢结构稳定性的综述

刘纹纹

山东经典建设工程有限公司山东济宁272100

摘要：建筑的钢结构在受到外界干扰力的作用下能否迅速的恢复到建筑最初的平衡状态被人们称之为钢结构的稳定设计。在工业建筑中，钢结构由于自身强度高的优势而在工业建材中占据重要地位，钢结构的使用率越来越高，并且在土木建筑的工程项目也得到较好的利用。建筑工程不断的推进，加强钢结构设计的稳定性是很有必要的。本文针对建筑钢结构稳定性方面的设计措施进行简要的分析。

关键词：建筑工程；钢结构设计；稳定性

钢结构就像一栋建筑的骨架，支撑着建筑的整体结构，坚固的支撑性能使钢结构成为建筑领域的重要材料，随着对结构的受力分析及计算的不断进步，人们对建筑钢结构的研究开始建立在由外部负载作用，从而导致结构变形的基础上进行的。如果在钢结构设计的稳定性上出现问题，将会引发严重的安全事故，加强对建筑钢结构稳定性的重视和研究就显得尤为重要。在此基础上提出建筑工程钢结构稳定性设计要点，希望能够给我国钢结构在建筑领域的推广与施工贡献绵薄之力。

1钢结构稳定性不足因素

1.1设计剪力调整不均匀

目前，我国建筑行业的发展速度是非常快速的，同时建筑的设计也变得越来越复杂化，新型的不对称建筑被大量建设，由于这股不对称建筑建设风潮的来到，导致现在建筑中倾斜现象常常发生，这种不对称建筑与正统的垂直建筑相比而言，其倾斜现象更为突出，过度的倾角也对建筑钢结构构件的剪力有更加严格的要求。因而，设计人员在设计过程中应该时时根据建筑的建设需要以及设计要求，对建筑物钢结构件剪力进行不断调整计算，使建筑钢结构的稳定性被更好地发挥出来。

1.2强柱弱梁的设计

根据国家相关规范及标准的要求，在对建筑钢结构的弱梁进行设计时，需要对其进行弹塑性的分析以及重点计算，因为，在设计过程中应该对钢结构建筑的柱以及梁之间的整体性进行综合考虑。通过长期的研究，人们发现合理而安全的钢结构设计，需要满足在面临无论是强震亦或是建筑构件承受水平荷载较大的情况下时，建筑钢结构中的塑性铰通常情况下是出现在梁上而非出现在建筑钢结构柱子上，这样的塑性铰可以有效保证钢结构的整体性不至于瞬间被破坏，使得整个建筑的结构具有较强的整体抗压性。

1.3钢材自身设计选择的缺陷

从整体而言，影响钢材使用的两大主演原因有两方面，一方面由于钢材在制造过程中由于涉及碳、锰、硅等有益于钢材质量的元素又包含硫、磷、氧、氮等多种有害元素，这些有益元素以及有害元素的共同作用使得刚才在化学成分构成上就存在这一定的差异性以及不足，另一方面，由于钢材自身的耐热能力以及耐腐蚀能力就相对较弱，在建筑钢结构的长期使用过程中，由于反复使用。

2钢结构稳定性设计特点

2.1多样性特点

建筑工程钢结构稳定性集中体现在各种设计之中，特别是钢结构相关受压部位，在具体设计过程中，应该将这些受压部位的稳定性作为分析的重点。此外，建筑工程的一些部位在压力的影响下也会出现结构变形现象，在结构变形后也会从原来的不受压力状态，转变为受压力状态，最终影响钢结构的整体稳定性；

2.2失稳模式之间的耦合性。

具体来说，如果是钢结构中某一杆件存在缺陷，导致的是一种失稳模式；而某些部位变形也会导致另一种失稳情况，同时，这两种失稳模式之间存在相互影响性，导致钢结构局部与整体之间的影响十分复杂。

钢结构是有多个钢构件组成的有机整体所以如果钢结构中的某一个部件出现变形或失稳情况，就会对整体的稳定性造成影响，对周边与其相连的杆件发生牵连作用；

3钢结构稳定性设计原则

3.1考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求

目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。

3.2结构计算

简图和实用计算方法所依据的简图相一致目前设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。满足构件的稳定计算必须与设计结构的细部构造保持一致在钢结构的设计中，要使得构造设计和结构计算相互匹配。设计者要区分某些节点的连接是否传递弯矩，从而针对性的赋予其足够的柔度和强度。设计者注意构件细部的设计与处理，如设计桁架节点时，要注意减少杆件偏心的问题等。

3.3确保各个层面的稳定性

首先，设计者要进行专业的数据整理，使用专门的计算机软件严格地检测钢结构的各个工艺标准，这些前期的工程设计的复杂性是由钢结构出色的机能决定的，钢结构必须在各个方面达到要求后才可以把合格的材料投入到施工和使用中。与钢结构有关的技术数据很多，钢结构测试的主要技术指标有：抗震强度系数、水平荷载系数以及结构的阻尼比等。以水平载荷系数为例，只有当建筑处于十分良好的状况下，水平载荷系数才是零。

3.4做好剪力调整

在我国经济水平和技术水平的快速发展的今天，建筑楼层越来越高，高层建筑的形式也越来越复杂。如今，不对称的建筑设计也已成为一股设计的热潮，斜柱或者是不对称结构等异形结构出现的频率越来越高，这样的现象使得剪力调整问题，成为钢结构稳定性设计过程需要高度重视的问题。和传统的垂直构件相比，斜柱的倾角较为明显，因而也要求建筑构件能够承受一定的剪力，对建筑稳定性设计而言，这无疑是一种挑战。

3.5建筑工程钢结构稳定计算必须符合钢结构构造的整体设计要求。

在钢结构设计过程中，相关的计算与构造相符合一直是广大设计者关心的话题。但是在实际的设计工作中，一旦设计问题涉及到了钢结构整体的稳定性，还需要从强度、硬性、柔性等各个方面进行综合性的分析与考虑。还应该对计算、构造等方面的刚度、柔度等进行分别的考虑，尽可能地降低桁架节点与杆件之间的偏差，切实保证两者之间的适应度。

3.6节点连接刚度设计

在传统的设计和分析中，为了简化结构设计分析过程，通常将钢结构梁柱节点的连接假定为理想铰接或完全刚接。理想铰接意味着梁柱不能传递弯矩。完全刚接则认为框架在受荷变形后，粱眭夹角保持不变。随着钢结构节点连接形式的增多，试验结果证明，在荷载作用下，有些节点连接不能单纯归类为刚性连接或理想铰接，而应称为半刚性连接。

4增强钢结构稳定性设计方法

4.1动力法

动力法的研究主要是将处在平衡状态之下的结构体系进行结合，钢结构一旦受到来自外界的微小干扰时，很容易会发生振动现象。而在这种条件下所产生的钢结构振动加速和结构变形，都与整体结构的荷载有着紧密的关联。当稳定的极限值超过钢结构的荷载时，加速度方向和钢结构的变形方向恰好相反，因此，只有当外界干扰不存在之后，运动才会慢慢静止，此时钢结构才处于稳定的平衡状态。

4.2静力法

静力法就是通过对已经发生微小变形后结构受力条件的模拟分析，将其作为主要的依据建立平衡微分方程式，通过平衡微分方程式的推导，得出临界负荷值。应用到具体的建筑工程中，如果要进行平衡微分方程式的建立，还需要遵守一定的设定条件。首先，钢结构构件必须是直杆；第二，直杆的压力应该与之前轴线进行的作用方式相适应。

4.3假想荷载法

在框架的稳定承载力计算方法的众多研究中，假想水平荷载法愈来愈广泛地为工程界所关注，并已由加拿大和欧洲等设计标准采纳。初始倾斜率Ψ使框架遭受力矩M=PhΨ的作用，将这种作用转化为等效水平力H=M/h=PΨ对无初始倾斜框架的作用，这种从整体等价效应出发而引入的水平力H称为假想水平力。

4.4能量法

若是钢结构承载着保守力，则在实际应用中，可以结合已经具有了变形结构的相关受力条件来构建总体的势能。同样，若钢结构处在比较平衡的状态，则需要计算其总体势能。要结合相关势能驻值的原理，将总体势能从一阶变分为零，以此来得出平衡的方程，再结合平衡方程来得出分岔屈曲荷载。

4.5平衡法

平衡法是一种最基本的计算钢结构稳定极限荷载的方法，别名是静力平衡法或中性平衡法。当平衡分岔点的弹性稳定出现问题时，在分岔点的附近，会出现两个相对比较类似的平衡状态，一个是已经出现微小变形的结构的平衡状态，另一个则是原结构的平衡状态。

4.6加强静力分析以及动力分析

对建筑刚结构的稳定分析可以分为静力分析以及动力分析这两大方面，因而，在对建筑钢结构的实际设计过程中，应该充分考虑到工程的实际状况，通过对静力分析以及动力分析的综合考虑，全面有效的对钢结构的稳定性进行有效地保障。静力分析是静力平衡法的简称，通过将受到微小形变后的钢结构受力进行分析，而后建立平衡微分方程，通过综合计算得出最终的临界载荷。

结束语：

综上所述，在建筑工程中加强钢结构设计的稳定性与设计要点分析是很有必要的，我国建筑工程的不断发展使得钢结构在建筑工程中的应用也越来越普遍，钢结构也随之成为建筑结构领域中的重要角色。建筑钢结构设计过程中，应该对建筑钢结构进行多方面综合设计，保障建筑钢结构的安全性与稳定性，使得我国的建筑事业不断稳定持续发展。

参考文献：

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