论文部分内容阅读
摘要：随着社会主义经济体制制度的不断完善，人们的生活水平发生了翻天覆地的变化。伴随着房地产行业的不断发展，工业建筑应用钢的需求量也越来越大。近年来关于建筑钢的稳定结构设计优化的讨论也越来越多，本文结合个人多年工作经验，分析了钢结构的特性以及在建筑工程上面的应用情况，从其稳定结构的设计优化的角度展开探讨，希望能够起到抛砖引玉的作用。
关键字：建筑钢；稳定；结构
钢结构在建筑工程当中应用的范围十分广泛，究其原因在于其拥有自重轻，高强度和工业化强度高的特点。自从国家将轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用列入到国家重点技术创新项目以来，建筑钢结构的发展取得了一定的成效。然而近年来由于地震等自然灾害的频繁发生，钢结构失去稳定而造成的事故也越来越多，对社会主义的经济建设造成了严重的危害，因此关于建筑钢的稳定结构设计越来越受到人们的关注。本文结合个人多年实践工作经验，就建筑钢的稳定结构设计优化展开探讨，希望能够引起广大学者的关注。
一、建筑钢结构
（一）钢结构的材料优势
钢结构主要是运用钢板、热轧型钢等为主要材料经过加工制造形成的建筑结构，与混凝土等材料的结构相比，拥有无可比拟的优势，主要体现在以下几个方面。
首先，建筑钢拥有很高的强度，无论是塑性还是韧性都是其他材料结构无法比拟的。高强度能够让钢材承受较大的载荷，对于动力的变化拥有较强的适应性，不会因为由于载荷过重等等客观因素而突然断裂。除此之外钢结构还拥有很强的吸收能量的能力和延展性，这个特点能够帮助建筑起到良好的抗震作用。
其次，钢材的内部组织分布的十分均匀，并且存在着各向同性的特点，在一定的应力强度下，钢材结构的反映是百分之百弹性的，再加上其在冶炼和轧制的过程当中材料本身的受感染和波动的范围比较小，因此从受力分析以及工程力学的计算结构上面来看，能够有效的提升设计施工的精准程度。
最后由于钢结构主要是运用钢板、热轧型钢等等材料制造出来的，无论是成才材料本身还是用以加工的材料而言，结构的比较坚硬单纯，因此从生产制造的角度比较简单。与混凝土材料结构相比，钢材结构的密度要大得多，无论是强度还是密度都是混凝土材料无法比拟的。如果用钢材代替混凝土来承受相同的载荷，所需的刚才自重仅仅只是混凝土材料的30%左右，轻便的材料比较方便运输。
（二）钢结构的不足
钢材结构凭借着其自身独特的优越性被广泛的运用到土木建筑当中，近几年来运用钢结构来修建住宅的方式有效地推动了我国房地产建筑事业的发展，尤其是钢结构的使用过程拥有很强的环保型，符合我国可持续发展的需求，形成了良好的收益效果。然而钢材本身仍然存在着一定的局限性，比如说其耐腐蚀性和耐火性能都不高，这是因为钢结构在使用的过程当中需要采取严密的防护措施，所花费的成本要远远高于钢筋混凝土结构。尽管钢结构本身用以一定的耐热性能，但是如果在施工的过程当中温度达到了150℃时，就需要利用隔热层的方式来对其进行保护。再加上钢材结构没有耐火性能，因此对于重要的结构而言还需要配備相应的防火设备。由于钢材结构拥有很高的强度，因此其最终制造出来的构件往往都是薄壁的形式，并且横截面积比较小，受压时无法同时满足强度和稳定的要求。
二、建筑钢的稳定结构设计
（一）钢结构稳定性的概念
钢结构强度不够或者是出现失稳现象都会造成钢结构的破坏，然而钢的强度与钢的稳定性并不是同样的概念。实际上钢结构的强度仅仅只是一个与应力有关的问题，主要指的是当钢材结构或者是用其制造的构件在比较稳定的状态下能够允许承受的最大应力的极限强度。钢材的极限强度主要是根据其在承受载荷的最大应力或者是内力所产生的屈服点所确定的。而稳定与强度的概念却截然相反，强调的是变形问题，构件所能够承受的外部载荷以及钢材结构自身所产生的抵抗力并不是平衡稳定的，因此我们的研究重点应该放在找出这一不稳定的平衡状态的极限值，避免由于出现过分变形而出现失稳的情况。
由于钢材结构拥有较高的强度，因此所制造的构件大多数情况下都是薄壁结构，并且横截面积较小，在受到压力的情况下为了在强度和稳定之间取得较好的效果，往往都会优先考虑材料的稳定性能，而导致了钢材结构的强度不能够被充分发挥其效用。比如说对于轴压柱而言，当其出现失稳现象的时候，会产生侧向挠度，最终让轴压柱产生很大的附加弯矩，其结果是让远远比柱子轴压强度低的破坏载荷产生严重的破坏效果。我们不难发现在这个例子当中，失稳是造成柱子破坏的关键，而并不是由于材料本身的强度不够的原因。因此，在设计的过程当中，我们应该要分清楚钢材的强度与稳定性能之间的关系和界限。
在实际的工作过程当中发现，钢结构的失稳现象主要可以根据有没有出现平衡分叉的情况分成两种类型。首先对于由于出现平衡分叉所产生的稳定问题，也就是我们平常所说的分支点失稳现象。直杆轴心受压和平板终面受到压力的时候所出现的屈曲都属于这种类型的失稳。其次是由于无平衡分叉现象所产生的失稳现象，我们又将其成为极值点失稳，主要是由于偏心受压的构件在其自身的属性发展到某一个程度的时候而出现的失稳状况。除了上述两种失稳类型之外，还有一种是跳跃失稳，也就是说在丧失稳定平衡之后钢材由于结构本身的变形而跳跃到另外一个稳定平衡的状态的现象。
（二）钢结构稳定性设计要点
建筑钢结构的设计应该要符合建筑物本身的实际的使用需求情况，拥有足够的强度，刚度和稳定性能，除此之外还要拥有较为良好的持久性能。除此之外所涉及的结构还应该要满足节约原则，尽可能的节约钢材，这样做的目的是减轻钢结构自身的重量，有利于承载较大的载荷。尽可能的让制造，安装的时间缩短，以便于钢结构的运输和维护，节约总成本。最后钢结构的设计还应该要拥有一定的审美性能，尤其是外露结构的设计应该要与建筑美学结合在一起。
除了满足上述的钢结构设计的基本原则外，建筑钢结构的稳定性设计还应该要满足以下几点。
首先钢结构的布置形式必须要从整体性能以及各个组成部分的稳定性需求等多个方面的内容进行综合考量，当前我国建筑钢的平稳结构设计大多都是从平面体系的角度进行设计的，比如说框架结构等等，因此要确保平面结构构件的平面稳定计算必须要与结构布置的计算方式相同，比如说是否考虑要增加支撑构件的计算等等。
其次是计算方法用于实际计算的设计简图必须要与结构计算的简图是一样的。在实际的工作过程当中，单层或者是多层框架结构设计所进行的框架稳定性能分析往往都过于粗糙，有一些项目甚至省略了这个步骤，只是简单的进行框架柱的稳定计算。由于连接各柱的杆件稳定计算的依据都是简化过后的模型或者是假设得来的，因此在设计的过程当中要确保所有的条件必须充分可靠，使用计算方法所需要的简图和结果计算简图必须要保持一致。
（三）钢结构稳定性设计的注意事项
在实际的设计过程当中，在钢结构的设计，构件的平面内强度和整体稳定计算可以运用计算机来完成，而设计者只需要对结构和构件的平面以及表面的外强度和其稳定性能进行设计和分析计算。为了提升整体的工作效率，在设计的过程当中我们可以根据整体的结构标准从标高的角度来进行逐一分解，将其简化成为不同载荷的作用下结构体系，并分别对强度和稳定性能进行计算。
三、小结
本文结合个人多年实践工作经验，就建筑钢稳定结构设计优化问题展开探讨，具体的分析了建筑钢结构，介绍了钢结构的材料优势极其不足，并在此基础上提出了建筑钢的稳定结构设计，从钢结构稳定性的概念入手，总结出钢结构稳定性设计的要点和注意事项。然而由于个人所学知识以及阅历的局限性，并未能够做到面面俱到，希望能够凭借本文引起广大学者的关注。
参考文献
[1]郑宏,俞茂宏;板件宽厚比对高层钢结构压弯构件滞回性能的影响[J];东南大学学报(自然科学版);2003年04期[2]刘松泉，何乔荣;我国钢管生产的现状及展望[J];钢管;1995年05期[3]罗健,王立忠,王筠;钢框架结构中钢柱剪切恢复力特性试验研究[J];钢结构;2005年04期
[4]兴平,沈蒲生;钢框架极限承载力的有限变形理论分析和试验研究[J];工程力学;1993年04期
陈伟翔 ，男，生于1984年5月，2006年毕业于南昌大学材料科学与工程专业金属材料方向，现就职于广东省电力第一工程局，从事钢结构制作技术及管理工作。
关键字：建筑钢；稳定；结构
钢结构在建筑工程当中应用的范围十分广泛，究其原因在于其拥有自重轻，高强度和工业化强度高的特点。自从国家将轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用列入到国家重点技术创新项目以来，建筑钢结构的发展取得了一定的成效。然而近年来由于地震等自然灾害的频繁发生，钢结构失去稳定而造成的事故也越来越多，对社会主义的经济建设造成了严重的危害，因此关于建筑钢的稳定结构设计越来越受到人们的关注。本文结合个人多年实践工作经验，就建筑钢的稳定结构设计优化展开探讨，希望能够引起广大学者的关注。
一、建筑钢结构
（一）钢结构的材料优势
钢结构主要是运用钢板、热轧型钢等为主要材料经过加工制造形成的建筑结构，与混凝土等材料的结构相比，拥有无可比拟的优势，主要体现在以下几个方面。
首先，建筑钢拥有很高的强度，无论是塑性还是韧性都是其他材料结构无法比拟的。高强度能够让钢材承受较大的载荷，对于动力的变化拥有较强的适应性，不会因为由于载荷过重等等客观因素而突然断裂。除此之外钢结构还拥有很强的吸收能量的能力和延展性，这个特点能够帮助建筑起到良好的抗震作用。
其次，钢材的内部组织分布的十分均匀，并且存在着各向同性的特点，在一定的应力强度下，钢材结构的反映是百分之百弹性的，再加上其在冶炼和轧制的过程当中材料本身的受感染和波动的范围比较小，因此从受力分析以及工程力学的计算结构上面来看，能够有效的提升设计施工的精准程度。
最后由于钢结构主要是运用钢板、热轧型钢等等材料制造出来的，无论是成才材料本身还是用以加工的材料而言，结构的比较坚硬单纯，因此从生产制造的角度比较简单。与混凝土材料结构相比，钢材结构的密度要大得多，无论是强度还是密度都是混凝土材料无法比拟的。如果用钢材代替混凝土来承受相同的载荷，所需的刚才自重仅仅只是混凝土材料的30%左右，轻便的材料比较方便运输。
（二）钢结构的不足
钢材结构凭借着其自身独特的优越性被广泛的运用到土木建筑当中，近几年来运用钢结构来修建住宅的方式有效地推动了我国房地产建筑事业的发展，尤其是钢结构的使用过程拥有很强的环保型，符合我国可持续发展的需求，形成了良好的收益效果。然而钢材本身仍然存在着一定的局限性，比如说其耐腐蚀性和耐火性能都不高，这是因为钢结构在使用的过程当中需要采取严密的防护措施，所花费的成本要远远高于钢筋混凝土结构。尽管钢结构本身用以一定的耐热性能，但是如果在施工的过程当中温度达到了150℃时，就需要利用隔热层的方式来对其进行保护。再加上钢材结构没有耐火性能，因此对于重要的结构而言还需要配備相应的防火设备。由于钢材结构拥有很高的强度，因此其最终制造出来的构件往往都是薄壁的形式，并且横截面积比较小，受压时无法同时满足强度和稳定的要求。
二、建筑钢的稳定结构设计
（一）钢结构稳定性的概念
钢结构强度不够或者是出现失稳现象都会造成钢结构的破坏，然而钢的强度与钢的稳定性并不是同样的概念。实际上钢结构的强度仅仅只是一个与应力有关的问题，主要指的是当钢材结构或者是用其制造的构件在比较稳定的状态下能够允许承受的最大应力的极限强度。钢材的极限强度主要是根据其在承受载荷的最大应力或者是内力所产生的屈服点所确定的。而稳定与强度的概念却截然相反，强调的是变形问题，构件所能够承受的外部载荷以及钢材结构自身所产生的抵抗力并不是平衡稳定的，因此我们的研究重点应该放在找出这一不稳定的平衡状态的极限值，避免由于出现过分变形而出现失稳的情况。
由于钢材结构拥有较高的强度，因此所制造的构件大多数情况下都是薄壁结构，并且横截面积较小，在受到压力的情况下为了在强度和稳定之间取得较好的效果，往往都会优先考虑材料的稳定性能，而导致了钢材结构的强度不能够被充分发挥其效用。比如说对于轴压柱而言，当其出现失稳现象的时候，会产生侧向挠度，最终让轴压柱产生很大的附加弯矩，其结果是让远远比柱子轴压强度低的破坏载荷产生严重的破坏效果。我们不难发现在这个例子当中，失稳是造成柱子破坏的关键，而并不是由于材料本身的强度不够的原因。因此，在设计的过程当中，我们应该要分清楚钢材的强度与稳定性能之间的关系和界限。
在实际的工作过程当中发现，钢结构的失稳现象主要可以根据有没有出现平衡分叉的情况分成两种类型。首先对于由于出现平衡分叉所产生的稳定问题，也就是我们平常所说的分支点失稳现象。直杆轴心受压和平板终面受到压力的时候所出现的屈曲都属于这种类型的失稳。其次是由于无平衡分叉现象所产生的失稳现象，我们又将其成为极值点失稳，主要是由于偏心受压的构件在其自身的属性发展到某一个程度的时候而出现的失稳状况。除了上述两种失稳类型之外，还有一种是跳跃失稳，也就是说在丧失稳定平衡之后钢材由于结构本身的变形而跳跃到另外一个稳定平衡的状态的现象。
（二）钢结构稳定性设计要点
建筑钢结构的设计应该要符合建筑物本身的实际的使用需求情况，拥有足够的强度，刚度和稳定性能，除此之外还要拥有较为良好的持久性能。除此之外所涉及的结构还应该要满足节约原则，尽可能的节约钢材，这样做的目的是减轻钢结构自身的重量，有利于承载较大的载荷。尽可能的让制造，安装的时间缩短，以便于钢结构的运输和维护，节约总成本。最后钢结构的设计还应该要拥有一定的审美性能，尤其是外露结构的设计应该要与建筑美学结合在一起。
除了满足上述的钢结构设计的基本原则外，建筑钢结构的稳定性设计还应该要满足以下几点。
首先钢结构的布置形式必须要从整体性能以及各个组成部分的稳定性需求等多个方面的内容进行综合考量，当前我国建筑钢的平稳结构设计大多都是从平面体系的角度进行设计的，比如说框架结构等等，因此要确保平面结构构件的平面稳定计算必须要与结构布置的计算方式相同，比如说是否考虑要增加支撑构件的计算等等。
其次是计算方法用于实际计算的设计简图必须要与结构计算的简图是一样的。在实际的工作过程当中，单层或者是多层框架结构设计所进行的框架稳定性能分析往往都过于粗糙，有一些项目甚至省略了这个步骤，只是简单的进行框架柱的稳定计算。由于连接各柱的杆件稳定计算的依据都是简化过后的模型或者是假设得来的，因此在设计的过程当中要确保所有的条件必须充分可靠，使用计算方法所需要的简图和结果计算简图必须要保持一致。
（三）钢结构稳定性设计的注意事项
在实际的设计过程当中，在钢结构的设计，构件的平面内强度和整体稳定计算可以运用计算机来完成，而设计者只需要对结构和构件的平面以及表面的外强度和其稳定性能进行设计和分析计算。为了提升整体的工作效率，在设计的过程当中我们可以根据整体的结构标准从标高的角度来进行逐一分解，将其简化成为不同载荷的作用下结构体系，并分别对强度和稳定性能进行计算。
三、小结
本文结合个人多年实践工作经验，就建筑钢稳定结构设计优化问题展开探讨，具体的分析了建筑钢结构，介绍了钢结构的材料优势极其不足，并在此基础上提出了建筑钢的稳定结构设计，从钢结构稳定性的概念入手，总结出钢结构稳定性设计的要点和注意事项。然而由于个人所学知识以及阅历的局限性，并未能够做到面面俱到，希望能够凭借本文引起广大学者的关注。
参考文献
[1]郑宏,俞茂宏;板件宽厚比对高层钢结构压弯构件滞回性能的影响[J];东南大学学报(自然科学版);2003年04期[2]刘松泉，何乔荣;我国钢管生产的现状及展望[J];钢管;1995年05期[3]罗健,王立忠,王筠;钢框架结构中钢柱剪切恢复力特性试验研究[J];钢结构;2005年04期
[4]兴平,沈蒲生;钢框架极限承载力的有限变形理论分析和试验研究[J];工程力学;1993年04期
陈伟翔 ，男，生于1984年5月，2006年毕业于南昌大学材料科学与工程专业金属材料方向，现就职于广东省电力第一工程局，从事钢结构制作技术及管理工作。