1钢结构不稳定的类别及成因
1.1钢结构不稳定的类别
从设计角度对钢架结构的稳定性进行分析，钢结构的不稳定性通常包括下列类型：
（1）分支点失稳。是由于设计的分支点结构不合理而引起的一系列稳定性不良问题，钢结构承载力是有限的，如果实际载荷超出了其最大承载力，则会打破力学平衡，从而破坏其结构稳定性。（2）极限点失稳。在外型承重、不对称的结构设计中，由于偏压造成钢架承载力不够、稳定性降低，进而不断变形，从而产生不稳定现象。（3）跳跃失稳。是指钢结构的平衡形态突然发生跳跃，例如由受压变成受拉，必然会打破原有的平衡，破坏其稳定性，对建设项目的安全构成严重威胁。可以看出荷载对钢结构的稳定有很大影响，因此，必须对其承载力进行精确计算，并对其在失稳后的行为进行预测，从而强化其稳定性设计，以保证其总体目标的实现[1]。
1.2钢结构不稳定的成因
在建设项目中钢结构的设计工作存在一些缺陷，从而造成钢结构失稳。（1）设计人员没有进行实地考察，对施工现场的环境因素未做必要的了解，只是依据过去的经验和项目数据盲目地进行钢结构设计，这样容易导致钢结构的性能较差，不能满足建筑的需要，从而在一定程度上提高了发生失稳问题的几率。（2）设计人员的专业程度和责任感较差，不能严格按照钢结构的设计规范来进行设计工作，未完全了解钢结构不稳定的原因，所采取的对策缺少针对性，从而影响建筑整体结构的稳定性。（3）目前，国内外对钢结构的稳定设计与防火、防腐和抗震等方面的设计缺少协调，如果房屋的抗震能力达不到规范标准，将引发房屋的稳定性问题，一旦发生大震，房屋很快倒塌，住户难以安全撤离，造成的损失将会无法估计。
2工业建筑轻钢结构设计的要点
2.1搜集各种资料
在进行方案设计前，必须要收集方案中的各项数据，以确保设计方案的内容符合实际情况。①收集施工现场的环境数据信息和周边环境的数据信息，为设计提供依据和基本内容。②收集工业建筑轻钢结构设计的相关标准和各类规范资料，建立系统的工作模型。③对设计方法和措施进行准确定位，对已取得成功的设计经验和方法进行积极的学习，制定适用于建设工程的设计方案。④进行现场勘察，了解清楚各部位钢材使用的特征和需求，并制定相应的工作制度和机制，以提高各项工作的成效，使钢材在工程中得到更好的运用。
2.2荷载取值
在工业建筑轻钢结构设计中，荷载取值是非常重要的内容，若取值不合理，则会引发诸多问题。轻钢结构中的设计荷载主要分为永久荷载、竖向可变荷载、风荷载、地震作用、温度作用等。一般在屋面恒荷载当中，单层彩板加保温为0.18kN/㎡，双层彩板加保温为0.30kN/㎡，实腹檩条及拉条为0.05 kN/㎡，桁架檩条及拉条为0.10kN/㎡；轻钢屋面一般为不上人屋面，活荷载标准值一般取0.5KN/㎡，对于承受荷载水平投影面积大于60㎡的钢架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3 KN/㎡，这是轻钢结构厂房所特有的特性，可与雪荷载不同时考虑，两者取大值。轻钢房屋屋盖较轻，对雪荷载比较敏感，按现行规范要求应采用100年重现期的雪压，雪荷载经常是控制荷载；另外吊挂荷载宜按活荷载考虑，其主要包括吊挂的管道、桥架、屋面风机等，当吊挂荷载位置固定不变时，也可按恒荷载考虑，具体荷载取值应根据建筑图中注明的使用功能确定[2]。
2.3体型系数
这里特指风荷载体型系数，它是指风作用在建筑物表面一定面积范围内所引起的平均压力或吸力与来流风的速度压的比值，它主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。轻钢房屋属于对风荷载比较敏感的结构，考虑阵风作用，现行《门式钢架轻型房屋钢结构技术规范》要求，在计算主钢架时，对基本风压适当提高，系数取1.1；在计算檩条、墙梁和屋面板时，系数取1.5。由于风可以从任意方向吹来，结构设计时，内部压力系数应根据最不利原则与外部压力系数组合，取用最不利工况下的荷载。轻钢房屋一般为低矮房屋，屋面风吸力较大，在计算檩条时，在风吸作用下有可能产生下翼缘失稳，设计时应特别注意。
2.4柱脚设计
在轻钢结构设计工作的过程中，其强度会随着柱脚的变化而产生一定的变化，门式钢架的柱脚一般按铰接支承设计，当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时，应将柱脚设计成刚接。所以设计师需要结合实际情况确定是铰接还是钢接的方式。柱脚一般采用平板式柱脚，通过柱脚锚栓，固定在基础上的混凝土短柱上。在计算带有柱间支撑的柱脚锚栓时，应考虑风荷载作用下的上拔力。一般带靴梁的柱脚锚栓不宜受剪，柱底剪力按钢柱底板与混凝土短柱上表面间的摩擦力承担，在结构设计的时候，摩擦系数可取0.4。柱脚钢板以及基础混凝土表面摩擦极限承载力可以按照如下公式计算：V=0.4（N+T），其中的N为柱轴力设计值，T为受拉锚栓的总拉力，在柱底水平剪力大于受剪承载力的时候，此时应该针对性地设置抗剪键。此外，考虑防腐要求，在室内地坪下的部分应该利用钢丝网混凝土包裹。
2.5柱网布置和结构选型
在工业厂房门式刚架轻型钢结构的设计中，门式刚架所布置的跨度需根据建筑物的实际建筑环境、使用需求确定，通常范围是9～36m。据相关研究表明，最为显著的门式刚架跨度选值是21~30m，若跨度大则材料消耗小。因此，在柱网布置方面，可将排架柱间距合理控制到6～9m的区间，跨度若是越大，柱距也会越大，所以可将排架柱、刚架跨度相比取出3.5~5m的数值，使建筑高度的净高在4.5~9m的范围中。为确保建筑拥有充足的排水功能，屋顶坡度的取值不能低于5%，且要综合考虑与分析横向风荷载的效果及作用，尽可能在满足承载能力和稳定能力的基础上，控制住钢架自身高度。另外，在选择钢柱形式时，应采取工字型的设计，明确截面应力的实际分布，发挥出材料原有的强度，以此提升资源的利用率。若是能保证结构稳定性，那么柱脚设计方面可优先使用铰接的手段，从而简化施工结构[3]。
3结语
门式刚架轻型房屋具有加工制作方便和抗震性能好等特点，目前，许多建筑工程项目的建设周期愈来愈快，部分项目对工期有着较为严格的要求，所以一些工业厂房或简单构筑物可引入门式刚架轻型钢结构，此类结构十分的环保、节能，且施工速度快，能满足建筑工程的施工进度要求。在实际建设中，要充分发挥门式刚架轻型钢结构的优势，不断优化设计过程，明确设计要点，确保设计成效。
参考文献
[1]夏琦,王元戎,何梦迪. 建筑钢结构设计的问题与施工技术分析[J]. 产品可靠性报告,2023,(08):155-157.
[2]孙金鹏. 工业厂房门式刚架轻型房屋钢结构设计流程及要点分析[J]. 四川水泥,2023,(08):97-99.
[3]相雄雄. 关于工业建筑轻钢结构设计问题的研究[J]. 城市建设理论研究(电子版),2023,(19):138-140.
作者简介：汪晓东(1977.5-)，男，汉族，安徽枞阳，大学本科，研究方向：钢结构设计与施工。
