解析影响钢结构稳定性设计的一些因素

摘要：钢结构作为建筑设计中一种主要的建造形式，目前，在大型厂房、桥梁、高层建筑物设计中被广泛应用。钢结构所采用的建筑钢材具有防变形、耐腐蚀、抗震以及符合环保要求等众多优点，因此能够在建筑设计领域得到广泛的应用。建筑工程采用钢结构时，其结构稳定性作为一个至关重要的指标，直接决定了建筑物的质量和使用寿命。鉴于此，文章对钢结构的概念进行阐述，并对钢结构稳定性设计的原则以及设计方法进行分析，以期提高钢结构稳定性设计的质量。

关键词：钢结构；稳定性设计；因素

1钢结构稳定性设计概述

钢结构顾名思义就是以钢材作为结构搭建的主要原材料，通过钢梁、钢板、钢柱等不同的钢制组件，采用焊接、铆接等连接手段进行拼接组装，进行大型建筑物搭建的建筑结构类型。钢结构以各类钢材作为主要材料，与普通混凝土等建筑材料不同，钢材具有重量轻，韧性强等特点，能够承受更大的力，因此在大中型建筑物设计中经常采用钢结构设计。钢结构构造稳定，不易变形，能够为建筑物提供良好的安全稳定性。但是，在某些特殊情况下也有可能出现钢结构失稳的情况，常见的有以下两种情况：一种是过大的压力直接作用在受力平衡点上，造成结构整体受力不均导致失稳。另一种是钢结构构件由于长期使用，导致内部结构发生金属疲劳等问题，内部结构失去支撑作用，导致整体结构失稳。在进行钢结构设计之前，有必要明确这种结构的稳定性特点，才能在设计过程中有的放矢，避免结构弱点，发挥钢结构的优势，使得建筑物中的钢结构发挥更好的作用。在建筑工程钢结构稳定性设计中，应结合钢结构多样性的特征，对结构的承载能力予以考虑，合理分析钢结构稳定性要求，避免因结构变形或承载力不足而导致各种危险事故的发生。在钢结构设计中，还要注重与其他结构之间的吻合性，这样才能确保各结构之间的合理搭配，实现构件的有效连接，加强钢结构整体的稳定性。

2钢结构设计稳定性原则

钢结构的稳定性设计对建筑工程的安全性有着重要意义，要满足钢结构稳定性设计要求，就需遵循现有既定原则和规律，提升设计水平。

（1）稳定性原则。稳定性原则要求设计者在钢结构设计中，保证各构件及各组成部分设计的合理性、稳定性，强化钢结构的设计效果。平面体系设计作为钢结构设计的主要方法，可以将钢结构设计的具体情况直观展现出来，并对其中存在的问题予以调整和更改，使其与结构设计图纸保持一致。

（2）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。

（3）配合性原则。要求在设计过程中，将稳定性设计的细节部分与稳定性计算部分相结合，并保证结果的一致性，满足钢结构稳定性设计要求。 3钢结构稳定性设计的关键要点 3.1受力设计

钢结构的一个最重要的指标就是其受力水平，在进行设计时，钢结构的承重负载能力为首先考虑的问题。钢结构一般采用T字形或者是L字形设计，这是从结构的稳定性考虑，采用这两种形状可以很好地分散建筑的整体重量，达到平衡支撑的目的。在建筑工程实践中，钢结构是建筑物外围的一种常用结构，对建筑物起到受力支撑作用。在建筑物整体设计中，钢结构的使用尽量遵循对称原则，其目的是让每个钢结构均匀地承受整个建筑物的作用力，防止个别钢结构承受压力过大或过小。除此之外，对钢结构不同部位的受力及稳定性要求也不同。例如，对于钢结构中不动支座的要求是防止发生位移，因此对于这部分的支撑能力要求较高，但是对于钢梁架，除了要起到纵向支撑作用，还需要考虑在水平位置防止其发生扭转。钢结构不同部位的受力特点要在设计中体现出来，避免因考虑不足而出现失稳状况。最后，钢结构的具体施工操作也非常重要，现场施工人员必须按照设计图来严格执行，尽量减少施工误差，加强部门间相互配合，严格依据标准进行施工，加强细节管理。 3.2防腐设计

建筑物在不同的环境下使用会经历不同的自然条件侵蚀，在诸如潮湿、盐雾等特殊的使用环境下，由于金属固有的特性，容易被腐蚀，影响其稳定性。通常情况下，金属材料容易受到电化学腐蚀和化学腐蚀两种不良影响。现代材料科学针对建筑用金属的使用环境，已经开发出了针对不同环境条件的防腐蚀涂料。在较潮湿的环境中，在钢结构表面涂抹抗腐蚀涂料，可以隔绝水和空气这两个大产生金属腐蚀的因素，防止钢结构受到腐蚀。对于在高盐度环境下使用的钢结构，容易与海水中的钠离子产生电化学腐蚀，根据电化学反应原理，将金属材料成为生成物的一方，通过这种方法可以很好地解决钢结构腐蚀问题，从而保障钢结构本身的强度，实现结构的稳定性。 3.3防火设计

钢结构的防火设计主要是通过耐火材料及防火涂料的合理选用来实现的。在钢结构防火设计中，首先要根据工程建设的防火等级及防火种类进行合理的规划布局，确定钢结构防火设计所需的材料及涂料类型，之后按照规范要求，开始耐火材料及防火涂料的选用。防火涂料的选择一般以厚度较厚、黏结强度以0.05MPa以上的材料为主，钢结构外包防火材料则以硬质的防火性板材为主。而防火涂料的选择，要按照防火指数要求合理选购及涂抹，从而优化各节点部位的防火性能，避免问题的产生。

在钢材的选用上，也要注重耐火性能的检查，降低火灾对材料带来的影响，保证建筑工程质量。此外，吊顶设计也是需要重点考虑的内容。在钢结构防火设计中，可通过多种方案的对比研究，确定最终的设计方案，进而优化建筑整体防火性能。 3.4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，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。 3.5结构选型

结构选型是保证钢结构设计稳定性的重要环节，对建筑工程项目与施工整体目标的实现具有重大影响。在设计过程中，出于对钢结构稳定性的考虑，需要尽可能保证使用简单的结构形式。比如：（1）平面布置应避免平面不规则，平面布置简单、规则、对称是为了使结构的刚度中心和质量中心基本重合，这样可以避免地震时带来的扭转效应，避免扭转破坏。建筑平面不易采用角部重叠和细腰型结构布置。（2）竖向结构布置也要避免竖向不规则，竖向尽量不采用局部外凸和内部凹进去的结构形式，实现上下贯通，以此达到整体结构稳定及刚度连贯性的目的。结构的底层就是最显著的薄弱层，很多地震都是由于底部薄弱层坍塌

导致房屋破坏的。就以往的工程情况来看，T型或是L型和U型为较为常见的两种结构形式，拐角处常用伸缩缝隔开，使结构分开成简单的矩形形式，避免结构不均匀带来的扭转问题，提高了钢结构的稳定性。在钢结构的设计过程中，还要注意结构的刚度中心以及结构质量中心的分布，不要离得太远，以便减少扭转。 4结语

综上所述，钢结构的稳定性对于建筑整体的安全和使用寿命具有决定性的影响，设计人员在进行钢结构设计的过程中要进行精密计算，综合考虑零部件之间的受力关系，做好钢材防腐处理，最大限度地避免钢结构的短板，发挥钢结构的优势，从而推动建筑设计的不断进步。

参考文献：

[1]吴立飞.试析建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点[J].建材发展导向（上），2019，17（12）：25-26.

[2]史旭晴.建筑工程中钢结构设计的稳定性原则与设计要点探讨[J].建筑工程技术与设计，2018，（26）：926.

[3]田宏.建筑工程项目中钢结构设计的稳定性探究[J].山东工业技术，2018，（10）：124. [4]仲倩倩，张胤.建筑工程项目中钢结构设计中稳定性分析[J].中国房地产业，2020，（1）：175.

5]尚温扩.钢结构设计中稳定性设计分析[J].山西建筑，2018，44（7）：40-41.