李文超 苟二庆 陈木良
中国机械工业建设集团有限公司 北京市 102100
摘要：新时代，我国工业迅猛发展，需要越来越多的厂房，给建筑行业带来了挑战。钢结构受到当代人们的广泛认可，被应用于各种类型的建筑物建设过程中，相比于传统砖石、砼结构，其具有力学、材料等应用优势。通过分析钢结构应用情况可知，在建筑工程中钢结构设计稳定性十分重要。
关键词：建筑工程；钢结构；设计；光明文化艺术中心项目
引言
建筑工程钢结构设计关乎到建筑物稳定性，对建筑质量具有较高影响，因此，研究稳定性设计原则与要点具有现实意义。通过规范、科学的稳定性设计能够充分发挥钢结构作用，增强建筑工程安全性、稳固性，保障人们的生命财产安全。
1.钢结构设计稳定性概述
建筑工程钢结构具有多样性特点，其稳定性主要体现在钢结构设计环节，即钢结构承载力设计部分，开展该部分设计工作时需要重点分析钢结构稳定性。钢结构在应用过程中容易出现结构变形，导致未承载部分荷载，进而引发稳定性问题。钢结构设计要求多种结构吻合，若局部出现设计瑕疵会影响其他部分。另外，钢结构由众多构件组成，因此其若出现整体失稳情况，会影响其他构件。
2.钢结构设计稳定性原则
2.1结构稳定设计原则
钢结构较为特殊，其设计工艺相对复杂，在开展设计工作时需要依托于信息技术检测质量，只有在确保质量达标的情况下才能够将设计图纸运用于建筑工程实际施工中。实施检测工作时需要将钢结构水平承载、抗震系数以及结构阻尼比等作为参数，设计师在设计环节需要结合施工现场自然环境，确定其水平荷载系数，进而保证水平层面稳固。钢结构整体稳固十分重要，保证整体稳固是设计重点，不管应用何种设计技术，必须将稳定性置于首位。钢结构构件对其稳定性有重要影响，容易埋下安全隐患，严重的甚至可能引发安全事故。基于此，设计师必须树立安全意识，应用科学、规范、合理的方法进行设计，以形成更多优质产品。
2.2剪力调整设计原则
目前，建筑工程形态愈加复杂，不对称设计广泛存在于建筑施工中，其逐渐形成了一种建筑潮流，因此，斜柱使用频率越来越高，斜柱相较于垂直构件其具有一定的倾斜角度，想要保证建筑物稳定就必须设计一定的剪力。设计师在设计钢结构具体内容时，通常会为了简便，将垂直构件表述为柱子，将斜柱表述为斜杆，这种设计方式虽然不会影响建筑物实际稳定性，但若调整剪力容易受到干扰。于斜柱来讲，它具有水平受力的功能，但是垂直向也需要荷载，若设计师忽略了垂直向的荷载，则会造成剪力误差，进而影响建筑工程钢结构稳定性。基于此，设计师在实际设计环节，结合建筑工程实际状态，若需要进行剪力设计，必须坚持剪力调整设计原则，针对具体施工状态灵活调整剪力，进而保障钢结构稳定性。
2.3强柱弱梁设计原则
若钢结构设计具有实效性，质量较高，则若水平承载过大或者需要强力荷载，塑性铰会出现在梁上，但若其设计质量较低，其会出现在柱子上。基于强柱弱梁设计原则能够增强钢结构抗压能力，以提高强力下的钢结构荷载能力，使其能够快速恢复到正常状态。目前钢结构稳定性在设计方面需要对其进行分析与计算，进而保证塑性铰能够呈现在梁上。需要构造与计算相一致，在设计时要求计算结构与实际构造相一致，特别是注意钢结构的抗震效果，要求其性能与建筑工程结构相符。
3.钢结构设计要点
3.1材料选择
设计师在开展钢结构设计工作时，应当选择高品质的钢结构材料，要求其与焊缝等级相匹配，在开始设计前，应当制定科学、规范的设计计划，了解设计计划中对钢材、焊缝等质量的要求，进而选择适宜的钢材。在选择与采购钢材的过程中应以选择屈服强度、抗拉伸性能等高的材料，达到实际施工要求。在进行焊缝施工时，应当明确施工要求，应用先进的施工技术，进而确保施工质量。另外，当两种不同钢号焊接时，宜采用与强度较低钢号匹配的焊条或焊丝。承受直接动荷载的焊接连接或重要的厚板焊接等宜选用低氢型焊条。最后，焊丝焊剂按以下要求选用，选用时应根据焊接工艺的具体情况作出适当修正，必要时通过试验确定。（1）焊丝应符合国家标准《熔化焊用钢丝》GB/T14957、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T8110及《碳钢药芯焊丝》GB/T10045、《低合金钢药芯焊丝》GB/T17493的规定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（2）埋弧焊用焊丝和焊剂应符合国家标准《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》GB/T5293、《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》GB/T12470的规定。
3.2结构选型
设计师在开展钢结构设计工作时需要重视结构形式的选择工作。钢结构形态对建筑工程施工目标的达成和设计图纸的落实具有重要影响。钢结构选型期间，应当结合设计方案，立足于钢结构整体结构体系，同时考虑力学关系，做好选型工作，进而保证钢结构建筑物稳定性。同时，承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度各硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证.焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证.抗震设计时，钢材应符合以下规定：（1）钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；（2）钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%；（3）钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。
3.3构件设计
构件设计是钢结构建筑设计的重要组成部分，需要保证钢结构设计的规范性与合理性，结合施工技术要求，采购适宜的材料，保证施工顺利开展，在设计其主体框架时，往往需要应用同一材质。此外，为了控制工程造价，亦可综合选用施工材料，要求材料能够达到相关技术要求。具体而言，钢材强度应当大于国家相关标准。在施工环节进行构件设计时，需要确保信息技术的先进性，不断对其进行优化和更新，做好钢结构截面处理与计算工作，对截面进行有效优化，同时有助于简化设计流程[1]。
3.4涂装设计
钢结构的防腐、防火涂装设计施工具有提高钢结构寿命、提升其性能的作用，应当保证钢结构具有避免受到火、酸性物质等的干扰。在设计实践中，设计师通常会选择在表层先涂抹防腐涂料，之后再涂抹防火涂料；在内层融合使用二者，以及在关键部分混合使用二者，应当避免涂料相互间出现化学反应。在涂装涂料时应当先进行除锈工作，可以使用设备处理，注意清洁钢材表层杂质，例如灰、油污等。
3.5节点设计
钢结构节点设计有助于提高建筑工程的安全、稳定性，应当在设计环节重视节点施工监管工作，设计适宜、科学的节点，同时注重考量钢结构施工要求以及对设计有所影响的因素，进而制定科学、合理的节点设计方案，设计出稳固的钢结构。开展设计工作的过程中应当结合施工设计要求，科学选择节点处，通过把握施工技术，以使节点与建筑工程设计要求相符。同时，焊接工作应在焊接工程师指导下进行，应编制焊接工艺文件，并采取相应措施使结构的焊接变形和残余应力减到最小.厚板焊接时，应注间严格控制焊接顺序，防止产生厚度方向上的层状撕裂.在施工中严格按照工艺文件中的规定的焊接方法、工艺参数、施焊顺序等进行,并应符合现行国家标准《钢结构焊接规范》GB50661及《钢结构工程施工规范》GB50755的规定[2]。
4.应用实例
光明文化艺术中心位于深圳市光明区观光路与创投路交汇处北侧。本工程由深圳市光明区建筑工务局兴建，建筑面积13万㎡，整个项目由五个功能区组成，分别为演艺中心、城市规划展览馆、美术馆、图书馆、文化综合中心。
该工程钢结构总用钢量约为8300吨，使用到钢结构的主要区域有：图书馆与城市规划展厅为一座3层15.6m高桁架（连廊1）强连接，最大跨度为56m，城市规划展厅与演艺中心为一座单层9m高桁架（连廊2）强连接，最大跨度为49m，城市展厅各层、美术馆部分大跨度区域、美术馆与图书馆连接区域、演艺中心大跨度楼面及屋面区域等。本工程所使用钢材的强度等级主要有：Q235、Q345、Q420等。主要的钢结构构件包括：钢梁、钢骨梁、钢骨柱、钢管混凝土柱、钢骨剪力墙、钢桁架、钢筋桁架楼承板等。
大桁架钢结构采用液压整体提升，大桁架钢结构由2榀纵向主桁架（HJ1～2）和其间次梁结构组成，主桁架的弦杆和腹杆均为箱型构件，次梁为H型截面。此部分钢结构最大标高为+32.750m，桁架自身高度16.6m，HJ-1跨度51.2m，HJ-2跨度56.35m，提升高度为17.15m，提升重量为1700t。钢结构提升单元在其投影面正下方的地面上拼装为整体，同时，利用两榀主桁架预装段设置提升牛腿（上吊点），共4组。每组上吊点处配置2台YS-SJ-405型液压提升器，共8台液压提升器。在提升单元的桁架下弦杆与上吊点对应位置处安装提升临时牛腿（下吊点），上下吊点间通过专用底锚和专用钢绞线连接，利用液压同步提升系统将钢桁架结构提升单元一次性提升至安装标高处，进行主桁架对接以及后装杆件的安装。
钢结构深化设计时，为配合现场安装需要，将部分构件设计成后装段，并且在提升上下吊点内部设计额外加劲板，保证在提升时无应力变形。该项目大桁架在整体提升后，钢构接口偏差在5mm以内，且在提升过程中对其进行应力、应变监测，监测结果均在设计允许范围内。可以说该项目在钢结构深化设计过程中，充分考虑到现场安装方案，进行局部加强，不但节省整体建造成本，也满足规范要求，是一个成功的钢结构应用案例。
结论：
简而言之，社会经济的发展，进一步促进了建筑行业的进步，鉴于城市土地资源的紧缺，与钢结构力学性能，使得建筑工程钢结构得到普及应用。文章阐述了钢结构设计稳定性，分析了其设计稳定性原则以及设计要点，希望为关注这一话题的人们提供参考。
参考文献：
[1]王骁,孟超.建筑工程钢结构设计的稳定性分析[J].住宅与房地产,2016(24):43.
[2]周均来.高层钢结构的质量管理要点[J].工程技术研究,2019(7):133-134.
论文作者:李文超,苟二庆,陈木良
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年14期
论文发表时间:2019/10/15
标签：钢结构论文; 桁架论文; 稳定性论文; 结构论文; 焊丝论文; 建筑工程论文; 构件论文; 《建筑学研究前沿》2019年14期论文;