楊麗平

【摘要】近年來，鋼結構在建筑工程中得到了廣泛的應用，但是，由于設計缺陷也引發(fā)了一些質量問題，造成了嚴重的影響。本文主要對建筑工程中鋼結構設計的穩(wěn)定性進行了探討，首先明確了鋼結構穩(wěn)定性設計的原則，其次分析了鋼結構穩(wěn)定性設計的特征與影響因素，最后提出了三種分析方法。

【關鍵詞】建筑工程；鋼結構設計；穩(wěn)定性

近年來，隨著鋼結構工程日益增多，鋼結構設計的穩(wěn)定性引起了人們的關注。對比傳統(tǒng)建筑材料，鋼結構表現(xiàn)出的強度高、韌性與塑性好、重量輕、節(jié)約施工時間等優(yōu)勢，是節(jié)能減排的首選，因而在建筑工程中得到了廣泛的應用。但是，如果不能確保鋼結構設計的穩(wěn)定性，那么，不僅會造成經(jīng)濟損失，甚至會導致人員傷亡。所以，必須要高度重視鋼結構的穩(wěn)定性設計。

一、 建筑工程中鋼結構穩(wěn)定性設計的原則

1、確保各個層面的穩(wěn)定性

鋼結構的特性使得其在前期的工藝設計中相對復雜，設計師需要借助專門的計算機軟件對其進行質量檢測，并確定多項技術指標，待其通過質量檢測后，才能正式開始投產(chǎn)，并在建筑工程中大量應用。一般來說，鋼結構測試的主要技術指標有：水平荷載系數(shù)、抗震強度系數(shù)以及結構的阻尼比等。通常情況下，建筑設計師需要根據(jù)當?shù)丨h(huán)境可能的最大風荷載對鋼結構的水平荷載系數(shù)進行設計，以免出現(xiàn)因建筑穩(wěn)定性不佳而導致坍塌的事故。

2、做好剪力調整

當前，國內高層建筑的形式已經(jīng)越來越復雜，建筑的不對稱設計也已成為設計的潮流，因此，在建筑當中采用斜柱的現(xiàn)象也越來越多的出現(xiàn)在人們的視線當中。和傳統(tǒng)的垂直構件比起來，斜柱的傾角比較明顯，因而也要求建筑構件能夠承受一定的剪力。需要說明的是，不少建筑設計人員在設計鋼結構時，往往會為了方便處理而將垂直構件簡化成為柱子，將斜柱簡化成為斜桿，這種方式在一般情況下不會對建筑的整體穩(wěn)固性產(chǎn)生較大影響，但在對框架柱的剪力進行調整時，卻會產(chǎn)生非常嚴重的影響。這是因為斜柱的主要作用雖然是支撐水平方向的荷載，但其在豎直方向也需要承擔一定的荷載，如果忽視了豎直方向的荷載，則會導致計算出來的剪力存在一定的誤差，從而降低建筑工程中的鋼結構穩(wěn)定性。有鑒于此，建筑設計師應當重視剪力的調整，并充分考慮建筑施工的實際情況，對鋼結構的不同程度剪力進行設計，從而充分發(fā)揮鋼結構的穩(wěn)定性。

3、注重強柱弱梁的設計

鋼結構的設計還應當將柱梁的整體性進行充分考慮。通常情況下，一個安全合理的鋼結構設計，應當在遇到水平荷載較大或者突發(fā)強震等情況時，使塑性鉸出現(xiàn)在梁上，而不是出現(xiàn)在柱子上。這樣設計的目的是為了提高鋼結構的抗壓性，確保其整體性不會在短時間內被破壞，并盡快恢復到變形前的形態(tài)。我國建筑行業(yè)相關標準中明確規(guī)定，在設計柱梁時，應當分析和計算其彈塑性，只有確定其塑性鉸會在梁上出現(xiàn)，才能滿足設計要求。

二、建筑工程中鋼結構穩(wěn)定性設計的特征

第一，鋼結構有著多樣性。由于建筑工程的具體用途不同，對于鋼結構的形式以及安全要求程度也各不相同，一般是通過鋼結構設計來滿足這些要求。一般情況下，不管是什么形式的鋼結構，在設計時都必須重點關注其受壓部位，從而分析和探究其穩(wěn)定性。

第二，鋼結構有著整體性。一個鋼構件無法有效應用于建筑工程當中，所以，要將若干個鋼構件科學地連接在一起，按照整體的形式展現(xiàn)出來，以確保整個結構的安全性，也就是說，在分析鋼結構的穩(wěn)定性時，不僅需要從整體的角度來分析，而且還需要對其微觀層面進行關注，確保不會出現(xiàn)某一鋼構件受損的情況，從而最大程度提高鋼結構的安全性和穩(wěn)定性。

第三，鋼結構有著相關性。鋼結構的相關性與整體性是密切相連的，其內部結構是否能夠有效地發(fā)揮各自的功能和作用，和其安全性、穩(wěn)定性有著密切的關系，一旦中間有一環(huán)存在風險，就會給整體的安全帶來威脅。特別是對于采用多種連接方式連接到一起的鋼結構，更需要注意其各個連接部位有無缺陷，否則會對鋼結構的整體產(chǎn)生非常大的影響。

三、 建筑工程中鋼結構穩(wěn)定性的分析方法

鋼結構穩(wěn)定性的分析方法主要是針對在外部荷載作用下鋼結構出現(xiàn)變形的情況下進行的，這種變形應當和所研究的鋼結構穩(wěn)定性失衡時導致的變形所對應。常用的對鋼結構穩(wěn)定性進行分析的方法主要有以下幾種：

1、平衡法

平衡法也稱中性平衡法或者靜力平衡法，這是一種最基本的計算鋼結構穩(wěn)定極限荷載的方法。對于有平衡分岔點的彈性穩(wěn)定問題，在分岔點的附近會存在兩個相對比較臨近的平衡狀態(tài)，其一是原結構的平衡狀態(tài)，其二則是已經(jīng)出現(xiàn)微小變形的結構的平衡狀態(tài)。而平衡法就是依據(jù)這一已經(jīng)產(chǎn)生微小變形后結構的受力條件而建立的平衡方程來求解的，如果通過計算得出的解不止一個，則當中的最小值才是該結構的分岔屈曲荷載。通常情況下，建筑設計人員往往只需要計算出鋼結構的屈曲荷載，因此，作為較為精確的計算方法，平衡法被廣泛應用。但需要說明的是，平衡法只能對屈曲荷載進行求解，并不能對鋼結構平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性進行分析和判斷。

2、動力法

在平衡狀態(tài)下的鋼結構體系，如果受到來自外界的微小干擾時，很容易會發(fā)生振動現(xiàn)象，此時就需要采用動力法來分析鋼結構的穩(wěn)定性。具體而言，當鋼結構的荷載小于穩(wěn)定的極限值時，鋼結構的變形方向和加速度方向正好相反，因此，當外界干擾撤銷之后，運動會逐漸靜止，此時鋼結構的平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的；而當鋼結構的荷載大于穩(wěn)定的極限值時，鋼結構的變形方向和加速度方向正好相同，因此，當外界干擾撤銷之后，運動依然會持續(xù)，此時鋼結構的平衡狀態(tài)則是不穩(wěn)定的；只有鋼結構在臨界狀態(tài)的荷載才是其屈曲荷載，其可以依據(jù)振動頻率為零的條件解得，實際上，動力法是一種結構動力的穩(wěn)定問題。

3、能量法

如果在實際應用當中鋼結構承受著保守力，并已具備結構變形的相關受力條件，則可以由此構建總的勢能?？偟膭菽苁卿摻Y構的應變能與外力勢能相加的和，如果鋼結構處于平衡狀態(tài)下，則總勢能必然會存在駐值，換而言之，想要計算鋼結構的總體勢能，需要滿足鋼結構處于平衡狀態(tài)下這一前提條件。

四、 結束語

總而言之，隨著我國建筑工程的不斷發(fā)展，鋼結構在建筑工程中的應用也越來越廣泛，因此，建筑設計師必須重視鋼結構的穩(wěn)定性和安全性，并在設計階段就采取多種措施來保障其穩(wěn)定性，從而在提升建筑項目經(jīng)濟效益和社會效益的同時，更好地保障人民群眾的生命和財產(chǎn)安全。

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