林瑞基
北京中外建建筑设计有限公司佛山分公司 528311
摘要：现阶段，随着社会经济以及科技的持续发展，建筑功能性也逐渐趋于多样化，而因为钢结构有较大的空间热性，所以，在一些商业、工业建筑中应用较广。又因钢结构有较低的节点，整体性能不及钢筋混凝土，因此，钢结构的稳定性成为了有关设计和施工单位主要强化的一个指标。从目前的研究现状来看，稳定性失稳的来源分析和稳定性失稳的处理占了较为主要的地位。然而，对结构设计的稳定性分析和设计原则、结构设计中内容的关键领域的研究还较为稀少。为此，文章将以此为基础，详细阐述了建筑工程项目中钢结构设计中的稳定性，以期可以为业界人士提供一定有价值的参考。
关键词：建筑工程项目；钢结构设计；稳定性；分析
引言
随着建筑功能性的不断强化表达，钢结构由于其大空间特征而在部分工业建筑、商用建筑中得到广泛的应用。钢结构节点相对较低且总体性低于钢筋混凝土，故而稳定性一直是相关设计与施工单位重点强化的指标之一。从现阶段的研究进展来看，针对其稳定性失稳来源的分析、针对稳定性失稳治理的分析占到了主导地位。而针对结构设计中的稳定性分析与设计原则及重点内容领域的研究还相对较少。在钢结构的发展中，最关键的一个问题就是如何提升钢结构的稳定性，有待遇业界人士持续的研究和探索。
1钢结构稳定性设计的特点
1.1设计同实际状况
统一对于实际的建筑物在设计时，通常要对多种因素进行充分的考虑，如建筑性能、钢结构的搭配材料质量、施工对施工水准、施工环境、楼层高度以及抗震性等。如果要使钢结构具备良好的安全、稳定性，则需要充分考虑影响钢结构设计的这些因素，从而科学的制定出一套经济合理、符合多种因素的最理想的结构设计方案。
1.2钢结构形式多样化
钢结构的形式呈现多样化形式，和普通钢结构的自重相比，其自重较轻；预应力钢结构的承载力明显高于普通钢结构，但钢耗较低；与普通钢结构相比，它更美观，节省了大量钢材；与普通钢结构相比，钢结构的整体强度和塑性韧性有了较大的提高，钢耗降低，目前钢筋混凝土组合结构得到了广泛应用等。不同的建筑物会应用不同的钢结构，具有各自的优点，在对建筑进行设计时，应根据建筑物的实际需要选择最佳的使用。不管何种钢结构，都必须考虑其稳定性。钢结构的重量、塑性、强度、韧性和工业化程度都很好，然而，刚度保证了低稳定性，这通常需要验算。钢结构稳定性包括局部稳定性和整体稳定性。单钢构件对大型建筑的承载力影响不大，它必须以许多单独的刚性构件连成一个整体而进行受力，不同的连接方式有不同的受力范围，需要科学的分析、讨论和研究。但，站在局部角度看，钢结构构件是由多个效的钢杆件组成，它还承受一定的压力，并逐层细分。在钢结构设计中，还需要充分考虑防止由于小错误导致整个钢结构的倒塌。
1.3局部连接安全影响钢结构整体稳定性
许多构件通过各种施工技术组装成钢结构。构件连接的稳定性影响着局部结构的安全，因此，它威胁到整体安全，只有处理好细节，才能充分保证结构的整体安全。在进行实际施工时，需要安全评估部件连接处的施工工艺，从而选择出最佳的方案开展施工，另外，要详细记录施工细节，从而为后期查验和复核奠定基础，为了防止返工问题的发生，钢结构的经济性和安全性必须统一。
2钢结构失稳因素分析
想要判断相关建筑工程的质量和安全，需要以钢结构的稳定性作为评判的关键性指标。然而，站在实际设计和施工角度，钢结构具备多样性特点。相比于传统钢结构混凝土结构，钢结构可以采用多种连接方式和结构特点，包括节点承载力、梁柱承载力、拱承载力等，还需要考虑更多影响钢结构稳定性的因素。站在实践视角，钢结构容易发生失稳的具体原因一共有四点，如下文：（1）极值点失稳。对于建筑钢材制作的偏心受压构件，极限点到达到一定程度后将失去稳定性，这是极限点失稳最常见的现象。偏心受压现象在实际工程施工中普遍存在，特别是在非对称结构或特殊形状荷载的设计中，或如果在以后的建筑使用中引入高质量的配件等，因设计和应用之间的不匹配，从而产生不稳定情况。（2）分支点失稳。这种情况主要是由于分支点结构设计不合理而导致局部失稳。完善直杆轴心时与平板受压面的屈曲等现象也包含在上述分支点的失稳中。（3）跃越失稳。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此种类型和前两种理性不同，其既不是极值点又不是平衡分支点，是从平稳丧失后又想另个稳定平衡点跳跃的状态。简单来说就是这种失稳使以以上两种失稳结构为基础的一次性发展的结果，从而使总体结构都出现不稳定的情况，会严重的威胁到建筑的安全性。如果实际工程项目中有跳跃失稳状况产生时，需要立即进行加固处理并适时调整钢结构特性，只有当总体稳定性评估和标准要求相符合后方可再进行应用。（4）其他失稳。刨除上面说的三种主要类型，在钢结构中，若某些连接件发生变形、腐蚀，或钢结构某些主要部件在如外力作用和温度条件下遭受到损坏，也会使得整体结构出现失稳现象，其也就成了失稳的关键性因素。
3?基于稳定性的钢结构设计建议
针对上文的我们从建筑工程项目中钢结构设计的失稳原因入手对其稳定性进行了分析。而为了有效避免失稳现象的产生，在实际的设计中我们可以从下述几个方面来加以注意。首先，在结构设计过中需要考量钢结构主体构建的自身重量与应力水平，从而构建出自身平衡的稳定性设计结构。在实际的设计过程中可以参考平面体系与投影体系在平衡分析及稳定性分析中的关键作用。必要时引入有限元仿真模拟的方式对其稳定性进行评价与评估。有效且科学的筛选出适宜的设计方案；其次，需要对结构附属物的重力特征进行分析，给出适当的应力结构分支点对附属的重力进行消除，从而保障整体的应力有效性。另一方面，在实际的设计过程中我们可以采用多层架构的方式来予以实现。此种模式不仅自身的稳定性相对较高，而且对于失稳问题存在更高的容错率，能够通过不同层级之间的缓冲作用来对失稳现象进行一定的缓解，是其对于建筑总体安全性破坏相对较低。最后，在设计与施工的过程中要同时考量钢结构的防腐、应力破坏、防火性能、抗震性能以及刚性材料质量。上述因素均能够对其失稳造成一定的影响与负面促进。
4钢结构稳定性设计的分析方法
4.1静力平衡法
静态平衡法和中性平衡法简称平衡法。它们是求解钢结构稳定极限荷载的重要方法。对于具有平衡分岔点的弹性稳定问题，分岔点有两个相似的平衡状态，也就是发生微笑变形结构平衡状态和原结构状态。平衡法是根据结构微笑变形后的应力状态，建立了求解分岔屈曲荷载的平衡方程，在大多数情况下，可以得到多个解。而分岔屈曲荷载是要取其中最小的解。然而，在具体工程的结构中，通常，只要得到结构的屈曲荷载就行。虽然无法准确判断钢结构平衡状态的稳定性，然而，当外部荷载达到一定程度时，平衡法可以确定弹性结构体系平衡路径分岔点对应的临界荷载。
4.2动力法
在钢结构体系的平衡状态下，若遭受到外部荷载的小扰动，就很容易产生振动现象。而所谓的动力法则是以动力学观点为基础来研究钢结构稳定性问题的。小扰动后，系统的小位移幅度决定了系统的临界载荷，而缓慢的速度变化是边界条件。当外部干扰后，钢结构的外荷载小于稳定极限值时，尽管发生了变形，但钢结构的变形位移和方向却在相反的方向上加速。存在互相抵消的态势，此时，当外部干扰消除后，当外部载荷消失时，移动将缓慢停止，钢结构将恢复平衡稳定状态；在外力干扰下，如果外荷载大于稳定极限值，钢结构也会发生变形。但其变形方向和位移方向与加速度方向相同，并呈现互相促进的态势，此时，将外力干扰解除，运动会持续运行不能停止，这时，钢结构失去平衡和稳定性。在振动频率为零的情况下，采用动力法可以得到钢结构在临界状态下的临界荷载。
4.3能量法
能量法也是Timoshenko法，临界荷载通过势能驻值条件确定的。一旦外部负载很小并且低于一定值，总势能就是最小的。此时，结构体系的初始位置相对稳定；当外部荷载大于一定值时，总势能最大，结构体系初始位置不稳定。但是若外界荷载的数值正好和这个特定值相同，一旦出现了微笑移位，它就可以一直保持不变。此时，结构体系处于偶然平衡状态，这个负载是临界负载，它的状态也为临界状态。在得到临界载荷时，应结合势能定值原理，求出能量平衡方程，求解分叉屈曲载荷。
5结束语
钢结构在现代建筑工程项目中多有应用。然而，在实际的设计中依旧无法完全避免失稳现象的产生。当前阶段由于社会经济飞速发展，加之城市化进程发展速度较快，带动了我国建筑行业呈现出繁荣的发展势头，当建筑行业的规模和数量持续增加的同时，也需要重点关注安全问题，建筑设计师要充分考虑到这方面的问题。对于建筑钢结构稳定性的设计，并不是单纯的在施工阶段开始行动就行，而要从设计阶段就要将各方面工作做好，其任务十分艰巨，责任非常重大，会和人民的生命和财产安全直接挂钩，同时，也会直接影响到整个建筑工程自身的社会和经济效益，因此，相关的业界人士需要持续探寻和努力研究，最大程度的保证钢结构的稳定性，为人们健康、安全居住和使用提供保证。
参考文献：
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[3]雷良龙.建筑钢结构设计中稳定性的设计方法[J].建材与装饰，2016（32）：91~92.
论文作者:林瑞基
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第29期
论文发表时间:2019/8/29
标签：钢结构论文; 稳定性论文; 荷载论文; 结构论文; 中钢论文; 建筑论文; 结构设计论文; 《建筑细部》2018年第29期论文;