论文部分内容阅读
【摘 要】 随着经济社会不断发展，在现代建筑工程中，钢结构应用也越来越普遍。如何保证钢结构设计的稳定性，是建筑设计中面临的重要议题。本文笔者结合多年实践经验，就建筑工程中钢结构设计的稳定性进行分析和探讨。
【关键词】 建筑工程；钢结构设计；稳定性分析
建筑钢结构的稳定问题在设计中，设计人员应该注重结构构件的稳定性能，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失；其次，随着新型结构的出现，设计人员对其性能认识的不足，从而导致构件的失稳，就这个问题阐述了新型结构现存的问题，并且针对问题论述了产生的原因。
1 建筑钢结构的稳定性设计
钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中，由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定，保证工程质量及使用安全，有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。
1.1钢结构稳定性的概念
钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏，但是强度与稳定的概念并不相同、钢结构的强度是一个应力问题，指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度、钢材以其屈服点作为极限强度、而稳定是一个变形问题，构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的，关键是找出这一不稳定的平衡状态，避免变形急剧增长而发生失稳破坏。
1.2钢结构稳定性设计要点
在符合钢结构设计的一般原则前提下，要保证钢结构的稳定性还需满足以下条件：
1.2.1钢结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性要求整体考虑，目前钢结构大多是按照平面体系进行设计，如桁架和框架、保证平面结构不出现平面外失稳，要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致，如增加必要的支撑构件等。
1.2.2实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致中层或多层框架结构设计框架稳定分析通常是省略的，只进行框架柱的稳定计算、由于框架各柱的杆件稳定计算的常用力法、稳定参数等是依据一定的简化典型情况或假设者得出的，因此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。
2 钢结构稳定设计具体原则
结合钢结构稳定性的问题，在具体的设计过程中，需要从以下三个方面来确保钢结构稳定性设计过程中其构件不会发生失稳状况。
2.1确保各个组成部分以及整个体系
当前，钢结构的优质性能决定了前期设计工艺是非常复杂的，需要设计师先利用专业的数据统计软件对钢结构的各项技术指标进行严格精密的测试。只有通过了质量检测的钢结构，才能真正投入大量生产再应用于施工中。具体的技术参数指标主要有水平荷载系数、抗震强度系数和结构的阻尼比等。以水平荷载为例，建筑处于理想环境下，只有竖向荷载，水平荷载才为零。但在正常生活环境中，一般都会存在不同程度的风荷载，在水平方向上将会对建筑的稳定性有所影响。如此一来，设计师就需要根据当地环境可能的最大风荷载进行钢结构水平荷载系数的设计，以免出现因建筑稳定性不佳而导致坍塌的事故。
2.2剪力调整问题
我国目前的高层建筑，在建筑形式上越来越复杂。其中，不对称设计也渐渐成为了设计潮流。所以，建筑中采用斜柱的现象非常常见。而且与垂直构件相比，它的倾角非常明显，这也无形中对建筑构件的剪力有了更加严格的要求。国内的建筑设计师在进行钢结构的设计时，为了简便处理常常将垂直构件简化为柱子，相应的斜柱也视为斜杆。一般来说，对建筑整体的稳固性影响不大。但在调整框架柱的剪力时，就会有严重影响。因为斜柱是用来作为水平方向的支撑柱的，但是在竖直方向也需要支撑一定的荷载，而忽略这一部分就会使剪力的计算有不小的差别。所以，设计人员应严格注意剪力的调整。根据建筑施工的具体需要，进行不同程度剪力的设计，使钢结构的稳定性充分发挥出来。
2.3强柱弱梁的设计
在钢结构的具体设计中，需要考虑到柱和梁的整体性。合理安全的钢结构设计，需要在面临强震或者水平荷载较大的情况时，钢结构中的塑性铰出現在梁上而不是柱子上，这样能保证钢结构的整体性不至于瞬间被破坏，具有较强的抗压性，而且较为容易恢复初始形态。根据国家有关标准，对强柱弱梁的设计需要进行弹塑性的分析和计算。只有使分析的结果表明塑性铰出现在梁上，才能满足设计要求。
3 钢结构稳定性设计的具体特点
3.1失稳与整体刚度
由于钢结构的稳定承载能力主要与它的刚度有着密切联系，而钢结构是否具有较好的刚度取决于它的整体构成。因此，稳定是关于结构整体的重要问题。
3.2钢结构稳定性的整体分析
由于钢结构的各个组成部分能够保证稳定性对于整个结构整体产生影响，因此在实际生活中，具体进行稳定问题处理时，要坚持整体观点。钢结构内部构建出现了细部的变形，也会对整个内力的分布带来影响，从而使局部发生弱化，而受到弱化的局部又反过来影响整体的承载能力。
3.3钢结构稳定具有相关性
这主要是由于在对钢结构整体进行布置的过程中，需要考虑整个体系和其组成部分的具体稳定性。
4 钢结构稳定性的具体分析方法
由于研究钢结构稳定性问题的分析均是在外荷载作用的前提下进行的，因此关于这种变形的研究应该与结构或者构件的失稳性保持同步，我们可以采用以下两种方法进行有效研究。
4.1静力法
所谓的静力法，具体而言是指静力平衡方法，主要结合已经发生了微小变形之后的钢结构受力条件，从而建立平衡微分方程，之后再得出临界荷载。
4.2动力法
这主要是因为处于平衡状态的结构体系，若在其上施加微小的干扰，从而使其发生振动，在这种条件下的结构变形以及振动的加速度都与结构荷载有着密切关系。当荷载低于稳定的极限荷载值时，则加速度同变形的方向相反。因此，当除去干扰后，会使运动达到静止，从而保证结构的平衡状态。临界的状态荷载主要为钢结构的屈曲荷载，在钢结构振动频率为零的前提下获得。
5 结语
钢结构自重轻、强度高、工业化程度高等优点，在建筑工程中得到了广泛的应用，同时钢结构建筑还符合国家的可持续发展战略、发展钢结构建筑对提高城市建设水平有很大作用、在钢结构设计中要充分考虑材料的优缺点，综合考虑各方面的因素加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计，克服结构设计缺陷，避免出现失稳事故，加快钢结构应用领域的发展。
参考文献：
[1]谢妍；贾茹.建筑钢结构设计现状及存在的问题.民营科技.2011-03-20
[2]孙俊伟；陆品茗.高层建筑物钢筋混凝土钢结构的设计技术管控[J].建筑科学，2009.
[3]梁伟宇.建筑钢结构设计及其内在的问题.中华建设.2012-04-28
[4]刘晓宁；张兰；朱祥顶.浅谈钢结构深化设计与工程成本节约控制[J].福建建筑，2009
【关键词】 建筑工程；钢结构设计；稳定性分析
建筑钢结构的稳定问题在设计中，设计人员应该注重结构构件的稳定性能，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失；其次，随着新型结构的出现，设计人员对其性能认识的不足，从而导致构件的失稳，就这个问题阐述了新型结构现存的问题，并且针对问题论述了产生的原因。
1 建筑钢结构的稳定性设计
钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中，由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定，保证工程质量及使用安全，有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。
1.1钢结构稳定性的概念
钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏，但是强度与稳定的概念并不相同、钢结构的强度是一个应力问题，指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度、钢材以其屈服点作为极限强度、而稳定是一个变形问题，构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的，关键是找出这一不稳定的平衡状态，避免变形急剧增长而发生失稳破坏。
1.2钢结构稳定性设计要点
在符合钢结构设计的一般原则前提下，要保证钢结构的稳定性还需满足以下条件：
1.2.1钢结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性要求整体考虑，目前钢结构大多是按照平面体系进行设计，如桁架和框架、保证平面结构不出现平面外失稳，要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致，如增加必要的支撑构件等。
1.2.2实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致中层或多层框架结构设计框架稳定分析通常是省略的，只进行框架柱的稳定计算、由于框架各柱的杆件稳定计算的常用力法、稳定参数等是依据一定的简化典型情况或假设者得出的，因此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。
2 钢结构稳定设计具体原则
结合钢结构稳定性的问题，在具体的设计过程中，需要从以下三个方面来确保钢结构稳定性设计过程中其构件不会发生失稳状况。
2.1确保各个组成部分以及整个体系
当前，钢结构的优质性能决定了前期设计工艺是非常复杂的，需要设计师先利用专业的数据统计软件对钢结构的各项技术指标进行严格精密的测试。只有通过了质量检测的钢结构，才能真正投入大量生产再应用于施工中。具体的技术参数指标主要有水平荷载系数、抗震强度系数和结构的阻尼比等。以水平荷载为例，建筑处于理想环境下，只有竖向荷载，水平荷载才为零。但在正常生活环境中，一般都会存在不同程度的风荷载，在水平方向上将会对建筑的稳定性有所影响。如此一来，设计师就需要根据当地环境可能的最大风荷载进行钢结构水平荷载系数的设计，以免出现因建筑稳定性不佳而导致坍塌的事故。
2.2剪力调整问题
我国目前的高层建筑，在建筑形式上越来越复杂。其中，不对称设计也渐渐成为了设计潮流。所以，建筑中采用斜柱的现象非常常见。而且与垂直构件相比，它的倾角非常明显，这也无形中对建筑构件的剪力有了更加严格的要求。国内的建筑设计师在进行钢结构的设计时，为了简便处理常常将垂直构件简化为柱子，相应的斜柱也视为斜杆。一般来说，对建筑整体的稳固性影响不大。但在调整框架柱的剪力时，就会有严重影响。因为斜柱是用来作为水平方向的支撑柱的，但是在竖直方向也需要支撑一定的荷载，而忽略这一部分就会使剪力的计算有不小的差别。所以，设计人员应严格注意剪力的调整。根据建筑施工的具体需要，进行不同程度剪力的设计，使钢结构的稳定性充分发挥出来。
2.3强柱弱梁的设计
在钢结构的具体设计中，需要考虑到柱和梁的整体性。合理安全的钢结构设计，需要在面临强震或者水平荷载较大的情况时，钢结构中的塑性铰出現在梁上而不是柱子上，这样能保证钢结构的整体性不至于瞬间被破坏，具有较强的抗压性，而且较为容易恢复初始形态。根据国家有关标准，对强柱弱梁的设计需要进行弹塑性的分析和计算。只有使分析的结果表明塑性铰出现在梁上，才能满足设计要求。
3 钢结构稳定性设计的具体特点
3.1失稳与整体刚度
由于钢结构的稳定承载能力主要与它的刚度有着密切联系，而钢结构是否具有较好的刚度取决于它的整体构成。因此，稳定是关于结构整体的重要问题。
3.2钢结构稳定性的整体分析
由于钢结构的各个组成部分能够保证稳定性对于整个结构整体产生影响，因此在实际生活中，具体进行稳定问题处理时，要坚持整体观点。钢结构内部构建出现了细部的变形，也会对整个内力的分布带来影响，从而使局部发生弱化，而受到弱化的局部又反过来影响整体的承载能力。
3.3钢结构稳定具有相关性
这主要是由于在对钢结构整体进行布置的过程中，需要考虑整个体系和其组成部分的具体稳定性。
4 钢结构稳定性的具体分析方法
由于研究钢结构稳定性问题的分析均是在外荷载作用的前提下进行的，因此关于这种变形的研究应该与结构或者构件的失稳性保持同步，我们可以采用以下两种方法进行有效研究。
4.1静力法
所谓的静力法，具体而言是指静力平衡方法，主要结合已经发生了微小变形之后的钢结构受力条件，从而建立平衡微分方程，之后再得出临界荷载。
4.2动力法
这主要是因为处于平衡状态的结构体系，若在其上施加微小的干扰，从而使其发生振动，在这种条件下的结构变形以及振动的加速度都与结构荷载有着密切关系。当荷载低于稳定的极限荷载值时，则加速度同变形的方向相反。因此，当除去干扰后，会使运动达到静止，从而保证结构的平衡状态。临界的状态荷载主要为钢结构的屈曲荷载，在钢结构振动频率为零的前提下获得。
5 结语
钢结构自重轻、强度高、工业化程度高等优点，在建筑工程中得到了广泛的应用，同时钢结构建筑还符合国家的可持续发展战略、发展钢结构建筑对提高城市建设水平有很大作用、在钢结构设计中要充分考虑材料的优缺点，综合考虑各方面的因素加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计，克服结构设计缺陷，避免出现失稳事故，加快钢结构应用领域的发展。
参考文献：
[1]谢妍；贾茹.建筑钢结构设计现状及存在的问题.民营科技.2011-03-20
[2]孙俊伟；陆品茗.高层建筑物钢筋混凝土钢结构的设计技术管控[J].建筑科学，2009.
[3]梁伟宇.建筑钢结构设计及其内在的问题.中华建设.2012-04-28
[4]刘晓宁；张兰；朱祥顶.浅谈钢结构深化设计与工程成本节约控制[J].福建建筑，2009