1.北京中色北方建筑设计院有限责任公司天津分公司 天津 300450；2.天津房友工程咨询有限公司 天津 300450
摘要：稳定性设计是钢结构设计中的一个重要环节。在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的工程事故。钢结构设计中的稳定性验算是钢结构设计中一个必不可少的环节，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡，所以我们在钢结构设计中，一定要把握好这一关。目前，钢结构中出现过的失稳事故都是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性计算不够重视，对如何保证结构稳定缺少明确概念，造成一般性结构设计中不应有的薄弱环节。本文针对这些问题提出了在钢结构稳定设计中的一些基本概念，以及对钢结构稳定性设计应该了解的一些问题并且应该懂得如何解决这些问题。只有这样我们在设计中才能更好的处理钢结构稳定问题。
关键词：土木工程；钢结构；稳定性设计
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构件与细部构造稳定性计算方法一致
在钢结构设计中，要使构造设计与结构计算相匹配，以满足构件稳定性和设计结构细部构造的一致性。对传递弯矩和不传递弯矩的连接节点，应该分别给予足够的刚度和柔度；对桁架节点的设计也应尽量减少杆件偏心等，这些仅仅是设计构件细部构造。但是，当涉及到稳定性时，对细部构造就会有其他要求，比如简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求只是阻止位移和允许其在平面内转动，然而在处理梁整体的稳定性时，支座除了要满足上述要求外，还需要阻止梁绕纵轴扭转，允许梁在水平面内转动和梁端截面自动翘曲。
2.2兼顾整体和组成部分稳定性的要求
目前，大部分钢结构设计都是以平面体系为出发点的，比如桁架设计和框架设计等。为了避免出现平面失稳问题，需要从钢结构的整体布局出发，设计有针对性的支撑构件，也就是说要使平面构件的结构布置与平面稳定计算保持一致。比如，在平面桁架组成的塔架中，要注意横隔设置和杆件之间的稳定性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.3计算方法与结构简图一致
在设计单层和多层框架结构时，并不分析框架稳定性，而要计算框架柱的稳定性。采用这种方法计算框架柱稳定性时用到的计算长度系数，应该分析框架整体的稳定性，这样才能使最终框架稳定计算等效于柱稳定计算。此外，如果计算方法与结构简图不一致，就需要调整所使用的计算方法，以保证钢结构稳定性分析的要求。
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钢结构稳定性设计的经验。
（1）借助于计算机技术和相关软件的发展，目前钢结构设计中结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可由计算机辅助完成，而由设计者对结构和构件的平面外强度及稳定计算，进行分析、计算和设计、为了提高效率和提供方便，在设计时可将整个结构按标高进行分解，简化成不同水平荷载作用下的多个布置形式的结构体系来进行强度和稳定的计算。
（2）受弯钢构件的板件局部稳定可以通过几种方式实现:①限制板件宽厚比，使之达到屈曲的极限承载能力，不在构件整体失效前屈曲；②允许板件在构件整体失效前屈曲，然后利用其屈曲后强度达到构件的承载能力；③对梁设置横向或纵向加劲肋，以解决不考虑屈曲后强度的梁的局部稳定问题。
（3）轴心受压构件和压弯构件局部稳定也可通过两种方式实现，分别是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比和控制腹板计算高度与其厚度之比，如果受压构件为圆管截面，则应控制外径与壁厚之比。综合考虑各方面的因素加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计，克服结构设计缺陷，避免出现失稳事故，加快钢结构应用领域的发展。
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.
[3]王丽丽.钢结构稳定性设计研究[J].黑龙江科技信息，2013（30）.
[4]董晨涛.浅谈钢结构稳定性设计[J].建筑工程技术与设计，2014（21）
[5]付春松. 钢结构在建筑结构设计中存在的问题分析[J]. 广东科技，2014，08：130-131.
论文作者:吕孟燕,薛龙飞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/26
标签：钢结构论文; 稳定性论文; 稳定论文; 静力论文; 构件论文; 结构论文; 预应力论文; 《防护工程》2018年第22期论文;