建筑钢结构设计中稳定性的设计方法

建筑钢结构设计中稳定性的设计方法
彭
曦
昆明兰德设计有限公司版纳分公司单位
邮编： 666100
摘要：设计人员在实际展开对建筑钢结构的设计工作时，应当先了解设计工
作应遵循哪些基本原则。

本文主要从稳定性、统一性和配合性三个角度展开分析，明确设计工作的基本侧重点，研究提升设计质量，保障建筑结构使用安全的方法。

同时，基于稳定性是建筑结构应具备的一项基本性能。

因此，笔者着重结合了钢
结构的性质特点，从整体设计流程的角度出发，研究优化稳定性设计方案，精准
计算设计参数的方法，以此来保障建筑物能够顺利建成。

关键词：建筑钢结构；结构设计；框架稳定性
在建筑工程的施工建设环节中，为了提升建筑物的稳定性，延长建筑物使用
寿命，并有效弥补混凝土结构的不足之处，设计人员在进行建筑造型结构设计工
作时，会使用钢材料来建设整体框架结构。

要想发挥出建筑结构的使用价值，规
避建筑物的使用安全风险，必须要合理确定钢材料的基础参数，规范设计流程。

重点应当结合现场施工条件，找出钢结构设计工作的侧重点，科学优化设计方案，体现方案的适应性特征。

1.建筑钢结构设计工作的基本原则
1.1稳定性
决定在建筑施工过程中建设钢结构框架，需要遵循稳定性原则，这是设计环
节的基本原则之一。

新时期，很多设计人员会从大众审美的角度出发，研究提升
建筑结构美观性的方法。

但是，造型结构过于复杂、框架稳定性不高，将会增加
建筑物的使用安全隐患。

基于此，必须要在设计阶段着重分析建筑结构的支撑点
所在，选择合适的钢结构连接方式。

与此同时，应当从水平面和垂直度两个角度，研究钢结构的最大设计面积及高度，确保设计方案具有合理性、可行性的特点，
有效避免建筑物出现倒塌的情况。

1.2统一性
进行钢结构设计工作还要遵循统一性的原则，主要体现在整体施工阶段所使
用的钢材料种类应当保持统一，关键要在设计方案当中明确提出对材料质量的要求。

另外，设计阶段还要统计框架的平衡性问题，要进行受力面积、受力点的准
确计算工作，这个环节对设计人员的专业能力和工作精细化程度都有较高要求，
比较容易由于人为因素造成数据失真的情况，影响实际建筑结构建设工作的质量。

1.3配合性
建筑钢结构设计方案中，要体现出钢结构的连接步骤和连接方式。

一个整体
的框架结构通常是由多个钢材料构件拼装出来的，要求设计人员在前期设计阶段
能够充分考虑结构设计的配合性问题，主要指的是各个构件之间能够顺利拼接在
一起。

同时，要考虑到每个单一构件自身的功能及作用，要在设计环节通过将构
件有效的连接，最大化发挥出构件的使用价值，提升建筑物整体的使用质量及寿命。

一般来说，钢构件的连接大多以焊接、绑扎这两种方式为主，设计人员应当
在保证稳定性的前提下，提升结构之间的配合性，顺利完成对钢结构的设计任务。

2.建筑钢结构稳定性设计的具体流程
要进行建筑钢结构设计工作，保证稳定性是第一原则。

因此，设计人员都会
重点从钢结构稳定性设计的角度出发，规范设计流程，提升设计质量及水平。

2.1设计结构的造型
从稳定性的角度来分析，首要设计任务就是先确定钢结构的整体造型。

如果
是住宅类的建筑物，一般会采用对称式的建筑结构，这种结构可以均匀分摊应力
变化给建筑结构稳定性带来的影响。

如果是要建设体育馆、标志性风景建筑物，
要建设复杂的结构，以体现出施工水平，并保障建筑物具有可观赏性。

要求设计
人员应当在设计造型时，先从平面布局的角度出发，让平面结构尽量简单，形状
规则。

同时，要分析建筑结构的刚度中心位置，根据当地的自然环境情况，预估
设计工作的可行性。

主要关注是否存在地震风险，合理设计建筑物的高度和造型
结构，避免在地震时由于结构问题引发扭转振动。

通常应当尽量避免建筑结构出
现角部重叠的情况，比较常见的就是采用T型或U型结构来进行底层设计工作，
以此来应对自然地质灾害造成的不良影响，全面提升建筑钢结构稳定性。

2.2钢结构防腐设计
稳定性设计的流程比较复杂，因为实际施工环节和建筑物投入使用的过程中，会对建筑钢结构稳定性产生影响的因素有很多，要求设计人员提高重视，提前结
合常见问题做好防范工作，提高设计水平，体现设计工作的实际价值。

以钢结构
自身的性质特点来看，在设计过程中必须要重点考虑钢结构的防腐问题。

金属材
料大多都具有刚硬度高、承重能力强、使用寿命长的特点。

但是金属材料与潮湿
的空气长期接触，会引发锈蚀问题，影响其使用性能。

这是造成建筑结构稳定性
不达标的主要原因，需要设计人员全面展开防腐设计工作。

一般来说，针对潮湿
生锈的问题，应当做好钢材料选型工作，对比合适的防腐蚀材料，进行表面涂刷
处理，这是保证钢材料自身性能稳定的方法，能为整体结构的稳定性提供基础保障。

2.3结构的受力设计
由于建筑结构受到的作用力大小、方向不同都会影响结构稳定性。

因此，在进行建筑钢结构设计工作时，应当着重展开受力设计。

在整体设计任务结束后，设计人员会进行模拟实验，判断这种设计方案下，钢结构的承载能力是否符合建筑施工任务的基本要求，及时调整设计参数，优化设计方案。

首先，应当先针对钢结构内部构件的特点，逐一进行受力特点分析，做好各个构件的搭配工作。

其次，应当从结构整体角度判断钢结构的力学传导特点，判断受压状态下，结构是否存在变形的情况，计算变形量范围，分析是否会对建筑使用质量产生影响。

2.4其他设计要点
钢结构设计工作中还有很多与稳定性相关的内容，比如，结构的加固设计工作以及防火设计任务，都是需要设计人员重点关注的内容。

2.4.1科学加固结构
针对人们新时期对建筑物的使用需求越来越高，设计人员在实际展开设计工作时，需要做好结构加固工作。

关键是从增加截面的环节展开研究，要根据钢结构的截面大小、形状和所在位置，落实加固任务。

第一，应当对截面的连接处进行加固处理，避免衔接位置承载能力弱，影响结构稳定性。

新时期，可用的结构加固方法有很多，在设计阶段应根据实际工作情况来选择最合适的方法。

第二，要通过加固设计提升结构的支撑力，通常会涉及到对预应力钢构件的应用。

2.4.2防火设计工作
建筑钢结构要具备一定的防火等级，如果防火能力不达标，当突发火灾问题时，无法保障建筑物的安全性能。

结合实际使用情况来看，与其他材料相比，钢材料虽然刚硬度高、抗震能力强、熔点也比较高。

但是在高温状态下，钢结构的使用性能会逐渐下降。

一般温度在450℃以上，钢结构就会失去稳定性。

出现结构弯曲、建筑物坍塌等情况。

因此，在前期进行稳定性设计时，必须要意识到防
火设计工作的重要性。

关键应选择合适的防火涂料，最大限度的保障材料的使用
安全。

设计时，对于涂料的厚度也要进行精准把控。

涂料过厚会增加施工成本，
涂料过薄无法达到防火效果。

3.建筑钢结构设计阶段的稳定性计算方案
具体进行钢结构稳定性设计工作时，为了让这项工作具有科学性、合理性的
特点，应当结合计算公式对各项参数进行精准计算。

3.1阻尼计算
在分析结构稳定性时，要关注建筑结构在各种因素下发生振动的频率、幅度，判断这种振动情况对结构稳定性产生的不良影响。

这需要进行阻尼的计算工作，
阻尼能够减少振动量，阻尼参数波动越小，建筑结构的稳定性越更高。

下表是钢
结构在不同振动情况下的阻尼参数变化情况：
表1 阻尼比参数值
3.2参数计算
钢结构稳定性的计算工作应当从参数设计角度出发，了解钢结构的宽高比。

实际上，建筑物越窄、高度越高，相应的稳定性就越差。

所以，高层、超高层的建筑物底层平面的占地面积都较大。

要根据施工现场的占地面积，计算最佳的结构宽高比，注意管控计算误差，以保障后续建筑施工任务的顺利开展。

3.3静力与动力稳定性
稳定性设计中有许多专业的设计理念和技术方法，要求设计人员不断学习新知识，提升自身的专业能力。

目前，实际设计环节中常用的设计方法就是进行静力设计和动力设计。

要构建相应的数学模型，判断钢结构投入使用时，受到各种外界作用力影响的情况下，受力的变化状态。

建筑结构静态和动态的变化主要以结构是否出现了振动现象来区分，还要考虑结构的负荷能力。

在建筑结构的振动数值为零时，可以进行静态分析。

在结构出现振动时，则要根据振动时间、振动力度来观察结构稳定性的变化状态。

生活中经常会出现许多对结构产生振动的因素，比如，建筑物内部装修、载重量较大的车辆从建筑物周边驶过。

都或多或少会产生振动，要求设计人员应全面、细致的考虑问题。

3.4结构塑性计算
建筑钢结构在某些条件下会发生形变，塑性计算就是为了对建筑物的可变形量进行计算。

建筑施工对各种构件的可塑性都有一定要求，比如，钢材料的最大弯曲度、是否可焊接，都影响着材料的可塑性。

设计人员可以从塑性荷载及建筑物安全系数两个角度，来评估钢结构的使用价值，从中找出保障建筑物稳定性的方法。

结语：建筑钢结构的设计工作应当从造型、防腐蚀、受力以及防火设计等角度展开研究，还要结合建筑物的实际使用需求，做好加固设计工作。

新时期，有效提升稳定性设计效果的前提就是要保障设计人员具备对各种专业设计技术的操作能力，要提高设计工作的精细化水平。

包括对阻尼的计算、基础结构参数的设计以及结构塑性设计等多个方面，都要保证参数真实、准确，并充分结合现场实际施工条件，完成静力、动力稳定性的分析，从中找到设计方案的优化方向，科学调整设计思路，发挥钢构件的使用价值，保障设计任务的有序开展。

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