趙晨光

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)作為建筑工程中重要的結(jié)構(gòu)類型，因其突出的優(yōu)勢在建筑工程中得到廣泛應用。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中穩(wěn)定性是最關(guān)鍵的內(nèi)容，就建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計進行概述，分析穩(wěn)定性設(shè)計的特點和原則，并進一步探討鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點和提升穩(wěn)定性的有效措施，以期為相關(guān)工程設(shè)計人員及研究人員提供有價值的參考。

關(guān)鍵詞：建筑工程;鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計;穩(wěn)定性;設(shè)計要點

中圖分類號：TU391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）09-0043-03

0引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)水平地不斷提高，鋼材性能得到進一步提升，促進了現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的廣泛應用。近年來，確保鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性符合建筑工程要求這一課題已經(jīng)受到了越來越多工程設(shè)計人員及研究人員的重視。在具體的工程設(shè)計中，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應結(jié)合建筑工程的實際情況，進行綜合分析，以保證整體結(jié)構(gòu)之間的應力平衡，提高穩(wěn)定性。

1 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計概述

在當前的建筑工程領(lǐng)域中，鋼結(jié)構(gòu)具有可塑性、韌性較強的優(yōu)勢，當建筑處于負載或超載狀態(tài)下，依托于鋼結(jié)構(gòu)能保證對作用力的合理分配，可以有效控制整個建筑的應力變化，避免建筑整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂開、斷開等情況。建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢還體現(xiàn)在材料和質(zhì)地上，鋼結(jié)構(gòu)整體分布均勻一致，符合建筑工程的力學設(shè)計，鋼材料與內(nèi)部各項材料的同性契合度更高，材料整體的波動范圍較小，有理想化的彈性，且不容易受到外界施工環(huán)境的影響。在完成生產(chǎn)加工后，就可以直接運送到建筑施工現(xiàn)場，保證了施工的順利開展，且不會對施工現(xiàn)場及周邊造成環(huán)境污染，符合當前文明施工和環(huán)境友好的相關(guān)需求。

相比于混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)在提供安全穩(wěn)定支撐的前提下，還能有效控制建筑工程的成本投入，尤其是在高層建筑的設(shè)計施工中，鋼結(jié)構(gòu)的整體成本消耗水平更低，且其質(zhì)量比鋼筋混凝土輕，能夠減少在運輸和存儲上的成本，施工的便捷性保證了施工人力資源和時間成本能夠得到有效控制[1]。

對于建筑工程來說，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性所指的不僅是鋼材受建筑重力影響下所保持的穩(wěn)定狀態(tài)，還包括在復雜外力作用下保持穩(wěn)定的一種特殊性能。建筑的穩(wěn)定性決定了整體的安全性能，具有良好穩(wěn)定性的鋼結(jié)構(gòu)不但可以使建筑處于平衡狀態(tài)，而且能夠承受住外力對建筑施加的壓力，保證在地震、火災等外界應力條件下建筑仍保持可靠。當鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不足時，在外界外力影響超過內(nèi)部應力和鋼材屈服應力的情況下，就會出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)變形和損壞的現(xiàn)象，導致鋼結(jié)構(gòu)整體處于失穩(wěn)的狀態(tài)，為建筑埋下嚴重的安全隱患問題。

通過對鋼板、鋼材進行熱軋和焊接，可以使其成為建筑工程所需要的鋼結(jié)構(gòu)類型，當前，我國房屋建筑工程主要的鋼結(jié)構(gòu)形式包括輕型鋼結(jié)構(gòu)和重型鋼結(jié)構(gòu)，其中輕型鋼結(jié)構(gòu)的自重較小，重型鋼結(jié)構(gòu)雖然自重較大，但相比于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)，其在強度和剛度等許多方面有更突出的優(yōu)勢，能夠滿足大跨度和超高層建筑的工程需要。

在鋼結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)中，設(shè)計質(zhì)量對整個建筑工程項目的質(zhì)量水平起到?jīng)Q定性作用。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和后續(xù)的制造、施工等環(huán)節(jié)有著極為緊密的聯(lián)系，是保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要前提和充分必要條件。因此，只有從保證鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量入手，才能為后續(xù)的鋼結(jié)構(gòu)制造和建筑施工開展提供有力支撐和可靠保障。

對于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計人員來說，不僅要具備過硬的專業(yè)知識和技術(shù)，更要有豐富、充足的工作經(jīng)驗，結(jié)合建筑工程實際需求，進一步分析材料、剪力條件，通過不斷提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范性，提高構(gòu)建質(zhì)量，加強結(jié)構(gòu)處理，才能最大程度地保證設(shè)計的質(zhì)量水平，保證各結(jié)構(gòu)之間的應力平衡，避免出現(xiàn)變形、倒塌以及結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等問題，提高建筑工程的建設(shè)水平。

2 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的特點和原則

2.1 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計特點

鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計具有多樣性的特點。在建筑工程的實際運用中，鋼結(jié)構(gòu)組成受壓部位較多，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應考慮多種因素。尤其是鋼結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變形的個別部分，所以要提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈活性和多樣性。

鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計還具有關(guān)聯(lián)性的特點。應用在建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)整體由多個構(gòu)件組成，一旦其中一個構(gòu)件發(fā)生變形或斷裂問題，整個鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會受到影響。當一個構(gòu)建出現(xiàn)失穩(wěn)情況時，相關(guān)的構(gòu)建也會出現(xiàn)失穩(wěn)情況，并相互影響。由于鋼結(jié)構(gòu)整體和構(gòu)件的關(guān)聯(lián)性，穩(wěn)定性設(shè)計的難度和復雜性大幅增加。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計原則

第一，強柱弱梁原則。在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中需要考慮到兩種情況，一方面是鋼結(jié)構(gòu)具有良好的質(zhì)量水平和實效性，在水平承載力過大的狀態(tài)下，梁上出現(xiàn)塑性鉸;另一方面，是鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量水平較差，塑性鉸出現(xiàn)在柱子上。為了確保梁承載力大于柱承載力，在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計時，應貫徹強柱弱梁的原則，通過落實這一原則強化鋼結(jié)構(gòu)的抗壓性能，保證鋼結(jié)構(gòu)的荷載性能，使其即使在外力的影響依然能保持穩(wěn)定平衡狀態(tài)。基于強柱弱梁原則，相關(guān)設(shè)計人員應充分深入分析鋼結(jié)構(gòu)的承載力，同時提高計算的精準度，以確保塑性鉸能夠出現(xiàn)在梁上。相應地，在選擇承載力計算方法時，還要保證計算方法與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的一致性，通過保證系數(shù)的準確性，提高鋼結(jié)構(gòu)的安全性，加強穩(wěn)定支撐。

第二，剪力調(diào)整原則。當前，我國建筑的功能性、觀賞性正處于不斷提高的階段，為了更好地滿足多元化需求，斜柱在建筑工程中的應用越來越頻繁。然而斜柱的應用雖然提高建筑物的美觀度，但在其應用的過程中會使構(gòu)件存在一定的傾斜度，針對不對稱的建筑形態(tài)設(shè)計，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性需要對應的剪力來支撐?，F(xiàn)階段，許多建筑工程設(shè)計人員在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計過程中，會直接將斜桿來作為斜柱，這一措施雖然不會影響鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，但如果剪力有所調(diào)整，就很容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)情況。另外，一些設(shè)計人員還會忽略斜柱在垂直方向的荷載，導致出現(xiàn)剪力，不利于保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性。因此，設(shè)計人員應堅持剪力調(diào)整原則，結(jié)合建筑工程的設(shè)計建設(shè)要求和實際施工情況，做好鋼結(jié)構(gòu)的剪力設(shè)計與調(diào)整，保證剪力的靈活性，確保鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2]。

第三，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定原則。正如上文所述，相比于其他建筑結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)在延展性、抗震性和抗壓性等性能上有一定優(yōu)勢，其所承受的荷載能力也更突出。鋼結(jié)構(gòu)的大部分部件都會經(jīng)過工廠預加工，為了保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，相關(guān)設(shè)計人員還應結(jié)合設(shè)計工藝，在方案設(shè)計前仔細檢查構(gòu)件的質(zhì)量問題?？紤]到大部分鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計以平面為主要方向，為了保證平面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，設(shè)計人員要確保結(jié)構(gòu)垂直方向的荷載力滿足要求，通過掌握工程的建設(shè)要求和實際資料，進一步確定荷載系數(shù)，以此來提高整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高設(shè)計的科學性和穩(wěn)定性，有效降低失穩(wěn)率和事故發(fā)生概率。

3 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

3.1 受力設(shè)計

在形成鋼結(jié)構(gòu)受力設(shè)計方案的過程中，相關(guān)設(shè)計人員先要考慮鋼結(jié)構(gòu)的荷載性能，考慮到現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)受力設(shè)計形式一般為“T”型和“L”型，為了更好地提高鋼結(jié)構(gòu)的受力水平，減少鋼結(jié)構(gòu)自身的重量影響，保證鋼結(jié)構(gòu)的平衡性，應選擇對稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，避免破壞不同位置的受力平衡。相應地，在受力設(shè)計中還要做好鋼結(jié)構(gòu)的受力分析，通過靜力分析和動力分析，來進一步調(diào)整穩(wěn)定性設(shè)計方案，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)不同位置和部件受力特點，提高受力設(shè)計的合理性。

3.2 抗震設(shè)計

在建筑的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中應充分考慮到建筑的抗震等級要求，尤其在地殼活動帶地區(qū)，要重點加強鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在設(shè)計過程中，應保證房屋建筑梁板、屋架和屋面板的連接程度符合抗震要求，保證結(jié)構(gòu)主體和梁柱的固定方式，能夠強化抗震效果。相關(guān)設(shè)計人員還要從鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量和支撐方式提升與優(yōu)化入手，通過認真考慮關(guān)聯(lián)因素，提升鋼結(jié)構(gòu)的抗震效果，尤其是合理利用鋼結(jié)構(gòu)中的小部件和小配件，例如鉚釘，從細節(jié)設(shè)計中提升穩(wěn)定性和抗震效果。

3.3 防腐設(shè)計

組成鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件材料具有一定特殊性，相關(guān)設(shè)計人員在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計中應重視其防腐設(shè)計。當前，能夠使鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕的類型可以分為電化學腐蝕和化學腐蝕，這兩種腐蝕都會破壞鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在設(shè)計過程中，應使用防銹涂料和漆料，降低鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕的概率，同時控制被腐蝕的速度和程度。相應地，針對鋼材料在設(shè)計施工管理中還應做好定期的檢查和維管工作，第一時間發(fā)現(xiàn)其存在的腐蝕問題，并采取對應的措施，通過永久性涂裝提高防護效果。

考慮到鋼材自身的質(zhì)量也會影響防腐設(shè)計效果，相關(guān)設(shè)計人員還應做好防腐性能的調(diào)查，結(jié)合建筑施工現(xiàn)場實際環(huán)境和地區(qū)的氣候情況，綜合考慮提高防腐設(shè)計的實用性和適用性。相關(guān)施工管理人員也要做好進場鋼材的質(zhì)檢和存儲工作，避免因儲存不當而造成的腐蝕情況，提高建筑工程鋼材料的穩(wěn)定性。

3.4 防火設(shè)計

對于房屋建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)來說，其本身并不具備足夠的耐火性能，在火災情況下，建筑外層溫度一旦臨界430℃，鋼結(jié)構(gòu)的負載能力就會急劇下降，整體的穩(wěn)定性和安全性也會隨之降低，因此，在建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中，要加強防火設(shè)計的科學性和合理性。

在防火設(shè)計中，設(shè)計人員應根據(jù)建筑工程的防火等級要求選擇防火材料，針對鋼結(jié)構(gòu)應選擇硬質(zhì)材料，通過在鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點上應用防火材料，來提高節(jié)點的防火設(shè)計，強化鋼結(jié)構(gòu)的防火效果。在鋼材的選擇中，設(shè)計人員要深入了解材料市場，做好材料的質(zhì)檢工作，確保其滿足防火要求?？紤]到鋼結(jié)構(gòu)吊頂位置容易起火，還要處理好壓型板材，并結(jié)合結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計優(yōu)化防火設(shè)計，提升鋼結(jié)構(gòu)抵御高溫火災的能力。除了結(jié)構(gòu)材料，在建筑工程中所應用的輔助性保護材料也應具備一定的防火性能，例如可以應用黏性較高、厚涂層材料，發(fā)揮這類材料的保護作用，提升鋼結(jié)構(gòu)的阻燃性能，保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

相應地，在設(shè)計中還要考慮到阻燃和除銹的效果，保證鋼結(jié)構(gòu)滿足建筑工程的防火性能要求，盡可能地避免因防火性能不佳而導致的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足的問題，提高整體結(jié)構(gòu)的安全性，為火災發(fā)生期間建筑內(nèi)部人員的疏散、逃生及救援爭取時間。

3.5 加固設(shè)計

加固設(shè)計是穩(wěn)定性設(shè)計中最關(guān)鍵內(nèi)容，一方面要從鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的加固設(shè)計入手，截面位置的加固設(shè)計使桿件具有多個受力點，便于將荷載作用力分散，可以避免集中荷載對整體結(jié)構(gòu)的變形影響，以此來改善鋼結(jié)構(gòu)頂端的支撐情況，通過撐桿結(jié)構(gòu)發(fā)揮連接適當調(diào)整功能，滿足截面的內(nèi)力分布條件。另一方面，優(yōu)化銜接位置的加固設(shè)計，通過準確分析鋼結(jié)構(gòu)施工要求、條件等受力情況，并以此為依據(jù)，以螺栓、焊接、鉚釘?shù)确绞綄︺暯游恢眠M行加固處理，使整體穩(wěn)定性得到保證。

4 提高建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性的有效措施

4.1 合理使用復合材料

考慮到鋼結(jié)構(gòu)材料自身存在抗腐蝕性能和耐熱能力較差的客觀情況，為了防止因材料腐蝕和受熱而出現(xiàn)的失穩(wěn)狀況，除了在設(shè)計上的相關(guān)措施，還應從加工和制作等環(huán)節(jié)入手，通過采用不同質(zhì)量的復合材料，來調(diào)整和優(yōu)化鋼材的強度與硬度。在實際設(shè)計中合理引入復合材料來加固鋼材表面，或采取纖維增強材料對鋼結(jié)構(gòu)材料進行處理，提高加固設(shè)計效果，延長建筑物內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，保證應用效果。

4.2 提高鋼結(jié)構(gòu)形式和布置的科學性

一般情況下，建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的主要類型可分為輕鋼、網(wǎng)架、塔桅及框架等，不同的鋼結(jié)構(gòu)類型有著不同的特征，相關(guān)設(shè)計人員在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中，應綜合且充分考慮到不同鋼結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)勢和特點，根據(jù)工程需要選擇合適的鋼結(jié)構(gòu)類型。例如，在工業(yè)廠房建筑的設(shè)計中，對荷載和懸掛荷載有較高要求，應選擇網(wǎng)架的鋼結(jié)構(gòu)形式;而針對屋面跨度較大的建筑，則應選擇以構(gòu)件受拉為主的懸索結(jié)構(gòu)。

4.3 做好鋼結(jié)構(gòu)選型與受力分析

鋼結(jié)構(gòu)的合理選型是提高整體穩(wěn)定性的有力保障，設(shè)計人員應提高對鋼結(jié)構(gòu)選型的重視度?？紤]到抗震需要和受力分析情況，應堅持簡單、規(guī)整、對稱的選型原則，避免鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應，提高建筑物的安全性和可靠性。相應地，還要尤其避免細腰型和腳步重疊結(jié)構(gòu)，嚴禁將垂直方向結(jié)構(gòu)設(shè)置為內(nèi)凸或外凹型，保證鋼結(jié)構(gòu)豎向布置的穩(wěn)定性。此外，還要重點做好建筑物底部的鋼結(jié)構(gòu)選型，以“U”字型、“L”字型、“T”字型結(jié)構(gòu)為主，弱化外界環(huán)境應力作用對鋼結(jié)構(gòu)的不利影響，提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證建筑工程施工開展的安全性。

4.4 優(yōu)化細節(jié)設(shè)計

細節(jié)設(shè)計的合理性影響著鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性水平，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計前，相關(guān)設(shè)計人員應重點分析影響鋼結(jié)構(gòu)形變的因素，確定節(jié)點連接方式。在鋼結(jié)構(gòu)的細節(jié)設(shè)計中應做好連接位置和荷載力的檢查，通過仔細分析相關(guān)工程數(shù)據(jù)和工程系數(shù)，提高連接點位的安全性，保證相關(guān)處理符合建筑工程施工要求，提高建筑的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

綜上所述，在建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計決定了建筑成果的安全性與耐久性，關(guān)系到用戶的人身安全和應用體驗。考慮到鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的重要性，相關(guān)設(shè)計人員應結(jié)合建筑工程的實際情況，加強對鋼結(jié)構(gòu)的全面深度分析，保證相關(guān)計算方法與工程設(shè)計方案的一致性，通過受力和抗震分析，提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。在提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范性和質(zhì)量水平的同時，更好地發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)勢，提升建筑工程設(shè)計水平，為建筑工程行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型提供持續(xù)動力，促進可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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