建筑工程鋼結構設計的穩(wěn)定性研究

孫廣旭

[摘 要]在現代化建筑施工中，鋼結構越來越被廣泛的使用，因此建筑施工中都將鋼結構放到了首要的位置。但是，由于建筑鋼結構本身就具有不穩(wěn)定性，所以在建筑施工進行中出現的意外事故逐漸增多，進而導致人們對于鋼結構安全性能存在著一定的不信任。文章通過對建筑鋼結構設計中較為穩(wěn)定性的設計方法進行了深入性探究，并由此提出相應的優(yōu)化設計方案。

[關鍵詞]建筑工程；鋼結構設計；穩(wěn)定性

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）08-0200-01

1 鋼結構穩(wěn)定性的概念

建筑的鋼結構在受到外界干擾力的作用下能否迅速的恢復到建筑最初的平衡狀態(tài)被人們稱之為鋼結構的穩(wěn)定設計。在受到外界作用力的影響下，建筑鋼結構往往會由于結構失穩(wěn)，即建筑鋼結構構建由原有平衡狀態(tài)轉移為另一個平衡狀態(tài)，導致建筑平衡發(fā)生變化，使建筑的結構受到破壞，影響建筑的使用壽命。因而，為了提高建筑的使用壽命，人們逐漸開始對鋼結構建筑穩(wěn)定性分析加強了重視，隨著對結構的受力分析及計算的不斷進步，人們對建筑鋼結構的研究開始建立在由外部負載作用，從而導致結構變形的基礎上進行的。由于通常狀態(tài)下建筑鋼結構受到的外部負載作用以及和鋼結構的失穩(wěn)受力狀態(tài)經過分析，發(fā)現其均為非線性受力曲線，因而，我們不難發(fā)現，現階段建筑的鋼結構的分析曲線均是建立在幾何非線性分析的基礎上的。

2 建筑工程鋼結構穩(wěn)定性具體的分析方法

2.1 靜力法

靜力法就是通過對已經發(fā)生微小變形后結構受力條件的模擬分析，將其作為主要的依據建立平衡微分方程式，通過平衡微分方程式的推導，得出臨界負荷值。應用到具體的建筑工程中，如果要進行平衡微分方程式的建立，還需要遵守一定的設定條件。首先，鋼結構構件必須是直桿；第二，直桿的壓力應該與之前軸線進行的作用方式相適應。

2.2 能量法

若是鋼結構承載著保守力，則在實際應用中，可以結合已經具有了變形結構的相關受力條件來構建總體的勢能。同樣，若鋼結構處在比較平衡的狀態(tài)，則需要計算其總體勢能。要結合相關勢能駐值的原理，將總體勢能從一階變分為零，以此來得出平衡的方程，再結合平衡方程來得出分岔屈曲荷載。

2.3 動力法

所謂的動力法，就是根據平衡狀態(tài)下的建筑鋼結構體系，對現有的實際鋼結構穩(wěn)定性進行分析的一種方法。所以，如果在體系中增加一定的干擾，哪怕干擾幅度不大，也會導致整體的結構體系發(fā)生振動。這種情況下產生的鋼結構變形以及振動就會速度加快，這些變化都與鋼結構受到的荷載有一定的關聯。如果荷載值較低，不能滿足鋼結構自身承受的荷載極限值，就會導致鋼結構變形具體方向與加速度方向相反的現象。

3 鋼結構穩(wěn)定性增加的相關設計方法

3.1 增強對總體穩(wěn)定性分析

為了更好地適應現階段我國的建設需求，大力加強建筑鋼結構的穩(wěn)定分析，這就要求我們在實際設計過程中，不要局限于單一的結構設計思路上來，要將建筑鋼結構設計與施工進行充分有效結合。由于每個建筑設計要求的不同，其在結構設計過程中也存在著很多的不同，但總體而言，為了增強建筑的整體穩(wěn)定性，在設計中應該盡量選擇技術較為成熟的對稱性結構設計。除此之外，在設計過程中，為了保證建筑的穩(wěn)定性，要對建筑包括抗震系數、水平荷載系數等在內的多種設計指標進行綜合考慮，反復校驗，在進行多項比較后，確定合格適用的建筑鋼結構設計方案。

3.2 增加節(jié)點連接設計中的穩(wěn)定性分析

在過去的建筑鋼結構計算中，由于設計人員為了對設計流程進行簡化，通常會將建筑鋼結構中的相關柱梁連接簡化為剛性連接或者理想的鉸接。但是，一方面，一旦將這些梁柱連接簡化為剛性連接，則由于其夾角不會發(fā)生形變這一顯著的缺點；另外一方面，如果將結構的梁柱視為理想化的鉸接那么在后期計算中這些梁柱則不會對建筑鋼結構的彎矩進行傳遞。因而，綜上分析，如果將這些梁柱簡化為完全剛接則會使得建筑設計框架的側移量估計值減少，梁柱連接的剛度估計值過高；但如果將這些梁柱簡化成為理想鉸接，則會導致后續(xù)建筑鋼結構計算時框架側移量過多，梁柱的連接剛度的相關估測值過高，使得建筑鋼結構柱體的穩(wěn)定承載力理論值過大，導致最終建設的建筑物由于并沒有如此巨大的穩(wěn)定性，因而在設計過程中應當適當加強對建筑鋼結構節(jié)點連接設計中的穩(wěn)定性分析。

3.3 建立完善的預張拉結構理論體系

對于鋼結構的穩(wěn)定性設計，預拉力結構分析是非常重要的，需要在相關工作中做一個好工作，有一套比較完整的預拉伸結構體系理論在分析預張力結構，然后根據理論分析結果，為了得到的結果將是比較準確的，然后使鋼結構設計的穩(wěn)定的目的和要求有保證。

3.4 盡量減小不確定性因素造成的影響

鋼結構穩(wěn)定性設計的不確定因素是不可避免的。因此，我們應該盡可能地讓相關性和力學性能的分析，對鋼結構設計的不確定因素盡可能減少，并更多的實驗基礎上選擇一個科學的程序，以確定之間的相關性，以滿足設計目標和要求。

3.5 借鑒多種成熟設計經驗

目前，由于技術的發(fā)展，現階段的計算機技術也已成為一門較為成熟的技術，因而，在現階段的建筑鋼結構設計中的建筑鋼結構以及建筑平面內的強度還有其建筑整體的穩(wěn)定性計算，均式可以通過計算機技術的方法來進行有效的設計與計算分析。通過計算機的方法不僅在一方面大大縮短了設計者的設計周期，提高了工程的設計效率，另一方面，通過計算機對建筑鋼結構進行模擬計算，也大大減少了由于人為計算而產生的計算方面的失誤，從根本上提高了設計的準確度，進一步確保了建筑鋼結構的整體設計的合理與準確性。

4 結語

綜上所述，建筑工程的快速發(fā)展，促使鋼結構廣泛應用于建筑工程中，然而鋼結構設計的穩(wěn)定性直接影響著鋼結構建筑的整體質量，必須對其進行嚴格的分析，保證鋼結構設計能夠符合工程對其穩(wěn)定性的要求。在具體的設計過程中，還應該根據實際的情況，選擇合適的穩(wěn)定性計算與分析方法，提高建筑工程鋼結構設計質量，推動我國建筑工程長遠的發(fā)展。

參考文獻

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