土木工程鋼結構穩定性設計分析

楊適旭　梁壽勤

摘 要：隨著我國建筑事業的快速發展，土木工程在設計的過程中，經常難以保證其穩定性。其各種不穩定因素都會對整個工程的質量帶來一定的影響。所以，為了能夠有效地提升該項目工程的施工質量，就要對其結構穩定性質進行全面的分析。

關鍵詞：土木工程；鋼結構；穩定性設計

隨著建筑事業的逐漸進步，土木工程鋼結構穩定性設計也有了新的要求。但是在實際的設計過程中其依舊面臨很多設計問題。鋼結構在一般情況下會處于穩定狀態，但是如果受到內部條件的變化以及外部合力的不均勻。那么其性質就會發生相應的改變，從而對整個建筑物造成一定的影響。因此，加強其穩定性的設計十分關鍵。

1 土木工程鋼結構穩定性設計概況

1.1 穩定性設計的概念分析

在對鋼結構的穩定性進行設計的過程中，首先應當對建筑項目的實際情況進行相應的了解，然后針對其剛度以及強度做出相應的設計。因此想讓鋼結構的設計更加科學合理，就需要對其預應力進行全面的控制。但是，其預應力經常也會出現不規則的變化。而且還會因為材料的不同而產生差異，我剛才都有屬于自己的屈服點。想要使得其結構得到全面的平衡，就要做好其外部荷載與內部預應力的平衡。這個平衡狀態，也會隨著時間的推移而被改變。其鋼材在力長期作用下，也會跟著變形。同時，其附加彎矩也會逐漸被改變。因此，從概念上進行分析，力的改變必然會引起鋼結構的形變。而鋼結構的失穩則會對建筑體系造成巨大破壞。

1.2 鋼結構穩定設計的意義

對鋼結構進行穩定性的設計，不僅能夠讓工程質量得到有效的提高，還能縮短工期，降低成本輸出率。鋼結構的穩定往往決定了整個房屋的穩定性。因此，其設計的價值十分巨大。而且伴隨著科學技術的進步，鋼結構的設計方式也在逐漸增加。設計的內容也在逐漸趨于科學化以及理想化。因此，從總體的角度來看，鋼結構的穩定性設計具有十分深遠的意義。

2 土木工程鋼結構穩定性設計所遵守的原則

2.1 整體性原則

在我們進行初步的設計時，保證設計的整體性十分重要。因為在整個建筑工程中，鋼材是必然用到的材料，在這個過程中就需要做好鋼結構設計。而鋼結構的設計是一個較為龐大的設計工程。在進行整體性設計的時，首先需要考慮的就是平面結構。在目前，大多數的鋼結構穩定體系設計都是采用平面體系設計來提高鋼結構的穩定性，只有極少數是采用其他的方式進行設計，在初步的設計過程中，一定要考慮遵循整體性的原則，保持預應力的平衡，整體布置構件。這樣鋼結構更容易達到穩定。

2.2 科學計算原則

在進行土木工程鋼結構設計的過程中，一定要遵循科學計算的原則?？梢愿鶕镜墓こ虉D進行基礎的計算。與此同時，在進行單層或者多層框結構設計的過程一定要根據實際情況對其不穩定因素進行分析，并根據勘測的實際參數，與原始數據做出相應的比較計算。在通常的施工過程中，很多工程設計人員只是對框架柱做出了穩定的計算，但是卻很少對框架的穩定做出穩定計算。這就會極大降低鋼結構的穩定設計。如果其梁柱出現不穩定的情況。那么其預應力的穩定設計也會受到很大的影響。因此，在設計的過程中，一定要對鋼結構的各種體系結構做出精密的計算。

2.3 細部構造設計原則

在具體設計中，設計人員應當充分保障設計與構件之間的整體性，而且核算其數據的精準性，讓兩者之間的參數能夠相互符合。同時還要對傳遞彎矩的節點效應進行相應的分析。因為在節點的接觸點經常會出現預應力的分布不均，這主要是鋼結構在銜接的過程中容易出現的設計的隱患。為了能夠有效地避免其出現的問題就需要對其細部結構進行鋼性以及柔性的數據輸出。這樣能夠較好地提升其節點接觸的精準度，避免出現桿件偏心的情況。與此同時，在進行細部設計時，還需要對其鋼性的強度進行相應的設計計算。因為，在不同區域其鋼性強度也會有所不同。最后鋼結構的穩定設計，還要對邊界條件進行相應的設計分析。因為邊界的剪應力通常會相對較小，其外部幾乎不會承受壓力，這樣必然會對鋼結構的穩定造成一定的影響。所以，在設計的過程中應當對其做好重點設計，達到應有的力矩效果。

3 土木工程鋼結構穩定性設計方法分析

在對土木工程鋼結構進行穩定設計的過程中，對其外在的負荷力進行相應的考慮十分必要。因為在整個建筑體系中鋼結構承受了十分巨大的壓力。如果其構件的穩定性大幅度的降低，必然會對整個工程體系的施工帶來一定的麻煩。所以，根據相關數據的計算，其負載的變化可能會引起結構的變化。在這個過程中就需要對其動態預應力采用多種方式進行分析。

3.1 靜力平衡法

靜力平衡法在鋼結構的穩定設計中應用的較為廣泛。其主要是用于建筑體系的靜力分析。靜力通常會處于一種平衡的狀態。其對鋼結構的影響通常不會很大，但是在設計的過程中同樣不可忽視。首先根據力的相互性，我們可以得到鋼結構所承受的壓力與地面的支持力應該相等。通常靜力出現不規則的變化，主要有兩個原因，其一：鋼材發生形變，從而使得靜力受力不均勻；其二：地基承受力不足，從而引起靜態力發生變化?？梢岳门R界值對其靜力的變化情況進行詳細的判斷，從而在靜力上提升了鋼結構設計的可靠性。其三：我們還可以根據力的性質對靜力做出相應的設計判斷，大多數情況下，靜力是處于一種平衡的狀態之下。但是如果受到外界因素的影響，其也會出現不平衡的因素。所以，為了使得力處于平衡，在設計的過程中一定要對外部因素進行考慮，做出科學合理的設計。

3.2 能量守恒法

能量守恒法也是在進行鋼結構設計時需要應用的一種方法。根據能量守恒定律我們可以知道能量是一種較為抽象的東西，但是其在整個設計的過程中也是必須考慮的要點。一般情況下，能量都是出于守恒，但是如果設計出現偏差，其能量依舊可能會發生一定的變化。因此，在設計的過程中需要對鋼結構的能量進行精密的計算。讓預應力處于一種平衡的狀態。其臨界狀態的能量關系為：ΔU =ΔW式中ΔU指應變能的增量；ΔW指外力功的增量。其二：還要對外力作用進行相應的考慮設計，因為鋼材會受到銹蝕，而且刮風、下雨等外力作用也會對力的平衡造成一定的破壞?；诖?，一定要對能量的負荷臨界點做出全面的計算。使得其總能量處于一種平衡的狀態。根據表達式：dΠ=dU-dW =0式中。我們可以很清楚的計算出其總能量的平衡數值，在進行鋼結構設計時，應當時時結合該數值進行預應力平衡的精確計算。只有這樣，鋼結構穩定設計才能得以實現。

4 結語

鋼結構的穩定設計十分關鍵，在進行設計的過程中。一定要結合實際情況，對其設計概況進行初步分析，然后遵守相關的設計原則，對其設計的細節進行把握。最后結合多種設計方式對鋼結構的靜態力以及內部預應力進行計算，使得合力處于平衡的狀態。從而有效地提升鋼結構穩定設計的效率。

參考文獻

[1] 鄧婷.某大跨度雙拱支承鋼結構的靜力及穩定性能分析[D].廣州：華南理工大學，2012.

[2] 周偉星.基于能量法的大跨度鋼結構整體失穩模態判別方法及穩定極限承載力計算[D].廣州：華南理工大學，2012.