土木工程钢结构稳定性设计分析

杨适旭　梁寿勤

摘 要：随着我国建筑事业的快速发展，土木工程在设计的过程中，经常难以保证其稳定性。其各种不稳定因素都会对整个工程的质量带来一定的影响。所以，为了能够有效地提升该项目工程的施工质量，就要对其结构稳定性质进行全面的分析。

关键词：土木工程；钢结构；稳定性设计

随着建筑事业的逐渐进步，土木工程钢结构稳定性设计也有了新的要求。但是在实际的设计过程中其依旧面临很多设计问题。钢结构在一般情况下会处于稳定状态，但是如果受到内部条件的变化以及外部合力的不均匀。那么其性质就会发生相应的改变，从而对整个建筑物造成一定的影响。因此，加强其稳定性的设计十分关键。

1 土木工程钢结构稳定性设计概况

1.1 稳定性设计的概念分析

在对钢结构的稳定性进行设计的过程中，首先应当对建筑项目的实际情况进行相应的了解，然后针对其刚度以及强度做出相应的设计。因此想让钢结构的设计更加科学合理，就需要对其预应力进行全面的控制。但是，其预应力经常也会出现不规则的变化。而且还会因为材料的不同而产生差异，我刚才都有属于自己的屈服点。想要使得其结构得到全面的平衡，就要做好其外部荷载与内部预应力的平衡。这个平衡状态，也会随着时间的推移而被改变。其钢材在力长期作用下，也会跟着变形。同时，其附加弯矩也会逐渐被改变。因此，从概念上进行分析，力的改变必然会引起钢结构的形变。而钢结构的失稳则会对建筑体系造成巨大破坏。

1.2 钢结构稳定设计的意义

对钢结构进行稳定性的设计，不仅能够让工程质量得到有效的提高，还能缩短工期，降低成本输出率。钢结构的稳定往往决定了整个房屋的稳定性。因此，其设计的价值十分巨大。而且伴随着科学技术的进步，钢结构的设计方式也在逐渐增加。设计的内容也在逐渐趋于科学化以及理想化。因此，从总体的角度来看，钢结构的稳定性设计具有十分深远的意义。

2 土木工程钢结构稳定性设计所遵守的原则

2.1 整体性原则

在我们进行初步的设计时，保证设计的整体性十分重要。因为在整个建筑工程中，钢材是必然用到的材料，在这个过程中就需要做好钢结构设计。而钢结构的设计是一个较为庞大的设计工程。在进行整体性设计的时，首先需要考虑的就是平面结构。在目前，大多数的钢结构稳定体系设计都是采用平面体系设计来提高钢结构的稳定性，只有极少数是采用其他的方式进行设计，在初步的设计过程中，一定要考虑遵循整体性的原则，保持预应力的平衡，整体布置构件。这样钢结构更容易达到稳定。

2.2 科学计算原则

在进行土木工程钢结构设计的过程中，一定要遵循科学计算的原则。可以根据基本的工程图进行基础的计算。与此同时，在进行单层或者多层框结构设计的过程一定要根据实际情况对其不稳定因素进行分析，并根据勘测的实际参数，与原始数据做出相应的比较计算。在通常的施工过程中，很多工程设计人员只是对框架柱做出了稳定的计算，但是却很少对框架的稳定做出稳定计算。这就会极大降低钢结构的稳定设计。如果其梁柱出现不稳定的情况。那么其预应力的稳定设计也会受到很大的影响。因此，在设计的过程中，一定要对钢结构的各种体系结构做出精密的计算。

2.3 细部构造设计原则

在具体设计中，设计人员应当充分保障设计与构件之间的整体性，而且核算其数据的精准性，让两者之间的参数能够相互符合。同时还要对传递弯矩的节点效应进行相应的分析。因为在节点的接触点经常会出现预应力的分布不均，这主要是钢结构在衔接的过程中容易出现的设计的隐患。为了能够有效地避免其出现的问题就需要对其细部结构进行钢性以及柔性的数据输出。这样能够较好地提升其节点接触的精准度，避免出现杆件偏心的情况。与此同时，在进行细部设计时，还需要对其钢性的强度进行相应的设计计算。因为，在不同区域其钢性强度也会有所不同。最后钢结构的稳定设计，还要对边界条件进行相应的设计分析。因为边界的剪应力通常会相对较小，其外部几乎不会承受压力，这样必然会对钢结构的稳定造成一定的影响。所以，在设计的过程中应当对其做好重点设计，达到应有的力矩效果。

3 土木工程钢结构稳定性设计方法分析

在对土木工程钢结构进行稳定设计的过程中，对其外在的负荷力进行相应的考虑十分必要。因为在整个建筑体系中钢结构承受了十分巨大的压力。如果其构件的稳定性大幅度的降低，必然会对整个工程体系的施工带来一定的麻烦。所以，根据相关数据的计算，其负载的变化可能会引起结构的变化。在这个过程中就需要对其动态预应力采用多种方式进行分析。

3.1 静力平衡法

静力平衡法在钢结构的稳定设计中应用的较为广泛。其主要是用于建筑体系的静力分析。静力通常会处于一种平衡的状态。其对钢结构的影响通常不会很大，但是在设计的过程中同样不可忽视。首先根据力的相互性，我们可以得到钢结构所承受的压力与地面的支持力应该相等。通常静力出现不规则的变化，主要有两个原因，其一：钢材发生形变，从而使得静力受力不均匀；其二：地基承受力不足，从而引起静态力发生变化。可以利用临界值对其静力的变化情况进行详细的判断，从而在静力上提升了钢结构设计的可靠性。其三：我们还可以根据力的性质对静力做出相应的设计判断，大多数情况下，静力是处于一种平衡的状态之下。但是如果受到外界因素的影响，其也会出现不平衡的因素。所以，为了使得力处于平衡，在设计的过程中一定要对外部因素进行考虑，做出科学合理的设计。

3.2 能量守恒法

能量守恒法也是在进行钢结构设计时需要应用的一种方法。根据能量守恒定律我们可以知道能量是一种较为抽象的东西，但是其在整个设计的过程中也是必须考虑的要点。一般情况下，能量都是出于守恒，但是如果设计出现偏差，其能量依旧可能会发生一定的变化。因此，在设计的过程中需要对钢结构的能量进行精密的计算。让预应力处于一种平衡的状态。其临界状态的能量关系为：ΔU =ΔW式中ΔU指应变能的增量；ΔW指外力功的增量。其二：还要对外力作用进行相应的考虑设计，因为钢材会受到锈蚀，而且刮风、下雨等外力作用也会对力的平衡造成一定的破坏。基于此，一定要对能量的负荷临界点做出全面的计算。使得其总能量处于一种平衡的状态。根据表达式：dΠ=dU-dW =0式中。我们可以很清楚的计算出其总能量的平衡数值，在进行钢结构设计时，应当时时结合该数值进行预应力平衡的精确计算。只有这样，钢结构稳定设计才能得以实现。

4 结语

钢结构的稳定设计十分关键，在进行设计的过程中。一定要结合实际情况，对其设计概况进行初步分析，然后遵守相关的设计原则，对其设计的细节进行把握。最后结合多种设计方式对钢结构的静态力以及内部预应力进行计算，使得合力处于平衡的状态。从而有效地提升钢结构稳定设计的效率。

参考文献

[1] 邓婷.某大跨度双拱支承钢结构的静力及稳定性能分析[D].广州：华南理工大学，2012.

[2] 周伟星.基于能量法的大跨度钢结构整体失稳模态判别方法及稳定极限承载力计算[D].广州：华南理工大学，2012.