導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇房屋鋼結構設計論文，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構技術規(guī)程》公布以來已經快三年。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，結構壓壞恐怕很難避免，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，找到鋼結構委員會來了，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，令人擔心，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在排架多起來。用鋼筋砼柱、輕鋼梁，造價較低，但有的嚴重不合規(guī)定?，F在是市場驅動，有些企業(yè)搞承包能省就省，盡量壓低造價，管它是否符合規(guī)定。有的連規(guī)定也不清楚。利用開年會的機會，結合了解到的一些情況，就門式剛架房屋設計施工中的問題，作一個發(fā)言，拋磚引玉，希望和與會代表交流，取得一致看法。

2．設計方面

1）屋面活荷載取值

框架荷載取0.3kN/m2已經沿用多年，不打算修改。但屋面結構，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到0.5kN/m2。《鋼結構設計規(guī)范》征求意見稿規(guī)定不上人屋面的活荷載為0.5kN/m2，但構件的荷載面積大于60m2的可乘折減系數0.6。門式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kN/m2，與鋼結構設計規(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。現在有的框架梁太細，檁條太小，明顯有克扣荷載情況，今后應特別注意，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，除驗算坡面斜梁撓度外，是否要驗算跨中下垂度？過去不明確，它可能講課時說過不包括屋脊點垂度?，F在了解到，美國是計算的。他們作框架分析，一般是將構件分段，用等截面程序計算，每段都要計算水平和豎向位移，不能大于允許值，等于要驗算跨中垂度?？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斜坡，使屋面變形?，F在打算做個規(guī)定，剛架側移后，當山尖下垂對坡度影響較大時（例如使坡度小于1/20），要驗算山尖垂度，以便對屋面剛度進行控制。

3）鋼柱換砼柱

少數單位設計的門式剛架，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埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節(jié)省鋼材和降低造價。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時梁柱只能鉸接，不能剛接。多高層建筑中，鋼梁與墻的連接也是如此。因為混凝土是一種脆性材料，雖然構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，在門式剛架設計好之后，又根據業(yè)主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。應當指出，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，構件內力也不同，要的工程斜梁很細，可能與此有關。建筑結構是一門科學，如果不按科學辦事，是要吃苦頭的。今后國家要執(zhí)行建筑法，實行強制性條款，違反其中一項，出了工程事故，是要受罰的。

4）檁條計算不安全

檁條計算問題較大。檁要是冷彎薄壁構件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時要屈曲，強度計算應采用有效寬度，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《冷彎薄壁型鋼構件技術規(guī)程》中講的，有的設計人員恐怕還不了解，甚至有些設計軟件也未考慮。但是，設計光靠軟件不行，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，設計人員往往忽略強度計算要用凈斷面，忽略釘孔減弱。這種減弱，一般達到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，如果強度計算不用凈截面，實際應力將高于計算值。《規(guī)程》3.1.7條規(guī)定：“結構構件的受拉強度應按凈截面計算，受壓強度應按有效截面計算，穩(wěn)定性應按有效截面計算，變形和各種穩(wěn)定系數均可按毛截面計算”。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，鋼結構學過沒有？因為這是鋼結構的基本概念問題。如果這樣的問題都簽不出，說明他還不具備鋼結構的設計資格的。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算承載力的。如果用Q235的，又想用得薄，計算時還不考慮有效截面，荷載稍大時檁條就要垮。

3．施工方面

1）柱子拔出

有的剛架在大風時柱子被拔起，這是實際中常出現的事故。主要原因不是剛架計算失誤，而且設計柱間支撐時，未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向尺度較小時，只設置少量柱間支撐來抵抗縱向風荷載，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，在風荷載較大的地區(qū)剛架柱受拉時，在柱腳應考慮抗拔構造，例如錨栓端部設錨板等。

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

端板連接是結構的重要部位。由于加工要求不嚴，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。強行用螺栓拉在一起，仍留下很寬縫隙，嚴懲影響工程質量。

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。錨栓安裝應堅持先將底板用下部調整螺栓調平，再用用無收縮砂漿二次灌漿填實，國外此法施工。最近在上海討論輕鋼施工驗收規(guī)程，不少專家強調了這種方法。

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，遷延時間較長。屋面的設計荷載很小時，當吸水量達至一定程序，超過了結構的承載能力，就要倒塌。

6）保溫材料胡亂安裝

保溫材料一般采用玻璃棉，其厚度根據熱功計算確定。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，實際上它的主要作用是作隔汽層。承受懸掛時的拉力還可以用玻璃纖維布或鋼絲網?，F在看到有些工程，玻璃棉不用任何隔汽層。另外，當采用內層鋼板吊頂時，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，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，將周邊門窗關閉，由于室內外溫差大，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。經驗告訴我們，當保溫卷材有隔汽層并保持接縫處密封時，卷材是干燥的，無隔汽層時卷材是濕的。在水份的長期浸泡下，隨著時間的推移，保溫棉將被逐漸壓實，最終失去應有的保溫作用，因此安裝方法是否對頭，關系很大。

篇2

1.課題名稱：

鋼筋混凝土多層、多跨框架軟件開發(fā)

2.項目研究背景：

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

編寫算例使用建設部最新出臺的《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2002,該規(guī)范與原混凝土結構設計規(guī)范GBJ10-89相比，新增內容約占15%，有重大修訂的內容約占35%，保持和基本保持原規(guī)范內容的部分約占50%，規(guī)范全面總結了原規(guī)范實施以來的實踐經驗，借鑒了國外先進標準技術。

3. 項目研究意義：

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

由于結構計算牽扯的數學公式較多，并且所涉及的規(guī)范和標準很零碎。并且計算量非常之大，近年來，隨著經濟進一步發(fā)展，城市人口集中、用地緊張以及商業(yè)競爭的激烈化，更加劇了房屋設計的復雜性，許多多高層建筑不斷的被建造。這些建筑無論從時間上還是從勞動量上，都客觀的需要計算機程序的輔助設計。這樣，結構軟件開發(fā)就顯得尤為重要。

一棟建筑的結構設計是否合理，主要取決于結構體系、結構布置、構件的截面尺寸、材料強度等級以及主要機構構造是否合理。這些問題已經正確解決，結構計算、施工圖的繪制、則是另令人辛苦的具體程序設計工作了，因此原來在學校使用的手算方法，將被運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的結構知識來設計出做法，還要想到如何把這些做法用代碼來實現，

4.文獻研究概況

在不同類型的結構設計中有些內容是一樣的，做框架結構設計時關鍵是要減少漏項、減少差錯，計算機也是如此的。

建筑結構設計統(tǒng)一標準(GBJ68-84) 該標準是為了合理地統(tǒng)一各類材料的建筑結構設計的基本原則，是制定工業(yè)與民用建筑結構荷載規(guī)范、鋼結構、薄壁型鋼結構、混凝土結構、砌體結構、木結構等設計規(guī)范以及地基基礎和建筑抗震等設計規(guī)范應遵守的準則，這些規(guī)范均應按本標準的要求制定相應的具體規(guī)定。制定其它土木工程結構設計規(guī)范時，可參照此標準規(guī)定的原則。本標準適用于建筑物(包括一般構筑物)的整個結構，以及組成結構的構件和基礎;適用于結構的使用階段，以及結構構件的制作、運輸與安裝等施工階段。本標準引進了現代結構可靠性設計理論，采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法分析確定，即將各種影響結構可靠性的因素都視為隨機變量，使設計的概念和方法都建立在統(tǒng)計數學的基礎上，并以主要根據統(tǒng)計分析確定的失效概率來度量結構的可靠性，屬于概率設計法，這是設計思想上的重要演進。這也是當代國際上工程結構設計方法發(fā)展的總趨勢，而我國在設計規(guī)范(或標準)中采用概率極限狀態(tài)設計法是迄今為止采用最廣泛的國家。

結構的作用效應 常見的作用效應有：

1.內力。

軸向力，即作用引起的結構或構件某一正截面上的法向拉力或壓力;

剪力，即作用引起的結構或構件某一截面上的切向力;

彎矩，即作用引起的結構或構件某一截面上的內力矩;

扭矩，即作用引起的結構或構件某一截面上的剪力構成的力偶矩。

2.應力。如正應力、剪應力、主應力等。

3.位移。作用引起的結構或構件中某點位變(線位移)或某線段方向的改變(角位移)。

篇3

中圖分類號：TU2文獻標識碼： A

前言

在進行建筑鋼結構設計的時候，會受到很多因素的影響，建筑鋼結構在設計的時候，要滿足建筑的要求，不能對建筑設計進行破壞，同時鋼結構設計的能力范圍也是建筑設計的上限，就是建筑設計不能超出鋼結構設計的能力范圍，在安全和合理方面要達到要求，建筑設計是否能夠得到實現離不開鋼結構設計。

一、鋼結構設計遵循的原則

1. 保證結構的整體性。鋼結構的整體性，能保障建筑耐用的年限增加，且殘值率為 0. 2，設計者必須明確各類外力從作用點到基礎的傳遞路徑和傳遞過程產生的效應，有關構件如何既分工又協同的工作。

2.設計必須體現計算和構造的一致性。根據房屋建筑的荷載特點及其力學行為，尤其是對地震荷載的反應，都要達到預期的效果。

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

二、建筑鋼結構設計應注意的問題

1.鋼結構的選型和布置

高層建筑鋼結構體系一般分為四類，通常情況下是根據其側力不同來劃分的。在實際的工作中，鋼結構的設計主要是概念設計，應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可行的結構體系。還要通過鋼材結構的優(yōu)勢、細節(jié)、力學關系的對比來實際考察。另外，鋼結構的布置要依據體系的特點以及具體使用情況和性質綜合考慮。通常情況下，既要保證鋼結構的剛度，又要確保鋼結構的受力分布均勻，還要最大限度減少建筑的扭轉效應，保證各層的抗側力強度。在施工的時候，要滿足建筑的各項使用功能和要求。

2. 鋼結構穩(wěn)定性設計應注意的問題

隨著計算機技術的飛速發(fā)展，鋼結構設計中已大量運用計算機輔助設計，市面上針對鋼結構設計的商用軟件也涌現了很多。鋼結構設計人員通過軟件對荷載進行布置，結構穩(wěn)定性計算、強度計算則交由計算機自動完成。在進行穩(wěn)定性計算的時候，為簡化計算，通常的做法是將結構的標高按一定規(guī)范轉化成相應荷載進行設計，其余部分計算也是交由計算機完成。

2.1目前，隨著科技的發(fā)展，鋼結構穩(wěn)定性研究有了較大進展，但是仍然存在一些問題

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

2）在進行大跨度結構設計時，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。在這一做法中，沒有反應整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的內在聯系。設計者不能知其然而不知其所以然，對于這些影響鋼結構穩(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。包括極限應力、材料的彈性模量、切變模量等；構件的長寬比、截面形狀、受力狀態(tài)、截面面積和尺寸。

4）統(tǒng)計的不確定性。統(tǒng)計原理基于大量的數據支撐，從而建立相應的數據函數模型。由于工程中數據的獲得存在一定難度，就會導致統(tǒng)計信息的缺乏，產生不確定性。

5）模型的不確定性。在進行結構的分析之前，需要在相應的假設基礎上，利用邊界條件等條件建立數學模型。由于前提假設的缺陷和人類現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構穩(wěn)定性的隨機因素，鋼結構設計理論的發(fā)展離不開我們對這些因素的研究。

2.2鋼結構穩(wěn)定性設計經驗

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

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

3.樓面結構設計

在建筑施工中，使用的施工材料不同，會導致建筑在使用的時候也是不同的，鋼結構的房屋和混凝土結構的房屋在溫度伸縮縫區(qū)段長度上是有很大的差別的。通常混凝土結構的溫度伸縮縫是較短的。鋼結構框架的房屋在進行樓板施工的時候，通常會采用現澆混凝土施工的方式來進行施工，這樣是為了避免在施工中出現樓板開裂的情況，在進行施工的時候可以在混凝土結構中預留溫度伸縮縫。在進行施工的時候，采用設置后澆帶施工也是可以減小混凝土溫度變化出現裂縫的有效措施。在樓板施工中使用壓型鋼板進行施工也是可以的，但是一定要滿足構造的要求，同時在鋼梁上要進行焊接。同時在進行施工時，連接措施也是保證混凝土和壓型鋼板可以順利進行施工的重要保證。在進行施工的時候，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施工的具體情況來決定是否使用。

4.網架結構的計算

設計人員在進行設計的時候，通常是將網架結構設計和下部結構設計分開來計算的。在進行計算的時候，要先假定網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，然后進行下部結構的計算。但是在實際的工作中，下部結構的形式通常都是以住或者是梁的形式體現的，這種結構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。網架結構的設計可以避免工程施工中出現過多的事故，同時也是為了更好的保證建筑在使用的時候不出現事故。網架結構在計算的時候對鋼材的選擇也是非常重要的，同時在選擇鋼材的時候一定要保證鋼材的彈性非常好。

三、鋼結構計算長度系數的確定

對于一些大跨空間結構桿件的計算長度系數取值，目前研究領域沒有明確規(guī)定，更缺乏計算方法的支持。因而在實際工程中，鋼結構計算長度系數往往較難計算。筆者在實際工作中發(fā)現，反彎點法可以較準確地確定計算長度系數，使設計工作便捷。具體方法如下。

豎向荷載為主時，在框架分析得到的彎矩圖里，框架柱腳彎矩和柱頂的彎矩方向是相反的，一正一負經過零，零點位置叫反彎點，反彎點都位于柱中點附近。反彎點法是一種手工計算的簡化近似計算方法之一種，適用于規(guī)則框架。就是利用這個（反彎點都位于柱中點附近）特性，設每層柱子中點彎矩為零，把多層框架截成每層的計算簡圖來計算。由于約束條件是多種多樣的，有時很難在變形曲線上表示出反彎點之間的距離。反彎點法主要包括以下幾個步驟：反彎點位置的確定；柱的側移剛度的確定；各柱剪力的分配；柱端彎矩的計算；梁端彎矩的計算；梁的剪力的計算。

結束語

在建筑工程中，結構設計是非常重要的組成部分，是進行建筑工程施工的重要保證。在進行鋼結構設計的時候，要對不同的鋼結構設計出現的問題進行分析，使以后的鋼結構設計工作可以得到更好的發(fā)展。

參考文獻

[1] 鄭寶磊；山西首幢高層鋼結構公寓設計與整體計算分析 [D]；太原理工大學；2011.

[2] 吳星；多高層鋼結構立體停車庫整體穩(wěn)定性能研究 [D]；湖南大學；2010.

[3] 張娟娟；甘肅省涇川縣某高層鋼結構仿古塔的彈塑性分析 [D]；太原理工大學；2012.

篇4

中圖分類號：TU391文獻標識碼： A 文章編號：

隨著市場經濟的不斷發(fā)展以及我國綜合國力的提升，國內的大型鋼結構廠房的需求量不斷增加，鋼結構廠房在企業(yè)擴大生產經營規(guī)模中得到廣泛的應用，當前需要加強對鋼結構廠房設計的經驗進行總結，不斷創(chuàng)新技術。

一、工程簡介

某大型有色礦山生產用房主要從事銅鉬礦石選礦生產使用，為擴大生產規(guī)模決定興建面積35000平方米的鋼結構廠房，該工程于2012年4月完工，主要的鋼結構設計平面圖如下。該鋼結構體系采用彩鋼夾芯板等新型的墻體材料進行維護，突出了時代感。

二、廠房設計技術要點研究

該廠房工程的負荷量大，能否達到廠房使用的要求就必須重視鋼結構的設計，主要設計要點如下：

（一）廠房結構設計

一是加強處理了廠房的縱向伸縮縫問題，其縱向270m的設計于廠房的規(guī)范要求符合，設計時因為考慮了鋼結構產鋼的荷載較大以及跨度交款，根據《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）對廠房的多項參數進行控制和取用，在這一范圍內，又必須以《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）為依據減少鋼材的用量，即在廠房的98.4m處位置設縫，注意將縫分開，如此能降低工程造價，減少工程設計難度。

二是在進行結構布置時，無論是哪種類型鋼結構廠房，一定要重視縱向支撐體系以及鋼架體系的設計，構建穩(wěn)定的鋼結構，一定要選取合理科學的布置信形勢以及廠房支撐形式，在可靠安全的基礎上設計使用功能，延長廠房使用壽命。

三是在對鋼結構的加工質量進行設計控制時，須重視鋼結構原材料從采購開始一直到成品出廠的把關，尤其重視廠房結構轉換梁的構件以及“十字形”截面柱的尺寸精度。

（二）廠房支撐體系設計

作為鋼結構廠房設計的關鍵部分，鋼結構廠房支撐體系主要是支撐廠房的各個平面框架，構成較為穩(wěn)定的廠房鋼結構系統(tǒng)，兼有承擔傳遞地震力、風荷載以及溫度應力等，支撐體系還要提供一個穩(wěn)定安全的支撐力，確保鋼結構系統(tǒng)的穩(wěn)定。該廠房支撐體系還要在承擔100噸的縱向荷載力。在廠房的柱頂、屋梁以及各個梁祝的外側設計剛性系桿，在屋面以及有支撐的柱間設計系桿，另外設計支撐體系時，利用均衡布置法，沿鋼結構廠房縱向屋檐處，從水平位置設計三道支撐，橫面上的柱間以及屋面設計支撐，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）廠房屋面設計以及屋面支撐系統(tǒng)的設計

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

大型鋼架結構的屋面防水、排水設計也是廠房屋面設計的重點。從《屋面工程技術規(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，坡度設計適當進行了增加。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，從廠房設計的經驗來看，一般屋面的坡度長度應保持在70m范圍內。市場上的鋼結構廠房屋面存在2中做法，一是設計為剛性屋面，即該工業(yè)廠房使用的壓型鋼板內含保溫綿，另外一個是柔性屋面，即保溫層、鋼板內板以及防水層組成的屋面。

（四）構件吊裝工藝設計

大型鋼結構廠房的結構構件含屋架、支撐、檁條、梁柱、墻架以及天窗架等等，不同構件尺寸、形式安裝標高各有不同，為保證經濟合理，須應用不同的吊裝方法以及起重機械。

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

在設計大型鋼結構廠房時，如果有起重較重的吊車要求，在進行廠房設計時必須重視吊車荷載對廠房結構的影響，保證鋼結構的穩(wěn)定安全，海牙控制鋼梁降低造價，如該廠房吊車荷載中的柱頂位移必須符合規(guī)范內容，在這一條件下，靈活控制綴條等構件的細長比。

三、結語

我國應用大型鋼結構廠房時間較短，還須加強設計經驗和技巧。鋼結構的設計在廠房總體設計中非常關鍵，需要堅持實用性、經濟型原則下，根據廠房所在地的氣候以及客觀條件下，因地制宜完成建筑結構的設計。

參考文獻：

篇5

鋼結構自身的重量小、強度高，可塑性和柔韌性都較強的特點，使其成為公認的具有良好性能的結構，而且以桁架為代表的鋼結構被廣泛應用到空間結構體系中，尤其是跨度較大，標高較高的大型場館，空間鋼結構管桁架設計作為其屋蓋結構發(fā)揮著很多的優(yōu)點。

1 管桁架結構的分類

大量的建筑工程實踐證明：大跨度桁架結構的運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計理念相吻合。伴隨著建筑業(yè)的不斷深化與發(fā)展，出現了許多類似跨度大、空間形狀相對復雜多變的鋼結構的建筑，而且在形式方面也日漸新穎。

桁架根據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構形式。平面桁架是指上、下弦以及腹桿全部處于同一平面，而空間桁架結構的上、下弦同腹桿通常處在一個三角形截面上。一般說來，前者的外部剛度較差，而后者的結構跨度大、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的桁架類型也有所不同。

2 大跨度桁架結構的受力分析及結構設計

大跨度桁架結構的受力分析及計算是鋼結構屋蓋體系中的重點和難點，因此無論是受力分析還是結構設計，都需要借助專業(yè)計算軟件的力量來達到事半功倍的效果。

2.1 計算軟件的選擇

大跨度桁架結構的設計一般使用同濟大學的3D3S軟件，同時還采用有限元軟件Sap2000進行校核。3D3S可方便輸入單元、節(jié)點、局部單元荷載，各種工況荷載都可以通過導荷載的方式由面荷載轉化為節(jié)點荷載，風荷載可自動考慮風壓高度變化系數、風振系數；可套用多種規(guī)范進行驗算，特有同一模型中對不同的單元采用不同的控制參數功能；可方便輸出模型以及每一單元在各工況、組合下的內力、位移、應力比圖，因此，工程中最常使用計算軟件為3D3S。同時，采用Sap2000對結構整體分析，可得到桿件最不利內力及結構最大變形。

2.2 受力分析

在大跨度體育館桁架結構的設計中，傳統(tǒng)的開口截面（如H型鋼和I字鋼）應用的很多，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構的受力特點和計算規(guī)則時，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式結構。

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。前者主要指承重結構的自重（包括桿件及節(jié)點的自重）、屋面板及檁條的自重、馬道、吊掛燈具及其他設備的自重，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”。

管桁架結構的計算要滿足基本的規(guī)定：管桁架結構應進行重力荷載及風荷載作用下的內力、位移計算以及整體的穩(wěn)定性驗算，并應根據實際情況，對地震、溫差變化、支座沉降及施工安裝荷載等作用下產生的位移與內力進行計算。其中，內力和位移可按彈性理論，采用空間桿系的有限元方法進行計算。外荷載可按靜力等效原則將節(jié)點所轄區(qū)域內的荷載集中作用在該節(jié)點上。結構分析時，應考慮上部空間網格結構于下部支承結構的相互影響；另外應根據結構形式、支座節(jié)點的位置、數量和構造情況以及支承結構的剛度，確定合理的邊界約束條件。

當然，受力分析的重點是桁架的節(jié)點處。統(tǒng)籌的講，桁架的相貫節(jié)點有K型、T型、馬鞍加強型（具體如圖1所示），也需要對節(jié)點的受力形式及連接形式進行計算。

2.3 結構設計優(yōu)化

追求永無止境，成功的設計是在保證安全、設計質量、規(guī)范要求等的前提下，盡可能地采用3D3S等結構設計軟件對桿件、節(jié)點進行對比分析，改善結構布局，運用新工藝、新材料、新技術、新設備來不斷地優(yōu)化整個結構，以期達到經濟性和實用性的推廣作用。

3 大跨度桁架結構的強度和穩(wěn)定性設計

3.1 抗風荷載作用的構造設計

對于大跨度的輕型屋蓋來講，風荷載的作用是影響結構穩(wěn)定的重要因素。大跨度體育館都要求內部空間的寬廣，而這勢必就造成屋蓋在風的吸力作用下被掀起，因此大跨度桁架結構的設計要充分考慮整個結構的抗風系數和抗風能力。大跨度結構受力復雜，質量較輕、阻尼較小，處于湍流度高的低矮大氣邊界層中，導致負壓作用明顯，如屋面轉角、邊緣和屋脊等部位。另外，這些部位的壓力波動往往較大，甚至有可能產生交變力的作用，因此這些部位容易成為大跨度屋蓋結構在強風破壞中首當其沖，對風災后大跨度屋蓋房屋破壞情況的實地調查資料也充分證實了這一點。

對于大跨度屋蓋結構的抗風問題，除了應對結構進行合理的抗風荷載設計以保證結構主體的強度以外，還需要針對桁架結構的薄弱部位和薄弱環(huán)節(jié)采取有效的抗風結構構造設計，用來加強結構各構件之間的整體性。一般來講，體育館中大跨度桁架結構的抗風構造設計從下列三個方面考慮：①加強屋蓋系統(tǒng)自身的連接和整體性；②加強屋蓋系統(tǒng)與其承重墻（柱）體的連接；③加強桁架各個節(jié)點的連接形式。

3.2 桁架的抗震性能設計

地震是地殼運動時地表產生的一系列縱向和橫向顫動。根據規(guī)范，凡屬劇場、體育館等大跨度公共建筑，其抗震措施按設防烈度均應選用8度設防，而且多采用時程分析進行補充計算。

采用時程分析法時，應按建筑場地類別和設計地震分組選用不少于兩組的實際強震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線，其平均地震影響系數曲線應與振形分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統(tǒng)計意義上相符。當采用振形分解反應譜法進行體育館大跨度桁架結構的地震作用分析時，要取前30個振形，而且對體形特別復雜或重要的需要取更多振形進行效應組合。在抗震分析時，應考慮支承體系對其受力的影響，此時可將桁架結構與支承體系同時考慮，按整體分析模型進行計算，其中的地震作用效應分析的阻尼比可以根據不同的情況參照下表。

參考文獻

[1]戚豹，康文梅.《管桁架結構設計與施工》.中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]中華人民共和國標準.GB50017-2003鋼結構設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

篇6

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

1、前言

山東某重型數控壓力機制造聯合廠房鋼結構工程，為重鋼結構廠房，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構柱。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吊車嚴禁運行到使用范圍外）。廠房內景照片見圖1。

圖1 廠房內實物圖

75t門式剛架廠房設計已超過《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》的適用范圍，設計主剛架、吊車梁及制動桁架時，可通過《鋼結構設計規(guī)范》來控制剛架柱側移及吊車梁變形，剛架梁和圍護結構變形仍可按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》進行設計[1]。

2、優(yōu)化思路

2.1 主構件基于性能設計的優(yōu)化

風荷載標準值作用下,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柱，而鋼管混凝土時經典的鋼-砼組合構件，其剛度大、變形能力強，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件。然而原設計沒有使材料承載力得到很好發(fā)揮，經優(yōu)化后，柱的應力控制在0.85以內。

根據鋼梁彎矩包絡圖，將鋼梁采用變截面形式，可充分發(fā)揮材料力學性能，以及基于腹板的屈曲后拉力場效應，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向約束，整體穩(wěn)定可不用考慮，優(yōu)化后鋼梁應力控制0.9以內。

吊車梁噸位較大，其所用的用鋼量不少，因此需精心設計，實現經濟目標。經優(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)化結果

2.2 次構件基于性能設計的優(yōu)化

圍護結構下列指標進行截面優(yōu)化設計：參照《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（CECS102:2002），檁條撓度≤L/150，墻梁撓度≤L/100，其他受壓桿長細比≤180，吊車梁以下柱間支撐長細比≤300，其他受拉桿長細比≤350~400。

2.3、抗震性能化設計

根據《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）條文說明9.2.14規(guī)定，當構件的強度和穩(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，可采用現行《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017彈性設計階段的板件寬厚比限值，即C類；C類是指現行《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017按彈性準則設計時腹板不發(fā)生局部屈曲的情況，如雙軸對稱H形截面翼緣需滿足，受彎構件腹板需滿足，壓彎構件腹板應符合《鋼結構設計規(guī)范》GB50017―2003式(5.4.2)的要求。本工程進行了2倍多遇地震作用驗算，各指標滿足規(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、格構柱剪切變形影響

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

（1）

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

3.1、理論分析

對于軸心受壓構格柱，當格構柱處于臨界的微彎狀態(tài)時，柱子的橫截面將產生剪力；對于壓彎格構柱，由彎矩產生剪力。橫截面上的剪力將引起格構柱分肢之間的剪切變形，從而降低構件的承載力。因此，格構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計的[6]。

格構柱節(jié)間單元的抗側剛度計算[7]，計算簡圖見圖2所示，在單位荷載下節(jié)間單元的變形為，

圖2 節(jié)間抗側剛度計算簡圖

，則抗剪剛度為，抗推剛度為；格構柱抗彎剛度，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，格構柱高度，繞虛軸長細比為（計算長度系數取1.0，為回轉半徑），綴條長度，綴條軸向力，分肢繞自身形心軸慣性矩為。下面按懸臂格構柱的不同荷載狀態(tài)下計算剪切變形對強度的影響。

1）柱頂集中荷載情況

柱頂作用集中荷載，則變形為，若按三維建模格構柱，則可真實計算變形；若按單桿建模，則計算變形時需考慮等效抗彎剛度，變形為，使

，則，得到

，即格構柱慣性矩折減系數為 （2）

2）柱身均布荷載情況

柱身作用均布荷載，則變形[8]為，若按三維建模格構柱，則可真實計算變形；若按單桿建模，則計算變形時需考慮等效抗彎剛度，變形為，使，則，得到

，即格構柱慣性矩折減系數為（3）

3.2、算例驗證

現對集中荷載作用下懸臂格構柱進行三維建模計算，與簡化計算進行比較，分析折減系數情況與本文公式（2）的折減系數進行對比分析，某格構柱，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，格構柱高度，繞虛軸長細比為，分肢繞自身形心軸慣性矩為。經計算得到下列表格2所示。

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

表2 集中荷載作用格構柱在變化綴條面積條件下折減系數對比情況

現對懸臂格構柱受均布荷載作用下進行三維建模計算，與簡化計算進行比較，得到折減系數與本文公式（3）、童根樹提出的公式（1）的折減系數進行對比分析，經計算得到下列圖3所示。

圖3 均布荷載作用格構柱在變化綴條面積條件下折減系數對比情況

由表2、圖3可知，本文提出的折減系數更加接近三維模型計算值。

3.3 考慮剪切變形對結構側移的影響

圖4 計算簡圖

結構按二維平面模型計算，計算簡圖見圖4所示，風荷載作用下頂層相對側移為1/941，若考慮其中三根格構柱的剪切變形，結果將發(fā)生變化。在風荷載作用下，前三根鋼柱為實腹式柱，無需折減，第4、5根格構柱慣性矩折減系數按式（2）計算（因柱身沒有受風荷載，通過頂點集中傳力），第6根根構柱慣性矩折減系數按式（3）計算（因風荷載沿柱身分布），求得系數分別為0.656，0.701，0.71，由軟件三維建模計算得頂點相對側移為1/683，即格構柱剪切變形對整榀剛架側移影響折減系數為683/941=0.726，可見格構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移仍滿足規(guī)范（1/400）要求。

4、小結

1）本文從性能指標和構件受力特性對重鋼廠房構件截面進行優(yōu)化設計，降低了用鋼量。

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

3）本文折減系數公式（2）、（3）看起來與童根樹老師從穩(wěn)定性得出的式（1）不同，確實不同，因為本文從強度條件出發(fā)，式（2）、（3）中的長細比，即相當于計算長度系數取1.0，而式（1）中計算長度系數由梁、柱線剛度比值確定，對于懸臂柱取2.0。由此可見，穩(wěn)定計算與強度計算格構柱的慣性矩折減系數是不同的，但作者認為，構件抗彎剛度與自身構造有關，不應該與考慮鋼梁、鋼柱線剛度比得到的計算長度系數有關，因此推薦采用強度推導得到的折減系數。

4）本工程剛架在風荷載作用下考慮格構柱剪切變形的側移計算，得知格構柱的剪切變形不容忽視，值得工程設計重視。

參考文獻

[1]GB50017-2003，鋼結構設計規(guī)范[S]，北京：中國計劃出版社，2003。

[2]CECS102:2002，門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程[S]，北京：中國計劃出版社，2003。

[3]施剛，范浩等，某重型門式鋼架鋼結構廠房的優(yōu)化設計[J]，工業(yè)建筑2010增刊，1200-1205。

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

[5]陳紹蕃，《格構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]，建筑鋼結構進展。

篇7

中圖分類號： TU392；TP317.4文獻標志碼： 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

冷彎薄壁輕型鋼結構住宅是一種以冷彎薄壁型鋼構件和輕型板材共同作為承重和維護結構的新型綠色住宅，見圖1.

冷彎薄壁輕型鋼結構住宅具有節(jié)能環(huán)保、質量輕、強度高、抗震性能好以及易于規(guī)?；c標準化生產等諸多優(yōu)點，在國外已被大量使用，近年來國內也開始逐步推廣應用.

國外已經具備比較完善的輕型鋼結構住宅CAD/CAM軟件，已實現設計加工一體化、無紙化的自動數控加工；而在國內，由于這種軟件的復雜性以及國外對此類軟件的技術與商業(yè)壟斷，輕型鋼結構住宅CAD/CAM軟件成為國內各生產廠家普遍的技術瓶頸.

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

1結構體系與構造

龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構住宅由屋面系統(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、外層結構覆面板組成，見圖3.墻體是主要的豎向和水平承重系統(tǒng)，起維護和承重的雙重作用.墻柱體系由C形鋼柱和導軌組成鋼骨架，并設置鋼拉帶支撐，墻體外側OSB板和內側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、下結構面板以及樓面細石混凝土等材料構成，柵格鋼梁間亦設置鋼拉帶等支撐構件，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；風和地震等水平向載荷全部由載荷方向的墻體承擔.

龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構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.從功能和構造上看，連接節(jié)點可分為2類：一類是墻面、樓面及屋面各子系統(tǒng)中構件的連接節(jié)點；另一類是子系統(tǒng)之間的連接節(jié)點.典型的連接節(jié)點見圖6.

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

2系統(tǒng)功能與架構組織設計

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控加工CNC數據的輸出.由于軟件本身的專業(yè)性質是結構設計軟件，根據結構的設計流程，可劃分為結構布置設計、結構力學計算、結構深化設計以及圖紙與數據輸出等4個功能階段.

在結構布置設計階段，根據建筑設計圖布置與搭建墻體、樓蓋與屋蓋結構部件，形成住宅的主結構模型.在該階段中，忽略次構件以及構件的連接節(jié)點等細部構造，重點是形成整個主結構，為下一步的結構計算和規(guī)范驗算作準備.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、風載和地震作用等.

龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構住宅結構的力學計算方式不同于一般的房屋結構計算.通常的房屋結構計算，如多層鋼框架結構或磚混砌體結構進行包含墻、柱、梁和樓板在內的整體結構計算，而冷彎薄壁輕型鋼結構住宅是基于屋蓋、樓蓋及墻體等結構部件的計算.外載荷按受載荷面積進行分配，如屋面載荷分配到各榀屋面的桁架；然后按連接關系進行載荷傳遞計算，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.各部件單獨形成計算模型，進行結構內力與位移計算，并按相關規(guī)范進行部件及其中各構件的驗算.一般情況下會將結構的計算結果返回結構布置設計階段，進行結構部件和構件的調整，然后再進行結構的力學計算.如此往復，直到各個結構指標均滿足要求.

深化設計階段是連接節(jié)點與構件細部的設計，并進行節(jié)點和構件的歸并與編號，為鋼結構施工圖、加工圖和CNC加工數控輸出進行模型和數據準備.繪圖及CNC數據的編制完全依據深化模型，并形成一一對應關系.

由上述可知，整個設計過程是模型由部件到構件、由構件到節(jié)點的逐步深入和細化過程，見圖7.其中，計算模型由結構模型映射而來，結構的構件將被映射為有限元計算模型的單元和節(jié)點，并根據結構模型的支撐情況在計算模型上設置正確的支座約束；結構模型上的載荷也被轉換為有限元計算模型上的單元或節(jié)點載荷.

3模型對象的數據結構設計

3.1模型對象的范圍劃分和界定

可獨立操作模型對象的范圍界定直接影響軟件內部的數據結構組織，同時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構住宅全部由C形或U形構件搭建而成，如果以單根構件為基本操作對象，則各對象自身的數據結構簡單統(tǒng)一，對深化設計階段的節(jié)點和細部操作非常有利.但是，對于建立和維護對象間的邏輯關聯信息，基于構件的對象界定方法顯得非常復雜和繁瑣，而且這種結構體系是基于墻、樓板及榀架等部件的結構計算，單根構件的對象界定方式非常不利于部件計算模型和載荷的組織與信息關聯.

根據龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構住宅的建模和結構計算的特點看，結構的物理對象可分為2個層次：（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折起伏，需通過一個“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算分配.（2）構件層次，即組成結構部件的C形、U形冷彎薄壁構件以及鋼拉帶和外覆面板等支撐構件.因此，建立以部件為基本操作對象的層次化數據結構是更好的組織方案.

3.2模型的層次化數據結構設計

構件對象內嵌在部件對象中.部件是多個構件的有機集成體，在部件對象中存儲并維護部件本身的總體信息和部件內各根構件對象之間的關聯信息，各根構件自身的信息存儲在構件對象內.該層次化數據結構［2］的統(tǒng)一描述見圖8.

將上述層次化的參數描述關系具體到墻體、樓蓋和屋架等3個子系統(tǒng)，則有如圖9所示的邏輯組織關系.構件集成體（子系統(tǒng)）內部各構件之間連接節(jié)點內置為子系統(tǒng)內部的連接功能，構件集成體之間的連接節(jié)點（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現.

(a)墻體對象的層次化數據結構

(b)樓蓋對象的層次化數據結構

(c)屋架對象的層次化數據結構

(d)單根構件對象的數據結構

4程序設計

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機開發(fā)該CAD/CAM軟件系統(tǒng).軟件的開發(fā)和運行環(huán)境的層次結構［1］見圖10.

墻體、樓蓋和屋架的數據結構拓樸具有很大的相似性，應用C++的“繼承”和“多態(tài)”特性，建立基類和繼承類的派生關系，見圖11.多構件集成體類從ObjectARX的AcDbEntity類派生，構件類從AcDb3dSolid類派生.AcDb3dSolid是三維實體類，具有C形和U形截面構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，結構三維實體模型是系統(tǒng)核心數據庫.

5軟件核心功能

墻體和樓蓋的建模示例見圖13，軟件根據門窗和樓蓋洞口的位置進行構件的布置調整以及周邊構件的加強處理.結構外周墻體形成一個封閉的平面邊界，軟件根據此邊界以及指定的坡度自動生成坡屋面，然后再依據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)域進行優(yōu)化.

屋蓋上的載荷按受載荷面積經導算后分配到各榀桁架.作用在結構設計模型上的恒載、活載、雪載及風載等經導算后有不同的方向和分布模式，見圖15.但是，當設計模型映射為有限元計算模型后，所有載荷都歸為統(tǒng)一形式的有限元載荷.

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

通過對話框的交互方式進行模型的深化設計，見圖17.軟件根據深化設計三維實體模型進行圖紙繪制和數控加工CNC數據的輸出，圖18為樓蓋施工圖示例.

6結論

（1）根據結構設計流程進行軟件功能階段和模型深化過程的劃分和組織，一方面符合實際設計工作的要求，另一方面也實現從結構設計到深化設計，從建模到結構計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部數據結構設計，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)的框架和剪力墻結構體系相比，龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構住宅的構造和設計模式有較大不同.多集合體的層次化模型設計方法同時兼顧結構部件設計的宏觀性和構件深化設計的細節(jié)性.

（4）龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構住宅不是整體結構計算，而是基于部件的結構分析，各部件的外載荷需經多次傳遞和分配導算后確定.由于實際工程結構布置的復雜性，載荷導算的正確性顯得尤為重要.

（5）基于三維深化模型進行圖紙繪制和CNC數據的編制，是該軟件與常規(guī)參數化直接二維繪圖的重要區(qū)別.該方式的最大優(yōu)點是結果表達的正確性和精確性，需要進一步改善的是二維圖紙的可讀性和美觀性.

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

［1］范玉青, 馮秀娟, 周建華. CAD軟件設計［M］. 北京: 北京航空航天大學出版社, 1996: 1-14.

［2］嚴蔚敏, 吳偉民. 數據結構［M］. 北京: 清華大學出版社, 1992: 1-19.

［3］孫家廣, 楊長貴. 計算機圖形學［M］. 北京: 清華大學出版社, 1995: 368-459.

［4］陳杉, 王寧, 郭劍峰. 用ObjectARX開發(fā)AutoCAD 2000應用程序［M］. 北京: 人民郵電出版社, 2000: 21-41.

［5］楊暉柱, 常治國, 張其林, 等. 廣州西塔鋼結構深化設計CAD軟件［J］. 計算機輔助工程, 2007, 16(3): 13-16.

篇8

中圖分類號：S611文獻標識碼：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濟開發(fā)區(qū)東二路，廠房長度144 m，跨度為26+26 m，兩側檐口高分別為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，采用門式剛架結構，主剛架采用熱軋H型鋼， Q345級。屋面坡度采用1/10和0.85/10，基礎選取PHC預應力管樁。計算軟件采用鋼結構STS軟件和廣廈GSCAD。

圖1

2 基礎設計

2.1 地質條件及單樁承載力計算

本工程地質條件及PHC管樁系數詳見表1。

表1

單樁承載力根據《建筑大家基礎設計規(guī)范》(GB50007-2002)第(8.5.5-1)公式:Ra=qpaAp+up∑qsiali和《預應力混凝土管樁基礎技術規(guī)程》(DBJ/T15-22-98)第(5.2.8)公式:Uk=∑ξsiλiqsikuli進行估算。

2.1.1樁側阻力特征值計算(選取PHC壁厚90 mm,樁徑400 mm預應力管樁) 樁端端阻力特征值qpaAp=502kN；單樁豎向承載力特征值Ra=1297kN；總拔極限承載力標準值Uk=448kN；再根據《預應力混凝土管樁基礎技術規(guī)程》(DBJ/T15-22-98)第(5.2.9)公式Rpl=σpcA=328kN

2.1.2分析

根據工程地質條件及電算結果,由于業(yè)主工期要求快,故采用PHC預應力高強管樁,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,樁可能會現拉力,而形成抗撥樁,因此必須采用雙樁,而且需要驗算樁抗撥力,由于Uk>Rpl,故應按Rpl考慮樁的抗拔力。本工程邊柱最大軸壓力N=621kN, M=-444kN, V=-21kN。根據廣廈計算結果,樁距取3.5d:樁最小反力Nmin=-15kN

3上部結構設計

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,為保證吊車正常運轉,廠房穩(wěn)定,滿足位移變形要求加強支撐設計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柱間支撐設計

若支撐設置不當,吊車行走時,就會造成剛架晃動,存在安全隱患,因此支撐的設置非常關鍵,又因選用用鋼量小的窄翼緣H型鋼,因此柱平面外計算長度僅能取4m,在高4m處設置一道焊接鋼管側向水平支撐。交叉支撐采用角鋼,在廠房的頭、尾跨設置柱間支撐,中間跨每隔4跨設置一道。在設置柱間支撐的同一跨并設屋面支撐,為能更好傳遞風荷載在屋面每隔4m設一道水平鋼管剛性系桿。

3.2抗震措施

工程地處設防烈度6度區(qū),房屋自重小,承載力不受地震作用效應組合控制,可不進行抗震計算。僅針對輕鋼結構的特點采取抗震構造措施。構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,柱腳底板設抗剪鍵。增設吊車制動桁架。

3.3隅撐的設計

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,剛架斜梁與柱內翼緣交接點附近的檁條和墻梁處,各設置一對隅撐。在斜梁下翼緣受壓區(qū)隔一檁條設隅撐,并使其間距不大于相應受壓翼緣寬度的16倍(詳見圖2)。

圖2

3.4高強螺栓連接設計

由于屋面荷載很輕,在設計荷載作用下,斜梁與柱的連接部位主要承受彎矩作用,剪力很小,高強螺栓以受拉為主。剪力由連接構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,風順力大減少,相應剪力也小,選用摩擦型高強螺栓,因此表面可不作專門處理。不必進行摩擦而抗滑移試驗,這有助于提高效益和降低成本。

3.5檁條設計

檁條的設計計算是最為困難的。首先,在目前設計規(guī)范或規(guī)程中尚無簡單實用的計算公式供設計人員采用,其次,為節(jié)省鋼材,輕鋼結構中的檁條除用于承擔梁的功能外往往兼作支撐體系中的壓桿,同時還通過隅撐對門式剛架的梁和柱提供側向支承。如果考慮門式剛架房屋中的蒙皮效應,則檁條的構造和受力計算更為復雜。檁條通常由薄鋼板冷彎成型,計算中還需考慮屈曲后的有效截面等問題,因此,精確計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,其內力分布較均勻剛度大,能節(jié)省用鋼量,同時在制作、運輸、安裝諸方面都很便利,因此本工程采用Q345Z型檁條,內力計算按如下一種簡單通用的模式考慮:按等截面連續(xù)梁計算模式,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效應值S1,再用50%活荷載按最不利隔跨分布得到一個效應S2。兩者相加即為最不利活荷載所產生的效應S。另外再考慮在支座處因搭接嵌套松動所產生的彎矩釋放10%。

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

4采用預應力門式鋼架的構想

為了進一步提高門式鋼架輕鋼結構的剛度和承載力，降低鋼耗，筆者認為可在門式鋼架的不同部位，有針對性的施加預應力。如通過強迫上升或下降中間柱的柱腳標高，可調整跨中彎矩和中柱負彎矩的峰值。施加預應力的方法，可通過預先計算好的提升量，用千斤頂升高中柱或邊柱，再塞墊板，進行錨固。

在門式鋼架橫梁上的中下部位置，直接布置預應力索，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，索內產生拉力（預應力），栓鉤處產生上壓力，是附加的卸載力，栓鉤處可視作鋼架橫梁的中間彈性支點。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，強力釘入碶塊，拉伸蒙皮，引入預應力，再栓接固定檁條 ，最后將蒙皮與檁條固定成整體。

5結語

門式輕鋼結構的優(yōu)點是節(jié)材高效,耗鋼少,自重輕,制造安裝運輸簡便,工期短,可拆遷,定型批量生產易于實現商品化等。近年來發(fā)展迅速,應用領域日益廣泛。本工程采用剛接柱腳和Q345鋼使用鋼量減少了許多,經對比驗算采用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。

在本工程的設計實踐中，未能充分引入預應力技術，但筆者認為在門式鋼架輕鋼結構中應用預應力技術以加強結構剛度和承載力，提高結構穩(wěn)定性，若能在檁條中張拉板材可以防止風吸力下的局部失穩(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，請大家共同關注與探討并指正。

參考文獻

篇9

中圖分類號：TU391文獻標識碼：A 文章編號：

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

1.我國純鋼結構建筑的發(fā)展現狀

1.1 高層、超高層建筑由中外合作到國產化的起步

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。中外合作設計對于掌握國外先進技術及鍛煉培養(yǎng)人才起到了促進和推動作用。1998年建成的大連遠洋大廈（高201m，51層）標志著高層鋼結構建筑國產化的起步，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構建筑。

1.2輕鋼結構建筑的迅猛發(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、應用面廣、造價低等優(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，國外輕鋼結構生產廠商也紛紛在我國設分公司、制造廠，獲得了很大的銷售量。

1.3空間結構得到了進一步的發(fā)展

大量大跨度的建設項目陸續(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）、沈陽博展中心室內足球場（2000年）等。

2 .純鋼結構設計在我國的不足和問題

2.1鋼結構在住宅區(qū)域的不平衡

（1）鋼結構建筑市場興起于上海和廣東，現在雖已遍布全國，但因地域經濟發(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）鋼結構建筑企業(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)，鋼結構住宅發(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，因為不在同一起跑線上，只會拉大東西部發(fā)展距離，進而影響鋼結構住宅也的整體水平。

2.2鋼結構產物的技術水平較低

（1）在標準化設計方面，美聯鋼構已經做到建筑節(jié)點標準化和配件設計標準化。而在我國，大部分鋼結構住宅的設計還不能達到這樣的水平。

（2）在建筑表現形式上，國外企業(yè)把建筑風格發(fā)揮到極致。而我國的鋼結構住宅建筑大多則顯得呆板、單調和粗糙。

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

2.3 鋼結構在我國發(fā)展存在的問題

（1）鋼結構研發(fā)資金不足，標準及規(guī)范修訂周期太長；標準及應用規(guī)范規(guī)程缺項、滯后；鋼材標準與工程設計、施工規(guī)范規(guī)程銜接不上。

（2）鋼結構加工廠和施工安裝企業(yè)裝備、計算機管理、勞動生產率還需進一步提高，穩(wěn)定鋼材超常漲價的不良市場秩序。鋼結構建筑在防火、防腐、保溫、隔音、防震和穩(wěn)定性等方面的設計尚不成熟，限制了鋼結構在民用建筑中的發(fā)展。

3 .純鋼結構設計的發(fā)展前景

3.1鋼結構的優(yōu)勢

鋼結構與其它建設相比，在很多方面都具有優(yōu)勢，可隨時移動。具體表現為：

（1）由于鋼結構的延性好、塑性變形能力強，具有優(yōu)良的抗震抗風性能，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害的情況下，鋼結構能夠避免建筑物的倒塌性破壞。

（2）鋼結構住宅體系自重輕，約為混凝土結構的一半，能夠減少的基礎造價。

（3）綠色環(huán)保。鋼結構住宅施工時不需要砂、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，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)能標準化的方鋼、C型鋼、夾芯板，保溫性能好，抗震度好，節(jié)能 。

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

（6）鋼結構住宅要比傳統(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墻板，提高面積使用率，使戶內有效使用面積提高。

（7）符合住宅產業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展的要求。鋼結構適宜工廠大批量生產，工業(yè)化程度高，并且能將節(jié)能、防水、隔熱、門窗等先進成品集合于一體，成套應用，將設計、生產、施工一體化，提高建設產業(yè)的水平。

3.2鋼結構的發(fā)展前景廣闊。

隨著我國提倡節(jié)能減排工作的不斷推行，鋼結構作為可循環(huán)再利用的低碳綠色建筑材料，已成為建筑行業(yè)所關注的焦點。也正是由于這樣使得我國有關鋼結構的企業(yè)已有成千上萬家了，鋼結構加工量上千萬噸。 我國建筑業(yè)發(fā)展的總目標是：提高建筑業(yè)的整體素質、生產工業(yè)與技術裝備水平，達到在國際建筑市場中具有較強的競爭能力，并充分發(fā)揮建筑業(yè)在帶動國民經濟增長和結構調整中的先導產業(yè)作用，使建筑業(yè)成為名副其實的國民經濟支柱產業(yè)。建筑業(yè)要帶動相關產業(yè)發(fā)展，加快發(fā)展鋼結構工程是一個很重要的方面。最近在我國建筑工程領域中已經出現了產品結構調整，長期以來混凝土和砌體結構一統(tǒng)天下的局面正在發(fā)生變化，鋼結構以其自身的優(yōu)越性引起業(yè)內關注，已經在工程中得到合理的、迅速的應用。

我國 20年來的改革開放和經濟發(fā)展，已經為鋼結構體系的應用創(chuàng)造極為有利的發(fā)展環(huán)境。首先，從發(fā)展鋼結構的主要物質基礎來看，自1996年開始我國鋼的總產值就已超過1億噸，居世界首位。而且隨著鋼材產量和質量持續(xù)提高，其價格正逐步下降，鋼結構的造價也相應有較大幅度的降低。與之相應的是，鋼結構配套的新型建材也得到了迅速發(fā)展。其次，從發(fā)展鋼結構的技術基礎來看，在普通鋼結構、薄壁輕鋼結構、高層民用建筑鋼結構、門式剛架輕型房屋鋼結構、網架結構、壓型鋼板結構、鋼結構焊接和高強度螺栓連接、鋼與混凝土組合樓蓋、鋼管混凝土結構及鋼骨（型鋼）混凝土結構等方面的設計、施工、驗收規(guī)范規(guī)程及行業(yè)標準已發(fā)行20余本。有關鋼結構的規(guī)范規(guī)程的不 斷完善為鋼結構體系的應用奠定了必要的技術基礎，為設計提供了依據。第三，從發(fā)展鋼結構的人才素質來看，經過幾年來的發(fā)展，專業(yè)鋼結構設計人員已經形成一定的規(guī)模，而且他們的專業(yè)素質在實踐中得到不斷提高。而隨著計算機在工程設計中的普遍應用，國內外鋼結構設計軟件發(fā)展迅猛，軟件功能日臻完善，為協助設計人員完成結構分析設計，施工圖繪制提供了極大的便利條件。

當年“5.12”地震中，鋼結構建筑良好的抗震功能，開始將鋼結構拉入民用住宅應用視野。有業(yè)內人士統(tǒng)計，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。隨著國家建設節(jié)約型社會戰(zhàn)略決策的實施，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、高層鋼結構住宅點示范工程，體現了鋼結構住宅發(fā)展的良好勢頭。住建部也組織36項鋼結構住宅體系及關鍵技術研究課題，開展試點工程，并出臺《鋼結構住宅設計規(guī)程》，為鋼結構在住宅體系全面鋪開出臺了行業(yè)標準。鋼結構具有綠色、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

此次論文的編寫，在查閱資料的過程中讓我了解到了有關鋼結構的很多，比如說鋼結構在我國還是存在著很多問題的，鋼結構產業(yè)是否符合節(jié)能環(huán)保型、可持續(xù)發(fā)展的行業(yè)認識還有待于進一步提高。因此，鋼結構的有關市場還有待我們去發(fā)展，很多問題還有待我們去解決。

參考文獻:

篇10

一、高層建筑設計結構類型時存在的問題及解決方法

1、 在選擇建筑的結構構型時要科學合理

存在的問題：

建筑的結構構型決定著建筑結構設計的整體走向，現在很多設計師在設計結構構型時，沒有考慮到各方面的問題，導致最終的建筑設計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構平面時應該遵循對稱、規(guī)則、簡單的原則，防止出現狹長的縮頸位置和應急過于集中的凹角部位，此外，還應該防止樓梯的電梯部位出現偏置而產生扭轉的后果。在設計豎向體型時，應防止過于外挑，并且內收也要適度，剛度也要均勻的變化，切忌出現應力過于集中。在《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中有了專門的內容在敘述建筑結構構型的規(guī)則性，比如：豎向結構的規(guī)則性、平面結構的規(guī)則性等等，在審定建筑設計方案中，堅決摒棄不符合規(guī)則的設計圖。因此，建筑結構設計工程師在設計建筑構型時必須要遵循這些規(guī)則，如果在設計過程中發(fā)現了一些問題或者碰到了難題，就應該及時向建筑專業(yè)交流溝通，盡最大的努力選擇最優(yōu)的結構構型，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，并且還能增強建筑結構的安全性。而目前，很多設計師在設計房屋的最適高度和高寬比時，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到最佳。

解決方法：

在高層建筑設計規(guī)范和抗震規(guī)范中明確指出，應該嚴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定成A級，但是現在將建筑的限制高度設定成B級，所以必須嚴格控制高層建筑的結構設計高度，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，那么就要改變結構設計方案和處理手段。在建筑結構設計實踐中，經常會發(fā)生因設計高度超過B級高度導致在審查設計圖時，沒有通過直接作廢，就又需要重新設計，這就嚴重影響到建筑的整體規(guī)劃和建設周期。高層建筑的高寬比直接控制著建筑結構的整體穩(wěn)定性、剛度、載重能力以及經濟合理性，不同高度的高層建筑有著各不相同的高寬比限制值。然而，在設計一些結構比較復雜的高層建筑過程中，怎樣準確地確定一個科學合理的高寬比是一個比較困難的工作。通常在計算時，能夠根據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，這就不在計算的寬度范圍之內。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，此時在寬度比的計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置

存在的問題：

短肢剪力墻在建筑結構受力方面起到了十分重大的作用，現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。短肢剪力墻結構是在最近幾年出現的，它既對住宅建筑的合理布置有利，還能使建筑結構的自重得到一定程度的減輕，然而，在高層建筑結構中，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)的實際應用很少，鑒于安全方面，高層建筑結構的剪力墻不能全部采用短肢剪力墻。如果斷肢剪力墻設置太多，就應該增加設置一些筒體或者常規(guī)性的剪力墻，這二者之間共同受力，形成堅固的剪力墻結構，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構設計中應該少使用或者不適用為宜，不能因為了方便于施工而設計錯誤。

二、高層建筑結構的分析與計算方法

1、 在整體計算建筑結構時要選擇正確的軟件

現在大家普遍采用的計算軟件包括：TBSA、TAT、SATWE或SAP、ETABS等。然而，因為不同的軟件所使用的計算模型都是各不相同的，所以要根據建筑高度、結構選型、結構體系等來正確選擇合適的軟件版本進行設計。所以計算得出的結果有一些不同。因此，在計算和分析高層建筑的整體結構時，必須要綜合考慮到建筑結構的高度和構型來正確選擇計算軟件，以便能夠保證計算結果的精準性，有時可以使用多個不同的軟件來計算，然后工程設計師再仔細分析這些不同的結果，找出適合參考且合理的結果。否則，一旦選擇了不恰當的計算軟件，不僅會消耗設計者大量的精力和時間，影響到建設周期，還將有可能使建筑結構存在一系列的安全隱患。

2、應該具有充足的振性數目

在新的高層建筑規(guī)范中，提出了振型參與系數的概念，還清楚地指出了這個參數的額定值。又因為在之前的高層建筑規(guī)范中，沒有明確指出振型參與系數該方面的內容，即使有的指出了此概念，沒有清楚的指出這個參數的額定值，所以，在分析和計算時期，就應該正確判斷確立出這個參數，再進行有效地調整振型參與系數的最終取值。

3、非結構構件的計算和設計

在高層建筑的結構設計中，通常會有一些因為建筑的功能和美觀方面的要求而非主體承重骨架體系以內的非結構構件。特別是在設計高層建筑屋頂處的裝飾構件過程中，因為高層建筑有著比較大的風荷載和地震作用，所以，就一定要根據新的高層建筑規(guī)范中的要求老計算和處理非結構構件，以免造成惡劣的影響。

三、總結

高層建筑的結構設計是一項比較復雜且耗時長的工作，在設計過程中，稍不留意就會出現一些或大或小的錯誤，從而會給建筑結構的后期施工帶了一系列的安全隱患，一旦發(fā)生安全事故，將會給建設單位帶了嚴重的損失。因此，高層建筑結構設計人員應該嚴格按照新的高層建筑規(guī)范進行設計方案，并且還要認真考慮高層建筑的結構構型，在通過仔細的分析計算來得出最終比較完美的設計圖，這樣既能保證建筑物的安全性能，還能給建設單位帶來豐厚的利潤。在設計過程中，若遇到了一些阻礙，就應該及時和建筑師商討，實現資源共享、技術共享。

參考文獻：

[1] 于險峰. 高層建筑結構設計特點及其體系[J]. 中國新技術新產品. 2009（24）

[2] 王平山，孫炳楠，唐錦春. 高層建筑厚板轉換層計算中支承條件對內力分布的影響[A]. 第六屆全國結構工程學術會議論文集（第二卷）[C]. 1997

[3] 倪志剛. 超高層巨型組合結構設計時應考慮的鋼結構建造因素影響[A]. 第六屆海峽兩岸及香港鋼及組合結構技術研討會—2010論文集[C]. 2010