建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究

　　摘 要：建筑业是国民经济的重要生产部门，影响着整个国家的经济发展和人们的生活状态。在建筑工程中，钢结构是非常重要的结构类型之一，主要由钢制材料所组成。钢结构的特点是自身重量比较轻，整体刚度好，抵抗变形能力强，因此在建筑工程中的应用非常广泛。在钢结构的设计中，稳定性是最重要的因素之一，只有钢结构的稳定性符合相关要求，才能保证建筑物的质量。本文主要对建筑钢结构设计中稳定性的设计方法进行了探索研究，以供参考。

　　一、受力设计

　　受力水平是判断钢结构稳定性的重要因素之一，设计人员在设计方案时，首先要考虑的就是钢结构的荷载能力，其次才能考虑其他问题。钢结构的设计以T形或L形比较常见，主要是为了提高结构的受力能力，减少钢结构的自身重量，起到平衡的作用。为了保证钢结构的受力更加均匀，在设计时尽量采用对称的方式，防止有的位置出现受力过大或过小的情况，造成结构受力失衡。例如，在设计不动支座时，设计人员要保证支座的稳定性，不能出现移动现象；但是设计钢梁架时，只需要考虑它的横向和竖向的受力情况即可。设计人员需要在设计方案中体现出每个构件和结构的受力情况，防止失稳情况的发生。

　　二、抗震设计

　　保证建筑物的抗震性是非常重要的，尤其是在地震高发的地区，需要进一步提高建筑物的稳定性。在设计方案时，要保证梁板、屋架和屋面板的连接程度，以及结构主体和柱子之间的固定方式符合要求，起到提高钢结构抗震性的效果。钢结构的抗震效果与构建的质量以及支撑方式都有着紧密的联系，因此设计人员要认真考虑相关因素，从根本上减少影响抗震效果的因素，确保钢结构的抗震效果。在设计方案时，设计人员容易忽视小配件的使用，过于关注荷载力和结构的受力情况，反而造成结构的抗震效果一般。例如，合理地使用铆钉能够提高架构的稳定性，但是在使用时要注意铆钉的质量和规格。设计人员要重视抗震性的设计，不能将抗震设计和受力设计相混淆，提高安全意识，保证用户有良好的使用体验。

　　三、防腐设计

　　钢结构由于构件材料的特殊性，设计人员务必要重视防腐设计。钢结构的腐蚀类型主要有两种，分别是电化学腐蚀和化学腐蚀，这两种腐蚀会严重影响钢结构的稳定性，因此设计人员必须要做好防腐设计。防腐设计主要有两种方法：①使用防锈漆，降低钢结构发生腐蚀情况的概率，控制钢结构的腐蚀程度；②对钢结构进行定期的检查、维护和保养，及时发现钢结构的腐蚀问题，并采取相应的措施，利用永久性的涂装方法，有效地起到防腐效果。钢材的质量也是造成钢结构出现腐蚀现象的原因之一，因此设计人员要提前做好钢材腐蚀效果的调查工作，并根据施工地点的实际天气情况进行综合考虑，选择合适的防腐方法。管理人员在钢材进场后，要做好质量检查，避免由于钢材质量而出现腐蚀情况，影响结构的稳定性。

　　四、重视钢结构的细节设计

　　细节设计是决定钢结构质量的重要因素之一，科学的处理方式能够提高钢结构的整体水平，保证钢结构中关键点的安全性和稳定性。设计人员要根据实际的结构选择合适的连接方式，避免连接位置由于荷载力过高而出现弯曲的现象，影响整体结构的美观性和稳定性，导致结构存在安全隐患。因此，设计人员务必要重视钢结构的细节设计，尤其是螺栓的使用以及连接处的焊接处理，必须要进行重点检查，仔细分析数据和相关系数，保证连接点的安全性。为了保证细节的处理符合相关要求，在钢结构设计前，设计人员就要分析节点的形式，并确定节点的连接方式。在实际设计中，容易出现结构细节的设计和模型分析中存在区别，甚至完全不同，严重影响钢结构的稳定性，因此设计人员必须要认真检查，杜绝该情况的发生。

　　五、防火设计

　　对于防火设计，设计人员可以从耐火材料和防火涂料两个方面入手，设计人员要根据建筑工程的防火要求、防火等级以及防火种类进行设计。在防火材料的选择上，应该选择硬质的材料，并在节点位置涂抹上防火材料，提高节点的防火效果，保证钢结构的防火效果符合要求。在钢材的选择上，设计人员要了解市场和厂商，选择物美价廉的产品，并检测产品质量，保证满足防火需求。如果钢材的防火效果并不是特别好，可以选择耐火的材料。钢结构中的吊顶是最容易引发火灾的位置，设计人员不仅要对压型板材进行防火处理，还要做好防腐工作，降低发生火灾的概率。防火设计完成后，要结合当地的防火标准，确认防火设计是否符合要求，保证钢结构的整体防火水平。

　　六、稳定性计算方法

　　（1）分析阻尼数值。要想钢结构有良好的稳定性，就需要对阻尼数值进行分析，阻尼比的波动一直都比较稳定的话，钢结构才会有比较好的稳定性。

　　（2）判定长细比。在进行钢结构设计的时候，结构的稳定性会随着长细比判定数值的增加而降低。所以在进行设计时，必须要根据设计规范要求，对相关的因素进行全面的考虑，要做好对于长细比的分析工作。对于长细比的分析，比较常用的方法就是计算和几何方法，必须要对长细比进行合理的控制，不能超出承载力范围，这样获得的参数才会比较准确，才可以用来进行钢结构设计，保证它的稳定性。

　　（3）静力设计法。这种方法是根据钢结构稳定性的最大承载力来计算它的弹性系数。当应用这种设计方法的时候，首先基本的要求就是力学模型要与结构相符，这样才可以确定使用哪种微分方程。其次，如果钢结构材料的应变和应力是和胡克定律的线性关系相符的话，就可以采用静力计算法。还有一点就是，需要静力计算模型可以将结构的弹性受力准确地反映出来。最后，要进行合理的施工操作，确保施工精度。

　　（4）动力设计法。根据钢结构的动态稳定性展开的设计和分析。如果采用这种设计方法的话，首先需要钢结构应力，可以将震动加速和结构变形准确地反映出来，能够体现出钢结构的轻微震动。其次，采用这种设计方法，可以对加速度和结构型面方向之间的关系进行平衡，假如静态荷载数值出现变化，结构也会处于静力稳定状态。第三点就在于如果钢结构的形变方向和加速度是一致的话，就代表着这个结构能够承载最大的负载，通过应用动力设计法，就可以消除干扰，钢结构就会变得相对稳定。最后还可以按照结构的载荷判断静态和动态之间的界限，同时将临界载荷归类为不稳定的负荷，然后可以假设振荡频率是零来分析钢结构的稳定性。

　　（5）塑性设计法。塑形设计法指的是，标准塑性载荷与安全系数的乘积要大于钢结构的构件强度。

　　首先，在钢结构内部强度的构造分析中，会运用一阶塑性分析或刚性分析。其次，在重新分配结构内力时，可运用塑性设计法，使材料结构能够符合结构可塑性的分析要求。最后，在对法兰尺寸及限制横截面进行设计时，可运用塑形设计法来反映钢结构材料的范围，并准确凸显其稳定性结构的特点，提升结构安全度。

　　结语

　　总而言之，在建筑行业不断发展的今天，钢结构仍然是高层建筑中最常用的施工技术，不仅空间跨度大，安全便捷，而且抗震性高，施工周期短，能为建筑企业创造更多的经济价值。在钢结构稳定性的设计中，设计人员要根据工程的实际要求，对钢结构进行全面的分析，采用合适的计算方法进行设计。在防火防震设计和细节的处理方面要更加细心，在材料的选择上要注意质量检测，从根本上提高建筑物的稳定性，为用户带来更牢固的居住场所和更好的生活体验，为建筑工程的可持续发展做出更多的贡献。

　　参考文献：

　　[1]黄毅.建筑工程中钢结构设计的稳定性原则与设计要点[J ] . 中国建筑金属结构，2020（12）：5.

　　[2]杨帆.建筑钢结构设计中稳定性的设计方法研究[J ] .房地产世界，2020（22）：32-34.