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钢结构的稳定性及设计要点

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：成晶晶1 赵新光2

[导读] 摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对钢结构的应用也越来越广泛。

        1.山西建设投资集团有限公司山西省太原市 030000；2.14022219910723xxxx 山西省大同市 037000
        摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对钢结构的应用也越来越广泛。钢结构由于使用效果强于其他传统的材料。受到越来越多人的欢迎，被应用到各种建筑工程中。鉴于此，文章对钢结构稳定性的概念进行阐述，并对钢结构稳定性设计的原则以及设计方法进行阐述。
        关键词：钢结构；稳定性；设计要点
        引言
        钢结构具备重量轻、抗震效果良好、绿色环保、产业化程度高、综合经济效益明显等各种优点，受到国内和国外建筑工程的高度重视。最近几年来，因为国家规章、钢铁生产、设计开发等多方面的优势，钢结构在工业厂房、大跨度、桥梁、板壳、平台、受动载作用等各方面的结构和拆装，能够移动结构等各个方面的快速发展和而普遍使用。但是因为钢结构缺乏较强的耐火性、耐腐性以及稳定性的问题，现有设计方式具有一定缺陷，使得钢结构特别是高强度钢结构的发展受到一定程度的限制。
        1钢结构设计的稳定性
        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建筑工程钢结构设计的特征
        在建筑工程的钢结构设计过程中，其主要特征是具有整体性、多样性和相关性。详细情况如下：（1）整体性特征。钢结构主要是通过多个构建组合而成的有机整体，无论结构的哪一部分不稳定或变形，都会影响钢结构的整体稳定性，并影响与之相连的周边钢筋。因此，它拥有一定的完整性；（2）相关性特点。在各种失稳模式中，都不可避免的具有一定的耦合，如果一个部分产生变形，那么将会对其他部分造成一定影响，并且两者还会互相影响，最后，对局部与全局之间稳定的关系产生影响，这些都是相关性的典型表现；（3）多样性特征。在进行建筑施工的各项设计过程中，都会展现出钢结构的稳定性，特别是对于一些钢结构受压部位的设计，稳定性的分析是其中的重点内容。此外，当部分非受压部位发生结构变形时，还会转化成受压形态，从而对整个钢结构的稳定性产生一定的影响。
        3保证钢结构稳定性的设计要点探究
        3.1荷载设计
        在钢结构设计中，要注重结构的对称性及上下贯通性，减少扭转等情况的发生，加强钢结构的连贯性和稳定性。通常情况下，钢结构的设计会以L型或T型为准，并对外围结构实施加固处理，以增大钢结构的抗扭曲变形能力，保证钢结构质量，保障其性能的发挥。另外，在钢结构设计上，为了减少问题，降低设计难度，设计人员可从结构刚度、结构中心设计及几何图形设计等方面进行综合考虑，合理规划钢结构类型，确保其稳定性。在扭转设计上，设计人员需要对水平承载力进行综合考量，深入分析影响钢结构强度或性能的特殊因素，以保证钢结构稳定性。例如，在剪支梁的抗弯强度设计，不动铰支座除了要做到水平面内的有效移动以及阻止位移现象产生，还需具备阻止梁绕纵轴扭转带来隐患的能力，并加强水平面内转动与梁端截面的自由翘曲，提升简支梁设计的稳定性，进而达到最终的设计要求。
        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。

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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规范构件设计
        构件设计在钢结构设计中占有重要地位，构件设计要保证钢结构的科学合理性，并结合施工要求，选择合适的材料，保证施工的顺利。在进行主体框架设计时，一般要使用同种材料，有时为了降低成本，一般会选择符合技术要求的其他材料。简单来说，就是使用钢材的质量要高于国家规定的标准。在施工时，要对设计不断进行优化，严格进行钢结构截面的处理工作以及相关的计算工作，优化处理截面，简化设计环节。
        3.4钢结构的抗震设计
        加强对钢结构间稳定性关系的掌握能够确保钢结构稳定性的一种设计，所以需要重视钢结构抗震构造。在进行钢结构设计的时候，钢结构需要尽量保证准确与简捷。进行钢构件连接的时候，需要依照想关实情开展操作。为了确保屋顶框架与屋顶板间有效连接，屋顶柱与梁充分稳定来增强钢结构抗震性，这能够提升建筑物安全性。其次，钢结构抗震强度由选用支撑的形式以及位置来决定，所以进行设计之时重视这些因素，尽最大努力降低这些因素在钢结构抗震性方面产生的影响。
        3.5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。[4]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。
        3.6强节点弱构件
        结构构造首先一定要考虑到连接承载水平。因为连接坏损，梁与柱非常低效而且结构同样会坏损。第一应当从梁端的设计内力进行操作，依据强节点弱构件的设计要求对内力进行调节。第二，应当采取有效的技术方法，比如：光束的端部释放，框架构件能够显着塑性构造损坏以前变形，其中地震能量用于保障，幅材凸缘部位来确定的刚性元件主要目的在于防止此类型的集中压力。如果采取节点加焊接盖又或是开启梁下凸侧，连接灵活性与整体轮廓束相比较承载力是更大的。采取法兰连接抗冲击性一定要满足相应的要求标准。
        结语
        综上所述，建筑工程的快速发展使钢结构的应用范围逐渐扩展，而钢结构稳定性设计直接影响着钢结构建筑整体质量，希望对相关人员有所帮助，进而为建筑工程结构设计水平的提升奠定基础。
        参考文献：
        [1]赵文东.建筑钢结构设计要点分析[J].中国标准化，2018（22）：53-54.
        [2]姬爽，王辰.探析建筑钢结构工程设计的要求及其设计要点[J].中国住宅设施，2019（5）：6-7.
        [3]贺力超.多层钢结构工业厂房结构设计[J].江苏科技信息，2016（36）：69-70.
        [4]王国平.建筑工程中钢结构设计的稳定性原则与设计要点分析[J].住宅与房地产，2019（18）：112.
        [5]王有刚.大型复杂临时钢结构的设计要点[J].北方交通，2019（2）：36-39.