導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯(cuò)過為您精心挑選的10篇房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

1．前言

《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》公布以來已經(jīng)快三年。這幾年，這類工程發(fā)展，《規(guī)程》起了很大推動作用，但也陸續(xù)聽到一些令人不安的情況。今冬雨水較大，降雪較多，有些地方雪特別大，結(jié)構(gòu)壓壞恐怕很難避免，但有的地方雪不大房子也有垮的，漏水的更多。最近某廠屋頂漏水解決不了，找到鋼結(jié)構(gòu)委員會來了，不是雨水，是冷凝水，以前還沒有碰到過。另外，也看到一些工程，有的框架梁太細(xì)，令人擔(dān)心，遇到大雪很可能出問題。有的骨架立起來搖搖幌幌，沒有支撐，說裝上墻板就好了，好象有了墻板就可以不要支撐?，F(xiàn)在排架多起來。用鋼筋砼柱、輕鋼梁，造價(jià)較低，但有的嚴(yán)重不合規(guī)定?，F(xiàn)在是市場驅(qū)動，有些企業(yè)搞承包能省就省，盡量壓低造價(jià)，管它是否符合規(guī)定。有的連規(guī)定也不清楚。利用開年會的機(jī)會，結(jié)合了解到的一些情況，就門式剛架房屋設(shè)計(jì)施工中的問題，作一個(gè)發(fā)言，拋磚引玉，希望和與會代表交流，取得一致看法。

2．設(shè)計(jì)方面

1）屋面活荷載取值

框架荷載取0.3kN/m2已經(jīng)沿用多年，不打算修改。但屋面結(jié)構(gòu)，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到0.5kN/m2?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》征求意見稿規(guī)定不上人屋面的活荷載為0.5kN/m2，但構(gòu)件的荷載面積大于60m2的可乘折減系數(shù)0.6。門式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kN/m2，與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范保持一致。國外這類，要考慮0.15-0.5N/m2的附加荷載，而我們無此規(guī)定，遇到超載情況，就要出安全問題?，F(xiàn)在有的框架梁太細(xì)，檁條太小，明顯有克扣荷載情況，今后應(yīng)特別注意，決不允許在有限的活荷載中“挖潛”。

2）屋脊垂度要控制

框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規(guī)定為1/180，除驗(yàn)算坡面斜梁撓度外，是否要驗(yàn)算跨中下垂度？過去不明確，它可能講課時(shí)說過不包括屋脊點(diǎn)垂度。現(xiàn)在了解到，美國是計(jì)算的。他們作框架分析，一般是將構(gòu)件分段，用等截面程序計(jì)算，每段都要計(jì)算水平和豎向位移，不能大于允許值，等于要驗(yàn)算跨中垂度?？缰写苟确从澄菝尕Q向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來就小，脊點(diǎn)下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過小，第一榀剛架與山墻間的屋面出現(xiàn)斜坡，使屋面變形?，F(xiàn)在打算做個(gè)規(guī)定，剛架側(cè)移后，當(dāng)山尖下垂對坡度影響較大時(shí)（例如使坡度小于1/20），要驗(yàn)算山尖垂度，以便對屋面剛度進(jìn)行控制。

3）鋼柱換砼柱

少數(shù)單位設(shè)計(jì)的門式剛架，采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預(yù)埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節(jié)省鋼材和降低造價(jià)。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時(shí)梁柱只能鉸接，不能剛接。多高層建筑中，鋼梁與墻的連接也是如此。因?yàn)榛炷潦且环N脆性材料，雖然構(gòu)件可以通過配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很并，在外力作用下很容易松動和破壞。還有的單位，在門式剛架設(shè)計(jì)好之后，又根據(jù)業(yè)主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。應(yīng)當(dāng)指出，砼柱加鋼梁作成排架是可以的，但將剛架的鋼柱換成砼柱，而鋼梁不變，是不行的。由于連接不同，構(gòu)件內(nèi)力也不同，要的工程斜梁很細(xì)，可能與此有關(guān)。建筑結(jié)構(gòu)是一門科學(xué)，如果不按科學(xué)辦事，是要吃苦頭的。今后國家要執(zhí)行建筑法，實(shí)行強(qiáng)制性條款，違反其中一項(xiàng)，出了工程事故，是要受罰的。

4）檁條計(jì)算不安全

檁條計(jì)算問題較大。檁要是冷彎薄壁構(gòu)件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時(shí)要屈曲，強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)采用有效寬度，對原有截面要減弱，不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。有效寬度理論是在《冷彎薄壁型鋼構(gòu)件技術(shù)規(guī)程》中講的，有的設(shè)計(jì)人員恐怕還不了解，甚至有些設(shè)計(jì)軟件也未考慮。但是，設(shè)計(jì)光靠軟件不行，還要能判斷。軟件未考慮的，自己要考慮，否則就不需要高級工程師了。再有，設(shè)計(jì)人員往往忽略強(qiáng)度計(jì)算要用凈斷面，忽略釘孔減弱。這種減弱，一般達(dá)到6-15%，對小截面窄翼緣的梁影響較大。剛架整體分析采用的是全截面，如果強(qiáng)度計(jì)算不用凈截面，實(shí)際應(yīng)力將高于計(jì)算值?！兑?guī)程》3.1.7條規(guī)定：“結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受拉強(qiáng)度應(yīng)按凈截面計(jì)算，受壓強(qiáng)度應(yīng)按有效截面計(jì)算，穩(wěn)定性應(yīng)按有效截面計(jì)算，變形和各種穩(wěn)定系數(shù)均可按毛截面計(jì)算”。曾有人問，這條規(guī)定是什么意思？如果有人再提這樣的問題，我想問他，鋼結(jié)構(gòu)學(xué)過沒有？因?yàn)檫@是鋼結(jié)構(gòu)的基本概念問題。如果這樣的問題都簽不出，說明他還不具備鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)資格的。有的單位看到國外資料中檁條很薄，也想用薄的。國外檁條普遍采用高強(qiáng)度低合金鋼，但我國低合金鋼Q345的沖壓性能不行，只有用Q235的。人家是按有效截面計(jì)算承載力的。如果用Q235的，又想用得薄，計(jì)算時(shí)還不考慮有效截面，荷載稍大時(shí)檁條就要垮。

3．施工方面

1）柱子拔出

有的剛架在大風(fēng)時(shí)柱子被拔起，這是實(shí)際中常出現(xiàn)的事故。主要原因不是剛架計(jì)算失誤，而且設(shè)計(jì)柱間支撐時(shí)，未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向尺度較小時(shí)，只設(shè)置少量柱間支撐來抵抗縱向風(fēng)荷載，支撐傳給柱腳的拉力很大，而柱腳又沒有采取可靠的抗拔措施，很可能將柱子拔起。，因此，在風(fēng)荷載較大的地區(qū)剛架柱受拉時(shí)，在柱腳應(yīng)考慮抗拔構(gòu)造，例如錨栓端部設(shè)錨板等。

2）沒有柱間支撐

這種情況最近較多，需要大聲疾呼，這樣不行。蒙皮作用雖然各國都在研究，但沒有任何一本規(guī)范允許不設(shè)支撐。蒙皮作用的影響因素太多，并非在任何情況多能發(fā)揮作用。特別是柱間支撐，受力較大，絕不能省略。蒙皮作用最多只能視為一種剛度儲備。

3）端板合不上

端板連接是結(jié)構(gòu)的重要部位。由于加工要求不嚴(yán)，而腹板與端板間夾角又，有的工程兩塊端板完全對不上，合不起來。強(qiáng)行用螺栓拉在一起，仍留下很寬縫隙，嚴(yán)懲影響工程質(zhì)量。

4）錨栓不鉛直

框架柱柱腳底板水平度差，錨栓不鉛直，柱子安裝后不在一條直線上，東倒西歪，使房屋外觀很難著，這種情況不少。錨栓安裝應(yīng)堅(jiān)持先將底板用下部調(diào)整螺栓調(diào)平，再用用無收縮砂漿二次灌漿填實(shí)，國外此法施工。最近在上海討論輕鋼施工驗(yàn)收規(guī)程，不少專家強(qiáng)調(diào)了這種方法。

5）保溫材吸水超重

有些房屋雪不大就垮了，究其原因，是屋面防水施工太差，雪融化后水逐漸滲入，為保溫村所吸收。今年冬季落雪多次，遷延時(shí)間較長。屋面的設(shè)計(jì)荷載很小時(shí)，當(dāng)吸水量達(dá)至一定程序，超過了結(jié)構(gòu)的承載能力，就要倒塌。

6）保溫材料胡亂安裝

保溫材料一般采用玻璃棉，其厚度根據(jù)熱功計(jì)算確定。正規(guī)做法是采用背面帶鋁箔隔汽層的玻璃棉，有的不用鋁箔，用牛皮紙，我不清楚牛皮紙是否可作隔汽層，如果可以，也比不用任何隔汽層好。防止冷凝水向室內(nèi)滴水，是房屋的使用要求之一。有人以為鋁箔只是為了美觀，或承受拉力，實(shí)際上它的主要作用是作隔汽層。承受懸掛時(shí)的拉力還可以用玻璃纖維布或鋼絲網(wǎng)。現(xiàn)在看到有些工程，玻璃棉不用任何隔汽層。另外，當(dāng)采用內(nèi)層鋼板吊頂時(shí)，不是將保溫卷材壓在檁條上，而是為了施工方便，將保溫材剪斷，放在檁條之間的吊頂上，形成冷橋。某工程在這樣處理的同時(shí)，又將吊頂鋼板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作業(yè)時(shí)，將周邊門窗關(guān)閉，由于室內(nèi)外溫差大，大量水汽在屋頂凝集，由吊頂鋼板搭接處流下，形成了“外面不下里面下”的狀況，使工程不能交工。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，當(dāng)保溫卷材有隔汽層并保持接縫處密封時(shí)，卷材是干燥的，無隔汽層時(shí)卷材是濕的。在水份的長期浸泡下，隨著時(shí)間的推移，保溫棉將被逐漸壓實(shí)，最終失去應(yīng)有的保溫作用，因此安裝方法是否對頭，關(guān)系很大。

篇2

1.課題名稱：

鋼筋混凝土多層、多跨框架軟件開發(fā)

2.項(xiàng)目研究背景：

所要編寫的結(jié)構(gòu)程序是混凝土的框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，建筑指各種房屋及其附屬的構(gòu)筑物。建筑結(jié)構(gòu)是在建筑中，由若干構(gòu)件，即組成結(jié)構(gòu)的單元如梁、板、柱等，連接而構(gòu)成的能承受作用(或稱荷載)的平面或空間體系。

編寫算例使用建設(shè)部最新出臺的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2002,該規(guī)范與原混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ10-89相比，新增內(nèi)容約占15%，有重大修訂的內(nèi)容約占35%，保持和基本保持原規(guī)范內(nèi)容的部分約占50%，規(guī)范全面總結(jié)了原規(guī)范實(shí)施以來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，借鑒了國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

3. 項(xiàng)目研究意義：

建筑中，結(jié)構(gòu)是為建筑物提供安全可靠、經(jīng)久耐用、節(jié)能節(jié)材、滿足建筑功能的一個(gè)重要組成部分，它與建筑材料、制品、施工的工業(yè)化水平密切相關(guān)，對發(fā)展新技術(shù)。新材料，提高機(jī)械化、自動化水平有著重要的促進(jìn)作用。

由于結(jié)構(gòu)計(jì)算牽扯的數(shù)學(xué)公式較多，并且所涉及的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)很零碎。并且計(jì)算量非常之大，近年來，隨著經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，城市人口集中、用地緊張以及商業(yè)競爭的激烈化，更加劇了房屋設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，許多多高層建筑不斷的被建造。這些建筑無論從時(shí)間上還是從勞動量上，都客觀的需要計(jì)算機(jī)程序的輔助設(shè)計(jì)。這樣，結(jié)構(gòu)軟件開發(fā)就顯得尤為重要。

一棟建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，主要取決于結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件的截面尺寸、材料強(qiáng)度等級以及主要機(jī)構(gòu)構(gòu)造是否合理。這些問題已經(jīng)正確解決，結(jié)構(gòu)計(jì)算、施工圖的繪制、則是另令人辛苦的具體程序設(shè)計(jì)工作了，因此原來在學(xué)校使用的手算方法，將被運(yùn)用到具體的程序代碼中去，精力就不僅集中在怎樣利用所學(xué)的結(jié)構(gòu)知識來設(shè)計(jì)出做法，還要想到如何把這些做法用代碼來實(shí)現(xiàn)，

4.文獻(xiàn)研究概況

在不同類型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有些內(nèi)容是一樣的，做框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)鍵是要減少漏項(xiàng)、減少差錯(cuò)，計(jì)算機(jī)也是如此的。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GBJ68-84) 該標(biāo)準(zhǔn)是為了合理地統(tǒng)一各類材料的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，是制定工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、鋼結(jié)構(gòu)、薄壁型鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)規(guī)范以及地基基礎(chǔ)和建筑抗震等設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)遵守的準(zhǔn)則，這些規(guī)范均應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)的要求制定相應(yīng)的具體規(guī)定。制定其它土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，可參照此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原則。本標(biāo)準(zhǔn)適用于建筑物(包括一般構(gòu)筑物)的整個(gè)結(jié)構(gòu)，以及組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和基礎(chǔ);適用于結(jié)構(gòu)的使用階段，以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作、運(yùn)輸與安裝等施工階段。本標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)了現(xiàn)代結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)理論，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法分析確定，即將各種影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素都視為隨機(jī)變量，使設(shè)計(jì)的概念和方法都建立在統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，并以主要根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析確定的失效概率來度量結(jié)構(gòu)的可靠性，屬于概率設(shè)計(jì)法，這是設(shè)計(jì)思想上的重要演進(jìn)。這也是當(dāng)代國際上工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法發(fā)展的總趨勢，而我國在設(shè)計(jì)規(guī)范(或標(biāo)準(zhǔn))中采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是迄今為止采用最廣泛的國家。

結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng) 常見的作用效應(yīng)有：

1.內(nèi)力。

軸向力，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一正截面上的法向拉力或壓力;

剪力，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一截面上的切向力;

彎矩，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一截面上的內(nèi)力矩;

扭矩，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一截面上的剪力構(gòu)成的力偶矩。

2.應(yīng)力。如正應(yīng)力、剪應(yīng)力、主應(yīng)力等。

3.位移。作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中某點(diǎn)位變(線位移)或某線段方向的改變(角位移)。

篇3

中圖分類號：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

前言

在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，會受到很多因素的影響，建筑鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要滿足建筑的要求，不能對建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行破壞，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力范圍也是建筑設(shè)計(jì)的上限，就是建筑設(shè)計(jì)不能超出鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力范圍，在安全和合理方面要達(dá)到要求，建筑設(shè)計(jì)是否能夠得到實(shí)現(xiàn)離不開鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

一、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循的原則

1. 保證結(jié)構(gòu)的整體性。鋼結(jié)構(gòu)的整體性，能保障建筑耐用的年限增加，且殘值率為 0. 2，設(shè)計(jì)者必須明確各類外力從作用點(diǎn)到基礎(chǔ)的傳遞路徑和傳遞過程產(chǎn)生的效應(yīng)，有關(guān)構(gòu)件如何既分工又協(xié)同的工作。

2.設(shè)計(jì)必須體現(xiàn)計(jì)算和構(gòu)造的一致性。根據(jù)房屋建筑的荷載特點(diǎn)及其力學(xué)行為，尤其是對地震荷載的反應(yīng)，都要達(dá)到預(yù)期的效果。

3.鋼結(jié)構(gòu)住宅一般不超過 12 層，否則不規(guī)則的布置在地震時(shí)容易遭到損壞。

二、建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

1.鋼結(jié)構(gòu)的選型和布置

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)體系一般分為四類，通常情況下是根據(jù)其側(cè)力不同來劃分的。在實(shí)際的工作中，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是概念設(shè)計(jì)，應(yīng)該綜合考慮建筑的條件、荷載能力、使用功能、制作安裝、材料使用等影響因素，選擇抗震或抗火性能良好的切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)體系。還要通過鋼材結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢、細(xì)節(jié)、力學(xué)關(guān)系的對比來實(shí)際考察。另外，鋼結(jié)構(gòu)的布置要依據(jù)體系的特點(diǎn)以及具體使用情況和性質(zhì)綜合考慮。通常情況下，既要保證鋼結(jié)構(gòu)的剛度，又要確保鋼結(jié)構(gòu)的受力分布均勻，還要最大限度減少建筑的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，保證各層的抗側(cè)力強(qiáng)度。在施工的時(shí)候，要滿足建筑的各項(xiàng)使用功能和要求。

2. 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已大量運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，市面上針對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的商用軟件也涌現(xiàn)了很多。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員通過軟件對荷載進(jìn)行布置，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算則交由計(jì)算機(jī)自動完成。在進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算的時(shí)候，為簡化計(jì)算，通常的做法是將結(jié)構(gòu)的標(biāo)高按一定規(guī)范轉(zhuǎn)化成相應(yīng)荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)，其余部分計(jì)算也是交由計(jì)算機(jī)完成。

2.1目前，隨著科技的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究有了較大進(jìn)展，但是仍然存在一些問題

1）目前，在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究中，用的最廣泛的工具為梁-柱單元理論，但該理論難以表現(xiàn)軸力的大小跟彎矩的耦合效應(yīng)。為此，有學(xué)者致力于該理論的修正工作。

2）在進(jìn)行大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常采取的做法是把整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定統(tǒng)一考慮，取穩(wěn)定安全系數(shù)。在這一做法中，沒有反應(yīng)整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的內(nèi)在聯(lián)系。設(shè)計(jì)者不能知其然而不知其所以然，對于這些影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素要搞清來源，要了解其分類。

3）物理、幾何不確定性。包括極限應(yīng)力、材料的彈性模量、切變模量等；構(gòu)件的長寬比、截面形狀、受力狀態(tài)、截面面積和尺寸。

4）統(tǒng)計(jì)的不確定性。統(tǒng)計(jì)原理基于大量的數(shù)據(jù)支撐，從而建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)函數(shù)模型。由于工程中數(shù)據(jù)的獲得存在一定難度，就會導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)信息的缺乏，產(chǎn)生不確定性。

5）模型的不確定性。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分析之前，需要在相應(yīng)的假設(shè)基礎(chǔ)上，利用邊界條件等條件建立數(shù)學(xué)模型。由于前提假設(shè)的缺陷和人類現(xiàn)階段理論的不完整性，往往造成所建立的模型存在不確定性。

以上所述都是影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的隨機(jī)因素，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展離不開我們對這些因素的研究。

2.2鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

1）受彎鋼構(gòu)件的板件局部穩(wěn)定，可以通過幾種方式實(shí)現(xiàn)：①限制板件寬厚比，在發(fā)生屈曲破壞前使構(gòu)件達(dá)到極限承載力；②使板件在構(gòu)件發(fā)生破壞前發(fā)生屈曲破壞，在利用其屈曲后的狀態(tài)來提高整個(gè)構(gòu)件的承載能力；③對量的局部失穩(wěn)情況，通過設(shè)置加筋肋加以解決。

2）軸心受壓構(gòu)件和壓彎構(gòu)件局部穩(wěn)定的控制方式。翼緣尺寸和腹板高度要做好計(jì)算，以此控制軸心受壓構(gòu)件和壓彎構(gòu)件局部穩(wěn)定；若遇到圓管截面的受壓構(gòu)件，則可以通過控制外徑與壁厚之比來實(shí)現(xiàn)。

3.樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在建筑施工中，使用的施工材料不同，會導(dǎo)致建筑在使用的時(shí)候也是不同的，鋼結(jié)構(gòu)的房屋和混凝土結(jié)構(gòu)的房屋在溫度伸縮縫區(qū)段長度上是有很大的差別的。通?；炷两Y(jié)構(gòu)的溫度伸縮縫是較短的。鋼結(jié)構(gòu)框架的房屋在進(jìn)行樓板施工的時(shí)候，通常會采用現(xiàn)澆混凝土施工的方式來進(jìn)行施工，這樣是為了避免在施工中出現(xiàn)樓板開裂的情況，在進(jìn)行施工的時(shí)候可以在混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)留溫度伸縮縫。在進(jìn)行施工的時(shí)候，采用設(shè)置后澆帶施工也是可以減小混凝土溫度變化出現(xiàn)裂縫的有效措施。在樓板施工中使用壓型鋼板進(jìn)行施工也是可以的，但是一定要滿足構(gòu)造的要求，同時(shí)在鋼梁上要進(jìn)行焊接。同時(shí)在進(jìn)行施工時(shí)，連接措施也是保證混凝土和壓型鋼板可以順利進(jìn)行施工的重要保證。在進(jìn)行施工的時(shí)候，很多的壓型鋼板在規(guī)格上具有一定的限制，因此在施工中要根據(jù)施工的具體情況來決定是否使用。

4.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的計(jì)算

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常是將網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分開來計(jì)算的。在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，要先假定網(wǎng)架支座的剛度是無窮大的，而且要假定所有的支座在剛度上都是相同的，然后進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)的計(jì)算。但是在實(shí)際的工作中，下部結(jié)構(gòu)的形式通常都是以住或者是梁的形式體現(xiàn)的，這種結(jié)構(gòu)形式在剛度上非常有限的，通常剛度也是存在著很大差異的。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以避免工程施工中出現(xiàn)過多的事故，同時(shí)也是為了更好的保證建筑在使用的時(shí)候不出現(xiàn)事故。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在計(jì)算的時(shí)候?qū)︿摬牡倪x擇也是非常重要的，同時(shí)在選擇鋼材的時(shí)候一定要保證鋼材的彈性非常好。

三、鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算長度系數(shù)的確定

對于一些大跨空間結(jié)構(gòu)桿件的計(jì)算長度系數(shù)取值，目前研究領(lǐng)域沒有明確規(guī)定，更缺乏計(jì)算方法的支持。因而在實(shí)際工程中，鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算長度系數(shù)往往較難計(jì)算。筆者在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，反彎點(diǎn)法可以較準(zhǔn)確地確定計(jì)算長度系數(shù)，使設(shè)計(jì)工作便捷。具體方法如下。

豎向荷載為主時(shí)，在框架分析得到的彎矩圖里，框架柱腳彎矩和柱頂?shù)膹澗胤较蚴窍喾吹模徽回?fù)經(jīng)過零，零點(diǎn)位置叫反彎點(diǎn)，反彎點(diǎn)都位于柱中點(diǎn)附近。反彎點(diǎn)法是一種手工計(jì)算的簡化近似計(jì)算方法之一種，適用于規(guī)則框架。就是利用這個(gè)（反彎點(diǎn)都位于柱中點(diǎn)附近）特性，設(shè)每層柱子中點(diǎn)彎矩為零，把多層框架截成每層的計(jì)算簡圖來計(jì)算。由于約束條件是多種多樣的，有時(shí)很難在變形曲線上表示出反彎點(diǎn)之間的距離。反彎點(diǎn)法主要包括以下幾個(gè)步驟：反彎點(diǎn)位置的確定；柱的側(cè)移剛度的確定；各柱剪力的分配；柱端彎矩的計(jì)算；梁端彎矩的計(jì)算；梁的剪力的計(jì)算。

結(jié)束語

在建筑工程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的組成部分，是進(jìn)行建筑工程施工的重要保證。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要對不同的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，使以后的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作可以得到更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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篇4

中圖分類號：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及我國綜合國力的提升，國內(nèi)的大型鋼結(jié)構(gòu)廠房的需求量不斷增加，鋼結(jié)構(gòu)廠房在企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模中得到廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前需要加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，不斷創(chuàng)新技術(shù)。

一、工程簡介

某大型有色礦山生產(chǎn)用房主要從事銅鉬礦石選礦生產(chǎn)使用，為擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模決定興建面積35000平方米的鋼結(jié)構(gòu)廠房，該工程于2012年4月完工，主要的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平面圖如下。該鋼結(jié)構(gòu)體系采用彩鋼夾芯板等新型的墻體材料進(jìn)行維護(hù)，突出了時(shí)代感。

二、廠房設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)研究

該廠房工程的負(fù)荷量大，能否達(dá)到廠房使用的要求就必須重視鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

（一）廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一是加強(qiáng)處理了廠房的縱向伸縮縫問題，其縱向270m的設(shè)計(jì)于廠房的規(guī)范要求符合，設(shè)計(jì)時(shí)因?yàn)榭紤]了鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)鋼的荷載較大以及跨度交款，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）對廠房的多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行控制和取用，在這一范圍內(nèi)，又必須以《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）為依據(jù)減少鋼材的用量，即在廠房的98.4m處位置設(shè)縫，注意將縫分開，如此能降低工程造價(jià)，減少工程設(shè)計(jì)難度。

二是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時(shí)，無論是哪種類型鋼結(jié)構(gòu)廠房，一定要重視縱向支撐體系以及鋼架體系的設(shè)計(jì)，構(gòu)建穩(wěn)定的鋼結(jié)構(gòu)，一定要選取合理科學(xué)的布置信形勢以及廠房支撐形式，在可靠安全的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)使用功能，延長廠房使用壽命。

三是在對鋼結(jié)構(gòu)的加工質(zhì)量進(jìn)行設(shè)計(jì)控制時(shí)，須重視鋼結(jié)構(gòu)原材料從采購開始一直到成品出廠的把關(guān)，尤其重視廠房結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁的構(gòu)件以及“十字形”截面柱的尺寸精度。

（二）廠房支撐體系設(shè)計(jì)

作為鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，鋼結(jié)構(gòu)廠房支撐體系主要是支撐廠房的各個(gè)平面框架，構(gòu)成較為穩(wěn)定的廠房鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，兼有承擔(dān)傳遞地震力、風(fēng)荷載以及溫度應(yīng)力等，支撐體系還要提供一個(gè)穩(wěn)定安全的支撐力，確保鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的穩(wěn)定。該廠房支撐體系還要在承擔(dān)100噸的縱向荷載力。在廠房的柱頂、屋梁以及各個(gè)梁祝的外側(cè)設(shè)計(jì)剛性系桿，在屋面以及有支撐的柱間設(shè)計(jì)系桿，另外設(shè)計(jì)支撐體系時(shí)，利用均衡布置法，沿鋼結(jié)構(gòu)廠房縱向屋檐處，從水平位置設(shè)計(jì)三道支撐，橫面上的柱間以及屋面設(shè)計(jì)支撐，這樣建立起“三橫四縱”支撐系統(tǒng)，再通過系桿、支撐以及鋼架形成穩(wěn)定體系。

（三）廠房屋面設(shè)計(jì)以及屋面支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該工業(yè)廠房的支撐系統(tǒng)主要是以廠房的高度、跨度、屋面的結(jié)構(gòu)、所在區(qū)域的地震設(shè)防度以及柱間布置為依據(jù)。該廠房在內(nèi)無檁、有檁屋蓋體系都會設(shè)置垂直方向的支撐，無檁廠房含屋架焊接，有上弦支撐功能，鋼結(jié)構(gòu)廠房的屋面須在天窗架以及屋架設(shè)計(jì)橫向支撐，一般屋架間距高于13m的廠房或者含有較大的振動設(shè)備的廠房則必須設(shè)置縱向的水平支撐。

大型鋼架結(jié)構(gòu)的屋面防水、排水設(shè)計(jì)也是廠房屋面設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。從《屋面工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定來看，廠房的屋面坡度最低為5%，該廠房處于冬天積雪較多區(qū)域，坡度設(shè)計(jì)適當(dāng)進(jìn)行了增加。通常單坡廠房屋面長度由該廠房所在地的降雨水頭高度情況以及最大溫差決定，從廠房設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)來看，一般屋面的坡度長度應(yīng)保持在70m范圍內(nèi)。市場上的鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面存在2中做法，一是設(shè)計(jì)為剛性屋面，即該工業(yè)廠房使用的壓型鋼板內(nèi)含保溫綿，另外一個(gè)是柔性屋面，即保溫層、鋼板內(nèi)板以及防水層組成的屋面。

（四）構(gòu)件吊裝工藝設(shè)計(jì)

大型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)構(gòu)件含屋架、支撐、檁條、梁柱、墻架以及天窗架等等，不同構(gòu)件尺寸、形式安裝標(biāo)高各有不同，為保證經(jīng)濟(jì)合理，須應(yīng)用不同的吊裝方法以及起重機(jī)械。

該廠房在吊裝廠房鋼柱時(shí)，由于占地面積大，設(shè)計(jì)時(shí)使用的是塔式以及自行式起重機(jī)安裝鋼柱，吊裝方法為滑行吊裝法以及旋轉(zhuǎn)式吊裝法。一般吊裝重型鋼柱則采用雙機(jī)抬吊法。在起吊鋼柱時(shí)雙機(jī)共同吊起鋼柱，達(dá)到一定的離地高度之后停止，接著主吊機(jī)單獨(dú)吊起鋼柱，當(dāng)豎直吊起鋼柱時(shí)，拆掉另一臺機(jī)器的鋼絲繩，主機(jī)繼續(xù)吊起鋼柱達(dá)到指定位置，對鋼柱的垂直度進(jìn)行校正，保證偏差在20mm范圍內(nèi)。校正鋼柱、固定鋼柱過程中，須對鋼柱的垂直偏差程度進(jìn)行檢查，一旦超出指定范圍，用千斤頂校正。

在設(shè)計(jì)大型鋼結(jié)構(gòu)廠房時(shí)，如果有起重較重的吊車要求，在進(jìn)行廠房設(shè)計(jì)時(shí)必須重視吊車荷載對廠房結(jié)構(gòu)的影響，保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全，海牙控制鋼梁降低造價(jià)，如該廠房吊車荷載中的柱頂位移必須符合規(guī)范內(nèi)容，在這一條件下，靈活控制綴條等構(gòu)件的細(xì)長比。

三、結(jié)語

我國應(yīng)用大型鋼結(jié)構(gòu)廠房時(shí)間較短，還須加強(qiáng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和技巧。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在廠房總體設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵，需要堅(jiān)持實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)型原則下，根據(jù)廠房所在地的氣候以及客觀條件下，因地制宜完成建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

篇5

鋼結(jié)構(gòu)自身的重量小、強(qiáng)度高，可塑性和柔韌性都較強(qiáng)的特點(diǎn)，使其成為公認(rèn)的具有良好性能的結(jié)構(gòu)，而且以桁架為代表的鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用到空間結(jié)構(gòu)體系中，尤其是跨度較大，標(biāo)高較高的大型場館，空間鋼結(jié)構(gòu)管桁架設(shè)計(jì)作為其屋蓋結(jié)構(gòu)發(fā)揮著很多的優(yōu)點(diǎn)。

1 管桁架結(jié)構(gòu)的分類

大量的建筑工程實(shí)踐證明：大跨度桁架結(jié)構(gòu)的運(yùn)用一方面滿足了建筑的基本原則和要求，另一方面也與最新的設(shè)計(jì)理念相吻合。伴隨著建筑業(yè)的不斷深化與發(fā)展，出現(xiàn)了許多類似跨度大、空間形狀相對復(fù)雜多變的鋼結(jié)構(gòu)的建筑，而且在形式方面也日漸新穎。

桁架根據(jù)桿件布置的不同以及受力方式的差異，一般分為平面和空間兩種結(jié)構(gòu)形式。平面桁架是指上、下弦以及腹桿全部處于同一平面，而空間桁架結(jié)構(gòu)的上、下弦同腹桿通常處在一個(gè)三角形截面上。一般說來，前者的外部剛度較差，而后者的結(jié)構(gòu)跨度大、穩(wěn)定性高，外觀通常也比較富有美感，因此被采用的較多。另外，對于管桁架的連接件桿件截面的種類，一般常用的為圓形、正方以及長方形，選擇不同圖形的截面相應(yīng)的桁架類型也有所不同。

2 大跨度桁架結(jié)構(gòu)的受力分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大跨度桁架結(jié)構(gòu)的受力分析及計(jì)算是鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此無論是受力分析還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都需要借助專業(yè)計(jì)算軟件的力量來達(dá)到事半功倍的效果。

2.1 計(jì)算軟件的選擇

大跨度桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般使用同濟(jì)大學(xué)的3D3S軟件，同時(shí)還采用有限元軟件Sap2000進(jìn)行校核。3D3S可方便輸入單元、節(jié)點(diǎn)、局部單元荷載，各種工況荷載都可以通過導(dǎo)荷載的方式由面荷載轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)荷載，風(fēng)荷載可自動考慮風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)振系數(shù)；可套用多種規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)算，特有同一模型中對不同的單元采用不同的控制參數(shù)功能；可方便輸出模型以及每一單元在各工況、組合下的內(nèi)力、位移、應(yīng)力比圖，因此，工程中最常使用計(jì)算軟件為3D3S。同時(shí)，采用Sap2000對結(jié)構(gòu)整體分析，可得到桿件最不利內(nèi)力及結(jié)構(gòu)最大變形。

2.2 受力分析

在大跨度體育館桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的開口截面（如H型鋼和I字鋼）應(yīng)用的很多，但相比較來講，尤以管狀的桁架更為常見，因此本論文在講述桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和計(jì)算規(guī)則時(shí)，主要是以管狀的桁架為例。管桁架，是指用圓桿件在端部相互連接而組成的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)。

通過建模分析以及荷載的組合分配，理論上將大跨度體育館桁架的荷載分為永久荷載與可變活荷載兩類。前者主要指承重結(jié)構(gòu)的自重（包括桿件及節(jié)點(diǎn)的自重）、屋面板及檁條的自重、馬道、吊掛燈具及其他設(shè)備的自重，一般按從屬面積折算荷載值；后者主要是一些不確定的載荷，如風(fēng)荷載、雪荷載、上人屋面的荷載，甚至是地震荷載等作用在屋蓋上的“可動力”。

管桁架結(jié)構(gòu)的計(jì)算要滿足基本的規(guī)定：管桁架結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行重力荷載及風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力、位移計(jì)算以及整體的穩(wěn)定性驗(yàn)算，并應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對地震、溫差變化、支座沉降及施工安裝荷載等作用下產(chǎn)生的位移與內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。其中，內(nèi)力和位移可按彈性理論，采用空間桿系的有限元方法進(jìn)行計(jì)算。外荷載可按靜力等效原則將節(jié)點(diǎn)所轄區(qū)域內(nèi)的荷載集中作用在該節(jié)點(diǎn)上。結(jié)構(gòu)分析時(shí)，應(yīng)考慮上部空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)于下部支承結(jié)構(gòu)的相互影響；另外應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、支座節(jié)點(diǎn)的位置、數(shù)量和構(gòu)造情況以及支承結(jié)構(gòu)的剛度，確定合理的邊界約束條件。

當(dāng)然，受力分析的重點(diǎn)是桁架的節(jié)點(diǎn)處。統(tǒng)籌的講，桁架的相貫節(jié)點(diǎn)有K型、T型、馬鞍加強(qiáng)型（具體如圖1所示），也需要對節(jié)點(diǎn)的受力形式及連接形式進(jìn)行計(jì)算。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

追求永無止境，成功的設(shè)計(jì)是在保證安全、設(shè)計(jì)質(zhì)量、規(guī)范要求等的前提下，盡可能地采用3D3S等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對桿件、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對比分析，改善結(jié)構(gòu)布局，運(yùn)用新工藝、新材料、新技術(shù)、新設(shè)備來不斷地優(yōu)化整個(gè)結(jié)構(gòu)，以期達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的推廣作用。

3 大跨度桁架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

3.1 抗風(fēng)荷載作用的構(gòu)造設(shè)計(jì)

對于大跨度的輕型屋蓋來講，風(fēng)荷載的作用是影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素。大跨度體育館都要求內(nèi)部空間的寬廣，而這勢必就造成屋蓋在風(fēng)的吸力作用下被掀起，因此大跨度桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要充分考慮整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)系數(shù)和抗風(fēng)能力。大跨度結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，質(zhì)量較輕、阻尼較小，處于湍流度高的低矮大氣邊界層中，導(dǎo)致負(fù)壓作用明顯，如屋面轉(zhuǎn)角、邊緣和屋脊等部位。另外，這些部位的壓力波動往往較大，甚至有可能產(chǎn)生交變力的作用，因此這些部位容易成為大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)破壞中首當(dāng)其沖，對風(fēng)災(zāi)后大跨度屋蓋房屋破壞情況的實(shí)地調(diào)查資料也充分證實(shí)了這一點(diǎn)。

對于大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)問題，除了應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的抗風(fēng)荷載設(shè)計(jì)以保證結(jié)構(gòu)主體的強(qiáng)度以外，還需要針對桁架結(jié)構(gòu)的薄弱部位和薄弱環(huán)節(jié)采取有效的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)，用來加強(qiáng)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件之間的整體性。一般來講，體育館中大跨度桁架結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)構(gòu)造設(shè)計(jì)從下列三個(gè)方面考慮：①加強(qiáng)屋蓋系統(tǒng)自身的連接和整體性；②加強(qiáng)屋蓋系統(tǒng)與其承重墻（柱）體的連接；③加強(qiáng)桁架各個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接形式。

3.2 桁架的抗震性能設(shè)計(jì)

地震是地殼運(yùn)動時(shí)地表產(chǎn)生的一系列縱向和橫向顫動。根據(jù)規(guī)范，凡屬劇場、體育館等大跨度公共建筑，其抗震措施按設(shè)防烈度均應(yīng)選用8度設(shè)防，而且多采用時(shí)程分析進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。

采用時(shí)程分析法時(shí)，應(yīng)按建筑場地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于兩組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振形分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符。當(dāng)采用振形分解反應(yīng)譜法進(jìn)行體育館大跨度桁架結(jié)構(gòu)的地震作用分析時(shí)，要取前30個(gè)振形，而且對體形特別復(fù)雜或重要的需要取更多振形進(jìn)行效應(yīng)組合。在抗震分析時(shí)，應(yīng)考慮支承體系對其受力的影響，此時(shí)可將桁架結(jié)構(gòu)與支承體系同時(shí)考慮，按整體分析模型進(jìn)行計(jì)算，其中的地震作用效應(yīng)分析的阻尼比可以根據(jù)不同的情況參照下表。

參考文獻(xiàn)

[1]戚豹，康文梅.《管桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工》.中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn).GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

篇6

中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

1、前言

山東某重型數(shù)控壓力機(jī)制造聯(lián)合廠房鋼結(jié)構(gòu)工程，為重鋼結(jié)構(gòu)廠房，最大吊車起重噸位為200t。其中A、B、C軸線為H型鋼柱，D、E、F軸線為雙圓管鋼混結(jié)構(gòu)柱。本工程建筑面積35474.9，主廠房縱向長度264.580米，橫向長度132米，共5跨，各跨跨度由南至北依次為24m、24m、27m、27m、30m。 南四跨的最大吊車噸位由南至北依次為10t、32t、50t、75t。北一跨， 1～13軸為100t,13～23軸線間為200t（吊車使用過程中，200t吊車嚴(yán)禁運(yùn)行到使用范圍外）。廠房內(nèi)景照片見圖1。

圖1 廠房內(nèi)實(shí)物圖

75t門式剛架廠房設(shè)計(jì)已超過《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的適用范圍，設(shè)計(jì)主剛架、吊車梁及制動桁架時(shí)，可通過《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》來控制剛架柱側(cè)移及吊車梁變形，剛架梁和圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形仍可按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。

2、優(yōu)化思路

2.1 主構(gòu)件基于性能設(shè)計(jì)的優(yōu)化

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下,主剛架為“有橋式吊車的單層框架”，柱頂位移按照h/400控制；屋面無吊頂、吊掛等，則屋架撓度按照L/250控制；對于吊車梁 [2]，豎向撓度限值取其跨度的1/1000，水平撓度取其跨度的1/2200。

基于剛架柱抗彎性能較高，剛架柱為雙肢鋼管混凝土格構(gòu)柱，而鋼管混凝土?xí)r經(jīng)典的鋼-砼組合構(gòu)件，其剛度大、變形能力強(qiáng)，受力性能以及性能如抗火性能等均優(yōu)于純鋼或鋼筋混凝土構(gòu)件。然而原設(shè)計(jì)沒有使材料承載力得到很好發(fā)揮，經(jīng)優(yōu)化后，柱的應(yīng)力控制在0.85以內(nèi)。

根據(jù)鋼梁彎矩包絡(luò)圖，將鋼梁采用變截面形式，可充分發(fā)揮材料力學(xué)性能，以及基于腹板的屈曲后拉力場效應(yīng)，采用薄腹截面焊接H形鋼。鋼梁的穩(wěn)定可由檁條-拉條系統(tǒng)作為鋼梁平面外的側(cè)向約束，整體穩(wěn)定可不用考慮，優(yōu)化后鋼梁應(yīng)力控制0.9以內(nèi)。

吊車梁噸位較大，其所用的用鋼量不少，因此需精心設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。經(jīng)優(yōu)化后主剛架減省用鋼量情況見表1所示。

表1 主剛架優(yōu)化結(jié)果

2.2 次構(gòu)件基于性能設(shè)計(jì)的優(yōu)化

圍護(hù)結(jié)構(gòu)下列指標(biāo)進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)：參照《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102:2002），檁條撓度≤L/150，墻梁撓度≤L/100，其他受壓桿長細(xì)比≤180，吊車梁以下柱間支撐長細(xì)比≤300，其他受拉桿長細(xì)比≤350~400。

2.3、抗震性能化設(shè)計(jì)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）條文說明9.2.14規(guī)定，當(dāng)構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定的承載力均滿足高承載力――2倍多遇地震作用下的要求時(shí)，可采用現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017彈性設(shè)計(jì)階段的板件寬厚比限值，即C類；C類是指現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017按彈性準(zhǔn)則設(shè)計(jì)時(shí)腹板不發(fā)生局部屈曲的情況，如雙軸對稱H形截面翼緣需滿足，受彎構(gòu)件腹板需滿足，壓彎構(gòu)件腹板應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017―2003式(5.4.2)的要求。本工程進(jìn)行了2倍多遇地震作用驗(yàn)算，各指標(biāo)滿足規(guī)范要求，因此板件寬厚比及高厚比要求限值放寬，降低用鋼量。

3、格構(gòu)柱剪切變形影響

格構(gòu)柱屬于壓彎構(gòu)件，多用于廠房框架柱和獨(dú)立柱，優(yōu)點(diǎn)在于很好的節(jié)約材料；截面一般為型鋼或鋼板設(shè)計(jì)成雙軸對稱或單軸對稱的截面。格構(gòu)柱的突出力學(xué)性能優(yōu)勢使得其不僅作為承壓構(gòu)件還作為主要抗側(cè)移構(gòu)件被廣泛應(yīng)用于工程中[3]。本工程優(yōu)化設(shè)計(jì)對于設(shè)有格構(gòu)柱的廠房，目前設(shè)計(jì)手冊建議對于格構(gòu)柱的建模采用對慣性矩乘以0.9來考慮剪切變形的影響，具體格構(gòu)柱的剪切變形影響有多大，已有少量報(bào)道論述過這個(gè)問題。童根樹從穩(wěn)定的角度研究格構(gòu)柱的剪切變形影響，詳見《格構(gòu)柱的剪切變形對超重型廠房框架穩(wěn)定性的影響分析》[4]，提出了格構(gòu)柱慣性矩的折減系數(shù)公式，

（1）

陳紹蕃在對上述論文進(jìn)行了討論，提出了自己的折減系數(shù)公式[5]，。本文從強(qiáng)度的角度對格構(gòu)柱剪切變形影響進(jìn)行分析。

3.1、理論分析

對于軸心受壓構(gòu)格柱，當(dāng)格構(gòu)柱處于臨界的微彎狀態(tài)時(shí)，柱子的橫截面將產(chǎn)生剪力；對于壓彎格構(gòu)柱，由彎矩產(chǎn)生剪力。橫截面上的剪力將引起格構(gòu)柱分肢之間的剪切變形，從而降低構(gòu)件的承載力。因此，格構(gòu)柱分肢之間的綴材用來抵抗這種橫向變形，而綴條或綴板的截面尺寸主要按橫向剪力來設(shè)計(jì)的[6]。

格構(gòu)柱節(jié)間單元的抗側(cè)剛度計(jì)算[7]，計(jì)算簡圖見圖2所示，在單位荷載下節(jié)間單元的變形為，

圖2 節(jié)間抗側(cè)剛度計(jì)算簡圖

，則抗剪剛度為，抗推剛度為；格構(gòu)柱抗彎剛度，其中分肢截面面積都為，分肢形心間距，斜綴條截面面積，綴條間距，綴條與分肢夾角，鋼材彈性模量，格構(gòu)柱高度，繞虛軸長細(xì)比為（計(jì)算長度系數(shù)取1.0，為回轉(zhuǎn)半徑），綴條長度，綴條軸向力，分肢繞自身形心軸慣性矩為。下面按懸臂格構(gòu)柱的不同荷載狀態(tài)下計(jì)算剪切變形對強(qiáng)度的影響。

1）柱頂集中荷載情況

柱頂作用集中荷載，則變形為，若按三維建模格構(gòu)柱，則可真實(shí)計(jì)算變形；若按單桿建模，則計(jì)算變形時(shí)需考慮等效抗彎剛度，變形為，使

，則，得到

，即格構(gòu)柱慣性矩折減系數(shù)為 （2）

2）柱身均布荷載情況

柱身作用均布荷載，則變形[8]為，若按三維建模格構(gòu)柱，則可真實(shí)計(jì)算變形；若按單桿建模，則計(jì)算變形時(shí)需考慮等效抗彎剛度，變形為，使，則，得到

，即格構(gòu)柱慣性矩折減系數(shù)為（3）

3.2、算例驗(yàn)證

現(xiàn)對集中荷載作用下懸臂格構(gòu)柱進(jìn)行三維建模計(jì)算，與簡化計(jì)算進(jìn)行比較，分析折減系數(shù)情況與本文公式（2）的折減系數(shù)進(jìn)行對比分析，某格構(gòu)柱，分肢截面面積都為，分肢形心間距，綴條間距，綴條與分肢夾角，鋼材彈性模量，格構(gòu)柱高度，繞虛軸長細(xì)比為，分肢繞自身形心軸慣性矩為。經(jīng)計(jì)算得到下列表格2所示。

綴條面積 SAP2000三維計(jì)算頂點(diǎn)位移 不考慮剪切變形頂點(diǎn)位移 軟件計(jì)算得折減系數(shù) 本文公式（2）

表2 集中荷載作用格構(gòu)柱在變化綴條面積條件下折減系數(shù)對比情況

現(xiàn)對懸臂格構(gòu)柱受均布荷載作用下進(jìn)行三維建模計(jì)算，與簡化計(jì)算進(jìn)行比較，得到折減系數(shù)與本文公式（3）、童根樹提出的公式（1）的折減系數(shù)進(jìn)行對比分析，經(jīng)計(jì)算得到下列圖3所示。

圖3 均布荷載作用格構(gòu)柱在變化綴條面積條件下折減系數(shù)對比情況

由表2、圖3可知，本文提出的折減系數(shù)更加接近三維模型計(jì)算值。

3.3 考慮剪切變形對結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響

圖4 計(jì)算簡圖

結(jié)構(gòu)按二維平面模型計(jì)算，計(jì)算簡圖見圖4所示，風(fēng)荷載作用下頂層相對側(cè)移為1/941，若考慮其中三根格構(gòu)柱的剪切變形，結(jié)果將發(fā)生變化。在風(fēng)荷載作用下，前三根鋼柱為實(shí)腹式柱，無需折減，第4、5根格構(gòu)柱慣性矩折減系數(shù)按式（2）計(jì)算（因柱身沒有受風(fēng)荷載，通過頂點(diǎn)集中傳力），第6根根構(gòu)柱慣性矩折減系數(shù)按式（3）計(jì)算（因風(fēng)荷載沿柱身分布），求得系數(shù)分別為0.656，0.701，0.71，由軟件三維建模計(jì)算得頂點(diǎn)相對側(cè)移為1/683，即格構(gòu)柱剪切變形對整榀剛架側(cè)移影響折減系數(shù)為683/941=0.726，可見格構(gòu)柱的剪切變形不可忽略，本工程在考慮剪切變形影響下相對側(cè)移仍滿足規(guī)范（1/400）要求。

4、小結(jié)

1）本文從性能指標(biāo)和構(gòu)件受力特性對重鋼廠房構(gòu)件截面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低了用鋼量。

2）本文從強(qiáng)度的角度分析格構(gòu)柱剪切變形的影響，與童根樹教授得出的折減系數(shù)稍有區(qū)別，原因是分析角度不同。通過對懸臂格構(gòu)柱在不同荷載狀態(tài)下的分析，得知不同荷載狀態(tài)下折減系數(shù)公式不同，即折減系數(shù)隨荷載狀態(tài)而變化，且穩(wěn)定分析與強(qiáng)度分析的折減系數(shù)又不同。

3）本文折減系數(shù)公式（2）、（3）看起來與童根樹老師從穩(wěn)定性得出的式（1）不同，確實(shí)不同，因?yàn)楸疚膹膹?qiáng)度條件出發(fā)，式（2）、（3）中的長細(xì)比，即相當(dāng)于計(jì)算長度系數(shù)取1.0，而式（1）中計(jì)算長度系數(shù)由梁、柱線剛度比值確定，對于懸臂柱取2.0。由此可見，穩(wěn)定計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算格構(gòu)柱的慣性矩折減系數(shù)是不同的，但作者認(rèn)為，構(gòu)件抗彎剛度與自身構(gòu)造有關(guān)，不應(yīng)該與考慮鋼梁、鋼柱線剛度比得到的計(jì)算長度系數(shù)有關(guān)，因此推薦采用強(qiáng)度推導(dǎo)得到的折減系數(shù)。

4）本工程剛架在風(fēng)荷載作用下考慮格構(gòu)柱剪切變形的側(cè)移計(jì)算，得知格構(gòu)柱的剪切變形不容忽視，值得工程設(shè)計(jì)重視。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]，北京：中國計(jì)劃出版社，2003。

[2]CECS102:2002，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]，北京：中國計(jì)劃出版社，2003。

[3]施剛，范浩等，某重型門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]，工業(yè)建筑2010增刊，1200-1205。

[4]童根樹，王素儉等，格構(gòu)柱的剪切變形對超重型廠房框架穩(wěn)定性的影響分析[J]，建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2008.10，10（5）：1-4。

[5]陳紹蕃，《格構(gòu)柱的剪切變形對超重型廠房框架穩(wěn)定性的影響分析》一文的討論[J]，建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展。

篇7

中圖分類號： TU392；TP317.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

CAD/CAM software of cold-formed thin-wall lightweight

steel structure for residence buildings

YANG Huizhu1,2, CHANG Zhiguo1, WANG Xiaofeng1, ZHANG Qilin1

(1. College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;

2. Shanghai Tonglei Civil Engineering Technology Co., Ltd., Shanghai 200433, China)

Abstract： To develop a special CAD/CAM software for residence building structure system of cold-formed thin-wall lightweight steel structure, the constitution and construction characteristics of this kind of structure system and its typical connection joints are introduced and analyzed, and the function design and logical division of working flow are implemented according to the practical design work; the software framework and operation procedures are designed as starting from design model to calculation model then to detailing model. The structural design, calculation and installation of the structure system is based on assemblies, hereby basic software objects are determined as wall sheet, floor region, single sheet of planar roof truss. A hierarchy data structure of assembly-member object is designed to meet the different requirements of structural design and detailing design. The CAD/CAM software is developed based on AutoCAD graphics platform, and the kernel functions are realized for modeling, calculation, drawing, and so on.

Key words： cold-formed thin-wall lightweight steel structure; CAD/CAM; software framework; data structure; software development

0引言

冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅是一種以冷彎薄壁型鋼構(gòu)件和輕型板材共同作為承重和維護(hù)結(jié)構(gòu)的新型綠色住宅，見圖1.

冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅具有節(jié)能環(huán)保、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗震性能好以及易于規(guī)模化與標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在國外已被大量使用，近年來國內(nèi)也開始逐步推廣應(yīng)用.

國外已經(jīng)具備比較完善的輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅CAD/CAM軟件，已實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)加工一體化、無紙化的自動數(shù)控加工；而在國內(nèi)，由于這種軟件的復(fù)雜性以及國外對此類軟件的技術(shù)與商業(yè)壟斷，輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅CAD/CAM軟件成為國內(nèi)各生產(chǎn)廠家普遍的技術(shù)瓶頸.

龍骨結(jié)構(gòu)體系是冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的主要結(jié)構(gòu)形式.針對該結(jié)構(gòu)體系，本文開發(fā)出三維可視化的CAD/CAM集成化軟件.

1結(jié)構(gòu)體系與構(gòu)造

龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅由屋面系統(tǒng)、樓面系統(tǒng)和墻面系統(tǒng)等3部分組成，見圖2.

墻面系統(tǒng)由冷彎薄壁輕型鋼柱和內(nèi)、外層結(jié)構(gòu)覆面板組成，見圖3.墻體是主要的豎向和水平承重系統(tǒng)，起維護(hù)和承重的雙重作用.墻柱體系由C形鋼柱和導(dǎo)軌組成鋼骨架，并設(shè)置鋼拉帶支撐，墻體外側(cè)OSB板和內(nèi)側(cè)石膏板通過自鉆螺釘與鋼骨架相連.樓面系統(tǒng)由冷彎薄壁輕型格柵鋼梁，上、下結(jié)構(gòu)面板以及樓面細(xì)石混凝土等材料構(gòu)成，柵格鋼梁間亦設(shè)置鋼拉帶等支撐構(gòu)件，見圖4.屋面系統(tǒng)由冷彎薄壁輕型鋼桁架、屋面水平支撐及屋面板材料構(gòu)成，見圖5.

豎向載荷由樓蓋和屋蓋分別傳遞到墻體，再傳遞到基礎(chǔ)；風(fēng)和地震等水平向載荷全部由載荷方向的墻體承擔(dān).

龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的所有部件均由薄壁的C形鋼、U形鋼及鋼帶拼裝而成，再用自攻螺釘連接.從功能和構(gòu)造上看，連接節(jié)點(diǎn)可分為2類：一類是墻面、樓面及屋面各子系統(tǒng)中構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)；另一類是子系統(tǒng)之間的連接節(jié)點(diǎn).典型的連接節(jié)點(diǎn)見圖6.

(a)墻體與基礎(chǔ)的連接(b)墻體構(gòu)件的連接(c)上下層墻體的連接(d)樓蓋梁與基礎(chǔ)的連接(e)樓蓋梁與墻體的連接(f)屋蓋桁架的屋脊節(jié)點(diǎn)

2系統(tǒng)功能與架構(gòu)組織設(shè)計(jì)

軟件功能［1］在總體上可分為2部分：建模以及圖紙繪制與數(shù)控加工CNC數(shù)據(jù)的輸出.由于軟件本身的專業(yè)性質(zhì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程，可劃分為結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算、結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)以及圖紙與數(shù)據(jù)輸出等4個(gè)功能階段.

在結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)階段，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)圖布置與搭建墻體、樓蓋與屋蓋結(jié)構(gòu)部件，形成住宅的主結(jié)構(gòu)模型.在該階段中，忽略次構(gòu)件以及構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)等細(xì)部構(gòu)造，重點(diǎn)是形成整個(gè)主結(jié)構(gòu)，為下一步的結(jié)構(gòu)計(jì)算和規(guī)范驗(yàn)算作準(zhǔn)備.在此階段的模型上還要施加和編輯所有的外部載荷，包括恒載、活載、雪載、風(fēng)載和地震作用等.

龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算方式不同于一般的房屋結(jié)構(gòu)計(jì)算.通常的房屋結(jié)構(gòu)計(jì)算，如多層鋼框架結(jié)構(gòu)或磚混砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行包含墻、柱、梁和樓板在內(nèi)的整體結(jié)構(gòu)計(jì)算，而冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅是基于屋蓋、樓蓋及墻體等結(jié)構(gòu)部件的計(jì)算.外載荷按受載荷面積進(jìn)行分配，如屋面載荷分配到各榀屋面的桁架；然后按連接關(guān)系進(jìn)行載荷傳遞計(jì)算，即屋蓋桁架與樓蓋的載荷傳遞到墻體，上層墻體載荷傳遞到下層墻體.各部件單獨(dú)形成計(jì)算模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算，并按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行部件及其中各構(gòu)件的驗(yàn)算.一般情況下會將結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果返回結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行結(jié)構(gòu)部件和構(gòu)件的調(diào)整，然后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算.如此往復(fù)，直到各個(gè)結(jié)構(gòu)指標(biāo)均滿足要求.

深化設(shè)計(jì)階段是連接節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件細(xì)部的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件的歸并與編號，為鋼結(jié)構(gòu)施工圖、加工圖和CNC加工數(shù)控輸出進(jìn)行模型和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備.繪圖及CNC數(shù)據(jù)的編制完全依據(jù)深化模型，并形成一一對應(yīng)關(guān)系.

由上述可知，整個(gè)設(shè)計(jì)過程是模型由部件到構(gòu)件、由構(gòu)件到節(jié)點(diǎn)的逐步深入和細(xì)化過程，見圖7.其中，計(jì)算模型由結(jié)構(gòu)模型映射而來，結(jié)構(gòu)的構(gòu)件將被映射為有限元計(jì)算模型的單元和節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)結(jié)構(gòu)模型的支撐情況在計(jì)算模型上設(shè)置正確的支座約束；結(jié)構(gòu)模型上的載荷也被轉(zhuǎn)換為有限元計(jì)算模型上的單元或節(jié)點(diǎn)載荷.

3模型對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1模型對象的范圍劃分和界定

可獨(dú)立操作模型對象的范圍界定直接影響軟件內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織，同時(shí)也在很大程度上決定軟件在使用界面上的基本模式.［2］

龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅全部由C形或U形構(gòu)件搭建而成，如果以單根構(gòu)件為基本操作對象，則各對象自身的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單統(tǒng)一，對深化設(shè)計(jì)階段的節(jié)點(diǎn)和細(xì)部操作非常有利.但是，對于建立和維護(hù)對象間的邏輯關(guān)聯(lián)信息，基于構(gòu)件的對象界定方法顯得非常復(fù)雜和繁瑣，而且這種結(jié)構(gòu)體系是基于墻、樓板及榀架等部件的結(jié)構(gòu)計(jì)算，單根構(gòu)件的對象界定方式非常不利于部件計(jì)算模型和載荷的組織與信息關(guān)聯(lián).

根據(jù)龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的建模和結(jié)構(gòu)計(jì)算的特點(diǎn)看，結(jié)構(gòu)的物理對象可分為2個(gè)層次：（1）部件層次，包括墻體、樓蓋區(qū)塊（由墻體圍成的平面封閉區(qū)域）和屋蓋的各榀平面桁架.其中，屋蓋桁架的上弦沿坡屋面的形狀轉(zhuǎn)折起伏，需通過一個(gè)“坡屋面”的虛擬對象用于桁架的建模，此外，還用于屋面載荷向各榀桁架的導(dǎo)算分配.（2）構(gòu)件層次，即組成結(jié)構(gòu)部件的C形、U形冷彎薄壁構(gòu)件以及鋼拉帶和外覆面板等支撐構(gòu)件.因此，建立以部件為基本操作對象的層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是更好的組織方案.

3.2模型的層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

構(gòu)件對象內(nèi)嵌在部件對象中.部件是多個(gè)構(gòu)件的有機(jī)集成體，在部件對象中存儲并維護(hù)部件本身的總體信息和部件內(nèi)各根構(gòu)件對象之間的關(guān)聯(lián)信息，各根構(gòu)件自身的信息存儲在構(gòu)件對象內(nèi).該層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)［2］的統(tǒng)一描述見圖8.

將上述層次化的參數(shù)描述關(guān)系具體到墻體、樓蓋和屋架等3個(gè)子系統(tǒng)，則有如圖9所示的邏輯組織關(guān)系.構(gòu)件集成體（子系統(tǒng)）內(nèi)部各構(gòu)件之間連接節(jié)點(diǎn)內(nèi)置為子系統(tǒng)內(nèi)部的連接功能，構(gòu)件集成體之間的連接節(jié)點(diǎn)（如連接板與抗拔錨栓等）則由外部的連接零件對象和連接功能予以表示和實(shí)現(xiàn).

(a)墻體對象的層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(b)樓蓋對象的層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(c)屋架對象的層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(d)單根構(gòu)件對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

4程序設(shè)計(jì)

在AutoCAD三維圖形平臺［3］上，以二次開發(fā)接口ObjectARX［4］和VC++為工具，用普通PC機(jī)開發(fā)該CAD/CAM軟件系統(tǒng).軟件的開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境的層次結(jié)構(gòu)［1］見圖10.

墻體、樓蓋和屋架的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓樸具有很大的相似性，應(yīng)用C++的“繼承”和“多態(tài)”特性，建立基類和繼承類的派生關(guān)系，見圖11.多構(gòu)件集成體類從ObjectARX的AcDbEntity類派生，構(gòu)件類從AcDb3dSolid類派生.AcDb3dSolid是三維實(shí)體類，具有C形和U形截面構(gòu)件的三維造型與編輯操作.

軟件的主要功能模塊組織［5-6］見圖12，結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型是系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)庫.

5軟件核心功能

墻體和樓蓋的建模示例見圖13，軟件根據(jù)門窗和樓蓋洞口的位置進(jìn)行構(gòu)件的布置調(diào)整以及周邊構(gòu)件的加強(qiáng)處理.結(jié)構(gòu)外周墻體形成一個(gè)封閉的平面邊界，軟件根據(jù)此邊界以及指定的坡度自動生成坡屋面，然后再依據(jù)坡屋面的形狀自動排列生成各榀屋蓋桁架，見圖14.平面桁架腹桿的劃分布置按對稱與不對稱區(qū)域，三角區(qū)域、梯形區(qū)域及任意形狀區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化.

屋蓋上的載荷按受載荷面積經(jīng)導(dǎo)算后分配到各榀桁架.作用在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型上的恒載、活載、雪載及風(fēng)載等經(jīng)導(dǎo)算后有不同的方向和分布模式，見圖15.但是，當(dāng)設(shè)計(jì)模型映射為有限元計(jì)算模型后，所有載荷都?xì)w為統(tǒng)一形式的有限元載荷.

樓蓋對象以每個(gè)單連通的平面區(qū)域（即房間）為單位，樓蓋上的均布載荷也需經(jīng)過分配和傳遞后導(dǎo)算到每根構(gòu)件上，見圖16.

通過對話框的交互方式進(jìn)行模型的深化設(shè)計(jì)，見圖17.軟件根據(jù)深化設(shè)計(jì)三維實(shí)體模型進(jìn)行圖紙繪制和數(shù)控加工CNC數(shù)據(jù)的輸出，圖18為樓蓋施工圖示例.

6結(jié)論

（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行軟件功能階段和模型深化過程的劃分和組織，一方面符合實(shí)際設(shè)計(jì)工作的要求，另一方面也實(shí)現(xiàn)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到深化設(shè)計(jì)，從建模到結(jié)構(gòu)計(jì)算以及繪圖的功能集成一體化.

（2）基本模型對象的范圍界定直接決定軟件的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也在很大程度上影響軟件在界面上的使用模式.

（3）與常規(guī)的框架和剪力墻結(jié)構(gòu)體系相比，龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的構(gòu)造和設(shè)計(jì)模式有較大不同.多集合體的層次化模型設(shè)計(jì)方法同時(shí)兼顧結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)的宏觀性和構(gòu)件深化設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)性.

（4）龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅不是整體結(jié)構(gòu)計(jì)算，而是基于部件的結(jié)構(gòu)分析，各部件的外載荷需經(jīng)多次傳遞和分配導(dǎo)算后確定.由于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)布置的復(fù)雜性，載荷導(dǎo)算的正確性顯得尤為重要.

（5）基于三維深化模型進(jìn)行圖紙繪制和CNC數(shù)據(jù)的編制，是該軟件與常規(guī)參數(shù)化直接二維繪圖的重要區(qū)別.該方式的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)果表達(dá)的正確性和精確性，需要進(jìn)一步改善的是二維圖紙的可讀性和美觀性.

(本文獲計(jì)算機(jī)輔助工程及其理論研討會2011(CAETS 2011)優(yōu)秀論文獎(jiǎng).)參考文獻(xiàn)：

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篇8

中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

1 工程概況

某工業(yè)廠房位于湖南長沙星沙經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)東二路，廠房長度144 m，跨度為26+26 m，兩側(cè)檐口高分別為12 m和15 m，建筑面積8414 m2。兩臺15t中級工作制吊車，吊車軌頂標(biāo)高為7.93 m和11.3 m(詳見圖1)。柱腳采用剛接，采用門式剛架結(jié)構(gòu)，主剛架采用熱軋H型鋼， Q345級。屋面坡度采用1/10和0.85/10，基礎(chǔ)選取PHC預(yù)應(yīng)力管樁。計(jì)算軟件采用鋼結(jié)構(gòu)STS軟件和廣廈GSCAD。

圖1

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1 地質(zhì)條件及單樁承載力計(jì)算

本工程地質(zhì)條件及PHC管樁系數(shù)詳見表1。

表1

單樁承載力根據(jù)《建筑大家基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)第(8.5.5-1)公式:Ra=qpaAp+up∑qsiali和《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》(DBJ/T15-22-98)第(5.2.8)公式:Uk=∑ξsiλiqsikuli進(jìn)行估算。

2.1.1樁側(cè)阻力特征值計(jì)算(選取PHC壁厚90 mm,樁徑400 mm預(yù)應(yīng)力管樁) 樁端端阻力特征值qpaAp=502kN；單樁豎向承載力特征值Ra=1297kN；總拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Uk=448kN；再根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》(DBJ/T15-22-98)第(5.2.9)公式Rpl=σpcA=328kN

2.1.2分析

根據(jù)工程地質(zhì)條件及電算結(jié)果,由于業(yè)主工期要求快,故采用PHC預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁,取單樁豎向承載力特征值R=1200kN,由于柱腳固接,吊車作用下,柱底彎矩較大,樁可能會現(xiàn)拉力,而形成抗撥樁,因此必須采用雙樁,而且需要驗(yàn)算樁抗撥力,由于Uk>Rpl,故應(yīng)按Rpl考慮樁的抗拔力。本工程邊柱最大軸壓力N=621kN, M=-444kN, V=-21kN。根據(jù)廣廈計(jì)算結(jié)果,樁距取3.5d:樁最小反力Nmin=-15kN

3上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程為兩跨26m,兩臺15t重級工作制吊車,柱距8m,共有18跨固接的門式剛架,為保證吊車正常運(yùn)轉(zhuǎn),廠房穩(wěn)定,滿足位移變形要求加強(qiáng)支撐設(shè)計(jì)和吊車制動桁架來增加廠房的整體空間剛度,全長144 m,墻體采用壓型鋼板。選用熱軋變截面H型鋼經(jīng)STS電算定下,用鋼量最低的剛架尺寸(詳見圖1)。

3.1柱間支撐設(shè)計(jì)

若支撐設(shè)置不當(dāng),吊車行走時(shí),就會造成剛架晃動,存在安全隱患,因此支撐的設(shè)置非常關(guān)鍵,又因選用用鋼量小的窄翼緣H型鋼,因此柱平面外計(jì)算長度僅能取4m,在高4m處設(shè)置一道焊接鋼管側(cè)向水平支撐。交叉支撐采用角鋼,在廠房的頭、尾跨設(shè)置柱間支撐,中間跨每隔4跨設(shè)置一道。在設(shè)置柱間支撐的同一跨并設(shè)屋面支撐,為能更好傳遞風(fēng)荷載在屋面每隔4m設(shè)一道水平鋼管剛性系桿。

3.2抗震措施

工程地處設(shè)防烈度6度區(qū),房屋自重小,承載力不受地震作用效應(yīng)組合控制,可不進(jìn)行抗震計(jì)算。僅針對輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)采取抗震構(gòu)造措施。構(gòu)件之間的連接均采用螺栓連接,斜梁下翼緣與剛架柱的連接均加腋,柱腳底板設(shè)抗剪鍵。增設(shè)吊車制動桁架。

3.3隅撐的設(shè)計(jì)

隅撐可以用來提高屋面梁式柱的受壓翼緣穩(wěn)定能力,因此在檐口位置,剛架斜梁與柱內(nèi)翼緣交接點(diǎn)附近的檁條和墻梁處,各設(shè)置一對隅撐。在斜梁下翼緣受壓區(qū)隔一檁條設(shè)隅撐,并使其間距不大于相應(yīng)受壓翼緣寬度的16倍(詳見圖2)。

圖2

3.4高強(qiáng)螺栓連接設(shè)計(jì)

由于屋面荷載很輕,在設(shè)計(jì)荷載作用下,斜梁與柱的連接部位主要承受彎矩作用,剪力很小,高強(qiáng)螺栓以受拉為主。剪力由連接構(gòu)件間的摩擦力傳遞剪力。本工程建筑大量采用陽光板,開窗面積少,風(fēng)順力大減少,相應(yīng)剪力也小,選用摩擦型高強(qiáng)螺栓,因此表面可不作專門處理。不必進(jìn)行摩擦而抗滑移試驗(yàn),這有助于提高效益和降低成本。

3.5檁條設(shè)計(jì)

檁條的設(shè)計(jì)計(jì)算是最為困難的。首先,在目前設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程中尚無簡單實(shí)用的計(jì)算公式供設(shè)計(jì)人員采用,其次,為節(jié)省鋼材,輕鋼結(jié)構(gòu)中的檁條除用于承擔(dān)梁的功能外往往兼作支撐體系中的壓桿,同時(shí)還通過隅撐對門式剛架的梁和柱提供側(cè)向支承。如果考慮門式剛架房屋中的蒙皮效應(yīng),則檁條的構(gòu)造和受力計(jì)算更為復(fù)雜。檁條通常由薄鋼板冷彎成型,計(jì)算中還需考慮屈曲后的有效截面等問題,因此,精確計(jì)算檁條的承載力非常困難。在豎向荷載作用下,檁條的自由翼緣受拉,受壓翼緣由于和屋面有可靠的連接面不存在穩(wěn)定問題。

由于Z型連續(xù)檁條是拱接而成的連續(xù)檁條,其內(nèi)力分布較均勻剛度大,能節(jié)省用鋼量,同時(shí)在制作、運(yùn)輸、安裝諸方面都很便利,因此本工程采用Q345Z型檁條,內(nèi)力計(jì)算按如下一種簡單通用的模式考慮:按等截面連續(xù)梁計(jì)算模式,考慮活荷載按不利分布作用,光按50%活載均勻滿布得到一個(gè)效應(yīng)值S1,再用50%活荷載按最不利隔跨分布得到一個(gè)效應(yīng)S2。兩者相加即為最不利活荷載所產(chǎn)生的效應(yīng)S。另外再考慮在支座處因搭接嵌套松動所產(chǎn)生的彎矩釋放10%。

在風(fēng)吸力作用下,檁條的自由翼緣受壓。因此,當(dāng)檁條下翼緣無面板側(cè)向支撐時(shí),必須對檁條的下翼緣進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。開平地區(qū)基本風(fēng)壓為0.6 kN/m2,按門式剛架技術(shù)規(guī)程附錄E公式計(jì)算結(jié)果得知,是風(fēng)吸力作用下穩(wěn)定計(jì)算起控制作用。選用Z220×75×20×2.0 Q345,檁距1.2m,可以滿足要求。

4采用預(yù)應(yīng)力門式鋼架的構(gòu)想

為了進(jìn)一步提高門式鋼架輕鋼結(jié)構(gòu)的剛度和承載力，降低鋼耗，筆者認(rèn)為可在門式鋼架的不同部位，有針對性的施加預(yù)應(yīng)力。如通過強(qiáng)迫上升或下降中間柱的柱腳標(biāo)高，可調(diào)整跨中彎矩和中柱負(fù)彎矩的峰值。施加預(yù)應(yīng)力的方法，可通過預(yù)先計(jì)算好的提升量，用千斤頂升高中柱或邊柱，再塞墊板，進(jìn)行錨固。

在門式鋼架橫梁上的中下部位置，直接布置預(yù)應(yīng)力索，并在跨中四分之一的位置，以一對栓鉤拉住鋼索，擰緊栓鉤螺母，下拉鋼索，索內(nèi)產(chǎn)生拉力（預(yù)應(yīng)力），栓鉤處產(chǎn)生上壓力，是附加的卸載力，栓鉤處可視作鋼架橫梁的中間彈性支點(diǎn)。這種橫向張索法用于鋼架立柱，立柱則視為增加了中間支座，改變立柱邊界條件，提高臨界荷載力。

對于屋面檁條，可在檁條中間二分之一處，先將檁條與蒙皮固定，再在檁條與檁條連接處，強(qiáng)力釘入碶塊，拉伸蒙皮，引入預(yù)應(yīng)力，再栓接固定檁條 ，最后將蒙皮與檁條固定成整體。

5結(jié)語

門式輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)材高效,耗鋼少,自重輕,制造安裝運(yùn)輸簡便,工期短,可拆遷,定型批量生產(chǎn)易于實(shí)現(xiàn)商品化等。近年來發(fā)展迅速,應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。本工程采用剛接柱腳和Q345鋼使用鋼量減少了許多,經(jīng)對比驗(yàn)算采用Q345鋼的用鋼量比采用Q235鋼的用鋼量下降16%左右,采用較平緩坡度(1/10)的門式剛度也可節(jié)約鋼材。

在本工程的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，未能充分引入預(yù)應(yīng)力技術(shù)，但筆者認(rèn)為在門式鋼架輕鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度和承載力，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，若能在檁條中張拉板材可以防止風(fēng)吸力下的局部失穩(wěn)和提高彈性受力幅值，將可大大減少檁條的用鋼量，這也是完全可行的。為此，在謀求改進(jìn)方面希望本文能起到拋磚引玉的作用，期待著與專家同行的合作，請大家共同關(guān)注與探討并指正。

參考文獻(xiàn)

篇9

中圖分類號：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人民生活水平的日益提高，鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在建筑行業(yè)，包括工業(yè)廠房、大跨度公共建筑、民用住宅等。不過，鋼結(jié)構(gòu)的研究還處于起動階段，研究力度還不夠，實(shí)際設(shè)計(jì)和施工還存在不少爭議和問題。這些都急需解決，以利于鋼結(jié)構(gòu)在我國健康快速持續(xù)發(fā)展。

1.我國純鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 高層、超高層建筑由中外合作到國產(chǎn)化的起步

我國著名的高層、超高層建筑大多是中外合作的產(chǎn)物，如上海金茂大廈、環(huán)球金融中心、深圳地王大廈、北京京廣中心等。中外合作設(shè)計(jì)對于掌握國外先進(jìn)技術(shù)及鍛煉培養(yǎng)人才起到了促進(jìn)和推動作用。1998年建成的大連遠(yuǎn)洋大廈（高201m，51層）標(biāo)志著高層鋼結(jié)構(gòu)建筑國產(chǎn)化的起步，1999年建成的深圳賽格廣場（291.6m，72層）是世界上最高的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)建筑。

1.2輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的迅猛發(fā)展與國外公司的大批涌入

近年來、輕鋼建筑以其商品化程度高、施工速度快、使用效果好、應(yīng)用面廣、造價(jià)低等優(yōu)勢獲得了迅猛發(fā)展。全國每年約有200萬平方米輕鋼建筑竣工。在此背景下，國外輕鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠商也紛紛在我國設(shè)分公司、制造廠，獲得了很大的銷售量。

1.3空間結(jié)構(gòu)得到了進(jìn)一步的發(fā)展

大量大跨度的建設(shè)項(xiàng)目陸續(xù)興建。如天津體育中心（直徑108m，1994年）、上海8萬人體育場看臺頂蓋（1998年）、沈陽博展中心室內(nèi)足球場（2000年）等。

2 .純鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在我國的不足和問題

2.1鋼結(jié)構(gòu)在住宅區(qū)域的不平衡

（1）鋼結(jié)構(gòu)建筑市場興起于上海和廣東，現(xiàn)在雖已遍布全國，但因地域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，可將其分為北京、上海、蘇杭、粵閩、天津5大區(qū)域。

（2）鋼結(jié)構(gòu)建筑企業(yè)主要分布在東南沿海地區(qū)的主要城市，如上海、杭州、東莞和無錫等大中城市，而在東北、西北、西南和華中地區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展緩慢，有些還處于起步階段。這樣的態(tài)勢必然會加大東部地區(qū)的市場競爭，這對正處于開發(fā)階段的西部地區(qū)非常不利，因?yàn)椴辉谕黄鹋芫€上，只會拉大東西部發(fā)展距離，進(jìn)而影響鋼結(jié)構(gòu)住宅也的整體水平。

2.2鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)物的技術(shù)水平較低

（1）在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方面，美聯(lián)鋼構(gòu)已經(jīng)做到建筑節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化和配件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。而在我國，大部分鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)還不能達(dá)到這樣的水平。

（2）在建筑表現(xiàn)形式上，國外企業(yè)把建筑風(fēng)格發(fā)揮到極致。而我國的鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑大多則顯得呆板、單調(diào)和粗糙。

（3）在加工制造工藝方面，差距主要表現(xiàn)在加工設(shè)備的水平上，我國輕鋼結(jié)構(gòu)住宅加工設(shè)備在加工精度、自動化程度、數(shù)控化程度上與國外相比有很大距離。我國鋼結(jié)構(gòu)住宅要想與國際全面接軌，還有一段路要走，但隨著設(shè)計(jì)水平的不斷提高，各種標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，很快會步入快車道。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)在我國發(fā)展存在的問題

（1）鋼結(jié)構(gòu)研發(fā)資金不足，標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范修訂周期太長；標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用規(guī)范規(guī)程缺項(xiàng)、滯后；鋼材標(biāo)準(zhǔn)與工程設(shè)計(jì)、施工規(guī)范規(guī)程銜接不上。

（2）鋼結(jié)構(gòu)加工廠和施工安裝企業(yè)裝備、計(jì)算機(jī)管理、勞動生產(chǎn)率還需進(jìn)一步提高，穩(wěn)定鋼材超常漲價(jià)的不良市場秩序。鋼結(jié)構(gòu)建筑在防火、防腐、保溫、隔音、防震和穩(wěn)定性等方面的設(shè)計(jì)尚不成熟，限制了鋼結(jié)構(gòu)在民用建筑中的發(fā)展。

3 .純鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展前景

3.1鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

鋼結(jié)構(gòu)與其它建設(shè)相比，在很多方面都具有優(yōu)勢，可隨時(shí)移動。具體表現(xiàn)為：

（1）由于鋼結(jié)構(gòu)的延性好、塑性變形能力強(qiáng)，具有優(yōu)良的抗震抗風(fēng)性能，用于住宅建筑可充分發(fā)揮其作用，將大大提高住宅的安全可靠性。尤其在遭遇地震等災(zāi)害的情況下，鋼結(jié)構(gòu)能夠避免建筑物的倒塌性破壞。

（2）鋼結(jié)構(gòu)住宅體系自重輕，約為混凝土結(jié)構(gòu)的一半，能夠減少的基礎(chǔ)造價(jià)。

（3）綠色環(huán)保。鋼結(jié)構(gòu)住宅施工時(shí)不需要砂、石、水泥等，大大減少了砂、石、灰的用量，所用的材料基本上是綠色、可回收或能降解的材料，在建筑物拆除時(shí)，大部分材料可以再用或降解，不會造成垃圾。

（4）節(jié)能效果好，墻體采用輕型節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化的方鋼、C型鋼、夾芯板，保溫性能好，抗震度好，節(jié)能 。

（5）鋼結(jié)構(gòu)住宅施工速度快，工期比傳統(tǒng)住宅體系至少縮短三分之一。

（6）鋼結(jié)構(gòu)住宅要比傳統(tǒng)建筑的空間利用得更充分，通過減少柱的截面面積和使用輕質(zhì)墻板，提高面積使用率，使戶內(nèi)有效使用面積提高。

（7）符合住宅產(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展的要求。鋼結(jié)構(gòu)適宜工廠大批量生產(chǎn)，工業(yè)化程度高，并且能將節(jié)能、防水、隔熱、門窗等先進(jìn)成品集合于一體，成套應(yīng)用，將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工一體化，提高建設(shè)產(chǎn)業(yè)的水平。

3.2鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景廣闊。

隨著我國提倡節(jié)能減排工作的不斷推行，鋼結(jié)構(gòu)作為可循環(huán)再利用的低碳綠色建筑材料，已成為建筑行業(yè)所關(guān)注的焦點(diǎn)。也正是由于這樣使得我國有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的企業(yè)已有成千上萬家了，鋼結(jié)構(gòu)加工量上千萬噸。 我國建筑業(yè)發(fā)展的總目標(biāo)是：提高建筑業(yè)的整體素質(zhì)、生產(chǎn)工業(yè)與技術(shù)裝備水平，達(dá)到在國際建筑市場中具有較強(qiáng)的競爭能力，并充分發(fā)揮建筑業(yè)在帶動國民經(jīng)濟(jì)增長和結(jié)構(gòu)調(diào)整中的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)作用，使建筑業(yè)成為名副其實(shí)的國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。建筑業(yè)要帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)工程是一個(gè)很重要的方面。最近在我國建筑工程領(lǐng)域中已經(jīng)出現(xiàn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，長期以來混凝土和砌體結(jié)構(gòu)一統(tǒng)天下的局面正在發(fā)生變化，鋼結(jié)構(gòu)以其自身的優(yōu)越性引起業(yè)內(nèi)關(guān)注，已經(jīng)在工程中得到合理的、迅速的應(yīng)用。

我國 20年來的改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，已經(jīng)為鋼結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用創(chuàng)造極為有利的發(fā)展環(huán)境。首先，從發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)來看，自1996年開始我國鋼的總產(chǎn)值就已超過1億噸，居世界首位。而且隨著鋼材產(chǎn)量和質(zhì)量持續(xù)提高，其價(jià)格正逐步下降，鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)也相應(yīng)有較大幅度的降低。與之相應(yīng)的是，鋼結(jié)構(gòu)配套的新型建材也得到了迅速發(fā)展。其次，從發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)基礎(chǔ)來看，在普通鋼結(jié)構(gòu)、薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)、門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、壓型鋼板結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)焊接和高強(qiáng)度螺栓連接、鋼與混凝土組合樓蓋、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)及鋼骨（型鋼）混凝土結(jié)構(gòu)等方面的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收規(guī)范規(guī)程及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)行20余本。有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)范規(guī)程的不 斷完善為鋼結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用奠定了必要的技術(shù)基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。第三，從發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的人才素質(zhì)來看，經(jīng)過幾年來的發(fā)展，專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員已經(jīng)形成一定的規(guī)模，而且他們的專業(yè)素質(zhì)在實(shí)踐中得到不斷提高。而隨著計(jì)算機(jī)在工程設(shè)計(jì)中的普遍應(yīng)用，國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件發(fā)展迅猛，軟件功能日臻完善，為協(xié)助設(shè)計(jì)人員完成結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)，施工圖繪制提供了極大的便利條件。

當(dāng)年“5.12”地震中，鋼結(jié)構(gòu)建筑良好的抗震功能，開始將鋼結(jié)構(gòu)拉入民用住宅應(yīng)用視野。有業(yè)內(nèi)人士統(tǒng)計(jì)，四川省的門式輕型鋼房屋，在地震中極少倒塌，與周邊房屋的倒塌和破損形成鮮明的對比。隨著國家建設(shè)節(jié)約型社會戰(zhàn)略決策的實(shí)施，發(fā)展既節(jié)能又省地的住宅越來越受到中央和地方的重視，北京、上海、廣東、浙江等地都建了大量的底層、多層、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅點(diǎn)示范工程，體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的良好勢頭。住建部也組織36項(xiàng)鋼結(jié)構(gòu)住宅體系及關(guān)鍵技術(shù)研究課題，開展試點(diǎn)工程，并出臺《鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)規(guī)程》，為鋼結(jié)構(gòu)在住宅體系全面鋪開出臺了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。鋼結(jié)構(gòu)具有綠色、節(jié)能、環(huán)保功能，將成為我國住宅建筑的發(fā)展趨勢。

4 .總結(jié)

此次論文的編寫，在查閱資料的過程中讓我了解到了有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的很多，比如說鋼結(jié)構(gòu)在我國還是存在著很多問題的，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)是否符合節(jié)能環(huán)保型、可持續(xù)發(fā)展的行業(yè)認(rèn)識還有待于進(jìn)一步提高。因此，鋼結(jié)構(gòu)的有關(guān)市場還有待我們?nèi)グl(fā)展，很多問題還有待我們?nèi)ソ鉀Q。

參考文獻(xiàn):

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一、高層建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型時(shí)存在的問題及解決方法

1、 在選擇建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)型時(shí)要科學(xué)合理

存在的問題：

建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)型決定著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體走向，現(xiàn)在很多設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)型時(shí)，沒有考慮到各方面的問題，導(dǎo)致最終的建筑設(shè)計(jì)在整體上不能滿足用戶需求。

解決方法：

在布置高層建筑的結(jié)構(gòu)平面時(shí)應(yīng)該遵循對稱、規(guī)則、簡單的原則，防止出現(xiàn)狹長的縮頸位置和應(yīng)急過于集中的凹角部位，此外，還應(yīng)該防止樓梯的電梯部位出現(xiàn)偏置而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的后果。在設(shè)計(jì)豎向體型時(shí)，應(yīng)防止過于外挑，并且內(nèi)收也要適度，剛度也要均勻的變化，切忌出現(xiàn)應(yīng)力過于集中。在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中有了專門的內(nèi)容在敘述建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)型的規(guī)則性，比如：豎向結(jié)構(gòu)的規(guī)則性、平面結(jié)構(gòu)的規(guī)則性等等，在審定建筑設(shè)計(jì)方案中，堅(jiān)決摒棄不符合規(guī)則的設(shè)計(jì)圖。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)建筑構(gòu)型時(shí)必須要遵循這些規(guī)則，如果在設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題或者碰到了難題，就應(yīng)該及時(shí)向建筑專業(yè)交流溝通，盡最大的努力選擇最優(yōu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)型，以免給工程的后續(xù)工作帶了不必要的麻煩。

2、 房屋最適高度和高寬比

存在的問題：

房屋的最適高度和高寬比直接影響著人們在使用過程中的心理感受，最適的高度和高寬比能給人一種舒適的感覺，并且還能增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的安全性。而目前，很多設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)房屋的最適高度和高寬比時(shí)，過于片面地追求單一方面的因素，而使房屋的高度和高寬比不能達(dá)到最佳。

解決方法：

在高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范和抗震規(guī)范中明確指出，應(yīng)該嚴(yán)格限制高層建筑的總高度，以前是將高層建筑的總高度限制值設(shè)定成A級，但是現(xiàn)在將建筑的限制高度設(shè)定成B級，所以必須嚴(yán)格控制高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高度，從多方面綜合考慮，如果高層建筑的高度超出了限定值B級，那么就要改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和處理手段。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，經(jīng)常會發(fā)生因設(shè)計(jì)高度超過B級高度導(dǎo)致在審查設(shè)計(jì)圖時(shí)，沒有通過直接作廢，就又需要重新設(shè)計(jì)，這就嚴(yán)重影響到建筑的整體規(guī)劃和建設(shè)周期。高層建筑的高寬比直接控制著建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性、剛度、載重能力以及經(jīng)濟(jì)合理性，不同高度的高層建筑有著各不相同的高寬比限制值。然而，在設(shè)計(jì)一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的高層建筑過程中，怎樣準(zhǔn)確地確定一個(gè)科學(xué)合理的高寬比是一個(gè)比較困難的工作。通常在計(jì)算時(shí)，能夠根據(jù)需要考慮的方向的的最小投影寬度，針對建筑物中有一些的小的突出部位，例如樓電梯間，這就不在計(jì)算的寬度范圍之內(nèi)。針對有些高層建筑物附帶了裙房，如果裙房的剛度和面積相對于上部的塔樓的剛度和面積過于大時(shí)，此時(shí)在寬度比的計(jì)算過程中就可以直接考慮裙房上面的部位。

3、重視短肢剪力墻的設(shè)置

存在的問題：

短肢剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)受力方面起到了十分重大的作用，現(xiàn)在的很多建筑的意外倒塌事故，都是由短肢剪力墻的受力不均勻引起的。

解決方法：

短肢剪力墻所指的是墻肢截面高度和厚度的比值是5～8的剪力墻。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是在最近幾年出現(xiàn)的，它既對住宅建筑的合理布置有利，還能使建筑結(jié)構(gòu)的自重得到一定程度的減輕，然而，在高層建筑結(jié)構(gòu)中，剪力墻的肢不能過于短小，這是由于短肢剪力墻有著比較差的抗地震能力，在地震多發(fā)區(qū)的實(shí)際應(yīng)用很少，鑒于安全方面，高層建筑結(jié)構(gòu)的剪力墻不能全部采用短肢剪力墻。如果斷肢剪力墻設(shè)置太多，就應(yīng)該增加設(shè)置一些筒體或者常規(guī)性的剪力墻，這二者之間共同受力，形成堅(jiān)固的剪力墻結(jié)構(gòu)，此外，高層建筑規(guī)范中還對短肢剪力墻的使用有了一些特別的限制，比如：抗震等級、縱向鋼筋的總配筋率、最大高度等，所以，短肢剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該少使用或者不適用為宜，不能因?yàn)榱朔奖阌谑┕ざO(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)的分析與計(jì)算方法

1、 在整體計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)時(shí)要選擇正確的軟件

現(xiàn)在大家普遍采用的計(jì)算軟件包括：TBSA、TAT、SATWE或SAP、ETABS等。然而，因?yàn)椴煌能浖褂玫挠?jì)算模型都是各不相同的，所以要根據(jù)建筑高度、結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)體系等來正確選擇合適的軟件版本進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以計(jì)算得出的結(jié)果有一些不同。因此，在計(jì)算和分析高層建筑的整體結(jié)構(gòu)時(shí)，必須要綜合考慮到建筑結(jié)構(gòu)的高度和構(gòu)型來正確選擇計(jì)算軟件，以便能夠保證計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性，有時(shí)可以使用多個(gè)不同的軟件來計(jì)算，然后工程設(shè)計(jì)師再仔細(xì)分析這些不同的結(jié)果，找出適合參考且合理的結(jié)果。否則，一旦選擇了不恰當(dāng)?shù)挠?jì)算軟件，不僅會消耗設(shè)計(jì)者大量的精力和時(shí)間，影響到建設(shè)周期，還將有可能使建筑結(jié)構(gòu)存在一系列的安全隱患。

2、應(yīng)該具有充足的振性數(shù)目

在新的高層建筑規(guī)范中，提出了振型參與系數(shù)的概念，還清楚地指出了這個(gè)參數(shù)的額定值。又因?yàn)樵谥暗母邔咏ㄖ?guī)范中，沒有明確指出振型參與系數(shù)該方面的內(nèi)容，即使有的指出了此概念，沒有清楚的指出這個(gè)參數(shù)的額定值，所以，在分析和計(jì)算時(shí)期，就應(yīng)該正確判斷確立出這個(gè)參數(shù)，再進(jìn)行有效地調(diào)整振型參與系數(shù)的最終取值。

3、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算和設(shè)計(jì)

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常會有一些因?yàn)榻ㄖ墓δ芎兔烙^方面的要求而非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。特別是在設(shè)計(jì)高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件過程中，因?yàn)楦邔咏ㄖ兄容^大的風(fēng)荷載和地震作用，所以，就一定要根據(jù)新的高層建筑規(guī)范中的要求老計(jì)算和處理非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以免造成惡劣的影響。

三、總結(jié)

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)比較復(fù)雜且耗時(shí)長的工作，在設(shè)計(jì)過程中，稍不留意就會出現(xiàn)一些或大或小的錯(cuò)誤，從而會給建筑結(jié)構(gòu)的后期施工帶了一系列的安全隱患，一旦發(fā)生安全事故，將會給建設(shè)單位帶了嚴(yán)重的損失。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該嚴(yán)格按照新的高層建筑規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)方案，并且還要認(rèn)真考慮高層建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)型，在通過仔細(xì)的分析計(jì)算來得出最終比較完美的設(shè)計(jì)圖，這樣既能保證建筑物的安全性能，還能給建設(shè)單位帶來豐厚的利潤。在設(shè)計(jì)過程中，若遇到了一些阻礙，就應(yīng)該及時(shí)和建筑師商討，實(shí)現(xiàn)資源共享、技術(shù)共享。

參考文獻(xiàn)：

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