建筑工程中钢结构稳定性设计的原则和要点分析
张丹丹1 赵亮群2 郭薛雷3
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张丹丹1 赵亮群2 郭薛雷3,. 建筑工程中钢结构稳定性设计的原则和要点分析[J]. 中国设计,2023.9. DOI:10.12721/ccn.2023.157237.
摘要: 钢结构是现代建筑工程中一项重要构成内容,通过对其进行应用,能够提高建筑工程稳定性和安全性。不同建筑工程功能和类型存在差异,实际设计期间,设计人员要分析建筑工程结构情况,保证最终设计合理。
关键词: 建筑工程;钢结构;稳定性;防火设计
DOI:10.12721/ccn.2023.157237
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钢结构在具体应用时,具有工期短、抗震性能好、施工简单、材料可回收等多项优势,这也使钢结构得到了广泛应用。但是通过对大量建筑工程进行分析可以发现,钢结构设计时,部分设计人员并未充分考虑具体情况,未明确设计要点,导致钢结构稳定性无法满足要求,难以发挥出钢结构作用。可见,设计人员要做好分析,采取合理方式设计,保证建筑结构稳定、安全。

1 钢结构稳定性设计需要考虑的内容

钢结构稳定性设计时,设计人员要从以下两个方面入手分析:

(1)设计人员要全面分析建筑工程所在区域地质情况、施工环境、建筑工程抗震要求、钢结构性能各项因素,做好分析,全面考虑建筑工程高度、规模、功能等多项内容,对比不同方案,提高建筑工程整体舒适度与安全性,做好设计工作,提高建筑工程建设经济效益。

(2)钢结构形式具有多样化特点,人们对钢结构提出了多种要求。建筑工程中的钢结构形式复杂、多变,较为常见的形式有钢筋混凝土结构、型钢结构、空间网架结构等,不同结构类型对钢结构需求也存在较大差异,具体设计时,设计人员要充分考虑建筑工程的具有特点,保证设计合理性[1]。通常来说,单个钢结构在建筑工程中承载力相对较弱,因此,要将不同钢构件合理组合在一起,形成整体,确保最终建设的建筑工程有较强承载力。

2 钢结构失稳原因

对于建筑工程来说,导致钢结构设计失稳原因主要有以下几点:

(1)分支点失稳

随着建筑工程荷载不断加大,建筑工程中的钢结构原平衡会被打破,这会改变钢结构稳定性,打破结构平衡状态,导致这一现象主要原因就是分支点钢结构设计与要求不符,容易发生局部失稳,破坏钢结构稳定性,导致投入应用的建筑工程质量无法满足应用需求[2]

(2)极限点失稳

钢材极值点在一定水平上会发生失稳情况。建设建筑工程时,钢材容易出现偏心受压现象,尤其是进行非对称结构和异性承载设计期间,受附属物质量过大影响,设计与实际情况会出现冲突,会引起失稳,影响建筑工程质量。

(3)跃越失稳

建筑工程中的钢结构失去平衡后,容易出现跃越失稳现象。分支点和极限失稳后,会出现结构整体失稳现象,这会降低建筑工程结构整体稳定性,影响建筑工程应用[3]。因此,进行钢结构设计时,要将跃越失稳作为重点防范内容,结合钢结构情况,对设计内容进行强化,保证钢结构稳定性能够达到规范要求,避免由于设计不合理,降低建筑工程质量。

3 钢结构稳定性设计需要遵循的原则

3.1 保证层面稳定

钢结构设计要全面结合水平荷载系数、结构阻尼比等各项内容,做好检测作业,同时,还要结合建筑工程所在区域抗震系数、最大风荷载各项指标,保证钢结构具有较强抗震能力。此外,设计人员要加强对连接构件和小构件受力情况的分析,明确各个节点设计内容,保证钢结构中每个连接点承载力、稳定性都能够满足建筑工程要求。

3.2 适当调整剪力

设计钢结构期间,部分设计人员为了简化设计作业,较为常用的方法就是将建筑工程中垂直构件简化为柱子结构,采用斜杆代替斜柱,虽然采取上述方式设计,不会降低建筑工程整体稳定性,但是难以精准调整剪力。建筑工程中斜柱起到的作用就是支撑竖向荷载和水平荷载,若不注重竖向荷载,势必会导致最终计算的剪力值存在误差,影响钢结构稳定性[4]。而为了规避上述各项问题,设计钢结构人员,要全面结合建筑工程施工方式,合理调整剪力设计,保证钢结构稳定性能够达到要求。

3.3 做好强柱弱梁设计作业

坚持强柱弱梁原则进行设计,能够提高建筑工程中钢结构抗压性能,保证钢结构具有较强承载力。为了确保钢结构稳定性能够达到要求,设计人员需要保证建筑工程结构实际情况与测算结果相一致,确保最终设计合理性。

4 建筑工程中设计钢结构需要注重的要点

4.1 科学选择钢材

钢材质量会影响建筑工程中钢结构抵抗荷载能力,钢材自身具有强度高、韧性好、安全性高等多项优点,但是不同厂家生产的钢材质量参差不齐,进行钢结构设计时,要依据建筑工程强度标注,做好钢材选择。目前建筑工程中采用的钢材有低合金结构钢、普通碳素结构钢等,不同类型钢材性能存在差异,进行建筑工程中钢结构设计时,要结合建筑工程情况做好选择,保证采用的钢结构性能能够满足要求。目前,钢结构设计存在严重浪费现象,尤其是钢材边角料利用率低,这对于钢材回收会造成不良影响。可见,进行钢结构设计时,设计人员必须充分考虑钢材规格,做好优化工作,提高钢材利用率。

4.2 做好细部设计

钢结构设计稳定性会对后续建筑工程应用造成直接影响,要想确保钢结构稳定性能够达到预期,必须提高对细部设计的重视,做好探讨。通过对大量建筑工程中的钢结构进行分析可以发现,做好细部设计探讨,能够弥补整体设计中存在的不合理内容,减少钢结构整体缺陷,减少钢结构存在的质量缺陷[5]。设计师要充分分析建筑需求,明确设计方案,设计大体框架后,分析钢结构受力点,在做好计算工作基础上,获取精准数据,做好细部节点完善工作。现代建筑工程规模大,功能多,这对钢材强度提出了较高要求,设计期间要保证钢结构细节节点连接稳定,保证后续施工顺利开展,提高建筑工程整体质量。

4.3 防火设计

钢材自身是一种不可燃烧材料,但是如果发生火灾,温度升高,将会导致钢材屈服强度、抗拉强度、弹性模量都发生显著降低,一般来说,当温度超过450℃后,钢材结构就会出现显著变形,如果不进行防火设计,钢结构耐火极限约为15min,可见,对于建筑工程中的钢结构,做好防火设计意义重大。目前,钢结构中常用的防火涂料为矿物棉,通过对其进行应用,能够显著提高钢结构节点防火性能,提高建筑工程投入应用后防火指数。建筑结构主体防火设计中,要依据防火措施和要求,模拟计算火灾烟雾,做好排烟量和补风量控制,提高建筑工程整体防火性能。

4.4防腐设计

建筑工程中钢结构在投入应用后,长期受风沙、阳光、雨雪等各项因素影响,会导致钢结构出现不同程度腐蚀情况,这会大幅度降低钢结构耐久性和强度。对于钢结构可以采用配套重防腐涂料进行涂装,达到保护钢结构作用。对于钢结构防腐设计,要考虑后续施工作业开展的便捷性与经济性,做好养护工作,采取合理防腐涂装方式处理。针对钢结构防腐设计,设计人员要全面考虑建筑工程所在区域情况环境、气候等各项因素,制定具有针对性防腐方案,保证钢结构防腐能力可以达到要求。

5 结语:

总而言之,采用钢结构可以提高建筑工程稳定性。将钢结构应用在建筑工程中,设计人员要全面分析钢结构,做好每个要点设计,提高钢结构稳定性和质量,保证钢结构能够满足建筑工程应用要求。

参考文献:

[1]代小青.建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探析[J].低碳世界,2021,11(12):109-110.

[2]王益民.建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点探究[J].建材与装饰,2019(35):102-103.

[3]江神虎.钢结构建筑的失稳原因与稳定性设计要点[J].门窗,2019(03):78-79.

[4]安喜红.探索建筑工程钢结构的稳定性设计策略[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2018(05):186-187.

[5]彭声美.标准化建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点分析[J].中国标准化,2017(20):167-168.

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