土木工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計分析

楊適旭　梁壽勤

摘 要：隨著我國建筑事業(yè)的快速發(fā)展，土木工程在設計的過程中，經(jīng)常難以保證其穩(wěn)定性。其各種不穩(wěn)定因素都會對整個工程的質(zhì)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(zhì)量，就要對其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性質(zhì)進行全面的分析。

關鍵詞：土木工程；鋼結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性設計

隨著建筑事業(yè)的逐漸進步，土木工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(jié)構(gòu)在一般情況下會處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是如果受到內(nèi)部條件的變化以及外部合力的不均勻。那么其性質(zhì)就會發(fā)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(wěn)定性的設計十分關鍵。

1 土木工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計概況

1.1 穩(wěn)定性設計的概念分析

在對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(jié)構(gòu)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(jīng)常也會出現(xiàn)不規(guī)則的變化。而且還會因為材料的不同而產(chǎn)生差異，我剛才都有屬于自己的屈服點。想要使得其結(jié)構(gòu)得到全面的平衡，就要做好其外部荷載與內(nèi)部預應力的平衡。這個平衡狀態(tài)，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(jié)構(gòu)的形變。而鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)則會對建筑體系造成巨大破壞。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設計的意義

對鋼結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)定性的設計，不僅能夠讓工程質(zhì)量得到有效的提高，還能縮短工期，降低成本輸出率。鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定往往決定了整個房屋的穩(wěn)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(jié)構(gòu)的設計方式也在逐漸增加。設計的內(nèi)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設計具有十分深遠的意義。

2 土木工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(jié)構(gòu)設計。而鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。在目前，大多數(shù)的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定體系設計都是采用平面體系設計來提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，只有極少數(shù)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(gòu)件。這樣鋼結(jié)構(gòu)更容易達到穩(wěn)定。

2.2 科學計算原則

在進行土木工程鋼結(jié)構(gòu)設計的過程中，一定要遵循科學計算的原則?？梢愿鶕?jù)基本的工程圖進行基礎的計算。與此同時，在進行單層或者多層框結(jié)構(gòu)設計的過程一定要根據(jù)實際情況對其不穩(wěn)定因素進行分析，并根據(jù)勘測的實際參數(shù)，與原始數(shù)據(jù)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(wěn)定的計算，但是卻很少對框架的穩(wěn)定做出穩(wěn)定計算。這就會極大降低鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設計。如果其梁柱出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。那么其預應力的穩(wěn)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(jié)構(gòu)的各種體系結(jié)構(gòu)做出精密的計算。

2.3 細部構(gòu)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(gòu)件之間的整體性，而且核算其數(shù)據(jù)的精準性，讓兩者之間的參數(shù)能夠相互符合。同時還要對傳遞彎矩的節(jié)點效應進行相應的分析。因為在節(jié)點的接觸點經(jīng)常會出現(xiàn)預應力的分布不均，這主要是鋼結(jié)構(gòu)在銜接的過程中容易出現(xiàn)的設計的隱患。為了能夠有效地避免其出現(xiàn)的問題就需要對其細部結(jié)構(gòu)進行鋼性以及柔性的數(shù)據(jù)輸出。這樣能夠較好地提升其節(jié)點接觸的精準度，避免出現(xiàn)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(qū)域其鋼性強度也會有所不同。最后鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計方法分析

在對土木工程鋼結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)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(jié)構(gòu)承受了十分巨大的壓力。如果其構(gòu)件的穩(wěn)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(jù)相關數(shù)據(jù)的計算，其負載的變化可能會引起結(jié)構(gòu)的變化。在這個過程中就需要對其動態(tài)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(tài)。其對鋼結(jié)構(gòu)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(jù)力的相互性，我們可以得到鋼結(jié)構(gòu)所承受的壓力與地面的支持力應該相等。通常靜力出現(xiàn)不規(guī)則的變化，主要有兩個原因，其一：鋼材發(fā)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(tài)力發(fā)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(jié)構(gòu)設計的可靠性。其三：我們還可以根據(jù)力的性質(zhì)對靜力做出相應的設計判斷，大多數(shù)情況下，靜力是處于一種平衡的狀態(tài)之下。但是如果受到外界因素的影響，其也會出現(xiàn)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(jié)構(gòu)設計時需要應用的一種方法。根據(jù)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(xiàn)偏差，其能量依舊可能會發(fā)生一定的變化。因此，在設計的過程中需要對鋼結(jié)構(gòu)的能量進行精密的計算。讓預應力處于一種平衡的狀態(tài)。其臨界狀態(tài)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(tài)。根據(jù)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(shù)值，在進行鋼結(jié)構(gòu)設計時，應當時時結(jié)合該數(shù)值進行預應力平衡的精確計算。只有這樣，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設計才能得以實現(xiàn)。

4 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設計十分關鍵，在進行設計的過程中。一定要結(jié)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(jié)進行把握。最后結(jié)合多種設計方式對鋼結(jié)構(gòu)的靜態(tài)力以及內(nèi)部預應力進行計算，使得合力處于平衡的狀態(tài)。從而有效地提升鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設計的效率。

參考文獻

[1] 鄧婷.某大跨度雙拱支承鋼結(jié)構(gòu)的靜力及穩(wěn)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(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)模態(tài)判別方法及穩(wěn)定極限承載力計算[D].廣州：華南理工大學，2012.