建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究

建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究

摘要：我国建筑工程项目的建设中，广泛用到的材料就是钢结构，钢结构具有多种优点，包括自重轻、强度高、构件较为标准、高工业化程度等。而随着钢结构有关体系被开发建立，钢结构重点项目被开发，其获得了更加广阔的发展。但建筑工程项目的钢结构在其稳定性上的设计有着一定的缺陷，而这也是导致建筑工程稳定性存在问题的关键因素，因此必须要设计出结构稳定的建筑钢结构，积极预防、规避有可能发生的问题。本文主要对建筑钢结构存在缺陷进行分析，探讨钢结构设计选择，最后分析钢结构稳定性设计的具体方法。

关键词：建筑设计；钢结构；稳定性；设计方法

建筑工程项目能否具有长久的使用寿命，钢结构稳定性在其中发挥着重要作用，因此人们也越来越注重钢结构建筑的稳定性分析，深入研究钢结构的受力情况，分析、计算钢结构的稳定性。一般情况下，在建筑钢结构遭受外部的荷载作用时，分析钢结构的失稳受力状态可知，钢结构都非线性受力曲线，因此我们对建筑钢结构的分析曲线都是基于几何非线性进行分析的。

1建筑钢结构的概念

建筑钢结构最主要的材料便是钢材，是当前时代最常用到的建筑结构材料。建筑钢结构所具有的强度较大，另也具有较好的变形程度，因而常常被用来建设一些跨度大、超重型的建筑。钢结构在进行建筑工程建设时，因钢结构材料本身有着良好的韧性，可通过变形来承受较大的动力荷载。同时，钢结构应用在建筑工程的建设中，能显著缩短建筑工程工期，保障工程的工作效率和质量。另钢结构也具有较高的机械化程度，能保障建筑具有很好的精密度和密闭性。

2建筑钢结构的优点

2.1施工简单

建筑钢结构其制作方式较为简单，相较于混凝土，钢材具有更高的密度及强度，在进行大跨度建筑设计时，同样的跨度，钢结构的总重量比混凝土轻很多，这大大降低了材料成本及运输、吊装成本。钢结构是一种具有标准化的材料，因此在生产时可以进行大批量的生产，且一般在生产工厂内就根据标准进行现场拼接安装，有利于施工的准确性及施工速度的加快。另外钢结构在施工时候，省去了混凝土结构施工时需要支模板、钢筋绑扎、浇混凝土、养护护理等多种复杂的工序，大大降低了作业时间，体现出建筑钢结构的简便性、高效率性。

2.2抗震性高

建筑钢结构主要结构材料是各种钢材，例如碳素结构、低合金高强度钢、热轧钢板、热轧型钢、镀锌冷弯薄壁型钢等，相较于混凝土所制成的建筑结构，具有更轻的自重，更好的延展性，因此钢结构表现出极佳的抗震性能。

2.3精确度高

钢结构常用来构建一些跨度较大的建筑工程，这是因为钢结构的构件具有很好的韧性以及可塑性，另建筑需要更加好的稳定性也同样考虑使用钢结构，这是因为钢结构具有较强的弹性，因此其受力情况会和相关建筑工程力学计算方式相符，具有更高的精确度，可广泛用来进行建筑工程的制造。

3建筑钢结构的缺点

钢结构虽然具备多种优势，但同时也存在一些不足之处：一是钢结构的耐热性能不是很好，当温度达到150℃，就会超过钢结构的耐受能力，将会导致钢结构发生变形，因而在使用过程中要对其采取隔热保护措施；二是为钢材自身存在

一些缺陷，其抗腐蚀性、耐火性、抵抗力等能力相对不高，在使用钢结构进行建

筑时必须做好严密的防护，而这又会增加一些建筑成本；三是钢结构虽然具有较

高的强度，但制作成的建筑钢结构的刚度却不是很高，主要原因是钢结构的构件

表现形式一般为薄壁形式，钢结构的构件横截面积比较小，进行施工时将会承受

很大的负荷，这导致钢结构的稳定性、强度都没有满足建筑要求。

4钢结构稳定性设计原则与计算方法分析

4.1钢结构稳定性设计原则分析

建筑钢结构设计重点应当为稳定性，建筑强度由钢材决定，但强度与稳定性

并不是同一问题，需要将这二者进行区分。对于钢结构稳定性设计时，应当先查

找导致不稳定的原因。一般情况下，导致钢结构不稳定的原因是其内部、外部的

受力不平衡所致。当外部承受的荷载力与内部的抵抗力之间不平衡之时，将会导

致钢结构出现变形，究其变形的根本原因其实是强度问题所致。因此要解决钢结

构设计不稳定问题，首先在设计钢结构时，要保障其组成部分、整体结构都要达

到稳定性指标。对钢结构的框架、桁架进行设计之时，应当正确的使用平面体系，使其框架、桁架都能具有较强的平稳性，之后再逐渐扩展到钢结构体系的平稳性来，确保钢结构整体设计趋于平稳。其次，在对钢结构进行设计时，必须要用到

专业的结构计算，这些计算要确保钢结构受到的荷载、受力状态与实际状况一致，最终的施工图应当与计算模型选用的构件截面相同，比如钢结构的设计框架要具

有较好的稳定性时，整体模型计算的结果要和实际大概相同，如此才可以保证框

架具有很好的稳定。

4.2钢结构稳定性设计的计算分析

4.2.1静力平衡法

静力平衡法又被称作静力法，一般用来计算屈曲荷载情况。当出现细微屈服

之后，通过对结构进行力学状态分析，并采取方程组进行求解，当求得的结果不

仅只有一个的时候，求得最小解便是结构体系的分岔屈曲荷载。在钢结构设计中

最常用到的便是静力平衡法。

4.2.2振动法

振动法主要是在结构处于平衡状态情况下为其施加一些微小的干扰让其出现

振动，后再依据自由振动原理对钢结构的临界荷载进行确定。如果钢结构振动时

的荷载比低稳定时的极限荷载值还要小时，其加速度方向与变形方向是相反的，

振动会随着时间不短的推移而表现出一种收敛的状态，并逐渐趋于静止，此时这

样的钢结构设计时处于一种稳定的平衡状态。

4.2.3能量法

能量法又被称做铁木辛柯法，其求得钢结构的临界荷载的主要方式是利用能

量守恒原理，当钢结构保守体系为一个平衡状态之时，那么在结构体系中贮存的

应变能会与结构体系的外力产生的功相等，关系式为：&Delta；U=&Delta；W，

其中应变能增量用&Delta；U表示。另当结构遭受外力的作用发生一些细微的变化，结构的总势能没有出现变化，即称为势能驻值原理，其关系式为：&delta；

&pi；=0，其中，结构的总势能一阶变分用&delta；&pi表示。

5钢结构设计中稳定性增加的方法分析

5.1总体稳定性增加分析

为满足当代我国建筑工程对钢结构稳定性的需要，必须要大力加强对建筑钢

结构稳定性的分析力度，并且在钢结构的实际设计分析时，要散发思维，不要局

限在一个单一性的结构设计思维中，要结合建筑施工的实际情况，进行钢结构设