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建筑钢结构设计中稳定性的设计方法探讨吴国勇

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：吴国勇

[导读] 摘要：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。

        新疆凯盛建材设计研究院（有限公司）新疆乌鲁木齐 830000
        摘要：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。
        关键词：建筑钢结构设计；稳定性；设计方法
        钢结构作为建筑工程中主要的建筑结构类型，它具备刚性强、强度硬、不易变形的优点，因此被应用在大型建筑和承载力要求较高的工程中，这种钢结构与工程力学的假设要求更加贴近，它在实际使用中不仅韧性较好，而且具备承受较大载荷的能力。而如果在建筑工程中，想要使得建设工期和建设质量得到提高，那么钢结构的质量就非常关键，因此，必须在钢结构的生产中，确保生产设备具备较高的精密性和密闭性，这样才能确保钢结构的强度和质量满足建筑要求。
        1.钢结构稳定性设计的特点
        （1）钢结构的设计具备多样性的特点。钢结构是否稳定，主要取决于钢结构的设计，这重点指的是钢结构中的受力点。因此，在设计钢结构受力点时，必须重视钢结构受力点的设计问题，从而确保钢结构的稳定性。此外，由于在实际使用钢结构时，钢结构的变形问题会由未受压部分转为受压部分，从而严重影响钢结构的整体稳定性；
        （2）钢结构的设计具备相关性特点，在设计建筑钢结构时，不同的结构部分会相互吻合，如果某一个部分出现设计不当的问题，将会直接影响其他部分的稳定性，导致钢结构的整体稳定性下降；
        （3）钢结构的设计具备完整性特点，钢结构由不同部分构成，不管钢结构中哪个部分出现变形或者其他问题，都会直接影响其他构成部分的稳定性。
        2.建筑结构中钢结构设计的重要性
        建筑工程中使用的钢结构，都是将钢板经过科学合理的加工工艺制作而成，一般钢结构主要分为轻钢和重钢两种，其中轻钢具备占地面小、自重轻的特点，多被用于跨度较小的建筑工程中。而重钢则刚好相反，它的自重较大、且优势较多，比普通常钢筋混凝土结构的建筑承重性要好，因此，在大型建筑工程中使用的较为广泛。
        在建筑结构设计中，钢结构的设计非常关键，它不仅关系着整个建筑工程的质量，而且直接关系着建筑行业未来的发展。由于钢结构设计的质量和稳定性是与钢结构制造企业有着直接关系，因此，不断优化钢结构的设计尤为重要。站在建筑结构设计的角度来看，在设计钢结构的过程中，要求设计师具备较强的空间想象力和设计水平，它的设计难度要远大于混凝土结构的设计，要求设计师必须具有丰富的设计经验，在设计中严格按照国家相关规定，并结合建设工程的实际情况进行设计，从而确保钢结构的设计质量满足实际需求。
        3.钢结构的优势
        3.1功能优越
        由于钢结构的设计、布局、尺寸会影响建筑物的外观，因此，在设计建筑钢结构时，有必要掌握并了解钢结构的性能，只有这样，才能将钢结构的设计与建筑结构设计融为一体，从而使建筑工程的视觉效果和实用性能更胜一筹。
        3.2生态环保
        为了延长建筑物的使用寿命，促进建筑行业的持续发展，唯一的办法就是通过采用环保节能的设计方法，来确保建筑物的寿命和质量。目前，钢结构在很久之前就被使用在我国的建筑领域中，这是因为不管是在能源或是资源领域，钢结构都具备重复使用、高能效、高强度的环保优点，并且钢结构的废料都具有很高的使用价值，因此，可以看出钢结构具备较高的的环保性。

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        3.3比钢筋混凝土结构的优势更多
        钢结构与钢筋混凝土比较有以下优势特点：（1）钢结构可以通过工厂加工完成，大大降低人工操作成本，缩短生产时间。（2）钢材的自重一般较轻，钢结构所产生的负荷相对较小，能够降低地基的施工成本。（3）钢结构的稳定性、抗震性以及强度较高，在使用过程中不会出现断面问题，可以使得建筑物的质量得到保障，从而提高企业的经济效益和社会影响力。
        3.4成本低、安装操作简单
        钢结构比混凝土结构建筑更加经济实用，在施工期间耗费的建材和成本较少，并且操作灵活、易于组装，它在安装上耗费的时间仅是混凝土项目施工时间的一半。如果在生产时采用流水生产工艺，则又可以节约一部分生产费用，这样不仅可以帮企业节约大量建筑成本，而且还可以最大限度提高企业的施工效率和经济效益。此外，钢结构的施工非常方便，不会受到任何外在环境因素的影响。
        4.钢结构稳定性设计的关键要点
        4.1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。
        4.2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。
        4.3稳定性相关设计
        在钢结构设计施工的过程中，除了要完成稳定性计算，还需要加强对整个钢结构检测工作，严格的检测是确保钢结构材料合格并达到设计要求的关键环节。临界压力计算方法是预测钢结构在实际使用过程中承受压力值的常用方法，经常用于钢结构检测。当钢结构承受压力的测量结果超过临界值时，证明其稳定性已经遭到破坏，需要及时调整钢结构受力设计，避免出现失稳状况。重视钢结构内部各个零件的受力分析，优化零部件受力细节，避免出现受力不均匀的问题，影响整体的结构安全。
        结束语
        总体而言，在建筑工程中钢结构占有非常重要的位置，它的稳定性和强度直接关系着建筑项目的整体质量。因此，相关企业必须在建筑工程的建设中，不断优化钢结构的设计方案，并加大对钢结构的设计力度，从而使得钢结构设计的稳定性以及质量得到提高。
        参考文献
        [1]尹一文，梁良亮，于建军，肖建华，建筑结构钢结构设计中的问题分析[J]，工业C，2015（5）：116.
        [2]王恒强，钢结构设计中常见问题分析[J]，江西建材，2016（1）：35.