導(dǎo)言：作為寫作愛(ài)好者，不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇鋼結(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

一。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，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.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》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(guó)外這類，要考慮0.15-0.5N/m2的附加荷載，而我們無(wú)此規(guī)定，遇到超載情況，就要出安全問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)提高至0.5kN/m2.現(xiàn)在有的框架梁太細(xì)，檁條太小，明顯有人為減少荷載情況，應(yīng)特別注意，決不允許在有限的活荷載中“偷工減料”。

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(guò)去不明確，可能不包括屋脊點(diǎn)垂度。現(xiàn)在應(yīng)該是計(jì)算的。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(lái)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(guò)小，第一榀剛架與山墻間的屋面出現(xiàn)斜坡，使屋面變形。本人有此想法，剛架側(cè)移后，當(dāng)山尖下垂對(duì)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(duì)屋面剛度進(jìn)行控制。

3.鋼柱換砼柱

少數(shù)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(guò)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(dòng)和破壞。有些設(shè)計(jì)，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)。

4.檁條計(jì)算不安全

檁條計(jì)算問(wèn)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(duì)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)范》（GB50018－2002）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。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(duì)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)范》4.1.8、9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”。有的單位看到國(guó)外資料中檁條很薄，也想用薄的。國(guó)外檁條普遍采用高強(qiáng)度低合金鋼，但我國(guó)低合金鋼Q345的沖壓性能不行，只有用Q235的。國(guó)外是按有效截面計(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。二。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(lái)抵抗縱向風(fēng)荷載，支撐傳給柱腳的拉力很大，而柱腳又沒(méi)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(méi)有柱間支撐

這種情況最近較多，這樣肯定不行。目前沒(méi)有任何一本規(guī)范允許不設(shè)支撐。特別是柱間支撐，受力較大，絕不能省略。

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(duì)不上，合不起來(lái)。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(wú)收縮砂漿二次灌漿填實(shí)。

5.保溫材吸水超重

篇2

1、引言

穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)突出問(wèn)題。在各種類型的鋼結(jié)構(gòu)中，都會(huì)遇到穩(wěn)定問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題處理不好，將會(huì)造成不應(yīng)有的損失?，F(xiàn)代工程史上不乏因失穩(wěn)而造成的鋼結(jié)構(gòu)事故，其中影響最大的是1907年加拿大魁北克一座大橋在施工中破壞，9000噸鋼結(jié)構(gòu)全部墜入河中，橋上施工的人員75人遇難。破壞是由于懸臂的受壓下弦失穩(wěn)造成的。而美國(guó)哈特福特城的體育館網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，平面92m×110m,突然于1978年破壞而落地，破壞起因可能是壓桿屈曲。以及1988年加拿大一停車場(chǎng)的屋蓋結(jié)構(gòu)塌落，1985年土耳其某體育場(chǎng)看臺(tái)屋蓋塌落，這兩次事故都和沒(méi)有設(shè)置適當(dāng)?shù)奈膿斡嘘P(guān)[1]。在我國(guó)1988年也曾發(fā)生l3.2×l7.99m網(wǎng)架因腹桿穩(wěn)定位不足而在施工過(guò)程中塌落的事故。從上可以看出，鋼結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定問(wèn)題是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中以待解決的主要問(wèn)題，一旦出現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)事故，不但對(duì)經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重的損失，而且會(huì)造成人員的傷亡，所以我們?cè)阡摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一定要把握好這一關(guān)。目前，鋼結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)過(guò)的失穩(wěn)事故都是由于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的穩(wěn)定性能不夠清楚，對(duì)如何保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定缺少明確概念，造成一般性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不應(yīng)有的薄弱環(huán)節(jié)。另一方面是由于新型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，如空間網(wǎng)架，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等，設(shè)計(jì)者對(duì)其如何設(shè)計(jì)還沒(méi)有完全的了解。本文針對(duì)這些問(wèn)題提出了在設(shè)計(jì)中應(yīng)該明確在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)中的一些基本概念，以及對(duì)新型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究應(yīng)該了解的一些問(wèn)題并且應(yīng)該懂得如何解決這些問(wèn)題。只有這樣我們?cè)谠O(shè)計(jì)中才能更好處理鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問(wèn)題。

2、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的基本概念

2.1強(qiáng)度與穩(wěn)定的區(qū)別[2]

強(qiáng)度問(wèn)題是指結(jié)構(gòu)或者單個(gè)構(gòu)件在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下由荷載所引起地最大應(yīng)力（或內(nèi)力）是否超過(guò)建筑材料的極限強(qiáng)度，因此是一個(gè)應(yīng)力問(wèn)題。極限強(qiáng)度的取值取決于材料的特性，對(duì)混凝土等脆性材料，可取它的最大強(qiáng)度，對(duì)鋼材則常取它的屈服點(diǎn)。穩(wěn)定問(wèn)題則與強(qiáng)度問(wèn)題不同，它主要是找出外荷載與結(jié)構(gòu)內(nèi)部抵抗力間的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，即變形開(kāi)始急劇增長(zhǎng)的狀態(tài)，從而設(shè)法避免進(jìn)入該狀態(tài)，因此，它是一個(gè)變形問(wèn)題。如軸壓柱，由于失穩(wěn)，側(cè)向撓度使柱中增加數(shù)量很大的彎矩，因而柱子的破壞荷載可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于它的軸壓強(qiáng)度。顯然，軸壓強(qiáng)度不是柱子破壞的主要原因。

2.2鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的分類[1]

(1)第一類穩(wěn)定問(wèn)題或者具有平衡分岔的穩(wěn)定問(wèn)題（也叫分支點(diǎn)失穩(wěn)）。完善直桿軸心受壓時(shí)的屈曲和完善平板中面受壓時(shí)的屈曲都屬于這一類。

(2)第二類穩(wěn)定問(wèn)題或無(wú)平衡分岔的穩(wěn)定問(wèn)題（也叫極值點(diǎn)失穩(wěn)）。由建筑鋼材做成的偏心受壓構(gòu)件，在塑性發(fā)展到一定程度時(shí)喪失穩(wěn)定的能力，屬于這一類。

(3)躍越失穩(wěn)是一種不同于以上兩種類型，它既無(wú)平衡分岔點(diǎn)，又無(wú)極值點(diǎn)，它是在喪失穩(wěn)定平衡之后跳躍到另一個(gè)穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

區(qū)分結(jié)構(gòu)失穩(wěn)類型的性質(zhì)十分重要，這樣才有可能正確估量結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力。隨著穩(wěn)定問(wèn)題研究的逐步深入，上述分類看起來(lái)已經(jīng)不夠了。設(shè)計(jì)為軸心受壓的構(gòu)件，實(shí)際上總不免有一點(diǎn)初彎曲，荷載的作用點(diǎn)也難免有偏心。因此，我們要真正掌握這種構(gòu)件的性能，就必須了解缺陷對(duì)它的影響，其他構(gòu)件也都有個(gè)缺陷影響問(wèn)題。另一方面就是深入對(duì)構(gòu)件屈曲后性能的研究。

2.3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

根據(jù)穩(wěn)定問(wèn)題在實(shí)際設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)提出了以下三項(xiàng)原則并具體闡明了這些原則，以更好地保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)中構(gòu)件不會(huì)喪失穩(wěn)定。

(1)結(jié)構(gòu)整體布置必須考慮整個(gè)體系以及組成部分的穩(wěn)定性要求

目前結(jié)構(gòu)大多數(shù)是按照平面體系來(lái)設(shè)計(jì)的，如桁架和框架都是如此。保證這些平面結(jié)構(gòu)不致出平面失穩(wěn)，需要從結(jié)構(gòu)整體布置來(lái)解決，亦即設(shè)計(jì)必要的支撐構(gòu)件。這就是說(shuō)，平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的出平面穩(wěn)定計(jì)算必須和結(jié)構(gòu)布置相一致。就如上述的1988年加拿大一停車場(chǎng)的屋蓋結(jié)構(gòu)塌落，1985年土耳其某體育場(chǎng)看臺(tái)屋蓋塌落，這兩次事故都和沒(méi)有設(shè)置適當(dāng)?shù)奈膿味斐沙銎矫媸Х€(wěn)。

由平面桁架組成的塔架，基于同樣原因，需要注意桿件的穩(wěn)定和橫隔設(shè)置之間的關(guān)系。

(2)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖和實(shí)用計(jì)算方法所依據(jù)的簡(jiǎn)圖相一致，這對(duì)框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算十分重要[3]。

目前任設(shè)計(jì)單層和多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)常不作框架穩(wěn)定分折而是代之以框架柱的穩(wěn)定計(jì)算。在采用這種方法時(shí)，計(jì)算框架柱穩(wěn)定時(shí)用到的柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，自應(yīng)通過(guò)框架整體穩(wěn)定分析得出，才能使柱穩(wěn)定計(jì)算等效于框架穩(wěn)定計(jì)算。然而，實(shí)際框架多種多樣，而設(shè)計(jì)中為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作，需要設(shè)定一些典型條件。GBJl7—88規(guī)范對(duì)單層或多層框架給出的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)采用了五條基本假定，其中包括：“框架中所有柱子是同時(shí)喪失穩(wěn)定的，即各柱同時(shí)達(dá)到其臨界荷載”。按照這條假定，框架各柱的穩(wěn)定參數(shù)桿件穩(wěn)定計(jì)算的常用方法，往往是依據(jù)一定的簡(jiǎn)化假設(shè)或者典型情況得出的，設(shè)計(jì)者必須確知所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)符合這些假設(shè)時(shí)才能正確應(yīng)用。在實(shí)際工程中，框架計(jì)算簡(jiǎn)圖和實(shí)用方法所依據(jù)的簡(jiǎn)圖不一致的情況還可舉出以下兩種，即附有搖擺拄的框架和橫梁受有較大壓力的框架。這兩種情況若按規(guī)范的系數(shù)計(jì)算，都會(huì)導(dǎo)致不安全的后果。所以所用的計(jì)算方法與前提假設(shè)和具體計(jì)算對(duì)象應(yīng)該相一致。

(3)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算必須相互配合，使二者有一致性。

結(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)相符合，一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大家都注意的問(wèn)題。對(duì)要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點(diǎn)連接，應(yīng)分別賦與它足夠的剛度和柔度，對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量減少桿件偏心這些都是設(shè)計(jì)者處理構(gòu)造細(xì)部時(shí)經(jīng)?？紤]到的。但是，當(dāng)涉及穩(wěn)定性能時(shí)，構(gòu)造上時(shí)常有不同于強(qiáng)度的要求或特殊考慮。例如，簡(jiǎn)支梁就抗彎強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，對(duì)不動(dòng)鉸支座的要求僅僅是阻止位移，同時(shí)允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。然而在處理梁整體穩(wěn)定時(shí)上述要求就不夠了。支座還需能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)，同時(shí)允許梁在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和梁端截面自由翹曲，以符合穩(wěn)定分析所采取的邊界條件。

2.4鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）失穩(wěn)和整體剛度:現(xiàn)行規(guī)范通用的軸心壓桿的穩(wěn)定計(jì)算法是臨界壓力求解法和折減系數(shù)法。

（2）穩(wěn)定性整體分析：桿件能否保持穩(wěn)定牽涉到結(jié)構(gòu)的整體。穩(wěn)定分析必須從整體著眼。

（3）穩(wěn)定計(jì)算的其它特點(diǎn)：在彈性穩(wěn)定計(jì)算中，除了需要考慮結(jié)構(gòu)的整體性外，還有一些其他特點(diǎn)需要引起重視，首先要做的就是二階分析，這種分析對(duì)柔性構(gòu)件尤為重要，這是因?yàn)槿嵝詷?gòu)件的大變形量對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生了不能忽視的影響，其次，普遍用于應(yīng)力問(wèn)題的迭加原理[4]．在彈性穩(wěn)定計(jì)算中不能應(yīng)用。這是因?yàn)榈釉淼膽?yīng)用應(yīng)以滿足以下條件為前提：

1）材料服從虎克定律變成正比；

2）結(jié)構(gòu)的變形很小。

而彈性穩(wěn)定計(jì)算一般均不能滿足第2）個(gè)條件，非彈性穩(wěn)定計(jì)算則兩個(gè)前提都不符合。

了解了一些在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該明確的一些基本概念，有助于我們?cè)谠O(shè)計(jì)中更好地處理穩(wěn)定方面的問(wèn)題，隨著新型鋼結(jié)構(gòu)體系地不斷發(fā)展，我們對(duì)穩(wěn)定問(wèn)題的研究要求也不斷地提高，之所以在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問(wèn)題，另一個(gè)重要原因就是我們對(duì)新型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定知之甚少，也就是目前鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定研究中存在的問(wèn)題。

3、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究中存在的問(wèn)題

鋼結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性研究雖然取得了一定的進(jìn)展，但也存在一些不容忽視的問(wèn)題[5]：

(1)目前在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究中，梁-柱單元理論已成為主要的研究工具。但梁-柱單元是否能真實(shí)反映網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)還很難說(shuō)，雖然有學(xué)者對(duì)梁-柱單元進(jìn)行過(guò)修正[3]。主要問(wèn)題在于如何反映軸力和彎矩的耦合效應(yīng)。

(2)在大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定的相互關(guān)系也是一個(gè)值得探討的問(wèn)題，目前大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中取一個(gè)統(tǒng)一的穩(wěn)定安全系數(shù)，未反映整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性。

(3)預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定設(shè)計(jì)理論還很不完善，目前還沒(méi)有一個(gè)完整合理的理論體系來(lái)分析預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。

(4)鋼結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性研究中存在許多隨機(jī)因素的影響，目前結(jié)構(gòu)隨機(jī)影響分析所處理的問(wèn)題大部分局限于確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)、隨機(jī)荷載輸入這樣一個(gè)格局范圍，而在實(shí)際工程中，由于結(jié)構(gòu)參數(shù)的不確定性，會(huì)引起結(jié)構(gòu)響應(yīng)的顯著差異。所以應(yīng)著眼于考慮隨機(jī)參數(shù)的結(jié)構(gòu)極值失穩(wěn)、干擾型屈曲、跳躍型失穩(wěn)問(wèn)題的研究。

從上面可以看出，我們的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論還是不夠完善，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中一般都是把鋼結(jié)構(gòu)看成是完善的結(jié)構(gòu)體系，針對(duì)上述問(wèn)題（4），我們可以看出在設(shè)計(jì)中我們沒(méi)有考慮一些隨機(jī)因素的影響。但是我們?cè)诳紤]這些因素之前，應(yīng)該弄清楚這些隨機(jī)因素的來(lái)源，一般情況下把影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性隨機(jī)因素分為三類：

(1)物理、幾何不確定性：如材料（彈性模量，屈服應(yīng)力，泊松比等）、桿件尺寸、截面積、殘余應(yīng)力、初始變形等。

(2)統(tǒng)計(jì)的不確定性：在統(tǒng)計(jì)與穩(wěn)定性有關(guān)的物理量和幾何量時(shí)，總是根據(jù)有限樣本來(lái)選擇概率密度分布函數(shù),因此帶來(lái)一定的經(jīng)驗(yàn)性。這種不確定性稱為統(tǒng)計(jì)的不確定性，是由于缺乏信息造成的。

(3)模型的不確定性：為了對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，所提的假設(shè)、數(shù)學(xué)模型、邊界條件以及目前技術(shù)水平難以在計(jì)算中反映的種種因素，所導(dǎo)致的理論值與實(shí)際承載力的差異，都?xì)w結(jié)為模型的不確定性。

以上都是鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，只有我們進(jìn)一步地深入研究這些穩(wěn)定，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論將會(huì)進(jìn)一步完善，如對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)中涉及到隨機(jī)因素的影響，國(guó)外已經(jīng)引入了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的可靠度設(shè)計(jì)，這也表明了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)理論也在不斷的完善。

4、結(jié)束語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問(wèn)題區(qū)別于強(qiáng)度問(wèn)題。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確知道結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性能，以免在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)生不必要的失穩(wěn)損失。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確的一些基本概念；其次，隨著新型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員對(duì)其性能認(rèn)識(shí)的不足，從而導(dǎo)致構(gòu)件的失穩(wěn),本文就這個(gè)問(wèn)題闡述了新型結(jié)構(gòu)現(xiàn)存的一些問(wèn)題，并且針對(duì)一些問(wèn)題論述了產(chǎn)生的原因?？傊?，只有深入了解這些問(wèn)題，才會(huì)使得鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論設(shè)計(jì)不斷地完善。

參考文獻(xiàn)

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篇3

最為現(xiàn)代最重要的建筑材料，鋼是在19世紀(jì)被引入到建筑中的，鋼實(shí)質(zhì)上是鐵和少量碳的合金，一直要通過(guò)費(fèi)力的過(guò)程被制造，所以那時(shí)的鋼僅僅被用在一些特殊用途，例如制造劍刃。1856年貝塞麥煉鋼發(fā)發(fā)明以來(lái)，剛才能以低價(jià)大量獲得。剛最顯著的特點(diǎn)就是它的抗拉強(qiáng)度，也就是說(shuō)，當(dāng)作用在剛上的荷載小于其抗拉強(qiáng)度荷載時(shí)，剛不會(huì)失去它的強(qiáng)度，正如我們所看到的，而該荷載足以將其他材料都拉斷。新的合金又進(jìn)一步加強(qiáng)了鋼的強(qiáng)度，與此同時(shí)，也消除了一些它的缺陷，比如疲勞破壞。

鋼作為建筑材料有很多優(yōu)點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)中使用的鋼材成為低碳鋼。與鑄鐵相比，它更有彈性。除非達(dá)到彈性極限，一旦巴赫在曲調(diào)，它就會(huì)恢復(fù)原狀。即使荷載超出彈性和在很多，低碳鋼也只是屈服，而不會(huì)直接斷裂。然而鑄鐵雖然強(qiáng)度較高，卻非常脆，如果超負(fù)荷，就會(huì)沒(méi)有征兆的突然斷裂。鋼在拉力（拉伸）和壓力作用下同樣具有高強(qiáng)度這是鋼優(yōu)于以前其他結(jié)構(gòu)金屬以及砌磚工程、磚石結(jié)構(gòu)、混凝土或木材等建筑材料的優(yōu)點(diǎn)，這些材料雖然抗壓，但卻不抗拉。因此，鋼筋被用于制造鋼筋混凝土——混凝土抵抗壓力，鋼筋抵抗拉力。

在鋼筋框架建筑中，用來(lái)支撐樓板和墻的水平梁也是靠豎向鋼柱支撐，通常叫做支柱，除了最底層的樓板是靠地基支撐以外，整個(gè)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷都是通過(guò)支柱傳送到地基上。平屋面的構(gòu)造方式和樓板相同，而坡屋頂是靠中空的鋼制個(gè)構(gòu)架，又成為三角形桁架，或者鋼制斜掾支撐。

一座建筑物的鋼構(gòu)架設(shè)計(jì)是從屋頂向下進(jìn)行的。所有的荷載，不管是恒荷載還是活荷載（包括風(fēng)荷載），都要按照連續(xù)水平面進(jìn)行計(jì)算，直到每一根柱的荷載確定下來(lái)，并相應(yīng)的對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用這些信息，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師算出整個(gè)結(jié)構(gòu)需要的鋼構(gòu)件的規(guī)格、形狀，以及連接細(xì)節(jié)。對(duì)于屋頂桁架和格構(gòu)梁，設(shè)計(jì)師利用“三角剖分”的方法，因?yàn)槿切问俏ㄒ坏墓逃袆偠鹊慕Y(jié)構(gòu)。因此，格構(gòu)框架幾乎都是有一系列三角形組成。 鋼結(jié)構(gòu)可以分成三大類：一是框架結(jié)構(gòu)。其構(gòu)件包括抗拉構(gòu)件、梁構(gòu)件、柱構(gòu)件，以及壓彎構(gòu)件；二是殼體結(jié)構(gòu)。其中主要是軸向應(yīng)力；三是懸掛結(jié)構(gòu)。其中軸向拉應(yīng)力是最主要的受力體系。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 這是剛結(jié)構(gòu)最典型的一種。多層建筑通常包括梁和柱，一般是剛性連接或是簡(jiǎn)單的通過(guò)沿著提供穩(wěn)定性的斜向支撐方向在端部連接。盡管多層建筑是三維的，但通常某個(gè)方向即某一維度要比其他維度剛度更大，所以，其有理由被當(dāng)做是一系列的平面框架。然而，如果一個(gè)框架中某一平面上的構(gòu)建的特性可以影響其他平面的特性，這個(gè)框架就必須當(dāng)做一個(gè)三維框架來(lái)考慮。

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 在這類結(jié)構(gòu)中，殼體除了參與傳遞荷載外，還有其他實(shí)用功能。許多殼體結(jié)構(gòu)中，框架結(jié)構(gòu)也會(huì)與殼體一起組合使用。再?gòu)?qiáng)和平屋頂上“外殼”構(gòu)件也和框架結(jié)構(gòu)一起承擔(dān)壓力。

懸掛結(jié)構(gòu) 在懸掛結(jié)構(gòu)中，張拉索是主要的受力構(gòu)件。屋面也可以有索支撐。這種形式的結(jié)構(gòu)主要是吊橋。這種結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)，是有框架結(jié)構(gòu)組成，就像加勁桁架支撐索橋。由于這種張拉構(gòu)建能夠最有效的承擔(dān)荷載，結(jié)構(gòu)中的這種設(shè)計(jì)理念被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

很多不尋常的結(jié)構(gòu)，是由框架、殼體以及懸掛結(jié)構(gòu)的不同組合形式建造。

在美國(guó)，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要依據(jù)是美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)頒布的規(guī)范。這些規(guī)范是很多學(xué)者和一線工程師的經(jīng)驗(yàn)所得。這些研究成果被綜合處理成一套既安全又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)理念的設(shè)計(jì)程序。設(shè)計(jì)過(guò)程中數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)促使更加精妙可行的設(shè)計(jì)規(guī)則產(chǎn)生。

規(guī)范包括一系列保證安全性的規(guī)則，盡管如此，設(shè)計(jì)者必須理解規(guī)則的適用性，否則，很可能導(dǎo)致荒謬的、非常不經(jīng)濟(jì)的、有時(shí)甚至是不安全的設(shè)計(jì)結(jié)果。

建筑規(guī)則有時(shí)等同于規(guī)范。這些規(guī)則涉及所有有關(guān)安全性的方面，例如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑細(xì)節(jié)、防火、暖氣和空調(diào)、管路系統(tǒng)、衛(wèi)生系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)。

結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度、韌性，以在結(jié)構(gòu)的使用中充分發(fā)揮其功能。設(shè)計(jì)必須提供足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備，以承當(dāng)使用期間的荷載，也就是說(shuō)，建筑物不需承擔(dān)可能的超負(fù)荷。改變某一結(jié)構(gòu)原來(lái)的使用用途，或者由于在結(jié)構(gòu)分析中采用了過(guò)度簡(jiǎn)化的方法而低估了荷載作用，以及施工程序的變更會(huì)造成結(jié)構(gòu)的超載。即使在允許范圍內(nèi)，構(gòu)建尺寸的偏差也可導(dǎo)致某個(gè)構(gòu)件低于他所計(jì)算的強(qiáng)度。

不管采用哪些設(shè)計(jì)原理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須提供足夠的安全性。必需預(yù)防超負(fù)荷和強(qiáng)度的不足情況。在過(guò)去的三十年里，如何保證設(shè)計(jì)安全性的研究一直在繼續(xù)。使用各種不同的概率方法來(lái)研究構(gòu)件、連接件或者系統(tǒng)的失效可能性。

此外，由于結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件相當(dāng)高的造價(jià)，與人工安裝費(fèi)用相比，材料采購(gòu)成本是巨大的。與其他總承包合同中所涉及的混凝土工程、砌筑工程以及土木工程不同，與人工安

裝費(fèi)用相比，鋼構(gòu)件的材料成本是相當(dāng)大的。

隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)也必將不斷的成熟，大量的適合鋼結(jié)構(gòu)住宅的新材料也將不斷的涌現(xiàn)，同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)建筑規(guī)范、建筑的標(biāo)準(zhǔn)也將隨之逐漸完善。相信不久的將來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)住宅必然會(huì)給住宅產(chǎn)業(yè)和建筑行業(yè)帶來(lái)一聲深層次的革命，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景廣闊！

英文翻譯：

Steel Structure

Steel in one form or another is now probably the most widely used material in the world for building construction. For the framings it has almost entirely replaced timber, except for rather special work, and it has superseded its immediate predecessors, cast iron and wrought iron, for pidges and structural frameworks in general.

Steel , the most important construction material of modern times, was introduced in the nineteenth century. Steel, basically an alloy of iron and a small amount of carbon, had been mad up to that time by a laborious process that restricted it to such special uses as sword blades. After the invention of the Bessemer process in 1856, steel was available in large

quantities at low prices. The enormous advantage of steel is its tensile strength; that is, it dose not lose its strength when it is under a calculated degree of tension, a force which, as we have seen, tends to pull apart many materials. New alloys have further increased the strength of steel and eliminated some of its problems, such as fatigue.

Steel has great advantages for buildings. The steel normally used for structures is known as mild steel; compared with cast iron it is resilient and, up to a point known as the “elastic limit” it will recover its initial shape when the load on it is removed. Even if its loading is increased by considerable margin beyond the elastic limit, it will bend and will stay bent without peaking; whereas cast iron, though strong, is notoriously pittle and, if overloaded, will peak suddenly without warning. Steel is also equally strong in both tension (stretching) and compression, which gives it an advantage over the earlier structural metals and over other building materials such as pickwork, masonry, concrete, or timber, which are strong in compression but weak in tension. It is for this reason that steel rods are used in reinforced

concrete—the concrete resisting all compressive stresses while the steel rods take up all the tensile (stretching) forces.

In steel-framed building, the horizontal girders which carry the floors and walls are

themselves supported on vertical steel posts,

Known as “stanchions” , which transfer the whole load of a building down to the

foundations, except for the lowest floor which rests on the ground itself. A flat roof is framed in the same way as a floor. A sloping roof is carried on open steel lattice frames called roof trusses or on steel sloping rafters.

The steel framework of a building is designed from the roof downwards, all the loading, both “dead” and “l(fā)ive” (including wind forces) , being calculated at successive levels until the total weight carried by each stanchion is determined and the foundations designed accordingly. Whih this information the structural designer calculated the sizes and shapes of the steel parts needed in the whole structure, as wall as details of all the connexions. For roof trusses and lattice girders, he uses the method of “triangulation” because a triangle is the only open frame which is inherently rigid. Therefore, lattice frameworks are nearly always built up from a series of triangles.

Steel structures may be divided into three general categories: (a) framed structures,

where elements may consist of tension member, columns, beams, and members under

combined bending and axial load; (b) shell-type structures, where axial stresses predominate; and (c) suspension-type structures, where axial tension predominates the principal support system.

Framed Structures Most typical building construction is in this category. The

multistory building usually consists of beams and columns, either rigidly connected or having simple end connections along with diagonal pacing to provide stability. Even though a multistory building is three-dimensional, it usually is designed to be much stiffer in one direction than the other; thus it may reasonably be treated as a series of plane frames.

However, if the framing is such that behavior of the members in one plane substantially influences the behavior in another plane, the frame must be treated as a three-dimensional

space frame.

Shell-Type Structures In this type of structure the shell serves a use function in

addition to participation in carrying loads. On many shell-type structure, a framed structure may be used in conjunction with the shell. On walls and flat roofs the “skin” elements may be in compression while they act together with a framework.

Suspension-Type Structure In the suspension-type structure tension cables are major supporting elements. A roof may be cable-supported. Probably the most common structure of this type is the suspension pidge. Usually a suspension pidge. Since the tension element is the most efficient way of carrying load, structures utilizing this concept are increasingly being used.

Many unusual structure utilizing various combinations of framed, shell-type, and

suspension-type structure have been built.

Structural steel design of buildings in the USA is principally is principally based on the specifications of the American Institute of Steel Construction (AISC), The AISC

Specifications are the result of the combined judgment of researchers and practicing engineers. The research efforts have been synthesized into practical design procedures to provide a safe, economical structure. The advent of the digital computer in design practice has made feasible more elaborate design rules.

A lot of unusual structure, is made up of frame, shell and different combination forms of hanging structure.

In the United States, the design of steel structure is mainly on the basis of regulations

promulgated by the American association of steel structure. These specifications are a lot of scholars and a line engineer experience. The results of this study was comprehensive

processing into a set of safe and economic design idea of design program. The design process of the digital computer prompted a more sophisticated feasible design rules.

Specification includes a series of security rules, in spite of this, the designer must

understand the applicability of the rules, otherwise, is likely to lead to absurd, very

uneconomical, sometimes even unsafe design result.

Building rules sometimes equated with specification. These regulations cover all aspects relating to the safety, such as structure design, architectural details, fire protection, heating and air-conditioning, piping system, health systems, and lighting systems.

Structure and structural components must have sufficient strength, stiffness, toughness, in order to give full play to its functions in the use of the structure. Reserves of design must

provide sufficient strength to bear the load during use, that is to say, the buildings do not need to bear the possible overload. Change a structure of the original purpose, or because of excessive simplified method was adopted in the structural analysis and underestimated the load, as well as the construction process of change will cause the overload of the structure. Even within the scope of the permit, building size of the deviation can also lead to a

component is lower than the strength he calculates.

No matter what design principle, structure design must provide adequate security. The lack of necessary to prevent overload and intensity. Over the past 30 years, the research of how to ensure the safety design has continued. Use a variety of different probability method to study the components, fittings or system failure probability.

In addition, due to structural steel components are very high cost, compared with the cost of installation of artificial, material procurement cost is huge. With other involved in the general contract of building project and civil engineering, concrete engineering, compared with the manual installation cost, material cost of steel components are considerable.

With the development of steel structure, steel structure residential construction

篇4

1.1材料的強(qiáng)度高，塑性和韌性好鋼材和其它建筑材料諸如混凝土、磚石和木材相比，強(qiáng)度要高得多。因此，特別適用于跨度大或荷載很大的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)。鋼材還具有塑性和韌性好的特點(diǎn)。塑性好，結(jié)構(gòu)在一般條件下不會(huì)因超載而突然斷裂；韌性好，結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力荷載的適應(yīng)性強(qiáng)。良好的吸能能力和延性還使鋼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的抗震性能。另一方面，由于鋼材的強(qiáng)度高，做成的構(gòu)件截面小而壁薄，受壓時(shí)需要滿足穩(wěn)定的要求，強(qiáng)度有時(shí)不能充分發(fā)揮。

1.2材質(zhì)均勻，與力學(xué)計(jì)算的假定比較符合鋼材內(nèi)部組織比較接近于勻質(zhì)和各向同性，而且在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的。因此，鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況和工程力學(xué)計(jì)算結(jié)果比較符合。鋼材在冶煉和軋制過(guò)程中質(zhì)量可以得到嚴(yán)格控制，材質(zhì)波動(dòng)的范圍小。

1.3鋼結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)便，施工周期短鋼結(jié)構(gòu)所用的材料單純而且是成材，加工比較簡(jiǎn)便，并能使用機(jī)械操作，因此，大量的鋼結(jié)構(gòu)一般在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)廠做成構(gòu)件，精確度較高。構(gòu)件在工地拼裝，可以采用安設(shè)簡(jiǎn)便的普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓，有時(shí)還可以在地面拼裝和焊接成較大的單元再行吊裝，以縮短施工周期。此外，對(duì)已建成的鋼結(jié)構(gòu)也比較容易進(jìn)行改建和加固，用螺栓連接的結(jié)構(gòu)還可以根據(jù)需要進(jìn)行拆遷。

1.4鋼結(jié)構(gòu)的重量輕鋼材的密度雖比混凝土等建筑材料大，但鋼結(jié)構(gòu)卻比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)輕，原因是鋼材的強(qiáng)度與密度之比要比混凝土大得多。以同樣的跨度承受同樣荷載，鋼屋架的重量最多不超過(guò)鋼筋混凝土屋架的1/3至1/4，冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近1/10，為吊裝提供了方便條件。對(duì)于需要遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，如建造在交通不便的山區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)的工程，重量輕也是一個(gè)重要的有利條件。

當(dāng)然任何一種材料都不是十全十美的，鋼材的耐腐蝕性和耐火性就較為欠缺，在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)時(shí)費(fèi)用比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高。不過(guò)在沒(méi)有侵蝕性介質(zhì)的一般廠房中，構(gòu)件經(jīng)過(guò)徹底除銹并涂上合格的油漆，銹蝕問(wèn)題也并不嚴(yán)重。近年來(lái)出現(xiàn)的耐大氣腐蝕的鋼材具有較好的抗銹性能，已經(jīng)逐步推廣應(yīng)用，并取得了良好的效果。鋼材長(zhǎng)期經(jīng)受100℃輻射熱時(shí)，強(qiáng)度沒(méi)有多大變化，具有一定的耐熱性能，但溫度達(dá)150℃以上時(shí)，就須用隔熱層加以保護(hù)。鋼材不耐火，重要的結(jié)構(gòu)必須注意采取防火措施。例如，利用蛭石板、蛭石噴涂層或石膏板等加以防護(hù)。

2鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)住宅與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，在使用功能、設(shè)計(jì)、施工以及綜合經(jīng)濟(jì)方面具有優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下方面。

2.1設(shè)計(jì)制造周期短，設(shè)計(jì)生產(chǎn)一體化現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)借助于計(jì)算機(jī)和專業(yè)化結(jié)構(gòu)分析軟件，使得設(shè)計(jì)周期大大縮短，設(shè)計(jì)中的修改和調(diào)整非常方便。同時(shí)，由于鋼結(jié)構(gòu)具有工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安裝的特點(diǎn)，可以將前期設(shè)計(jì)和現(xiàn)業(yè)的生產(chǎn)手段相結(jié)合，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床結(jié)合，使設(shè)計(jì)人員在工作室中完成設(shè)計(jì)后，即由工廠的生產(chǎn)線完成產(chǎn)品制作，具有極高的效率和精確度，可以大大減少項(xiàng)目建設(shè)周期。

2.2能夠合理布置功能區(qū)間在居住建筑中，建筑師和居民一直希望能夠有大跨的無(wú)豎向結(jié)構(gòu)的空間，這樣，可以根據(jù)需求進(jìn)行靈活隔斷，使室內(nèi)布置呈多樣化。傳統(tǒng)住宅由于所用材料的性質(zhì)，限制了空間布置的自由。

2.3承載強(qiáng)度高，抗震性能優(yōu)越相同的荷載，鋼結(jié)構(gòu)截面最小，相同的截面，鋼結(jié)構(gòu)承載力最大。在抗震設(shè)防區(qū)，鋼筋砼結(jié)構(gòu)有許多不足之處，而鋼結(jié)構(gòu)重量輕，六層輕鋼住宅的重量?jī)H相當(dāng)于四層磚混結(jié)構(gòu)的重量，因此，本身所受的地震作用??；而且，鋼材具有高延性，有較好的耗能能力，因此，抗震性能好，結(jié)構(gòu)安全度高。

2.4施工方面優(yōu)勢(shì)突出現(xiàn)澆砼需要連續(xù)施工，在我國(guó)北方地區(qū)受到施工季節(jié)的影響。鋼結(jié)構(gòu)的大部分構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)焊接或螺栓進(jìn)行整體組裝，可全天候作業(yè)。施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量小，減少了施工臨時(shí)用地，與傳統(tǒng)建筑材料相比，對(duì)周圍環(huán)境污染小，提高了施工的機(jī)械化水平。

2.5綜合造價(jià)低鋼結(jié)構(gòu)承載力高，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的大開(kāi)間布置，構(gòu)件截面小，與砼結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)相比，自重比較輕，地基的處理比較容易，可以采用天然基礎(chǔ)型式。由于基礎(chǔ)在工程造價(jià)中占有比重比較大，上部結(jié)構(gòu)重量輕可以降低基礎(chǔ)的造價(jià)，從而減少整個(gè)項(xiàng)目的投資。鋼結(jié)構(gòu)施工機(jī)械化高的特點(diǎn)，從另一方面減少了人工費(fèi)用和模板等其它輔助材料費(fèi)用。

3鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)思路

3.1判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動(dòng)、高溫車間、密封性要求高、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。

3.2結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是“概念設(shè)計(jì)”，它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要.對(duì)一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問(wèn)題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的設(shè)計(jì)思想，從全局的角度來(lái)確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。

3.3預(yù)估截面結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，需對(duì)構(gòu)件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。

鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據(jù)荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按l/b限值確定時(shí)，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)雜計(jì)算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定預(yù)估。

柱截面按長(zhǎng)細(xì)比預(yù)估，通常50<λ<150，簡(jiǎn)單選擇值在100附近。根據(jù)軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同，可選擇鋼管或H型鋼截面等。

3.4結(jié)構(gòu)分析目前鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)分析通常為線彈性分析，條件允許時(shí)考慮P-Δ，p-δ。

新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能，這為更精確的分析結(jié)構(gòu)提供了條件。

3.5構(gòu)件設(shè)計(jì)構(gòu)件的設(shè)計(jì)首先是材料的選擇。通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理。經(jīng)濟(jì)考慮，也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的組合截面。構(gòu)件設(shè)計(jì)中，現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來(lái)驗(yàn)算截面，這和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的彈性方法并不匹配，當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件，都提供截面驗(yàn)算的后處理功能。由于程序技術(shù)的進(jìn)步，一些軟件可以將驗(yàn)算時(shí)不通過(guò)的構(gòu)件，從給定的截面庫(kù)里選擇加大一級(jí)，并自動(dòng)重新分析驗(yàn)算，直至通過(guò)，如sap2000等。這是常說(shuō)的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能之一。它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量。

3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定，常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致，這必須避免.按傳力特性不同，節(jié)點(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接。

3.7圖紙編制鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖分設(shè)計(jì)圖和施工詳圖兩階段，設(shè)計(jì)圖為設(shè)計(jì)單位提供，施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計(jì)圖編制，有時(shí)也會(huì)由設(shè)計(jì)單位代為編制。由于近年鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目增多和設(shè)計(jì)院鋼結(jié)構(gòu)工程師缺乏的矛盾，有設(shè)計(jì)能力的鋼結(jié)構(gòu)公司參與設(shè)計(jì)圖編制的情況也很普遍。

篇5

Abstract: this article is the author of the work experience in recent years, mainly discusses the design of the steel structure in the choice of the form of structure, section design, the support design, node design problems, and put forward some reference and Suggestions.

Keywords: steel structure design; Problem; suggest

中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

近幾年隨著建筑物越來(lái)越向著大跨度、大空間方向發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已不能完全滿足建筑結(jié)構(gòu)的多樣化，鋼結(jié)構(gòu)彌補(bǔ)了混凝土結(jié)構(gòu)的種種不足之處，且受到廣泛的重視。與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)一般具有如下的特點(diǎn):

1) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重輕。鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比要30% ～ 50% ，結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重輕，因此相應(yīng)的基礎(chǔ)、地基處理費(fèi)用也較低。此外，在相同地震烈度下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)較小。2) 結(jié)構(gòu)布置靈活。鋼材結(jié)構(gòu)組織均勻，而且強(qiáng)度、彈性模量高，可采用大開(kāi)間布置，使建筑平面能夠合理分隔，靈活方便。如單層工業(yè)廠房，傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式由于受屋面板、墻板尺寸的限制，柱距多為 6 m，而鋼結(jié)構(gòu)的圍護(hù)體系可采用金屬壓型板，所以柱網(wǎng)不受模數(shù)限制，柱距大小主要根據(jù)使用要求和經(jīng)濟(jì)合理的原則考慮。3) 施工周期短。鋼結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件和配件多為工廠制作，易于保證質(zhì)量，除基礎(chǔ)施工外，基本沒(méi)有濕作業(yè); 構(gòu)件之間的連接多采用高強(qiáng)度螺栓連接，安裝迅速，施工周期短。4) 經(jīng)濟(jì)效益高。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用先進(jìn)自動(dòng)化設(shè)備制造，運(yùn)輸方便，因此工程周期短，資金回報(bào)快，投資效益相對(duì)較高。5) 由于鋼材本身的材質(zhì)問(wèn)題，鋼結(jié)構(gòu)耐候性、耐火性、耐腐蝕性，還存在著一些缺陷。6) 構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)的突出問(wèn)題。鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面相對(duì)較小，造成了結(jié)構(gòu)容易失穩(wěn)。因此我們?cè)阡摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的提高穩(wěn)定的措施。

1 結(jié)構(gòu)布置

鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系包括框架結(jié)構(gòu)、框架—支撐結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、平面桁架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架( 殼) 結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)、塔桅結(jié)構(gòu)等。選擇結(jié)構(gòu)體系時(shí)，應(yīng)考慮它們不同的特點(diǎn)，如在輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中，當(dāng)有較大懸掛荷載時(shí)，可考慮放棄門式剛架結(jié)構(gòu)而采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu); 建筑設(shè)計(jì)允許的情況下，可在框架中布置支撐來(lái)提高結(jié)構(gòu)剛度，一般能取得比簡(jiǎn)單的剛性連接節(jié)點(diǎn)框架更好的經(jīng)濟(jì)性; 對(duì)屋面覆蓋跨度較大的建筑，可選擇懸索或索膜結(jié)構(gòu)體系，其構(gòu)件以受拉為主; 高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常采用鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)，來(lái)彌補(bǔ)鋼結(jié)構(gòu)本身的缺陷，提高結(jié)構(gòu)性能。

結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的特征、建筑物荷載分布的情況及性質(zhì)等因素綜合考慮。一般說(shuō)來(lái)，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)剛度均勻，力學(xué)模型清晰，使荷載以最直接的路徑傳遞到基礎(chǔ)。此外，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)根據(jù)具體情況靈活多變。如框架結(jié)構(gòu)中次梁的布置，一般為減小截面而沿短向布置次梁，但會(huì)使主梁截面加大，因此減小了樓層凈高。為避免這一問(wèn)題，可根據(jù)需要調(diào)整其荷載傳遞方向，以滿足不同的設(shè)計(jì)要求。應(yīng)特別注意的是結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應(yīng)有多道防線，如有框架—支撐結(jié)構(gòu)體系，框架柱至少應(yīng)能單獨(dú)承受 1/4 的總側(cè)向荷載。

2 截面設(shè)計(jì)

構(gòu)件截面設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性，工程的造價(jià)及施工是否方便。結(jié)構(gòu)形式確定后，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)構(gòu)件截面作初步估算。主要包括梁、柱和支撐等構(gòu)件截面形狀與尺寸的假設(shè)，一般鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接 H 型鋼截面等。根據(jù)荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的 1/20 ～1/50 之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按我國(guó)現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范限值確定，盡量回避鋼梁整體穩(wěn)定的計(jì)算。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造來(lái)初步確定。柱截面根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比來(lái)估計(jì)，通常 50≤λ≤80，然后考慮不同的受力情況，選擇鋼管或 H 型鋼等截面形式。

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在確保結(jié)構(gòu)安全，滿足使用要求的前提下，使結(jié)構(gòu)用鋼量最省、造價(jià)最低。因此，如何選擇合理截面的桿件，使其在滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等要求的前提下，用鋼量最小就是優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。

在進(jìn)行截面優(yōu)化時(shí)，必須綜合考慮以下幾點(diǎn): 1) 構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定驗(yàn)算。截面尺寸的優(yōu)化必須滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性的要求，從而滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性要求。2) 剛度要求。截面尺寸在優(yōu)化時(shí)，結(jié)構(gòu)的整體剛度必須滿足有關(guān)規(guī)范規(guī)定的變形控制要求，即橫梁的最大撓度、柱頂?shù)淖畲笏轿灰?、吊車軌頂處柱的最大水平位移必須滿足有關(guān)規(guī)范規(guī)定的變形限值。3) 構(gòu)造要求。優(yōu)化截面尺寸必須滿足有關(guān)規(guī)范的構(gòu)造要求及使用要求。如柱翼緣的寬厚比、腹板的高厚比等截面尺寸都必須滿足有關(guān)規(guī)定。4) 制作、安裝控制條件。優(yōu)化構(gòu)件截面尺寸必須滿足常規(guī)的制作、安裝要求。

3 支撐設(shè)計(jì)

在鋼結(jié)構(gòu)中通常利用支撐提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的穩(wěn)定性。合理布置支撐體系可有效優(yōu)化主要承重構(gòu)件內(nèi)力分布情況，可有效改善整體剛度分布，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，使結(jié)構(gòu)整體共同抵御水平荷載，尤其是地震作用。支撐體系的設(shè)計(jì)一般遵從以下原則:

1) 明確、合理地傳遞縱向荷載。2) 保證結(jié)構(gòu)體系平面外的穩(wěn)定，對(duì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的整體穩(wěn)定提供側(cè)向支點(diǎn)。3) 結(jié)構(gòu)安裝方便。4) 滿足必要的強(qiáng)度、剛度要求，具有可靠的連接。

柱間支撐通常采用十字交叉式。在柱間有運(yùn)輸、通行域、放置設(shè)備等要求時(shí)，可采用門架式柱間支撐和單斜式柱間支撐。此外，還有人字形、K 形、L 形等支撐形式，對(duì)于常用的支撐體系，在相同用鋼量下，十字支撐體系和人字支撐體系對(duì)提高結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的作用相對(duì)顯著。

4 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中極其重要的環(huán)節(jié)，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)得當(dāng)與否，對(duì)保證結(jié)構(gòu)的整體性、可靠度以及建設(shè)周期和成本有著直接影響。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在結(jié)構(gòu)分析過(guò)程中就應(yīng)該想好用哪種節(jié)點(diǎn)形式，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選用，傳力特性不同判斷是選用剛節(jié)點(diǎn)、鉸節(jié)點(diǎn)還是半剛節(jié)點(diǎn)。

對(duì)于焊接節(jié)點(diǎn)，焊縫的尺寸及形式應(yīng)符合我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。如焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)強(qiáng)度相適應(yīng)，E43 對(duì)應(yīng) Q235，E50 對(duì)應(yīng) Q345。此外，焊接設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮焊縫的重心盡量與被連接構(gòu)件重心接近。對(duì)于栓接節(jié)點(diǎn)，普通螺栓由于其抗剪性能差，只能在結(jié)構(gòu)次要部位使用。高強(qiáng)螺栓的使用相對(duì)廣泛，常用 S8． 8 和 S10． 9 兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，高強(qiáng)螺栓連接根據(jù)受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型兩種連接，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意兩者計(jì)算方法的差別。連接板可簡(jiǎn)單取其厚度為梁腹板厚度加 4 mm，然后按我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)驗(yàn)算。

篇6

失穩(wěn)和屈曲的概念

Bazant [14]、Farshad [15]、Huseyin [16]等引述和討論了穩(wěn)定和屈曲的定義，他們從不同的角度和范圍描述了失穩(wěn)現(xiàn)象，并指出屈曲是眾多失穩(wěn)現(xiàn)象中的一個(gè)模式，屈曲是發(fā)生在結(jié)構(gòu)中的一種失穩(wěn)。文獻(xiàn)[14]-[18]討論了結(jié)構(gòu)產(chǎn)生屈曲的原因，可以定義結(jié)構(gòu)的屈曲為處于高位能的結(jié)構(gòu)由平衡臨界狀態(tài)隨著能量的釋放向處于低位能的結(jié)構(gòu)平衡臨界狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過(guò)程，發(fā)生平衡轉(zhuǎn)移的那個(gè)瞬間狀態(tài)，就是臨界狀態(tài)。這也是目前比較廣泛被接受的解釋[19]。具體地講有三種：

1) 、從能量的角度來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)就是儲(chǔ)存在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變能形式發(fā)生轉(zhuǎn)換。

2) 、從力學(xué)要素的性質(zhì)方面來(lái)說(shuō)，失穩(wěn)是結(jié)構(gòu)中承載的主要力學(xué)要素的性質(zhì)發(fā)生了變化。

3) 、從變形角度來(lái)說(shuō)，失穩(wěn)在實(shí)際上也可以被認(rèn)為是一種從彈性變形到幾何變形的變形轉(zhuǎn)移。

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件以軸壓、壓彎構(gòu)件居多，如上所述，其核心問(wèn)題是穩(wěn)定問(wèn)題。就單個(gè)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件而言，影響穩(wěn)定的主要因素有殘余應(yīng)力的分布、初始缺陷、截面形狀、幾何尺寸、材料強(qiáng)度和構(gòu)件的長(zhǎng)度等?！?】張志剛。而近年來(lái)，采用新技術(shù)設(shè)計(jì)和建造的大型復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)形式（如網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、拱、弦支穹頂結(jié)構(gòu)等）越來(lái)越多，通常這類結(jié)構(gòu)整體上或某些較大區(qū)域內(nèi)承受很大的壓力作用，也即某些構(gòu)件承受很大軸向壓力，使得這類結(jié)構(gòu)容易引發(fā)整體失穩(wěn)或某區(qū)域內(nèi)的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。大型復(fù)雜結(jié)構(gòu) 的這一力學(xué)特征顯著不同于傳統(tǒng)的小跨度或小規(guī)模簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，因而，在設(shè)計(jì)這類結(jié)構(gòu)時(shí)，除按常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范驗(yàn)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)的剛度外，設(shè)計(jì)者還要驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。【3】整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

在現(xiàn)階段的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常以計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)法來(lái)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性分析。以鋼框架為例【3】P94

目前大部分工程師在設(shè)計(jì)鋼框架結(jié)構(gòu)承載力時(shí)，常分兩步進(jìn)行。第一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，通過(guò)一階彈性分析確定構(gòu)件在各種外荷載與作用組合工況下的內(nèi)力效應(yīng)；第二步進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)，首先查得采用彈性近似分析法確定的構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，然后按現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）的計(jì)算公式求得構(gòu)件的承載力。如果所有構(gòu)件的承載力大于外荷載產(chǎn)生的效應(yīng)，則認(rèn)為結(jié)構(gòu)體系整體和構(gòu)件均滿足承載力要求。 這種設(shè)計(jì)方法以通過(guò)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)把構(gòu)件承載力驗(yàn)算和結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定承載力驗(yàn)算聯(lián)系起來(lái)，被稱為計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)法。

對(duì)于一些大跨空間結(jié)構(gòu)桿件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)取值，規(guī)范缺乏詳細(xì)的規(guī)定，沒(méi)有提出明確的計(jì)算方法。針對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，桿件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的取值往往無(wú)據(jù)可依。為了設(shè)計(jì)方便，

工程上常通過(guò)反推的方法來(lái)確定計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。方法有兩種

1） 反推法

為了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用上的方便，可以把各種約束條件的構(gòu)件屈服荷載Pcr 值換算成相當(dāng)于兩端鉸接的軸心受壓構(gòu)件屈曲荷載的形式，其方法是把端部有約束的構(gòu)件用等效長(zhǎng)度為l0

22P =πEI /l cr 0的構(gòu)件來(lái)代替，這樣。等效長(zhǎng)度通常稱為計(jì)算長(zhǎng)度，而計(jì)算長(zhǎng)度l0與構(gòu)件

實(shí)際的幾何長(zhǎng)度之間的關(guān)系l 0=μl ，這里的系數(shù)μ稱為計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。對(duì)于均勻受壓的等截面直桿，此系數(shù)取決于構(gòu)件兩端的約束。這樣一來(lái)，具有各種約束條件的軸心受壓構(gòu)件的屈曲荷載轉(zhuǎn)化為歐拉荷載的通式是：

π2EI P cr =(μl ) 2

構(gòu)件截面的平均應(yīng)力稱為屈曲應(yīng)力：

P cr π2EI π2E σcr ===2A (μl /i ) 2λ

式中A 為面積，λ為長(zhǎng)細(xì)比，λ=μl i ；而i

為回轉(zhuǎn)半徑，i =關(guān)。計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的理論值可寫作：

μ=

其中PE 為歐拉荷載，即兩端鉸接的軸心受壓構(gòu)件的屈曲荷載。

對(duì)兩端固接

自由=μ= 0.5，兩端鉸接μ= 1.0，一端固接，一端鉸接μ= 0.7，一端固接，一端μ= 2.0。

2） 反彎點(diǎn)法

通過(guò)對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行屈曲分析，可以得到結(jié)構(gòu)及桿件發(fā)生屈曲時(shí)彎矩圖或變形曲線圖。彎矩圖和變形曲線圖均可以反映出桿件反彎點(diǎn)之間的距離l0。因?yàn)榉磸濣c(diǎn)的彎矩為零，因此與鉸支點(diǎn)的受力相當(dāng)。L0可以代表該桿件的計(jì)算長(zhǎng)度。根據(jù)不同的約束條件，反彎點(diǎn)可能落在桿件的實(shí)際長(zhǎng)度范圍之內(nèi)，也可能在其延伸線上。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3個(gè)步驟：

1） 由屈曲分析得到結(jié)構(gòu)及桿件的屈曲模態(tài)；

2） 提取桿件屈曲模態(tài)對(duì)應(yīng)的彎矩圖或變形曲線中變形位移曲線；

3） A ） 確定彎矩圖中反彎點(diǎn)的位置，從而得出桿件的計(jì)算長(zhǎng)度及計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)；

4） B) 根據(jù)圖（）中桿件發(fā)生屈曲時(shí)的變形曲線，可以根據(jù)桿件已有的變形擬合出此桿

件在理想鉸接狀態(tài)下的變形曲線。對(duì)比兩個(gè)曲線圖，確定桿件變形曲線的拐點(diǎn)（即反彎點(diǎn)）位置，從面可以得出桿件的計(jì)算長(zhǎng)度及計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。

計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的推導(dǎo)方法：

計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的推導(dǎo)

圖4-1 無(wú)側(cè)移剛接框架柱的計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖4-1給出的是無(wú)側(cè)移多層鋼框架的子結(jié)構(gòu)，利用受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件的轉(zhuǎn)角位移方程，代入θE =θF =-θB ，θG =θH =-θA ，且θC =-θB ，θD =-θA 建立與節(jié)點(diǎn)A 有關(guān)的梁端與柱端力矩：

M AG =M AH =

M AB =M AC EI b 22θA (4-1) l EI =c (C θA +S θB ) (4-2) h

其中，C 、S 根據(jù)無(wú)側(cè)移彈性壓彎構(gòu)件轉(zhuǎn)角位移方程確定：

kl sin(kl ) -(kl ) 2cos(kl ) (kl ) 2-kl sin(kl ) ，S =，k =C =2-2cos(kl ) -kl sin(kl ) 2-2cos(kl ) -

kl sin(kl ) =π根據(jù)節(jié)點(diǎn)平衡條件：

可得：

EI ?EI ?EI 2 2b 2+C c ?θA +2S c θB =0l h ?h ? M AB +M AC +M AG +M AH =0

或 (2K 2+C )θA +S θB =0

(4-3)

式中：

K 2=I b 2/l I c /h

同時(shí)，可求出節(jié)點(diǎn)B 的彎矩平衡條件為

S θA +(2K 1+C ) θB =0 (4-4)

式中：

K 1=I b 1/l I c /h

由公式（4-3、4-4）組成無(wú)常數(shù)項(xiàng)的聯(lián)立程。要得到θA 和θB 的非零解，必須系數(shù)行列式等于零。這就是說(shuō)，子結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)應(yīng)滿足下列條件

2K 2+C

S

即 S =02K 1+C

C 2+2(K 1+K 2) C +4K 1K 2-S 2=0 (4-5)

把式中的C 和S 代入公式(4-5)整理后得，即得下列臨界條件：

2??π?2??π??π????π??π?? μ??+2(K 1+K 2) -4K 1K 2? μ??sin μ??-2?(K 1+K 2) μ??+4K 1K 2?cos μ??+8K 1K 2=0??????????????????

(4-6)

其中，式中的K 1與K 2分別表示柱下端與上端的梁的線剛度之和與各柱的線剛度之和的比值，說(shuō)明計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ的值取決于K 1與K 2。

對(duì)于有側(cè)移框架也可以按以上方法推導(dǎo)，過(guò)程從略，得到的臨界條件為：

2??π??

?36K 1K 2- μ???t ???????π?π?a +6(K +K ) =0 12 μ?μ??

(4-8)

《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第6.3.2條，

指出對(duì)于框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)可采用下列的近擬公式計(jì)算：

1. 有側(cè)移時(shí)

μ=

2. 無(wú)側(cè)移時(shí) 7. 5K 1K 2+4(K 1+K 2) +1. 52 (4-9) 7. 5K 1K 2+K 1+K 2

μ=0.64K 1K 2+1.4(K 1+K 2)+3 (4-7) 1.28K 1K 2+2K 1+K 2+3

K 1與K 2分別表示柱下端與上端的梁的線剛度之和與各柱的線剛度之和的比值 其中有側(cè)移框架常指純框架體，無(wú)側(cè)移結(jié)構(gòu)常指有支撐和（或）剪力墻的體系

4.1 計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)確定方法

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)(以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范”) 對(duì)框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)有明確的規(guī)定。在框架平面內(nèi)框架的失穩(wěn)分為有側(cè)移和無(wú)側(cè)移兩種，有側(cè)移框架的承載力比無(wú)側(cè)移的要小得多。因此，確定框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度時(shí)首先要區(qū)分框架失穩(wěn)時(shí)有無(wú)側(cè)移?？蚣苤姆治龇椒ㄓ袃煞N：一是采用一階分析方法（計(jì)算長(zhǎng)度法），即分析框架內(nèi)力時(shí)按一階理論，不考慮框架二階變形的影響，計(jì)算框架時(shí)用計(jì)算長(zhǎng)度代替柱的實(shí)際長(zhǎng)度考慮與柱相連的影響；二是采用二階或近似二階分析方法求得框架柱的內(nèi)力，穩(wěn)定計(jì)算時(shí)取柱的幾何長(zhǎng)度。目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)國(guó)家的規(guī)范采用了計(jì)算長(zhǎng)度法。該方法的計(jì)算步驟為：首先采用一階分析求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力，按各種荷載組合求出各桿件的最不利內(nèi)力；然后按第一類彈性穩(wěn)定問(wèn)題建立框架達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)的特征方程，確定各柱的計(jì)算長(zhǎng)度；最后將各桿件隔離出來(lái)，按單獨(dú)的壓彎構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定承載力的驗(yàn)算。驗(yàn)算中考慮了材料非線性和幾何缺陷等因素的影響。該方法的最大特點(diǎn)是采用計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)來(lái)考慮結(jié)構(gòu)體系對(duì)被隔離出來(lái)構(gòu)件的影響。該方法對(duì)比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)可以給出比較好的結(jié)果，而且計(jì)算比較簡(jiǎn)單。

柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)與相連的各橫梁的約束程度有關(guān)。而相交于每一節(jié)點(diǎn)的橫梁對(duì)該節(jié)點(diǎn)所連柱的約束程度，又取決于相交于該節(jié)點(diǎn)各橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比。因此，柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)就由節(jié)點(diǎn)各橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比確定，常見(jiàn)的鋼框架設(shè)計(jì)方法中均給出了根據(jù)框架柱端部約束條件直接查用的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)表格或曲線。“規(guī)范”將框架分為無(wú)支撐純框架和有支撐框架，根據(jù)支撐抗側(cè)移剛度的大小，有支撐框架又可分為強(qiáng)支撐框架和弱支撐框架。

根據(jù)不同的情況，不同支撐框架柱可分別選用有側(cè)移框架柱和無(wú)側(cè)移框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ[47]。

“規(guī)范”有側(cè)移和無(wú)側(cè)移框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ均為根據(jù)一定理想化的假定得到。對(duì)于需要確定無(wú)側(cè)移框架計(jì)算長(zhǎng)度的柱子以及與之相連的4根梁和上下兩根柱的計(jì)算模型如圖4-1。對(duì)有、無(wú)側(cè)移框架均采用了理想化的假定[46,48,49]。

無(wú)側(cè)移框架柱確定計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ時(shí)的基本假定[46]：1) 、梁與柱的連接均為剛接；2) 、柱與上下兩層柱子同時(shí)失穩(wěn)，即圖4-1中，柱AB 與柱BD 、AC 同時(shí)屈曲；

3) 、剛架屈曲時(shí)，同層的各橫梁兩端轉(zhuǎn)角大小相等，方向相反；4) 、橫梁中的軸力對(duì)梁本身的抗彎剛度的影響可以忽略不計(jì)；5) 、柱端轉(zhuǎn)角隔層相等；6) 、各柱

的這里P 是柱子的軸力，P E 是柱子計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)為1時(shí)的歐拉臨界力；7) 、失穩(wěn)時(shí)各層層間位移角相同；8) 、材料為線彈性材料。

有側(cè)移框架柱確定計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ時(shí)同無(wú)側(cè)移框架柱的基本假定大體相同，只是在第3點(diǎn)：剛架屈曲時(shí)同，同層的各橫梁兩端轉(zhuǎn)角大小相等但方向相同。

4.1.2 網(wǎng)殼規(guī)程的規(guī)定

《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ61-2003)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的型式，規(guī)定了構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度。對(duì)于雙層網(wǎng)殼桿件計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)按表4-1采用，單層網(wǎng)殼按表4-2采用。

表4-1 雙層網(wǎng)殼桿件的計(jì)算長(zhǎng)度l 0

節(jié) 點(diǎn)

桿件

螺栓球

弦桿及支座腹桿

腹 桿 l l 焊接空心球 0.9l 0.9l 板節(jié)點(diǎn) l 0.9l

表4-2 單層網(wǎng)殼桿件的計(jì)算長(zhǎng)度l 0

節(jié) 點(diǎn)

彎曲方向

焊接空心球

殼體曲面內(nèi)

殼體曲面外 l l 轂節(jié)點(diǎn) 0.9l 0.9l

“規(guī)范”及網(wǎng)殼規(guī)程的這些規(guī)定有很大的局限性：對(duì)于其它節(jié)點(diǎn)型式，特別

是大型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，桿件規(guī)格多、截面尺寸大、構(gòu)造復(fù)雜，采用上述節(jié)點(diǎn)型式將很不合理，導(dǎo)致無(wú)法采用現(xiàn)成的規(guī)范條文；而且本章后續(xù)的研究表明：網(wǎng)殼規(guī)程所取的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，特別是單層網(wǎng)殼，存在較大的安全隱患，不能直接運(yùn)用于設(shè)計(jì)中；構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)也不僅僅簡(jiǎn)單地與節(jié)點(diǎn)型式相關(guān)；當(dāng)前規(guī)范針對(duì)大跨空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度取值，缺乏明確的規(guī)定，更沒(méi)有提出計(jì)算方法，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員無(wú)據(jù)可依。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，通常將需要穩(wěn)定設(shè)計(jì)的構(gòu)件近似為軸壓構(gòu)件，通過(guò)歐拉公式反推的方法來(lái)確定計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，常見(jiàn)的各種方法如本章4.4節(jié)所述。

4.4.1 工程設(shè)計(jì)常用的方法

歐拉荷載的推導(dǎo)：

加圖：（P31）【5】陳驥的書

所圖所示兩端鉸接的挺直的軸心受壓構(gòu)件，按照小撓度理論求解中性平衡狀態(tài)時(shí)彈性分岔彎屈屈曲荷載。

如圖所示，兩端鉸接的軸心受壓桿件，在壓力P 的作用下，根據(jù)構(gòu)件屈曲時(shí)存在微小彎曲變形的條件，先建立平衡微分方程，再求解構(gòu)件的分岔屈曲荷載。在建立彎曲平衡方程時(shí)作如下基本假定：

（1） 構(gòu)件是理想的等截面挺直桿。

（2） 壓力沿構(gòu)件原來(lái)的軸線作用。

（3） 材料符合胡克定律，即應(yīng)力和應(yīng)變呈線性關(guān)系

（4） 構(gòu)件變形之前的平截面在彎曲變形后仍為平面。

（5） 構(gòu)件的彎曲變形是微波的。曲率可以近似地用變形的二次微分表示，即（）

可取如圖隔離體，列方程：（EIy``+PY=0）推導(dǎo)得出：P=n2pi()2EI/l2，其中式中n=1時(shí)為構(gòu)件具有中性平衡狀態(tài)時(shí)的最小荷載，即分岔屈曲荷載Pcr ，又稱為歐拉荷載Pe=pi^2EI/l2

采用計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定設(shè)計(jì)的原因：

的概念：

穩(wěn)定問(wèn)題具有多樣性、整體性及相關(guān)性三個(gè)問(wèn)題：【5】陳紹蕃P94

1） 多樣性：軸性受壓桿件有彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲、彎扭屈曲等多種形式。

2） 整體性：構(gòu)件作為結(jié)構(gòu)的組成單元，其穩(wěn)定性不能就其本身去孤立地分析，而

應(yīng)當(dāng)考慮相鄰構(gòu)件對(duì)它的約束作用。這種約束作用顯然要從結(jié)構(gòu)的整體分析來(lái)確定。穩(wěn)定問(wèn)題的整體性不僅表現(xiàn)為構(gòu)件之間的相互約束作用，也存在于圍護(hù)結(jié)構(gòu)與承重結(jié)構(gòu)之間的相互約束作用中，只不過(guò)在通常的平面結(jié)構(gòu)（框架和桁架）的分析中被忽略了。

3） 相關(guān)性：具體體現(xiàn)在不同失穩(wěn)模型之間有耦合作用、局部屈曲與整體屈曲互有

影響、組成構(gòu)件的板件之間發(fā)生屈曲時(shí)有相互約束用等。

【5】P169

結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪失穩(wěn)定屬于整體性問(wèn)題，需要通過(guò)整體分析來(lái)確定它們的臨界條件。不過(guò)，為了計(jì)算簡(jiǎn)便，目前在設(shè)計(jì)工作中的做法是所計(jì)算的受壓構(gòu)件（或壓彎構(gòu)件）從整體結(jié)構(gòu)中分離出來(lái)計(jì)算，計(jì)算時(shí)考慮結(jié)構(gòu)其他部分對(duì)它的約束作用，并用計(jì)算長(zhǎng)度來(lái)體現(xiàn)這種約束。

計(jì)算長(zhǎng)度的概念：

計(jì)算長(zhǎng)度的概念來(lái)源于理想軸心壓桿的彈性分析。其把端部有約束的壓桿化作等效的兩端鉸接的桿件，等效條件為兩者的承載力相同。

構(gòu)件在荷載作用下的變形曲線圖可以反映出了反彎點(diǎn)之間的距離，此距離代表了該構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度；因?yàn)榉磸濣c(diǎn)的彎矩為零，因此與鉸支點(diǎn)的受力相當(dāng)。根據(jù)不同的約束條件，反彎點(diǎn)可能落在構(gòu)件的實(shí)際長(zhǎng)度范圍之內(nèi)，也可能在其延伸線上[46]。

常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式的受壓構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)在相應(yīng)的規(guī)范及規(guī)程中都有所體現(xiàn)。將規(guī)范涉及到的可以直接使用的規(guī)范例舉如下：

1） 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第5.3條：桁架：含弦桿、單系腹桿（用節(jié)點(diǎn)板與弦桿連接）、交叉腹桿，

均分平面內(nèi)與平面外的計(jì)算長(zhǎng)度考慮；

框架：依據(jù)側(cè)移剛度將框架分為無(wú)支撐、弱支撐和強(qiáng)支撐框架三種，分別按照本規(guī)范的附錄D 的表格D-1至D-2查找框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)；

單層廠房的階形柱（單階柱及雙階柱）：按本規(guī)范附錄D-3至D-6查找相應(yīng)的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)

2） 鋼高規(guī)：第6.3.1及6.3.2條規(guī)定了鋼框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度取值

指出1）重力荷載作用下的穩(wěn)定計(jì)算，應(yīng)按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范相應(yīng)條文進(jìn)行，并指出相應(yīng)的近似公式：。。。。

2）結(jié)構(gòu)在重力和風(fēng)力或多遇地震作用組合下的穩(wěn)定計(jì)算相應(yīng)的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：第5.1條，根據(jù)鋼殼的分類及其節(jié)點(diǎn)的做法形式，分別定義其計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)

3） 空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：第5.1條，根據(jù)網(wǎng)架、雙層網(wǎng)殼、單層網(wǎng)殼、立體桁架及其桿

件分類和節(jié)點(diǎn)形式，分別定義其計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)

對(duì)于梁-柱鋼框架結(jié)構(gòu)體系，可直接采用規(guī)范查表的方法或?qū)嵱霉酱_定構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。但對(duì)于大多數(shù)不規(guī)則（非梁-柱鋼框架結(jié)構(gòu)體系）的大跨空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度取值，如上所述，規(guī)范不可能包含所有的結(jié)構(gòu)類型，也缺乏明確的規(guī)定，沒(méi)有提出計(jì)算方法，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員無(wú)據(jù)可依。

因此為了設(shè)計(jì)方便，工程上通常將其近似為軸壓構(gòu)件，通過(guò)反推的方法來(lái)確定計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。

大跨度結(jié)構(gòu)及其桿件的穩(wěn)定問(wèn)題都是一個(gè)整體問(wèn)題，各桿件互相支承、互相約束，任何一個(gè)構(gòu)件的屈曲都會(huì)受到其他構(gòu)件的約束作用，影響因素較多。而對(duì)于空間鋼結(jié)構(gòu)桿件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，規(guī)范（桁架體系、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)）根據(jù)桿件位置規(guī)范一般規(guī)定在0.8~1.0范圍內(nèi)取值。有學(xué)者的研究資料表明：對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系中部分桿件，采用低于1.0的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)取值可能偏于不安全。因此，工程上常從整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性角度出發(fā)，取重力荷載（自重＋附加恒載＋活荷載）標(biāo)準(zhǔn)值工況組合作用作為初始態(tài)，根據(jù)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的物理意義，通過(guò)整體結(jié)構(gòu)線性屈

曲分析來(lái)研究各主要桿件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，主要包括以下3個(gè)步驟[56]：

1) 、由線性屈曲分析得到結(jié)構(gòu)的各階屈曲模態(tài)以及屈曲臨界荷載系數(shù)；

2) 、檢查各階屈曲模態(tài)形狀，確定該桿件發(fā)生屈曲時(shí)的臨界荷載系數(shù)，乘以相應(yīng)的初始態(tài)軸力，得到該構(gòu)件的屈曲臨界荷載P cr ；

3) 、由歐拉臨界荷載公式反算各桿件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，即：

π2EI P cr =

2(μl )

μ=式中：EI 為桿件發(fā)生屈曲方向的彈性抗彎剛度；P cr 為桿件對(duì)應(yīng)的屈曲臨界荷載；l 為桿件的幾何長(zhǎng)度；μ為桿件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。

由4.3.2節(jié)可知，當(dāng)某個(gè)方向的荷載（如水平荷載）較大時(shí)，確定計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的初始態(tài)應(yīng)采用各工況的組合，這樣，根據(jù)不同的荷載組合下（初始態(tài)）反推出來(lái)的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)是不同的。

確定計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)主要是確定歐拉臨界荷載P cr 。

本文以確定一平面無(wú)側(cè)移框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度為例，詳細(xì)地介紹工程設(shè)計(jì)中。如圖4-6所示的有側(cè)移，橫梁與柱均為剛接，柱的截面為H500×400×12×20， I c =1.019×109mm 4，為保證柱先于梁發(fā)生屈曲，設(shè)梁的截面為1000×400×30×30， I b =9.80×109mm 4，鋼材采用Q235。作用在梁上的荷載標(biāo)準(zhǔn)值q=60kN/m，柱高l c =6m，梁長(zhǎng)度l b =6m。

圖4-6 無(wú)側(cè)移剛架

按規(guī)范的設(shè)計(jì)方法，由K 1i =i b

c EI b /l b I b l c 9.80?109?6000====9.6173，EI c /l c I c l b 1.019?109?6000

K 2=0根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范附錄D 表D-1，采用插值法μ=0.7341, 或采用實(shí)用公式的方法：

μ=0.64K 1K 2+1.4(K 1+K 2) +31.4?9.6173+3==0.7404 1.28K 1K 2+2(K 1+K 2) +32?9.6173+3

.3.2 整體屈曲法

通過(guò)整個(gè)結(jié)構(gòu)的屈曲分析確定該構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度，其方法是將該構(gòu)件放在整體模型中，進(jìn)行屈曲模態(tài)分析，從而得到歐拉臨界力和屈曲系數(shù)的方法。整體模型的屈曲分析具有較為直觀的屈曲模態(tài)，可以直接看到結(jié)構(gòu)整體的屈曲變形，通過(guò)判斷各階屈曲模態(tài)對(duì)應(yīng)的變形來(lái)判斷具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否發(fā)生屈曲，從而得到其對(duì)應(yīng)的屈曲臨界力[57]。該方法較難判斷具體構(gòu)件應(yīng)對(duì)應(yīng)的屈曲模態(tài)，常導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏于保守；但該方法考慮了諸多計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的影響因素，與實(shí)際情況也相符合，較為合理。

本文采用SAP2000做鋼框架的屈曲分析。在荷載q 的作用下，鋼框架的軸力如圖4-7(a)所示，圖(b)為構(gòu)鋼框架的第一階屈曲模態(tài)，從變形圖可以看出，柱子發(fā)生了屈曲。 -180-180

(a) q作用下的軸力(kN) (b) 第一階屈曲模態(tài)(η=784.547)

圖4-7 荷載作用下的軸力及屈曲模態(tài)

所以，柱子的臨界荷載為：

P cr =ηP =180?784.547=141218.46kN

由歐拉臨界荷載公式反算各桿件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)：

μ===0.638

由此可見(jiàn)，兩者非常接近。工程中的一系列對(duì)比，也說(shuō)明這些做法是正確的，下面以筆者的一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明些方法在工程實(shí)踐中的運(yùn)用。

本算例取決于某工程的施工頂升架，頂模鋼平臺(tái)由桁架層、支撐柱和支撐鋼梁組成，鋼平臺(tái)桁架層由主桁架、次桁架、三級(jí)桁架和邊桁架及內(nèi)部小次梁、吊架梁等構(gòu)件組成。桁架層高2.05m ，支撐柱高12.6m ，兩層支撐鋼梁間距4.5m 。頂模鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)采用SAP2000軟件，圖2.1.1至圖2.1.3為頂模鋼平臺(tái)sap2000計(jì)算模型。

圖2.1.1頂模鋼平臺(tái)三維圖

圖2.1.2 頂模鋼平臺(tái)立面圖

圖2.1.3 頂模鋼平臺(tái)平面圖

荷載考慮：恒荷載、活荷載、風(fēng)荷載（考慮三種情況：施工狀態(tài)及提升狀態(tài)下遭遇八級(jí)風(fēng)、

施工狀態(tài)下遭遇十級(jí)風(fēng)、施工狀態(tài)下遭遇臺(tái)風(fēng)荷載）、頂升不同步位移、施工電梯荷載。

1.1 邊界約束條件

根據(jù)邊界約束條件的不同，鋼平臺(tái)分為兩種計(jì)算模型。施工狀態(tài)時(shí)，假定兩道支撐梁兩端為鉸接，如圖2.3.1所示；頂升狀態(tài)時(shí)，忽略支撐梁的約束作用，將千斤頂與支承柱的連接簡(jiǎn)化為鉸支座，如圖2.3.2所示。

圖2.3.1施工狀態(tài)支承柱的約束邊界

下列僅以施工狀態(tài) 圖2.3.2頂升狀態(tài)支承柱的約束邊界

1.1.1.1 支承柱計(jì)算長(zhǎng)度取值（根據(jù)屈曲分析）

采用十級(jí)風(fēng)施工狀態(tài)模型：

以結(jié)構(gòu)整體模型為基礎(chǔ)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征值屈曲分析。正常施工狀態(tài)下取D+L計(jì)算屈曲工況，圓管柱及格構(gòu)柱在Mode98的屈曲模態(tài)下首次發(fā)生屈曲。其屈曲變形及屈曲荷載如下：

圓管柱在D+L工況下的最小軸力值為：-2634kN ，則根據(jù)屈曲分析結(jié)果，施工階段的支承柱的一階彈性屈曲臨界荷載為2634×11.05=29105.7kN，根據(jù)歐拉公式可以反推得到理論計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)：

μ=π2EI

P cr l 23. 142?2. 06?105?5. 355?109==1. 40 29105. 7?103?138002

1.1.1.1 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算應(yīng)力比

將各計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)值手工輸入模型中，應(yīng)力比計(jì)算結(jié)果如下圖所示：

具體各構(gòu)件應(yīng)力比數(shù)值可在模型中查看，圓管柱最大應(yīng)力比為0.378，格構(gòu)柱應(yīng)力比均小于0.95，滿足規(guī)范要求。

整體穩(wěn)定性計(jì)算步驟如下【3】P61

鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體穩(wěn)定性理論分析的主要步驟包括：

（1） 建立完善結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

按理論設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)型建立完善結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，包括確定結(jié)構(gòu)幾何模型、構(gòu)件單元模型、構(gòu)件規(guī)格尺寸、構(gòu)件材料特性、結(jié)構(gòu)邊界條件等。

確定整體穩(wěn)定性驗(yàn)算的荷載組合

荷載組合常采用標(biāo)準(zhǔn)組合。對(duì)于活荷載需要按不同的分布模型分別進(jìn)行組合； 對(duì)于風(fēng)荷載需要按不同的風(fēng)向分別進(jìn)行組合。

結(jié)構(gòu)線性整體穩(wěn)定性分析

對(duì)每一種荷載組合，通過(guò)對(duì)穩(wěn)定特征方程的分析，分別計(jì)算結(jié)構(gòu)線性整體穩(wěn)定的臨界荷載因子（）及相應(yīng)的屈曲模態(tài)矩陣（）

確定結(jié)構(gòu)的初始幾何缺陷模型

對(duì)每一種荷載組合，確定相應(yīng)的初始幾何缺陷模式及幅值，可采用“一致缺陷模態(tài)法”模擬。若第一臨界點(diǎn)為重臨界點(diǎn)，應(yīng)選用與臨界荷載因子（）相應(yīng)的所有模態(tài)。對(duì)于第一臨界點(diǎn)附近頻率密集的結(jié)構(gòu)，應(yīng)多選用幾個(gè)模態(tài)。

結(jié)構(gòu)大位移幾何非線性整體穩(wěn)定性分析

包括完善結(jié)構(gòu)和有缺陷結(jié)構(gòu)分析，獲得相應(yīng)的整體穩(wěn)定最小臨界荷載因子（）和（）

判斷構(gòu)件是否出現(xiàn)屈服變形現(xiàn)象

判斷在幾何非線性分析過(guò)程中，當(dāng)荷載達(dá)到整體穩(wěn)定最小臨界荷載因子（）之前，主要構(gòu)件是非否屈服，若未屈服，則轉(zhuǎn)第（8）步，進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性評(píng)定，否則，進(jìn)入第（7）步。

結(jié)構(gòu)大位移彈塑性整體穩(wěn)定性分析

篇7

工程概況該廣告牌位于某火車站站前廣場(chǎng)東西兩側(cè)花壇內(nèi),花壇寬為3m,其一側(cè)為混凝土澆筑的廣場(chǎng),另一側(cè)為素混凝土路面。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探資料,工程場(chǎng)地的土層自上而下分為三層摘要:表層為填土(Qm1),層厚為2.5～2.7m,含碎磚塊、塊石及有機(jī)質(zhì)等,其靜力觸探比貫入阻力PS=0.83～3.65MPa,承載力fk=60～80kPa,壓縮模量ES=3.0～3.5MPa,該層填土土質(zhì)松軟,結(jié)構(gòu)松散,軟硬不均,強(qiáng)度低,未經(jīng)處理不宜作建筑物的基礎(chǔ)持力層;第二層為粉質(zhì)粘土(Qm1+p1),層厚為0.3～2.0m,含少量的氧化鐵,其靜力觸探比貫入阻力PS=0.83～1.85MPa,承載力fk=90～150kPa,壓縮模量ES=4.5～6.8MPa;第三層為粘土(Qm1+p1),位于離地面4m以下,該層未鉆穿,土質(zhì)呈硬塑狀態(tài),含大量的氧化鐵及鐵錳結(jié)核,其靜力觸探比貫入阻力PS=3.48～5.10MPa,承載力fk=250～360kPa,壓縮模量ES=10.5～15.0MPa,該層粘土分布面廣,厚度大,強(qiáng)度高,是良好的基礎(chǔ)持力層。工程場(chǎng)地內(nèi)的地下水類型主要為埋藏于表層填土中的上層滯水,地下水主要受大氣降水及地表水入滲補(bǔ)給,水位、水量均受氣候變化影響。

網(wǎng)易設(shè)計(jì)要求該廣告牌由18m高的獨(dú)立鋼柱離地面12m后撐起6×18m的矩形鋼結(jié)構(gòu)廣告燈箱。該地區(qū)基本風(fēng)壓為w=0.3kN/m2,地震設(shè)防裂度為7度。

廣告牌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)易結(jié)構(gòu)型式的選擇獨(dú)立鋼柱大型鋼結(jié)構(gòu)廣告牌的主體結(jié)構(gòu),目前常采用的形式有兩種摘要:一種為T型,其主骨架由一根獨(dú)立鋼柱和上部一根橫向主梁呈T型焊接而成,該體系主體結(jié)構(gòu)受力明確,計(jì)算簡(jiǎn)單,由立柱頂上焊接一根橫梁形成固結(jié)于地基上的T形剛架結(jié)構(gòu)體系,廣告燈箱面板通過(guò)各掛件及斜撐和T形剛架結(jié)構(gòu)相連。另一種為桁架式,其主骨架由一根獨(dú)立鋼柱和上部幾道相互平行的橫向主梁焊接而成,主梁之間由水平及斜向支撐連接,形成空間桁架體系,廣告燈箱直接掛靠在主骨架上。

網(wǎng)易經(jīng)過(guò)比選,該廣告牌結(jié)構(gòu)型式采用桁架式。其理由是摘要:第一,廣告牌結(jié)構(gòu)的控制設(shè)計(jì)荷載是風(fēng)載,風(fēng)壓直接功能在面板上,再由面板傳至骨架,此時(shí),在不同高程上的幾道主梁可把風(fēng)載較均勻地傳至立柱,因而可減小主梁和立柱連接處的應(yīng)力集中;其次,平行式桁架結(jié)構(gòu)主梁采用槽鋼,使結(jié)構(gòu)外形平整,便于廣告面板掛靠,并可加強(qiáng)面板和主骨架的連接,從而減小了面板的變形,以確保廣告面的感觀效果;第三,平行式桁架結(jié)構(gòu),可在每道主梁高程設(shè)置內(nèi)檢修梯,這樣給結(jié)構(gòu)的維護(hù)、檢修及掛、卸廣告布帶來(lái)了極大的方便,且保證了操作人員的人身平安;除此之外,平行式桁架結(jié)構(gòu),形式簡(jiǎn)潔、美觀,受力明確,節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工方便,從而能保證施工質(zhì)量。

網(wǎng)易結(jié)構(gòu)布置本工程采用獨(dú)立鋼結(jié)構(gòu)圓柱,通過(guò)節(jié)點(diǎn)板在三個(gè)不同高程搭焊三道橫向主梁,主梁之間設(shè)置橫隔梁和斜向支撐,形成空間桁架受力體系,主、橫梁間距主要考慮廣告面板骨架網(wǎng)格的布置,并使面板骨架節(jié)點(diǎn)和主骨架節(jié)點(diǎn)相一致,以加強(qiáng)面板和主骨架的連接。廣告牌面板的自身骨架掛焊在主體結(jié)構(gòu)上,形成整體上部結(jié)構(gòu)。主梁選用槽鋼,其他構(gòu)件均選用角鋼,型號(hào)按構(gòu)件的強(qiáng)度和變形條件選取。鋼立柱截面的選取,除考慮其強(qiáng)度及穩(wěn)定性外,還要綜合考慮廣告牌整體尺寸協(xié)調(diào)及美觀等方面的因素。

結(jié)構(gòu)分析

網(wǎng)易荷載和荷載組合結(jié)構(gòu)承受的主要荷載有摘要:1)自重;2)風(fēng)荷載;3)溫度荷載;4)檢修活載;5)地震荷載。

網(wǎng)易荷載組合有三類摘要:1)基本組合;2)非凡組合;3)施工吊裝。

網(wǎng)易應(yīng)力分析由于鋼立柱為壓彎構(gòu)件,其承載力取決于柱的長(zhǎng)細(xì)比、支承條件、截面尺寸以及功能于柱上的荷載等,計(jì)算表明,鋼立柱的承載力一般由穩(wěn)定控制。上部結(jié)構(gòu)的主梁可簡(jiǎn)化為剛結(jié)或鉸結(jié)在鋼立柱上的懸臂結(jié)構(gòu),主梁之間由橫梁及斜撐鉸結(jié)形成空間平行組合桁架。內(nèi)力計(jì)算采用有限元程序在計(jì)算機(jī)上完成。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論,對(duì)接焊縫在截面不減小的情況下,其強(qiáng)度可達(dá)到母材的強(qiáng)度,因而無(wú)需驗(yàn)算焊縫應(yīng)力,但應(yīng)嚴(yán)格檢查焊縫質(zhì)量及飽滿度。上部桁架桿件間的連接主要是角焊縫焊縫承受桿件間的應(yīng)力傳遞,其受力大小已由上部結(jié)構(gòu)計(jì)算得出,對(duì)廣告牌之類結(jié)構(gòu),上部結(jié)構(gòu)桿件受力一般不大,為施焊方便,可用圍焊,并統(tǒng)一取焊腳尺寸為hf=10mm,可滿足規(guī)范要求;但對(duì)廣告牌面板骨架和主骨架掛點(diǎn)處焊接須逐一核算。

變位控制

網(wǎng)易廣告牌立柱高18m,在水平風(fēng)載功能下會(huì)產(chǎn)生順風(fēng)向水平位移,上部結(jié)構(gòu)為懸臂桁架,在風(fēng)載及自重功能下,懸臂端部也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變位,假如這些變位過(guò)大,將直接影響到廣告牌的使用及感觀效果,重要的是,這些變位還將引起附加內(nèi)力,增大結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力,降低結(jié)構(gòu)的平安性,為此,在廣告牌設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格限制變位。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ17%26amp;#0;88)的規(guī)定,廣告牌水平向設(shè)計(jì)變位應(yīng)控制在10mm以內(nèi)為宜。

基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)

網(wǎng)易基礎(chǔ)型式及布置作為該類型廣告牌的基礎(chǔ)型式主要有兩種摘要:一種是平衡重力式,即上部荷載主要由大體積基礎(chǔ)重力來(lái)平衡,開(kāi)挖方量大,混凝土用量也較多,但施工簡(jiǎn)單,節(jié)省鋼材,適宜在土質(zhì)松軟且有開(kāi)闊的施工場(chǎng)地時(shí)利用。另一種為樁基式,其中又以擴(kuò)孔樁為主,該類基礎(chǔ)可在施工場(chǎng)地受限的情況下采用,其優(yōu)點(diǎn)是基礎(chǔ)施工場(chǎng)面很小,混凝土用量?jī)H為平衡重力式基礎(chǔ)的三分之一左右,但施工難度略有增大。

網(wǎng)易由于本廣告牌建在某火車站站前廣場(chǎng)兩側(cè)花壇內(nèi),花壇寬僅3m,若放坡開(kāi)挖基坑,勢(shì)必破壞兩側(cè)的廣場(chǎng)混凝土地坪和水泥混凝土路面,其修復(fù)工程造價(jià)可觀,還可能破壞地下埋管,經(jīng)綜合比較,選用了人工挖孔擴(kuò)底樁基礎(chǔ),使基坑開(kāi)挖只限在花壇內(nèi)進(jìn)行。為了減小孔壁支護(hù)的困難,基礎(chǔ)上部4m深范圍內(nèi)(表層填土和第二層粉質(zhì)粘土)不擴(kuò)孔,采用直徑為1.5m的圓孔;從4m深以下(第三層粘土)開(kāi)始擴(kuò)孔,以增大基底的受荷面積,來(lái)滿足地基承載力要求?；撞捎梅叫?尺寸為3×3m,總孔深為6m,基礎(chǔ)底下設(shè)置十字正交齒墻,以增強(qiáng)基礎(chǔ)的抗扭和抗剪切能力。樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算在樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算中,采用C法和m法兩種計(jì)算方法。結(jié)果表明,兩種方法計(jì)算結(jié)果比較一致,樁身最大彎矩出現(xiàn)在距地面62mm(m法為82mm)處,樁頂最大水平位移為4.86mm(m法為4.78mm)。樁身材料強(qiáng)度和配筋計(jì)算,按一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行?；A(chǔ)設(shè)計(jì)須考慮軸力、彎矩、扭矩等不同組合的功能,以保證基礎(chǔ)本身的強(qiáng)度、剛度及地基的承載力和抗剪強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

施工工藝

網(wǎng)易基礎(chǔ)工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)條件,本基礎(chǔ)采用人工挖孔擴(kuò)底樁,基礎(chǔ)底面置于第三層粘土中。基坑開(kāi)挖時(shí),采用孔壁支護(hù)和排水辦法,以確保樁孔成形和施工人員的人身平安?；娱_(kāi)挖完成并經(jīng)驗(yàn)槽后,馬上鋪設(shè)100mm厚碎石墊層,吊放鋼筋骨架,并及時(shí)澆筑基礎(chǔ)混凝土,預(yù)埋錨固螺栓,鋪設(shè)基礎(chǔ)頂部鋼筋加強(qiáng)網(wǎng),在澆至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),其頂面需用20mm厚1摘要:3水泥砂漿找平,然后加蓋螺栓定位及墊座鋼板。待基礎(chǔ)混凝土養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期,需對(duì)預(yù)埋螺栓進(jìn)行抗拔試驗(yàn),以確認(rèn)螺栓的抗拔承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。鋼結(jié)構(gòu)工程所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接均采用焊接,上部結(jié)構(gòu)均采用工廠化生產(chǎn)。鋼柱用鋼板在工廠卷焊而成,上部桁架結(jié)構(gòu)可在工廠拼焊;當(dāng)梁柱主骨架焊接完成,形成整體上部結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)做適當(dāng)?shù)募虞d試驗(yàn),以驗(yàn)證焊縫的質(zhì)量和主骨架的強(qiáng)度;廣告牌面板骨架和鍍鋅鐵皮面板拼接好后,可在地面直接掛焊到主骨架上,以便校正面板表面的不平整度,控制上部結(jié)構(gòu)整體外觀效果。吊裝定位廣告牌的立柱和上部結(jié)構(gòu)在工廠制成后,運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整體對(duì)接。在地面形成的整體廣告牌,可用兩臺(tái)吊車從頂、底兩個(gè)吊位進(jìn)行整體起吊安裝,在廣告吊裝就位后,用兩臺(tái)經(jīng)緯儀從相互垂直的兩個(gè)方向進(jìn)行糾斜、定位。每個(gè)方向的垂直度宜控制在h/2000(h為廣告牌高度)以內(nèi),且小于20mm。螺栓定位緊固后,宜在適當(dāng)時(shí)機(jī),澆筑素混凝土密封,以防螺栓外露銹蝕。本文提及的廣告牌建成后,經(jīng)過(guò)數(shù)次臺(tái)風(fēng)考驗(yàn),其垂直度和變位均滿足規(guī)定要求,而其總造價(jià)比同類廣告牌節(jié)省了20%,現(xiàn)已投入商業(yè)使用。

結(jié)束語(yǔ)

篇8

1．1工業(yè)建筑中常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)的作用

在工業(yè)建筑中，鋼結(jié)構(gòu)的常規(guī)應(yīng)用由來(lái)已久，我國(guó)多數(shù)工業(yè)廠房均采用的是常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)人字梁以及工字梁，這些常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)已成為工業(yè)早期時(shí)代的主要象征。而這些特征構(gòu)成了我國(guó)的吊車梁式系統(tǒng)以及常規(guī)鋼屋架系統(tǒng)。由于民用建筑、商用建筑以及工業(yè)建筑各有不同，在進(jìn)行工業(yè)建筑時(shí)要求建筑結(jié)構(gòu)能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)以及施工提供最好的跨度及空間。而傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)在跨度以及空間上的相關(guān)需求，從而鑒于此基礎(chǔ)上的鋼屋架系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，屋架系統(tǒng)主要由屋架、系桿以及支撐組成。同時(shí)吊車梁系統(tǒng)作為工業(yè)廠房的重要部分，多數(shù)廠房中均設(shè)有吊車，主要由車檔、吊車梁、軌道、制動(dòng)結(jié)構(gòu)及連接件等構(gòu)成。在傳統(tǒng)鋼筋砼結(jié)構(gòu)不能夠滿足新時(shí)代工業(yè)建筑在相應(yīng)功能及跨度上需求時(shí)多采用鋼結(jié)構(gòu)。如(1)材料堆場(chǎng)、大型倉(cāng)庫(kù)以及飛機(jī)裝配車間等多采用鋼結(jié)構(gòu)體系，這些鋼結(jié)構(gòu)體系多為網(wǎng)架、拱架、門式剛架以及懸索等;(2)建筑物受到動(dòng)力荷載影響時(shí)，多采用鋼結(jié)構(gòu)體系;(3)碳素廠高樓部碳素振動(dòng)成型機(jī)對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的耐疲勞程度和強(qiáng)度要求均較高時(shí)，多采用鋼結(jié)構(gòu)體系;(4)在高烈度區(qū)，鋼筋砼結(jié)構(gòu)早已超出了現(xiàn)行工業(yè)行業(yè)的規(guī)范以及規(guī)定，應(yīng)采用鋼結(jié)構(gòu)以滿足其新的需要;(5)原有廠房需改建或擴(kuò)建時(shí)，多采用鋼結(jié)構(gòu)。綜上即可知，鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)今工業(yè)建筑中有著十分重要的作用，且應(yīng)用廣泛。

1．2工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用方向

在工業(yè)建筑中，相關(guān)人員應(yīng)該根據(jù)規(guī)定的生產(chǎn)流程來(lái)為工藝服務(wù)。在這個(gè)過(guò)程中，工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)的形式、材料與空間等多個(gè)方面都有特殊的標(biāo)準(zhǔn)。由于建筑體量比較大，要求相關(guān)人員應(yīng)該注重把握好尺度，熟練掌握新材料技術(shù)。因此，工業(yè)建筑與普通建筑相比，具有一定的特殊性。在工業(yè)建筑中，一些比較簡(jiǎn)單的建材會(huì)被新建材取代，落后的施工工藝會(huì)被淘汰。如今在工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)方面，包括鋼纜、構(gòu)件和型材等方面的建材類型越來(lái)越豐富。另外，高性能施工涂料的應(yīng)用有效地解決了工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)中存在的防火、防腐、防污染以及隔熱等多個(gè)方面的問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，涌出了很多新的設(shè)備、工藝與材料，有利于迎合工業(yè)建筑設(shè)計(jì)的更高要求，落后的原有工業(yè)建筑體系應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的完善。

2鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中存在的問(wèn)題

目前，人們對(duì)工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)在建筑方面的相關(guān)認(rèn)識(shí)還不夠全面。傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)一直影響著人們的建筑觀念，直到現(xiàn)在也還沒(méi)有徹底轉(zhuǎn)變。工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)體系還不夠完善，其具有一定的復(fù)雜性以及綜合性，涉及到多種配套體系，比如屋面、墻體、防腐、隔熱和保溫等多個(gè)方面的配套材料。而國(guó)內(nèi)的工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，其技術(shù)水平與設(shè)計(jì)理念相對(duì)落后，專業(yè)人才的培養(yǎng)、新產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)備的制作與安裝水平、鋼材質(zhì)量等多個(gè)方面都沒(méi)有得到很明顯的提升。從事工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制作、安裝以及監(jiān)理等領(lǐng)域的相關(guān)工作人員依舊沒(méi)有掌握好新知識(shí)，沒(méi)有徹底轉(zhuǎn)變新理念，沒(méi)有充分挖掘新材料，對(duì)新的施工方法也缺乏足夠的掌握力度。

3優(yōu)化工業(yè)建筑施工過(guò)程中的鋼結(jié)構(gòu)

在實(shí)際工作中，為了有效地提高工業(yè)建筑中鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.1需要我們確保腳螺栓的穩(wěn)定與堅(jiān)固，保證在腳螺栓使用過(guò)程中控制得當(dāng)，且可以保證鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用合理有效。對(duì)腳螺栓的安裝與埋設(shè)，需要重視其精度問(wèn)題，以保證其他環(huán)節(jié)的有序穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2要在地腳螺栓的安裝中，注意鋼柱的準(zhǔn)備，有效地協(xié)調(diào)平面控制網(wǎng)全系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)而更好地保證螺栓的安裝精度，使鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加。

3.3要注意順利彈出柱腳底板十字線、地腳螺栓的中心線，并將柱腳剪力孔做好積極的清理工作，在鋼柱就位后，要將標(biāo)高調(diào)整好，并堅(jiān)固螺母。

3.4對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的施工需要注意梁柱安裝，并控制梁柱之間的柱間支撐精度，使空間單元的穩(wěn)定性提高，以保證其他安裝工作有效進(jìn)行。

3.5要注意合理有效地應(yīng)用墊板，確保墊板定位線精準(zhǔn)，以對(duì)后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)施工整體運(yùn)作起到優(yōu)化的作用。此外，在安裝結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，要健全構(gòu)件儲(chǔ)備，并能夠充分地利用構(gòu)件設(shè)備，更好地滿足實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)工作需要。堆放要合理規(guī)范，管理科學(xué)。每個(gè)存放場(chǎng)地均要有專人管理，根據(jù)供貨需要攜帶清單取貨，適時(shí)清點(diǎn)。

篇9

2混凝土水池設(shè)計(jì)

在分析完混凝土水池荷載情況之后，在水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮這些荷載作用.下面我們以矩形鋼筋混凝土水池為例做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析.首先，完成長(zhǎng)高比池壁的計(jì)算假定.側(cè)向荷載作用下，水池不同長(zhǎng)高比受力情況有所差異，根據(jù)池壁單向與雙向受力情況做劃分。水池結(jié)構(gòu)的布置要符合設(shè)計(jì)原則，像矩形水池均為長(zhǎng)方形，布置時(shí)要考慮地形.基礎(chǔ)形式為擋土墻水池基礎(chǔ)多采用池壁下設(shè)置帶形基礎(chǔ)，地板采用鋪砌式結(jié)構(gòu)，地板做成整體式，水池基礎(chǔ)為水平框架式和雙向板式.伸縮縫的設(shè)置上要考慮建造位置，比如土基中矩形水池，伸縮縫間隔情況如下：普通≤20m，溫度區(qū)間段≤20m，巖基中間隔≤15m；比如建造在土基中的鋼筋混凝土矩形地下式水池，伸縮縫間隔情況如下：普通≤30m，巖基中間隔≤20m.水池池壁結(jié)構(gòu)形式的選擇情況如下：開(kāi)敞式水池宜選擇變厚池壁，池底厚度為池壁的1.5倍；擋土墻式選擇等厚池壁；水平框架式池壁選擇變厚池壁.遵照以上設(shè)計(jì)原則，水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將會(huì)保持合理性與穩(wěn)定性，利于施工.

3鋼筋混凝土水池施工要點(diǎn)

鋼筋混凝土水池施工中要注意施工縫、混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)等施工要點(diǎn).像施工縫，在底板澆筑完成后，池壁與底板的施工縫要在八字以上1.5m與2m處，底板和柱的施工縫在表面.池壁豎向澆筑要一次澆到施工縫處，并對(duì)柱身、柱帽等做兩次澆筑，以確保穩(wěn)定性.對(duì)施工縫還要做鑿毛處理，將不密實(shí)表面或者浮漿鑿掉，還要避免損及混凝土棱角，避免剔出粗集料.鋼筋綁扎時(shí)可使用板凳筋做法或者排架法.混凝土澆筑過(guò)程中要保持池壁模板的穩(wěn)定，避免變形或硬化失敗.至于施工縫要提前清理，保持合理濕潤(rùn)度，在澆筑前鋪與混凝土配比相同的水泥砂漿，澆筑部分分層完成，每層厚度≤4m，間隔時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，均勻攤鋪.在澆筑頂部時(shí)，要暫停1h，在混凝土下沉后做二次震動(dòng)，消除可能因沉降造成的裂縫，澆筑完成后及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù).養(yǎng)護(hù)根據(jù)季節(jié)不同有不同注意要點(diǎn)，比如夏季因高溫干燥或者多雨等混凝土強(qiáng)度會(huì)受影響出現(xiàn)收縮裂縫后，必須在初凝后聯(lián)系養(yǎng)護(hù)兩周才能拆模，養(yǎng)護(hù)期間還要及時(shí)灑水，保證濕潤(rùn)到位.完成養(yǎng)護(hù)拆模時(shí)表面還要添加超時(shí)的覆蓋層，及時(shí)回填土，保證混凝土水池的施工質(zhì)量.

4鋼筋混凝土水池施工實(shí)例分析

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圖1建筑剖面圖

2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，工程地質(zhì)情況見(jiàn)表1，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類。

表1地基各巖土層設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)推薦使用值表

層

號(hào)

指項(xiàng)

標(biāo)目

值

巖土層

名稱

天然

容重

壓縮模量

內(nèi)聚力

內(nèi)摩擦角

承載力特征值

樁端阻力特征值qsa和樁側(cè)阻力特征值qsa

樁側(cè)負(fù)摩阻力系數(shù)

層厚（米）

預(yù)制樁

r

Es1-2

Es2-3

Es3-4

C

φ

fak

qsa

qsa

ζ

kN/m3

Mpa

Kpa

度

Kpa

Kpa

0.25

1.6~2.2

①-1

素填土

17.5

70-80

0.25

0.4~2.5

①-2

填中砂

17.0

80-90

0.4~0.9

②

粘土

18.7

4.0-5.0

15

7.5

110-120

10-13

0.20

15.2~37.3

③

淤泥

15.6

1.5-20.

2.0-2.5

3

3.1

40-45

6-7

0.25

1.1~12.10

④

粘土

19.1

5.5-6.5

7.0-9.0

31

11.6

170-190

18-20

1088-2000

1.2~1.8

⑤

淤泥質(zhì)土

16.1

2.0-2.5

2.5-3.0

5

6.5

55-60

9-10

2.8~4.9

⑥

粘土

19.3

7.0-8.0

9.0-10.0

40

11.0

180-190

18-20

5.5~

2.2樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

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，以粉質(zhì)粘土④為持力層。樁身進(jìn)入持力層0.8m。單樁豎向承載力特征值R=500kN，由于柱腳固接，吊車作用下，柱底彎矩較大，為使樁不出現(xiàn)拉力，而形成抗撥樁，因此必須采用雙樁，而且樁距不能按常規(guī)取3.5d。本工程邊柱最大軸壓力N=653kN，M=-364.8kN，V=-77.8kN，兩樁樁距取3.2m，承臺(tái)高1.2m。墻體傳來(lái)4.1×4.5×6=110.7kN

樁最小反力Nmin=(653+110.7+0.8×4.220)/2－(364.8+77.8×1.0)/3.2=262kN＜R=600kN

Nmax=568.35＜1.2R

中柱，N=1137kN，V=35.4kN，M=225.6kN算得Nmin=513.9＜R=600kN

Nmax=690.3＜1.2R=720kN經(jīng)計(jì)算滿足要求，可滿足抗沖、抗剪要求。

3上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程為兩跨21m，兩臺(tái)10t+15t重級(jí)工作制吊車，柱距6m，共有39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(dòng)桁架來(lái)增加廠房的整體空間剛度，全長(zhǎng)234m，不設(shè)伸縮縫，墻體采用壓型鋼板。選用熱軋H型鋼經(jīng)選用電算定下，用鋼量最低的剛架尺寸，見(jiàn)圖2

圖2剛架圖

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(huì)造成剛架晃動(dòng)，存在安全隱患，因此支撐的設(shè)置非常關(guān)鍵，因選用用鋼量小的窄翼緣H型鋼，因此柱平面外計(jì)算長(zhǎng)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4米設(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7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(duì)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(dòng)桁架。

3.3隅撐的設(shè)計(jì)

隅撐可以用來(lái)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(duì)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，見(jiàn)圖3。

圖3隅撐的設(shè)計(jì)

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(yáng)光板，開(kāi)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(wú)簡(jiǎn)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(guò)隅撐對(duì)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(wèn)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(wèn)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(jiǎn)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(dòng)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(wú)面板側(cè)向支撐時(shí)，必須對(duì)檁條的下翼緣進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。福州地區(qū)基本風(fēng)壓為0.7kN/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Z180×70×22.2Q345，檁距1.2m，可以滿足要求。

4結(jié)語(yǔ)

本工程至今已竣工投產(chǎn)近一年，吊車運(yùn)轉(zhuǎn)正常，經(jīng)歷幾次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和冬夏大溫差的考驗(yàn)，均能滿足正常使用要求，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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(jiǎn)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(lái)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(duì)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。為達(dá)到進(jìn)一步減少鋼耗，降低成本的目的，還可以采用各種先進(jìn)的科技手段，如引入預(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。為此，在謀求改進(jìn)方面希望本文能起到拋磚引玉的作用，同時(shí)我們期待著與專家同行的合作。請(qǐng)大家共同關(guān)注與探討并指正。

參考文獻(xiàn)

[1]陸賜麟，輕鋼結(jié)構(gòu)的重量應(yīng)該更輕，建筑結(jié)構(gòu)[J]，2003（10）