鋼結構設計范文

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關鍵詞鋼結構;用鋼量;剛度;穩定性;耐火保護層

中圖分類號TU2文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2010)042-0095-01

隨著我國城市化進程加快及鋼產量快速提高,鋼結構在建筑結構的應用日益廣泛,鋼結構設計隊伍逐步擴大。特別是近年建筑行業的高速發展和原材料匱乏,長期在多層建筑領域占統治地位的粘土磚逐漸退出歷史舞臺。但與此同時,鋼結構建設資源的合理利用及可持續發展問題日益突出。

當前,制約我國鋼結構建筑發展的主要因素是:鋼結構建筑的造價高于鋼筋混凝土結構。因此,在滿足鋼結構建筑規范的前提下,對鋼結構建筑進行優化設計,減少結構用鋼量,降低工程造價有重要意義。

1鋼結構概述

1.1鋼結構的含義及特點

鋼結構是由型鋼和鋼板等組成的結構,形式多樣:桁架、框架、網架、門剛等等;各構件或部件之間采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。

鋼結構的特點:鋼材的組織結構均勻,接近于各向同性勻質體,因而鋼結構的理論計算結果比較符合實際受力情況;鋼材強度和彈性模量也高,因此與同強度才來相比,體積輕便:鋼結構塑性和韌性好、適宜于承受振動和沖擊荷載;鋼結構便于機械化制造,精確度較高,安裝方便,是工程結構中工業化程度最高的一種結構;施工較快,可盡快地發揮投資的經濟效益。鋼結構的密封性較好,但耐銹蝕性和耐火性較差,需采取防腐防銹及防火措施。

1.2鋼結構的適用范圍

基于以上優點,鋼結構通常用于跨度大、高度大、荷載大、動力作用大的各種工程結構中,如工業廠房的承重骨架和吊車梁、大跨度的屋蓋結構、高層建筑的骨架、大跨度的橋梁、起重機結構、塔架和桅桿結構、石油化工設備的框架、工作平臺和海洋采油平臺、管道支架、水工閘門等;也常用于可裝拆搬遷的結構,如臨時性展覽館、建筑工地用房、混凝土模板等。輕型鋼結構常用于小跨度輕屋面的各類房屋、自動化高架倉庫等。此外,容器結構、爐體結構和大直徑管道等也常用鋼材制成。

2影響鋼結構用鋼量的主要因素

在鋼結構設計中,影響用鋼量的因素主要有以下三點:

1)剛度條件。一般來講,設計時要求變形越小則用鋼量越大。變形與構件的長度密切相關,即與工程結構的高度、跨度、柱距等方面有關。如單層輕鋼結構廠房若控制跨度≤30m、檐口高度≤9m、柱距≤9m,則用鋼量一般是比較節省的。

2)整體穩定條件。過去傳統鋼結構設計往往采用拉壓桿體系解決穩定性,現在設計中則較多采用拉桿體系支撐,現行的國家標準該問題規定不明,部分設計人員對結構件間在互相連接作用下約束效果考慮不夠,易造成了為增加穩定性而加寬構件翼緣,使得實際用鋼量比設計所需有所增加。筆者認為:設計時應適當考慮構件的相互約束(如設計剛架梁時考慮檁條對梁的約束),就可以把為解決整體穩定而多用的鋼材節省下來。

3)局部穩定條件。國標GBJl7-88《鋼結構設計規范》用于輕鋼結構設計是偏于安全的。國家標準CECSl02:98《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》及上海、北京等地制訂的有關輕鋼結構設計方面的技術規程在剛度和穩定性條件等方面也未作出具體規定,設計時,我們應綜合考慮其結構安全性和用鋼量,來確定結構設計。

3基于輕鋼結構設計的具體過程

3.1剛度設計

國標GBJl7-88《鋼結構設計規范》對多層框架和有重級工作制吊車的廠房變形控制的要求作了較明確的規定。對普通單層結構,國標CECSl02:98《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》做出了具體的規定。

結構變形主要涉及到適用性的問題,一般對結構的安全性涉及并不太深。而單層輕鋼結構屋面一般是不上人的。筆者認為,設計時對單層輕鋼結構廠房的變形控制是可以適當放寬的。放寬變形對于那些主要由變形控制的建筑有非常重要的經濟意義。根據上海市已建成投入使用的輕鋼結構單層廠房、倉庫等實踐經驗,對于檐口高度不超過9m的單層輕鋼廠房,設計時可以只考慮強度條件,而不必考慮剛度變形要求。這種做法與歐美等國標準的規定也是比較接近的。

3.2整體穩定設計

3.2.1框架構件設計

整體穩定系數計算公式:

式中:――梁整體穩定系數;

――梁整體穩定等效彎矩系數;

――梁側向支撐點間對接弱軸的長細比;

――按受壓纖維確定的梁毛截面抗矩;

――梁毛截面面積;

――梁截面全高;

――梁受壓翼緣厚。

由上式(1)可知,構件整體穩定承載能力與成反比。由于與受壓翼緣的自由長度成正比,故解決整體穩定最經濟有效的辦法是對受彎構件的受壓翼緣增加側向支撐以減少。因為在輕鋼結構設計中,由于檁條彩板屋蓋結構的檁條的側向支撐作用(檁條間距一般為l200-1500mm),梁的整體穩定往往有保證。這樣就可以不必為整體穩定而加寬翼緣,增加用鋼量。

設計時還應注意,檁條只能約束屋面梁上翼緣和柱外翼緣。但是由于輕鋼結構屋面往往較輕,風荷的改變往往會改變內力的方向,因此梁下翼緣及柱內翼緣也都存在受壓的可能。對于這種情況,設計時通過設置隅撐來解決。隅撐連接梁下翼緣(或柱內翼緣)與檁條,使之形成側向約束,來解決梁下翼緣(或柱內翼緣)的整體穩定。

3.2.2檁條設計

采用Z型、C型檁條時,設計成搭接的連續性檁條而成為連續梁計算模式比以簡支梁為模式的效果好。因為連續梁模式比簡支梁模式的剛度大,穩定性優于簡支梁。在筆者查閱的歐美等國鋼結構圖紙與技術中,他們計算穩定的自由長度取值是連續梁跨中反彎點之間的長度。這比我國現在一般取的自由長度要小,因此穩定性也優于簡支梁。接照連續梁模式設計成的檁條,其檁條的拼接處一般都在跨度的五分之一處。

3.3局部穩定設計

據彈性理論,四邊簡支板的臨界剪應力為:

由式(2)知:板的局部失穩臨界剪應力與(h/tw)2成反比,故h/tw越小越好,設計時為了節省鋼材就須增大h/tw值以提高構件的抗彎模量。這時解決局部失穩往往可以不必增大腹板厚tw,一般是通過設加勁肋的方法來解決。在國標CBJl7-88《鋼結構設計規范》中,h/tw ≥ 80設加勁肋的規定就是基于臨界剪應力與抗剪屈服應力相等定出的。這個規定對于普通鋼結構是合適的。但對于輕鋼結構,因為荷載較小,往往剪應力也很小,要遠遠低于抗剪屈服應力。在低剪應力下,即使h/tw ≥ 80也不會產生局部失穩現象。因此,設計時若剪應力未達屈服剪應力,可不設加勁肋,這一點在輕鋼設計中可適時考慮

3.4焊縫設計

在設計規范中受力焊縫已有明確的規定。此處所講的焊縫指的是梁、柱腹板與翼緣板之間的焊縫。因為這些焊縫在輕鋼結構的制作中占了絕大部分的焊接工作。梁柱腹板與翼緣之間的焊縫主要是傳遞翼緣與腹板之間的剪應力。翼緣與腹板之間剪力很小,因此所需焊縫亦可很小。在美國鋼結構施工圖中,這些焊縫的處理廣泛地采用了單面焊縫,這使得焊接工作量大大地減少了。用自動焊機的生產能力提高了一倍左右。國內未能采用單面焊縫原因大致有:①目前國內大多數輕鋼結構生產廠家還沒有解決單面焊縫的非對稱變形;②長期以來設計人員已形成習慣。筆者認為,若解決非對稱變形問題,對梁翼緣與腹板之間的焊縫可以使用單面焊。至于那些受力大的重要部位仍須雙面焊,如吊車梁、牛腿等。

4鋼結構耐火保護層設計

鋼結構或鋼構件存在耐火性能差會導致嚴重的安全隱患,這使得完善和充實鋼結構規范中的防火設計顯得愈來愈迫切。

現有的研究結果表明,經過保護后構件的升溫規律除時間滯后外,其溫度場分布規律與未保護時相同。因此,耐火保護層的厚度計算可采用如下假設:在要求的耐火極限時間內,使被保護的構件吸收的熱量及鋼表皮所達到的溫度與未保護時構件的耐火極限內構件中吸收的熱量及鋼表皮所達到的臨界溫度相等。對于鋼構件的防火保護層厚度可根據國家標準《高層民用建筑鋼結構技術規程》JGJ99-98的附錄7“鋼構件防火保護層厚度計算”。

受保護的鋼結構的耐火性能受其保護方式、保護材料類型及其厚度、施工質量等影響。不同的鋼結構保護材料具有不同的特性和用性,選用時應根據保護結構的形式、環境條件、建筑內主動消防設施情況、當地消防管理水平等具體情況,通過經濟分析綜合確定。要保護這些保護方法在火災時發揮預定功能,還應加強施工中產品質量、施工質量和日常維護管理的控制。采用水泥砂漿保護時,由于其附著力差且容易開裂剝落,在施工時建議采用鋼結構外加焊鋼絲網,再在鋼絲網上進行抹水泥砂漿或高壓噴槍噴射水泥砂漿成型。

參考文獻

[1]薛發.鋼結構住宅的發展現狀與前景[J].工程建設與設計,2004,03.

[2]龔政,許君.輕鋼結構在房屋加層中的應用[J].安徽建筑,2005,03.

[3]張永生,錢禮平.淺談多層鋼框架工業廠房的設計[J].安徽建筑,2008,06.

[4]夏維明.鋼結構穩定設計的探討[J].安徽建筑,2008,03.

[5]吳云.多層鋼結構住宅體系及技術性分析[J].甘肅科技, 2007,02.

[6]李茂華,侯建國.國內外鋼結構設計規范關于角焊縫的限值及計算方法比較[J].鋼結構,2005,01.

[7]吳云.高烈度地區多層鋼結構住宅的計算分析[J].甘肅科技,2007,03.

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【關鍵詞】 穩定；剛度；整體思維

1.教學現狀

《鋼結構設計》是房屋建筑工程領域的一門主要的專業課程，其任務是通過本課程的學習獲得必須具備的關于鋼結構材料、設什、施工等方面的基本概念、基本理論，并通過一定的實踐課程配合，使同學掌握一定的解決鋼結構工程實際問題的能力，為今后從事鋼結構施工、側造和一般鋼結構的設計、施工和監理等生產實踐工作打下堅實的基礎。包含了《鋼結構設計原理》和《鋼結構設計》、《鋼結構課程設計》三部分。隨著鋼結構優點的逐漸凸顯，使得我國鋼結構設計成為熱點學科和結構設計發展趨勢，所以學好鋼結構設計、促進鋼結構設計的發展成為土木工程專業畢業生的責任和使命。但從目前高校土木教學和學生反饋看，《鋼結構設計》屬于很難掌握的一門學科，很多學生由于教材中抽象的理論、繁冗的推導公式、艱難的計算而對課程失去興趣導致學習效果很差，且不愿意從事相關工作。基于此，本文剖析其原因并找出對策，以期加強學生對課程的認識。

2.存在問題的分析和解決辦法

若想學好《鋼結構設計》，必須做到以下幾點：

2.1 打好力學基礎，建立合理知識體系

學習《鋼結構原理》的時候，應抓住材料—連接—構件強度、剛度—構件穩定（整體穩定和局部穩定）這條主線。《鋼結構設計》的先修課程有《材料力學》、《結構力學》，鋼結構強度、剛度計算和鋼結構連接等章節中用到的知識并不復雜，但是穩定問題則需要較好的力學功底，而穩定問題的基礎知識出現在《材料力學》和《結構力學》教材的后半部分，部分學校由于課時有限講的不深入甚至不講就進入了鋼結構的穩定部分學習，這樣學生肯定會感覺有跳躍性、聽不懂就成為必然。所以建議學生在學習鋼結構穩定部分之前先學習鞏固力學有關穩定部分的基本知識。

2.2 建立整體思維，熟悉設計流程

在原理部分掌握了各種受力構件之后，就進入了整體結構的學習，有鋼屋架、鋼網架、門式剛架、多層鋼結構房屋、高層鋼結構房屋等，不同高校會依據課時安排有所取舍。這部分的特點是把構件組合成結構整體，需要整體考慮。同時鋼結構設計也具有建筑結構設計的一般特點，即按照荷載統計（包括恒載，活載，風荷載，地震力等）—內力組合分析—截面設計的思路進行，這也是軟件所遵循的程序。

2.3 加強課程設計的學習

課程設計是專業培養方案中的重要一環，此環節若能有所加強，將能達到事半功倍的效果。鋼結構的課程設計有多種形式，如門式剛架、多高層鋼結構房屋的設計、網架的設計、鋼屋架的設計等，不同高校會依據教學的情況進行相應安排。從設計方式上，學生可手工作圖，也可計算機輔助設計，但從社會需求來看，建議讓學生手算，然后電算校核。例如做鋼屋架的設計，可以讓學生手算內力及選取截面并進行校核并進行焊縫的連接計算，同時用PKPM軟件中STS進行電算設計、出圖，相互比較后才會有收獲。

2.4 增強學生學習興趣，增加實地參觀機會，教學實踐相統一

“興趣是最好的老師”，《鋼結構設計》教學中教師要努力提高學生的學習興趣，提高學生學習的使命感和緊迫感。

在鋼結構學習中，學生存在的主要問題是抽象感，所授內容完全存在于在想象之外，這給鋼結構學習帶來極大不便，同時也降低了學生的學習興趣。所以建議有條件的學校聯系鋼結構實習基地供學生參觀學習，去鋼結構廠參觀鋼結構生產工藝及生產流程，就近參觀一些代表性的鋼結構工程，以促進鋼結構知識的理解學習。沒有條件的就多找些鋼結構模型或圖片以給予學生直觀的理解。

3．教學建議

3.1 鋼結構宜保證足夠學時，尤其是原理部分。鋼結構的內容量并不少于鋼筋混凝土結構，但是國內高校對于鋼筋混凝土的課時量一般是比較充足的，但對鋼結構的課時量則偏少。有了一定的充足教學課時，才能保證鋼結構課程教學體系的完善和學生知識的搭建。

3.2 應適當增加穩定基礎知識的補充和鞏固。

3.3 適當把理論教學與鋼結構規范相結合，讓學生知識更全面。

3.4 可以在土木工程類本科畢業設計中增加鋼結構選題，設計從建筑圖到施工圖，從手算到電算，讓學生建立完整的鋼結構設計體系。

參考文獻

［1］ 周俐俐.鋼結構課程設計指南［M］.北京：中國水利水電出版社,2006

［2］ 中華人民共和國建設部.鋼結構設計規范［M］.北京: 中國建筑工業出版社,2007

［3］ 陳紹蕃.鋼結構［M］.北京: 中國建筑工業出版社,2007

［4］ 夏志斌.鋼結構原理與設計［M］.北京: 中國建筑工業出版社,2004

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關鍵詞：鋼結構，設計，節能

一、前言

隨著我國鋼產量的快速增長，經濟的不斷發展，對綠色環保型建筑的不斷要求，鋼材應用于建筑主體結構是歷史所趨，用鋼政策由限制用鋼到合理用鋼再到積極用鋼，我國鋼結構產業化進程正在加速發展，發展以標準化、系列化、通用化， 以專業化、社會化生產和商品化供應為基本方向的現代化體制。有不少項目都是結構建筑方案新穎，結構受力合理，節省鋼材，符合我國國情的好作品。但也應該指出，當前一些重大項目都由國外設計，其中不少項目結構方案不夠合理，用鋼量太大，造價驚人，不符合中國國情。面對當前大批工程上馬，我們的設計體制、設計理念、設計水平、設計質量、設計人員素質還遠遠不能適應，還有許多亟待解決的問題。

二、鋼結構的建筑設計問題

1．鋼結構設計的建筑表現

建筑形象的構思是一個概念形象的創作過程，是建筑創作的難點之一，也是建筑設計中備受關注的核心問題之一。其核心是要以精致的節點和精細的加工來體現高超的建筑技藝， 以更高的工藝水平來設計和“制造”建筑。

2．鋼結構建筑的細部設計

鋼結構建筑設計的復雜化與精致度要求越高，對細部設計的要求也越高。因為細部設計決定一個地方最終是否得到確認及其優良的質量。在現代鋼結構建筑中，各種金屬結構桿件，連接金屬桿件的節點細部，常常暴露在外，使建筑帶有強烈的科技感，值得提倡。

3．鋼結構建筑的防火設計

鋼結構是不耐火的結構。鋼結構在火災烈焰下，構件溫度迅速升高，而鋼材的屈服強度和彈性模量卻急劇下降，結構變形迅速增大，最終導致結構倒塌。美國“9•1 1事件” 中世貿大廈的倒塌就形象地說明了這個問題。為此，需要對鋼結構中的梁、柱、支撐等承重構件和組合樓蓋體系的壓型鋼板作防火處理，常見的鋼結構有防火板包裹，防火噴涂，復合防火等。目前應用最多、是工業最方便的是噴涂防火涂料。

4．鋼結構建筑的防腐設計

鋼材如果長時間暴露在室外受到風雨等自然力的侵蝕，必然會生銹老化，其自身承載力會下降，建筑的美觀也會受影響。因此防腐問題也是需要解決的常見問題， 目前的做法主要是采用新型防腐和構造材料。但是目前的防腐技術最多能保證2O年左右，對于常規設計基準期為5O年的建筑而言，后期第二次防腐處理是相當困難的，尤其是一些前期隱蔽工程。所以鋼結構防腐需要一次徹底的技術革新。

5．鋼結構建筑的保溫設計

鋼結構建筑的“熱橋”和“冷橋”問題相對突出，而目前對此解決辦法有兩種較為有效：①研制、優化保溫材料的構造，提高建筑熱環境性能。可運用高效節能玻璃，硅氣凝膠，新型節能墻體材料，達到節能的目的。②防止保溫材料凝結水外保溫和中間保溫作法，可防止保溫材料由于蒸汽的滲透積累而受潮。

6．鋼結構建筑的隔聲設計

噪聲與建筑密不可分，噪聲污染的防治與治理已經成為建筑聲學重要的組成部分。可以在外墻使用隔聲性能較好的材料或結構，如磚、混凝土、紙面石膏板墻等，觀察部分使用隔聲窗，進出部分使用隔聲門或吸聲通道等。

三、鋼結構的結構設計問題

1．鋼結構的穩定設計

穩定性是鋼結構設計中的一個突出問題， 在各種類型的鋼結構設計中， 都會遇到穩定問題。鋼結構中的穩定問題也是鋼結構設計中亟待解決的主要問題， 一旦出現鋼結構的失穩事故，不但對經濟造成嚴重的損失， 甚至會造成人員的傷亡， 這方面的教訓也很多。所以我們在鋼結構設計中， 一定要把好這一關。目前， 鋼結構中出現的失穩事故大多是由于設計者的經驗不足，對結構及構件的穩定性能不夠清楚， 對如何保證結構穩定缺少明確的認識， 造成結構設計中出現不應有的薄弱部位。因此， 在設計中應該明確鋼結構穩定的一些基本概念， 才能更好地處理鋼結構的穩定問題。

2．圍護結構中檁條的設計

檁條通常是風荷載工況起控制作用，設計時常忽略驗算風吸力作用下的穩定，導致大風時很容易失穩破壞。為了保證風吸力作用下的整體穩定，通常在檁條之間設置拉條。計算中已考慮拉條的作用而施工圖中忽略了布置拉條或拉條布置不當都將導致檁條失穩破壞。正確的拉條布置位置是根據計算結果在檁條上下翼緣附近，在上下穩定均需要拉條約束時，在實際工程設計中有些設計者對屋面或墻架最上端檁條的側向支撐， 如拉條、斜拉條、撐桿能正確設置， 但對中間墻面或屋面， 如門窗洞口、屋面風機開孔處、屋面天窗(采光窗)等處， 經常只設拉條， 而漏設斜拉條和撐桿等， 根本無法將拉條上的拉力傳至承重結構上。其根本原因是對拉條、斜拉條、撐桿的傳力作用及途徑不清楚， 同時也是對規范條文只知其然， 不知其所以然， 從而給圍護結構的設計帶來安全隱患。

3．隅撐的設計

設置隅撐是保證梁柱構件整體穩定的主要措施，隅撐間距是梁柱計算時確定的，大小規格也需通過計算確定。若因特殊原因不能設置隅撐， 應采取可靠措施保證梁柱翼緣不會因失穩而屈曲，否則存在安全隱患。所以在輕鋼結構和多高層框架結構的一些關鍵部位均要設計隅撐。

4．柱腳的錨栓設計

規范規定，鋼結構柱腳錨栓按承受拉力計算，水平力由柱腳底板與混凝土的摩擦或設置底板抗剪鍵來承受，錨栓不得承受水平力。目前設計師一般按設計軟件的信息設計抗剪件，基本能保證規范要求，但是對于抗剪件的設計和計算卻缺乏相應的規定。另外，對有些承受拉力柱腳的錨栓設計目前也沒有相應的設計規定。

四、鋼結構的圖紙設計質量

1．設計項目層層轉包造成設計質量下降當前各大設計院任務重，而且在鋼結構設計人員的儲備不足，而鋼結構部分卻是費工費力收費低，不愿意承接鋼結構設計任務，往往委托專業鋼結構公司設計，而大部分鋼結構專業公司沒有設計資質，存在買圖簽的現象。另外，設計人員水平參差不齊，經專家審查后發現，設計方案、計算模型、抗震設計理念都存在很多問題。

2．施工圖深度不夠

設計院將自己的設計任務轉嫁給加工企業，造成質量下降。不少設計單位鋼結構的設計水平比較低，對關鍵技術不進行研究，對所設計的成果心中沒底，只給出“構件布置圖”就算完成了任務，而有些布置圖只是一個簡單的單線條圖，對關鍵的“節點設計”不分具體情況一律采用“全焊接節點”。而“全焊接節點”在高烈度地震區使用是有安全隱患的。雖然，國家規定鋼結構圖紙分兩階段設計，施工圖在設計院，加工詳圖在加工廠，但是由于施工圖的深度不夠，往往導致加工圖紙拆圖困難且達不到原設計的要求。

3．設計與施工不能很好銜接

一些設計人員出于經濟利益，整天埋在辦公室的圖紙堆里，理論脫離實際，不深入現場，不了解施工，不清楚自己的設計方案能否施工。嚴重者會給施工帶來極大困難，總的造價大量增加。往往導致工程邊施工邊變更，最后變更圖紙比原設計圖紙都多。

五、結語

當前，我國鋼結構發展的形勢很好， 目前應大力加強和提高各級設計人員的設計水平，做到理論與實踐相結合。應充分發揮各高等院校、學術團體等作用，舉辦鋼結構技術講座、規范設計等，加以促進我國鋼結構的蓬勃發展。通過幾年的工程實踐，筆者有以下幾點建議：

(1)認真學習技術規范，不僅要熟悉規范的條文，還要切實理解條文原理及其應用條件：

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關鍵詞：蒙古包；荷載；類門架；節點設計；支撐系統；空間體系

中圖分類號： TU973+.257 文獻標識碼： A

1. 工程概況

2009年，我院承擔了某石灰石公司年產50萬噸石灰石生產線的設計任務。這個項目主要是石灰石的破碎、輸送及儲存。石灰石經過一次破碎后，通過皮帶機輸送至直徑50米、高20米的蒙古包儲存庫中，通過帳篷庫下的地溝輸送至二次破碎、篩分車間、二次破碎完成后，再經皮帶輸送至鋼倉進行不同粒徑分類儲存。蒙古包頂部有皮帶下料裝置，下部是2.5米高的混凝土擋料墻。

2. 荷載分析

2.1 荷載取值

恒載：0.50KN/m2 ；

活載：0.50KN/m2 ；考慮活載的不利布置。

雪載：0.30KN/m2 ；活載取值為雪載標準值和活荷載的較大值；

風載：基本風壓0.45KN/m2 ，地面粗糙度為B類。

地震作用：抗震設防烈度6度（0.05g），設計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為0.40S.

施工階段與使用階段的溫差：±30ºC溫度作用。

2.2 參數分析與取值

2.2.1 風荷載體型系數

體型系數0.4（迎風面），-0.5（背風面）。

2.2.2 高度系數取值：1.25

2.2.3 荷載組合，門市剛架結構內力計算主要考慮9種荷載組合：

1） 、荷載基本組合

a.1.0恒載+1.4x0.7活載;

b.1.2恒載+1.4活載;

c.1.2恒載+1.載.

d.1.2恒載+1.4活載+0.6x1.載;

e.1.2恒載+0.5x1.4活載+1.3地震荷載。

2)、 荷載標準組合：

a.恒載+活載

b.恒載+風載;

c.恒載+風載+0.7活載。

d.恒載+活載+地震荷載

3.空間建模

在設計前期階段深入調查研究、充分掌握第一性資料的基礎上，對帳篷庫的設計方案進行了反復比較，究竟采用什么樣的模型呢？通過同事間不斷討論、反復論證，最終選擇了類似拱的門式剛架與支撐構成的空間體系。這個帳篷庫由12個類似拱的門架通過支撐組成。

4.結構分析

4.1 計算軟件

結構分析采用同濟大學3D3S 10.1空間任意結構模塊。按照上述荷載及工況組合，對結構進行整體分析。

4.2 結構桿件參數

1）結構桿件計算長度

根據GB 50017-2003《鋼結構設計規范》，橫梁平面內計算長度系數取1.0，平面外計算長度取3m；柱平面內計算長度系數取0.7,平面外計算長度均取2.6m。

2）桿件長細比：受壓構件的長細比不宜大于130（235/fy）1/2.且鋼結構構件的長細比不宜大于180.

3） 應力比控制：桿件應力比控制在0.85，最后結果取全剛接節點結果的包絡。

4） 撓度控制：梁的撓度不大于L/240(L為桿件長度)，結構最大跨度為26.5米；柱頂位移不大于柱高的1/240。

5）腹板高厚比不大于250（235/fy）1/2；

翼緣高厚比不大于15（235/fy）1/2；翼緣厚度比腹板厚度至少大2mm。

5．強度、穩定性分析

由強度、穩定性分析結果可以看出：該結構的穩定性及極限承載能力均滿足要求。

6. 節點及支座設計

由3D3S軟件進行結構計算后，得出基礎計算文件，根據文件的支座反力，計算出基礎大小。由于帳篷庫下面是2.5米高的圓形混凝土擋料墻，門式剛架的柱腳正好固定于此。因為柱腳作用著較大的水平推力，宜將柱腳設計成剛接，其目的就是為了增加廠房的整體剛度，使位移不超過允許值。

7.支撐系統

在類門架的鋼結構房屋中，支撐系統是至關重要的。它之間關系到整個體系的安全。斜柱的支撐系統主要包括橫向支撐、縱向支撐、系桿。支撐系統和主體結構組成了穩定的結構體系，保證了結構的空間工作，提高整體剛度，承擔和傳遞水平風荷載、地震作用等，將水平荷載傳給基礎。并為鋼架柱在平面外提供了可靠的支撐。

支撐與構件的夾角在30º~60º之間，最好接近45º.柱間支撐的形式多種多樣，多為交叉形的支撐。可由各種型鋼制成，例如圓鋼、角鋼、H型鋼、工字型鋼及圓鋼管等等。為了便于施工，本圖選用圓鋼管，因為圓鋼管支撐無論從受力性能、抗腐蝕能力、連接是否方便等方面都明顯的優于其它型鋼支撐。而且從價格上來說，焊接鋼管價格低廉，與普通角鋼價格相差無幾，在同等重量的前提下，圓鋼管比角鋼組成的支撐要優越的多。

8.施工中應該注意的問題

不論是鉸接柱腳還是剛接柱腳，剛架在水平荷載和豎向荷載作用下在柱腳都產生水力，柱腳采用錨栓與基礎連接在一起。根據GB 50017-2003《鋼結構設計規范》規定：”柱腳錨栓不宜用以承受柱腳底部的水力，此水力由底板與混凝土基礎間的摩擦力（摩擦系數可取0.4）或設置抗剪鍵承受”。

剛架柱腳底板水平度差，錨栓不易鉛直。必須在剛架和支撐等配件安裝就位，通過下部調整螺母調平，并經檢測和校正尺寸確認無誤后，對柱腳底板和基礎頂面之間的空隙采用二次灌漿料填實。二次灌漿料通常采用比基礎混凝土基礎的強度等級提高一級的無收縮細石混凝土或者灌漿料。二次灌漿的預留空間，對剛性柱腳一般為50~100mm。

9.結 語

由上述分析可得，對于鋼結構帳篷庫，設計中應注意以下問題：

1)、確定計算模型非常重要，它是整個結構計算的關鍵。類似拱的門式剛架空間體系，不僅為帳篷庫的設計提供了一種新的設計思路，而且施工簡單方便，施工周期大大縮短。

2）、對于空間體系來說，支撐系統非常重要。它關系到整個體系的安全。

3）、對于庫頂有上部結構的帳篷庫：上部結構力求結構簡單、受力明確。傳遞荷載時，能夠直接作用于下部主體受力結構，做到傳力明確。

4）、梁柱連接節點、柱與基礎的連接設計要與計算模型相符，同時滿足構造上的要求。

參考文獻：

［1］沈世釗.大跨空間結構理論研究和工程實踐. 中國工程科學,2001,3(3);34-41.

［2］《特種鋼結構設計與施工》.張榮山 著.中國建筑工業出版社,2004.

［3］中國工程建設標準化協會標準.門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程（CECS 102：2002）.

［4］國家標準.建筑結構荷載規范（GB 50009-2001,2006年版）

篇5

關鍵詞：鋼結構；廠房；結構設計

Abstract: combining with a production workshop chongqing steel plant design simple introduction to this kind of plant the structural design features, from the main load, the main structure layout analyzed the heavy steel structure plant structure design, puts forward the heavy steel structure plant structure design problems should be paid attention to.

Keywords: steel structure; Workshop; Structure design

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

引言

在工業建筑中，鋼結構以其獨特的性能被廣泛采用，為滿足生產需要，跨度大、高度大以及大噸位行車重型鋼結構廠房不斷涌現。隨著鋼結構的發展，重型鋼結構廠房在工業建筑中的比重越來越大，主要領域用于冶金、機械、船舶等工業建筑。本文結合浙江寧波地區某生產車間的結構設計，重點介紹重型鋼結構廠房結構特點及結構設計中一些注意事項和要點，供類似設計中參考。

1重型鋼結構廠房結構特點

重型鋼結構廠房結構相對于輕型門式剮架結構具有以下特點：

1.1結構用鋼量大。該類廠房柱距、跨度、高度一般較大。且吊車工作級別、荷載較大，因此導致構件超長、超寬、超重現象，用鋼量一般超過60kg/m2。由于該類廠房結構構件重量較重，且上部荷載較大，相應基礎費用也較高，同時地震反應也較為敏感。

1.2軸網布置不規則。受工藝條件限制，廠房柱距一般為9~12m，局部柱距由于抽柱，柱距達到24m甚至更大。

1.3結構整體剛度要求高。因吊車沖擊荷載對結構的影響，在結構的縱向及橫向應提高結構整體剛度，以減小整體結構的震動。

1.4節點構造復雜。節點設計應考慮超大、超寬、超重構件的制造、運輸、安裝的工藝要求，并滿足抗震構造措施及剛性假定的規定。

2結構設計

結構設計按《鋼結構設計規范》、《建筑抗震設計規范》和《建筑結構荷載規范》等相關規范設計。

2．1主要荷載

廠房結構所受到的荷載主要有豎向荷載：包括結構自重、吊車豎向荷載、屋面活荷載及走道板活荷載；水平荷載：包括風荷載、廠房積灰荷載，吊車水平荷載、地震荷載等。上述荷載中除一般輕型屋面自重按0.50kN/m2輸入外，其它結構自重由程序自動計算。風荷載按《建筑結構荷載規范》選用風荷載體形系數后，由程序自動布置。屋面活荷載取0.3kN/m2，屋面積灰荷載在水平投影面，距高爐中心50m內取1.0kN/m2，距高爐中心50~100m時取0.5 kN/m2，走道板活荷載取2.0kN/m2。基本風壓0.4 kN/m2。吊車荷載按照廠家提供的數據進行輸入。

2．2主要結構布置

排架柱為單階柱，上階柱采用工字型實腹焊接截面柱。下階柱除承受上柱荷載外，還需承受噸位較大的吊車荷載，如果采用實腹工字型截面柱．則柱截面會很大，不經濟，下柱采用格構式鋼管混凝土柱設計方案。充分利用了鋼管和混凝土兩種材料的力學性能，減少了柱子截面尺寸，且外形美觀。肩梁采用單腹壁肩梁。

2．3屋面斜梁設計

(1)撓度控制：屋面斜梁撓度限值按《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）附錄A規定，[Vt]

(2)腹板高厚比控制：當屋面梁軸力相對較小時。可按《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)4.3.1款規定，承受靜力荷載和間接承受動力荷載的組合粱宜考慮腹板屈曲后強度，并滿足第4.4節相關要求。考慮腹板屈曲后強度的屋面斜梁腹板可以設計的較薄，且無需設置中間橫向加勁板，但考慮到腹板的焊接變形往往難以得到保證，因此重型鋼結構廠房的屋面斜梁腹板厚度不宣設計過薄，一般最小取6.0mm，且h/t不大于150。

2．4柱子系統設計

排架柱以邊柱為例。如圖1所示。

鋼柱為單階柱。上柱采用實腹式柱，下柱采用格構式鋼管混凝土柱。鋼管材料選用Q345B鋼，管內用C45混凝土填充，綴條采用空心鋼管。澆灌混凝土的孔開在肩梁以下，孔徑約200mm，可在工廠開孔，但不宜將孔板割掉，以免雜物掉進管內．待管內混凝土被振搗密實并達設計強度的50％以后，方可焊接孔板。鋼管中混凝土應采用壓力灌漿法澆筑，為使管內混凝土密實，在肩梁上翼緣板各開有直徑為30mm的泄氣孔:，灌漿時應振搗密實，直到泄氣孔冒漿為止。鋼管中的混凝土必須在吊車及墻架系統安裝前澆灌，待混凝土強度達到70％以上，方能安裝吊車及墻架系統。下柱長15.18m，在柱腳處和下柱的中部分別設置了一道橫隔(橫隔間距不宜大于柱長邊的9倍和8m)。

柱腳采用插入式柱腳。

肩梁采用單壁式肩梁，腹板高度為1800mm。與鋼管相交的加勁做成一塊整板，下柱的鋼管切口，將加勁板插入鋼管的切口內，這樣的構造做法使吊車梁傳來的豎向荷載有效的傳遞至下部鋼管混凝土柱內，提高了節點的整體受力性能。

圖1：排架柱

2.5柱間支撐設計

為保證廠房的縱向剛度和空間剛度，承受山墻風力、吊車縱向剎車荷載、溫度應力和地震作用，沿廠房縱向設置上、下柱間支撐。下柱柱間支撐設兩道，原則上應該布置在溫度區段中間三分之一處，但是工藝要求，有些位置不能布置柱間支撐，將其位置做適當的調整以滿足工藝要求。上柱支撐設四道，上柱支撐除在設有下柱支撐的柱間布置外，在溫度區段的兩端另設兩道。

2．6吊車梁與柱的連接

吊車梁下翼緣與柱的連接，一般采用普通螺栓固定。吊車梁上翼緣與柱的連接通常采用板鉸連接，因為板鉸連接的縱向約束效應小，適用于重級工作制吊車梁，板鉸及其連接應能保證傳遞梁端最大水力．鉸板孔徑較栓徑大1mm，其加工應按照精制螺栓要求進行，鉸板栓孔的受力方向端距不得小于1.5d。由于吊車的起重量較大，在吊車梁的高度中部增設與排架柱相連的垂直隔板，此隔板為構造加強，無需計算。

3廠房各系統設計中應特別注意的問題

3.1鉸接屋架上承及下承做法對柱的影響

上承式屋架優點：屋架支座處傳力好。屋架在安裝時的穩定性好,而且基本上可不必考慮屋架受力后弦桿彈性伸長的影響。上弦在豎向荷載作用下的壓縮變形可補償屋架下撓時(坡度變直時)支座向外的位移。其總位移量的消長情況與屋面坡度有關,當屋面坡度i≥1/6,柱頂仍將向外推移。當i≤1/10柱頂非但不會向外推移，甚至有向里移動的可能，這個優點在多跨廠房中更為重要。

上承式屋架缺點:上承屋架端支座底部至端節點中心的距離較大,約為下承式屋架的2~3倍。因此,在柱頂水平剪力作用下對支座節點的偏心彎矩較大,設計時應引起注意。一般可采取以下兩種方式解決:①采用側接法與柱頂相連,以減少甚至消除偏心彎矩;②在與支座節點相連的屋架桿件設計中,考慮此偏心彎矩的影響,下承式屋架做法優缺點正好與上承式相反。

3.2柱

柱截面選用時,為了經濟,宜優先選用鋼管混凝土柱或型鋼格構柱。為了經濟,在工藝允許的情況下可增加縱向系桿,以減小廠房柱的平面外計算長度。

3.3柱間支撐

支撐桿件采用單拉桿設計或一拉一壓桿件設計,應根據受力大小及桿件長度確定。目前流行采用單桿既在前后片桿件之間不打綴條設計,便于中間穿行管道、鋼梯及參觀走道。

3.4吊車梁系統

國標圖集與鋼結構設計規范對吊車梁中間加勁肋板與上翼緣的焊縫處的要求不同(鋼結構設計規范要求刨平頂緊后焊接,國標圖集僅采用焊縫)，建議采用刨平頂緊后焊接。平板支座處加勁肋國標圖集中是上下刨平頂緊,為了便于施工,建議改為上端坡口焊,下端刨平頂緊后焊接。

結語

隨著我國工業建設的發展，尤其是沿海、沿江地區冶金、機械、船舶及海洋工程類建設項目，由于生產工藝的需要以及建設用地的允許 ,建造大跨度和大面積的鋼結構廠房越來越多 ,而隨著我國鋼產量的增加和建筑設計、 施工技術的不斷進步 ,這種需求得到滿足也變得越來越容易。設計人員要熟悉規范，靈活把握，使得工程結構設計更加經濟合理。

參考文獻

[1]鋼結構設計手冊編委會．鋼結構設計手冊[M]．北京：中國建筑工業出版社，2004．

[2]GB 50017--2003鋼結構設計規范[S]．

篇6

關鍵詞：重型鋼結構廠房；結構設計；橫向框架；縱向剛度；柱的計算

中圖分類號： TU318 文獻標識碼： A 文章編號：

引言

重型鋼廠房具有承載能力較強，整體剛度及抗震性能好，耐熱，鋼構件便于制作、運輸及安裝，廠房的建造周期短等優點。近年來，在冶金、機械制造、造船、火力發電、飛機制造等行業普遍應用。這類結構的顯著特點是跨度大，高度大，噸位大，有些廠房的跨度可達30m，高度達60m，吊車起重量高達1200t，耗鋼量很大。隨著我國鋼材產量、品種的日益增加，以及綜合考慮制造、運輸、安裝等多種因素，鋼結構廠房的應用會更加廣泛。

1.工程概況

某重型鋼結構廠房用于單層船體高跨車間，其建筑總面積約為33690㎡，形狀規則，呈長方形，檐高為26.5m，結構總高度為28.3m，車間縱向長度約為231m，橫向長度約為144m。該車間為4跨，高度和寬度均一樣，跨度為36m，高度為28.3m，配備為30~200t不等的橋式吊車，柱間距均為12m。本工程廠房上部結構采用鋼結構，屋面為網架結構，基礎形式采用預應力靜壓管樁基礎，取粉細砂層或粉細砂與粉質粘土交互層為樁基持力層。該結構的廠房平面布置圖及剖面圖分別如圖1和圖2所示。本工程很有代表性，因為該車間尺寸均為國內少見，為此本文針對此次鋼結構設計中的一些特殊之處，談談自己的做法和體會，望能為類似工程提供參考。

圖1 平面布置圖

圖2 橫向剖面圖

2.結構設計與分析

（1）設計基本參數

本工程抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為6度，基本地震加速度 0.05g，地震分組第一組，建筑場地類別 III 類，按 6度采取抗震構造措施，建筑場地不考慮地基土液化，地面粗糙程度B類，建筑結構安全等級為二級，建筑結構合理使用年限為50年 (屋面15年)，屋面活荷載為0.35kN/㎡，屋面恒荷載為0.3kN/㎡，風荷載為0.505kN/㎡，吊車選用軟鉤吊車，工作級別均為A5，荷載組合按規范來確定，鋼柱材料采用Q345b和Q235b兩種形式。

（2）結構布置

廠房的結構布置要綜合考慮工藝、結構、經濟和建筑模數標準化的要求。從結構要求方面考慮，為保證廠房的正常使用，使房屋具有足夠的橫向剛度，本工程將柱布置在同一橫向軸線上。同時，以所有柱列的間距均為相等的布置方式（柱間距為12m）。這時廠房橫向剛度最大，屋蓋和支撐系統布置最為簡潔，本工程吊車梁的跨度均為相等，保證結構構件達到最大限度的定型化和標準化。從經濟角度考慮，柱的縱向間距的大小對結構重量影響很大。加大柱距，柱的數量及重量減少，但會使布置在柱距間的屋蓋結構、吊車梁和托架的重量增加。最適宜的柱距與柱上的荷載及柱高有密切關系。屋面支撐選用角鋼支撐，縱向屋蓋支撐按照通長設置，為了提供廠房整體剛度，將縱向支撐與橫向支撐組成一個封閉體系；廠房在屋檐、屋脊、轉折處以及相應位置通長設置剛性系桿。

（3）橫向框架的計算簡化

本單層廠房框架由柱和屋架組成，各框架之間由屋面板或檁條、托架、屋蓋支撐等縱向構件相互連接在一起，故框架實際上是一個空間工作的結構。當框架受荷載后，通過縱向構件的聯系作用，將部分荷載傳遞到相鄰不受載的框架上去，從而減少了直接受載框架的負擔。在這種情況下，以大型鋼筋混凝土屋面板和屋蓋縱向水平支撐的剛度最大，傳力較可靠。但空間結構的計算工作繁重，且大型屋面板與屋架的焊接質量也常常不能完全保障，本工程中將框架分解為平面計算單元，即假定各計算單元之間是相互獨立的，同一計算單元中的屋蓋為一剛性體，使各點側位移相等。在計算中不考慮屋蓋上的天窗架和檁條、廠房內的吊車橋架、吊車梁系統、平臺、墻架構件等參與框架的共同工作。

（4）廠房縱向剛度的計算簡化

廠房的縱向剛度主要由柱間支撐和其他縱向框架結構來保證。由于本工程屬于重型，因此設有重級工作制吊車的廠房柱，在吊車梁或吊車桁架的頂面標高處，由一臺最大吊車縱向水平荷載標準值(不乘動力系數)所產生的計算位移值，不應超過柱的縱向水平位移容許值。柱的縱向水平容許位移值應控制為H/4000，其中H為自柱腳底面至吊車梁或吊車桁架頂面的高度。計算柱的縱向位移時，我們做了下列的假定：1)僅考慮柱間支撐或其他縱向框架的剛度，而忽略柱剛度的影響；2)當縱向水平構件(如吊車梁系統結構、墻架等)的截面較大時，忽略其軸向變形的影響；3)計算十字形交叉支撐時，僅考慮拉桿受力而壓桿不受力，支撐與柱的連接節點為鉸接；4)吊車縱向水平荷載分配在溫度區段內所有柱間支撐或縱向框架上。

（5）柱的計算

本工程的框架柱均為壓彎構件，在計算時，應進行截面強度計算、框架平面內和框架平面外的穩定性計算。其中格構式柱還應進行整體穩定計算、分肢的強度和穩定計算以及綴件的設計。此外還須核算截面受壓部分的局部穩定。經計算本工程的柱尺寸采用200*200mm。

（6）計算結果

本工程選用中國建筑科學研究院出版的PKPM系列軟件進行重型鋼結構建模、內力計算以及結果分析。同時用同濟創迪鋼結構系統電腦輔助設計軟件3D3S 11.0和冶金部建筑研究總院的PS2000對設計結果進行校核。整個設計過程均按照國家現行規范設計，柱子和梁等構件的應力均能滿足設計規范的要求，廠房的主要節點荷載位移和地震位移均能滿足規范的變形要求（如圖3）。

圖3 吊車水平荷載和地震位移

3.鋼結構設計的體會和需注意的問題

（1）支撐桿件的設計

平面屋架本身在屋架平面外的側向剛度和穩定性則很差，受到水平荷載后極易產生較大的變形，為使屋架結構有足夠的空間剛度和穩定性，必須在屋架間設置支撐系統屋架的橫向和縱向水平支撐都是平行弦桁架，屋架或托架的弦桿均可兼作支撐桁架的弦桿，斜腹桿一般采用十字交叉式，斜腹桿和弦桿的交角在30°~60°之間。通常橫向水平支撐節點間的距離為屋架上弦節間距離的2～4倍，縱向水平支撐的寬度取屋架端節間的長度，一般為6m左右。

（2）溫度縫

溫度變化將引起結構的變形，使結構產生溫度應力，并可能導致墻和屋面的破壞。故當廠房平面尺寸很大時，為避免產生過大的溫度應力，應在廠房的橫向或縱向設置溫度伸縮縫。圍護結構可根據具體情況參照有關規范單獨設置溫度縫。無橋式吊車廠房的柱間支撐和有橋式吊車廠房在吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐，宜對稱布置于溫度區段中部。當不對稱布置時，上述柱間支撐的中點(兩道柱間支撐時為兩支撐距離的中點)至溫度區段端部的距離，不宜大于表中縱向溫度區段長度的60％。

（3）柱腳構造

在實腹式柱中均采用整體式柱腳，而在格構式柱中則可采用分離式柱腳或整體式柱腳。但一般格構式柱由于兩分肢的距離較大，采用整體式柱腳所耗費的鋼材較多，故在大多數的情況下宜采用分離式柱腳。為了使柱所承受的荷載安全地傳遞到基礎中，柱腳要有適當的整體剛度，各部分的板件要有足夠的強度和可靠的連接。

4.結束語

由于重型鋼結構具有自重輕、性能好、環保、施工速度快、勞動強度小、工廠化程度高等優點，越來越多的廠房采用此種形式，而混凝土結構廠房也慢慢的被取代了，本工程于2012年初開始施工，在2013年3月初投入使用，經過試運行，業主對該工程的設計和施工很滿意，而實際情況也證明本工程設計效果良好。

參考文獻：

[1]周瑞．某重型鋼結構工業廠房結構設計 [J]．建筑結構，2010，（04）：30-31.

篇7

關鍵詞：鋼結構廠房的普及、鋼結構廠房結構設計與分析

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號：

鋼結構廠房的普及及原因

鋼結構廠房的普及

走在大街小巷，穿行于城市之間，越來越多的鋼結構廠房會映入眼簾，傳統的磚瓦結構廠房數量越來越少，這些足以說明鋼結構廠房的普及度之大，它已經成為了投資建廠的首選。

鋼結構廠房受歡迎的原因

鋼結構廠房抗震能力強

在現在這個社會，地震頻發，企業要想永葆生機，首先要未雨綢繆，預防地震的襲擊。而建設鋼結構廠房就是首選。汶川地震期間，一些土磚結構的瓦房經不住地震的破壞，基本都坍塌了，而鋼結構的廠房完好無損，這足以說明鋼結構廠房抗震能力之強。

鋼結構廠房容易拆卸，節省人力物力，非常方便

當企業不能維持發展時，鋼結構廠房容易拆除，節省人力物力，能更好的支持企業轉型。

鋼結構廠房建造方便

傳統的建造方式既麻煩又費力耗時，而鋼結構廠房的建造非常方便，節省人力物力與時間，成為了建廠的首選。

二、鋼結構廠房的結構設計分析

撐體系是鋼結構廠房的重要組成部分。

該支撐體系包括剛性系桿、屋蓋支撐、柱間支撐和隅撐。

剛性系桿在剛架轉折處。

眾所周知，鋼架轉折處對整棟建筑物的支撐起著至關重要的作用。因此剛性系稈應設置在鋼架轉折處。而剛性系桿的設置原則是：沿房屋全長設置剛性系桿。

（2屋蓋支撐應設置在柱間支撐的開間

使用設有駕駛室且起重量大于一定標準的橋式吊車，在屋蓋邊緣設縱向支撐，屋蓋支撐用符合要求的的圓鋼。

（3柱間支撐一般做成交叉支撐。

下柱有門洞時，最好不要設交叉支撐，取而代之的是設立人字撐，柱間支撐夾角應控制在十度到五十度之間。有吊車時，下柱支撐用雙角鋼，上柱支撐用單角鋼；無吊車時柱間支撐用符合一定要求的圓鋼

張緊。這樣才能均衡各部分的壓力，使鋼架結構的廠房穩固。

柱腳的設計

一般說來，鋼結構柱腳分露出式柱腳和埋入式柱腳。剛接的為埋入式，其內力（包括豎向力、水平力和彎矩）均由鋼筋混凝土基礎直接承受，鋼柱底腳埋入深度需滿足錨固長度要求，露出式柱腳具有維修安裝方便、建設速度快等優點，因此在輕鋼結構中常被采用。露出式柱腳分鉸接柱腳和剛接柱腳兩種。本設計中無吊車的剛架柱和抗風柱采用平板式鉸接柱腳，有橋式吊車的剛架柱采用帶加勁

肋的剛接柱腳。柱腳底板的厚度和面積大小由計算確定。柱腳錨栓承受剛架柱彎矩在柱腳底板與基礎間的拉力，同時作為安裝過程中的臨時固定之用。錨栓的直徑由計算確定，同時按構造不宜小于-# %% 。計算柱腳錨栓的受拉承載力時，應該采用螺紋處的有效截面面積。

鋼架的結點設計分析

（1）柱腳的設計要求

鋼結構基礎型式的選擇應根據建筑物所在地的工程地質情況和建筑物上部結構型式等幾個方面綜合考慮。由于柱網尺寸較大，上部結構傳至柱腳的內力較小，一般以獨證基礎為主。若地質條件較差，考慮采用條形基礎，遇到不良地質情況，可考慮采用樁基礎。一般情況下不采用片筏基礎和箱形基礎。

（2）鋼結構柱腳剛接、鉸接的實現是柱腳根據能否抵抗彎矩

在實際工程中，絕對剛接或絕對鉸接都應該是一種半剛接半鉸接狀態。剛接和鉸接柱腳關鍵在于錨栓布置，鉸接柱腳一般采用兩個錨栓，剛接柱腳一般采用四個或四個以卜．錨栓連接。如果結構對側移控制較嚴，則采用剛接柱腳。例如有吊車荷載的情況，吊車荷載是動力倚載，對側移比較敏感，而且側移過人會造成吊車卡軌現象，此時應將桂腳沒計成剛接柱腳；

（3）鋼結構柱腳的計算與構造剛接柱腳和鉸接柱腳的傳力

杵腳的基礎上增加了彎矩的作用效果。柱腳錨栓在鋼結構中作用非常重要，在施丁中應嚴格控制其預埋質量。只有這樣，才能保證安裝的順序和安裝質量。

3 梁柱連接節點的設計要求

節點的剛度要求和延性要求

如果發生強烈地震，它們將進入彈塑性階段。與節點相連接的構件節點域及附近的梁端和柱端將產生彈塑性變形，節點剛度明顯降低，艱載能力也有所減小。在此情況下，為使節點仍具有較好的性能，必須控制節點的剛度。防止節點出現過大的變形。如果一個結構或構件，屈服后的彈塑性變形能力很大，則延性好，不易發生脆性破壞；反之，如果屈服后的彈齷性變形能力小，則延性差。容易發牛脆性破壞。對于節點的延性要求，主要是對臨近節力；對于節點核心Ⅸ并不要求很大的延性，而要求有很大的強度和剛度。以保證在梁端塑性鉸出現之前不發生節點核心區的彎曲破壞和剪切破壞。

）節點設計中的端板設計

鋼架的梁梓連接一般都做成剛性的，通常通過端板和高強度螺栓將梁、柱結合成整體。剛架斜梁與柱的連接，可采用端板豎放、端板橫放和端板斜放三種形式。端板豎放適用于局部等截面柱；當怪向衙載起控制作用時，將端板橫放可減少節點的設計剪力，同時充分利用柱的壓力對節點受力的有利作用。如果節點彎矩很大，可采用端板斜放形式。端板，眵放比端板平放有更高的承載力和節點剛度，但端板豎放對螺栓受力不利，其破壞形式往往是螺栓先破壞，螺栓直徑不宜小于端板厚度。使靠近受拉翼緣兩側的螺栓受力均勻，接近一致，提高節點的抗剪能力，有效減少節點板的變形。不同端板厚度節點承載力差別較大，端板越厚。節點承載力越大。

（3）應注意的問題

我們知道，節點構造連接形式對螺栓的受力狀態影響也較大，因此要用不同的設計模型來計算，而且隨著技術的進步，傳統的方法已不適合了，我們必須不斷的創新。

鋼結構廠房中的節點設計

鋼結構梁柱節點域是指彎剪共同作用下應力情況比較復雜的節點區域，在水平倚載作用下，側移將會產生，這將導致節點的變動。剛架輕型房屋鋼結構梁柱腹板的寬厚比較大，節點域剪切變形明硅，當端板厚度能滿足強度設計要求時，整個加載過程巾端板的相對張開變形很小，端板和螺栓的變形對節點轉角貢獻較小，節點的轉角主要由節點域的剪切變形引起。從節點剛度這點考慮，有必要在節點域設置斜向加勁肋，有利于提高節點剛度，減小節點剪切變形對襤個剛架變形的不利影響。

規范合理地確定連接節點的形式

連接節點的連接方式、細部構造，遵循的原則有：

① 在節點處內力傳遞簡捷明確，安全可靠。

②確保連接節點有足夠的強度和剛度。

當有抗震設防的要求時，節點的承載力應按有關規定大于桿件(梁、柱、斜桿)的承載力。 除此之外，連接節點應該足經濟合理的。

一切設計應合理經濟，這樣才能更好的創造價值，鋼結構廠房的設計才符合規范。

結束語

隨著經濟的發展，剛架結構的發展勢頭將會很好，它的優點多多，因此得到了大多數人的青睞，一方面，在工程中得到了越來越廣泛的應用。另一方面，科學技術的進步給我們帶了新的挑戰，這就要求科研和生產部門，努力工作，銳意進取，使鋼結構廠房的研究設計、建造安裝能力得到質的提高和發展，從而更好的促進該結構更快的發展。

參考文獻

1.李星榮;魏才昂;丁峙崐;李和華:鋼結構連接節點設計手冊,2005

篇8

Abstract: Development of modern industrial automation, rapid development of economic and technological development zone all over the country, founding industrial plants can not meet the requirements of production process and equipment, new urban planning involves the overall relocation of industrial enterprises, in the new industrial park, new light and heavy steel structure factory building of steel structure are springing up. Combination of engineering practice, from the steel structure design of a more detailed description of the design concept and combining engineering instance of summing up the Chongqing steel factory building, is for informational purposes only.

關鍵詞：輕鋼與重鋼；選用的規范；重鋼廠房的常規設計

Keywords: light steel and chongqing steel; Choose standard; Chongqing steel plant of conventional design

中圖分類號： S611 文獻標識碼：A 文章編號：

輕型鋼結構設計規程（上海市標準）是這樣來區分輕鋼和普鋼的： 輕型鋼結構房屋沒有嚴格的定義，一般可用主要受力構件的截面組成來區分。 因此以下的結構都可稱為輕型鋼結構： （1）由冷彎薄壁型鋼做成的結構；

（2）由熱軋輕型型鋼做成的結構； （3）由焊接和高頻焊接輕型型鋼組成的結構；

（4）由圓管、方管、矩形管等做成的結構； （5）由薄鋼板焊成的構件做成的結構； （6）由以上各種構件組合做成的結構。

判定結構為重鋼與輕鋼結構確實沒有一個統一的標準，很多有經驗的設計師或項目經理也常常不能完全說明白，但我們可以以一些數據綜合考慮并加以判斷： （1）廠房行車起吊重量：大于等于25噸，可以認為為重鋼結構了。

（2）每平米用鋼量：大于等于50KG/M2，可認為是重鋼結構。 （3）、主要構件鋼板厚度：大于等于10MM，輕鋼結構用的較少。 另外，還有一些參考值：如每平米造價，最大構件重量，最大跨度，結構形式，檐高等，以上這些在判斷廠房是否為重鋼或輕鋼時可以提供經驗數據，當然現在很多建筑都是輕、重鋼都有。但有一些我們可以較肯定的說是重鋼：如：石化廠房設施、電廠廠房、大跨度的體育場館、展覽中心，高層或超高層鋼結構。 實際上國家規范和技術文件都并沒有重鋼一說，為區別輕型房屋鋼結構，也許稱一般鋼結構為“普鋼”更合適。因為普通鋼結構的范圍很廣，可以包含各種鋼結構，不管荷載大小，甚至包括輕型鋼結構的許多內容，輕型房屋鋼結構技術規程只是針對其“輕”的特點而規定了一些更具體的內容，而且范圍只局限在單層門式剛架。 輕鋼也是一個比較含糊的名詞，一般可以有兩種理解。一種是現行《鋼結構設計規范》（GBJ50017－2002）中“圓鋼、小角鋼的輕型鋼結構”，是指用圓鋼和小于L45＊4和L56＊36＊4的角鋼制作的輕型鋼結構，主要在鋼材缺乏年代時用于不宜用鋼筋混凝土結構制造的小型結構，現已基本上不大采用，所以這次鋼結構設計規范修訂中已基本上傾向去掉。另一種是《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》所規定的具有輕型屋蓋和輕型外墻（也可以有條件地采用砌體外墻）的單層實腹門式剛架結構，這里的輕型主要是指圍護是用輕質材料。既然前一種已經快取消，所以現在的輕鋼含義主要是指后一種。 由此可見，輕鋼與普鋼之分不在結構本身的輕重，而在所承受的圍護材料的輕重，而在結構設計概念上還是一致的。 以某鋼結構工程為例，僅供參考。

1工程概況

本廠房位于遼寧省鐵嶺市經濟技術開發區，寬84m，長408.5m，總面積為34314m2。主廠房為4跨21m鋼結構廠房，柱距6m，縱向設置溫度伸縮縫。邊跨各設有2臺16 t吊車；第二跨的1-14軸設有1臺25t；17-54軸設有2臺32t吊車；第三跨為雙層吊車,上部32t吊車，下部20t吊車；第四跨各設有2臺16 t吊車；

2主廠房的結構形式

主廠房橫向采用框架體系，縱向設置柱間支撐。在框架結構中，邊柱為實腹工字型柱；中列柱下段柱為格構柱，上段柱焊接工字型柱；屋面梁為焊接工字型梁。檁條為Z型連續檁條，間距為1.5m。在高低跨處檁條局部加強，防止雪堆積的破壞。屋面支撐采用角鋼支撐，且設有通常縱向水平撐，與橫向水平撐形成封閉體系，使廠房整體剛度得到加強。水平撐與梁腹板相連，同時在相連位置設有壓桿。屋面梁下翼緣的側向穩定通過設置隅撐來保證。吊車梁為焊接工字形截面，簡支，采用突緣支座。山墻風柱下端鉸接于地面；上端通過豎向長橢圓孔與屋面梁連接，這樣既可以保證水平力的傳遞，又能滿足豎向變形的需要。

3設計特點

3.1格構柱+分離柱

該工程局部為雙層吊車，上部為32t吊車，下部為20t吊車。經過綜合考慮采用格構柱+分離柱方案：格構柱肢用于承擔屋面荷載、風荷載、下部吊車橫向水平荷載和上部吊車荷載等；分離柱肢僅承擔下部吊車的豎向荷載，它們各自單獨受力。雙肢之間通過水平工字形柱連接，分離柱肢在框架平面內的穩定性依靠連在格構柱肢上的水平連接件來保證，在框架平面外的穩定通過設在分離柱肢之間的縱向交叉支撐來解決。由于吊車梁為突緣式支座，獨立柱肢可以按軸心受壓構件進行計算。在框架平面內的計算長度為水平連接件之間的距離，平面外計算長度為0.7H(H為獨立柱肢高度，柱腳為插入式柱腳)。

3.2變截面屋面梁

本工程將變截面屋面梁運用到大噸位吊車廠房中。由于屋面采用輕型彩鋼板，屋面荷載較小，跨度也不大，故采用變截面實腹梁。與傳統的鋼屋架、網架等結構形式相比，用鋼量基本相同，制作簡單，外觀簡潔明快，且可以很容易地和鋼柱剛接，形成剛框架。在變截面屋面梁計算時應考慮軸向力的不利影響，但《鋼結構設計規范》中無法考慮該不利因素，且《鋼結構設計規范》也未給出楔形梁的計算公式。因此在按《鋼結構設計規范》計算完成后，應采用輕型門式技術規程進行復算。按抗震規范進行屋面梁設計時，梁的腹板將會非常的厚，用鋼量將大大的增加。設計中通過加設肋板的方法來改變腹板的高厚比，把腹板做薄，從而達到節約鋼材的目的。

3.4防扭支撐

當柱伸出牛腿，而吊車梁無制動結構時，柱會出現受扭的問題。針對這一問題，在設有下柱撐的柱間，與牛腿等高的平面內設置支撐梁，隅撐將牛腿與支撐梁相連，保證從吊車梁上傳來的縱向力能夠可靠的傳遞到柱間支撐，且使柱不出現受扭狀況。見圖4

4. 典型節點構造

4.1插入式柱腳

在單層廠房設計中，剛接柱腳的用鋼量比較多，其耗鋼量約為整個柱重的5%~20%。為了便于制作、節約鋼材，采用插入式柱腳，柱端直接插入鋼筋混凝土杯形基礎的杯口中，埋置深度按《鋼結構設計規范》取值。為了便于安裝和澆筑混凝土，在柱底板處設置通氣孔，在±0.000處的橫隔板上開設灌漿孔。

4.2吊車梁連接節點

吊車梁為焊接工字形截面，采用突緣式支座，簡支于牛腿或肩梁上。突緣支座相對于平板支座而言，支座反力更接近于牛腿和吊車肢的中心，減小偏心對牛腿和吊車肢的不利影響。為了保證吊車梁與計算假定相符合，在相鄰的梁上翼緣分別用相互獨立的水平連接板與上柱連接，且在連接板的端部只用一顆螺栓連接；吊車梁之間的縱向連接在梁端高度中下部加設調整填板并用螺栓連接。

5結論

設計中采用下段柱為格構柱，上段柱為焊接工字型柱，屋面梁為焊接工字型梁的框架形式，外觀輕巧美觀、綜合經濟指標較好。局部雙層吊車，采用格構柱+分離柱方案，較以往的雙階格構柱方案有所改變，而且傳力清晰明確；在有下柱撐柱間的牛腿處設置防扭支撐來解決柱子受扭問題。為相似工程的設計提供了新的解決思路。該工程為采用輕型圍護材料的大型鋼結構廠房，不適用于門式剛架，需按“普鋼”控制，按結構用料屬于重鋼，但是實際上該工程屬于輕鋼鋼結構房屋。

參考文獻

[1] 《全國民用建筑工程技術技術措施-結構》2003

[2] 趙熙元《建筑結構設計手冊》

篇9

關鍵詞：建筑；鋼結構；設計

中圖分類號：TU984 文獻標識碼：A 文章編號：

鋼結構以其獨有的特點在目前建筑行業發揮著獨特的作用，主要有質輕高強、抗震性能優越、施工周期短、綜合效益高、與計算力學假定基本相似、塑性和韌性好、氣密性和水密性好、工業化程度高、屬于綠色環保建筑等優點，缺點主要是不耐銹蝕和耐熱不耐火及工程造價高等方面。目前，鋼結構建筑已逐漸成為一種較為普遍的建筑結構形式，在工業、民用建筑中都得到了較廣泛的運用。

1 建筑鋼結構的設計理論

1.1 結構布置的依據

鋼結構的設計應該從經濟和物理兩個角度進行判斷，一方面，鋼結構用于施工建設過程中需要保證其經濟成本相對較低，提高用戶的接受程度，另一方面為了保證鋼結構的施工質量，需要提高鋼結構的物理學受力能力，具體體現在結構布局一定要根據體系特征、荷載分布情況及其性質進行綜合考慮。一般情況下，如果剛度均勻，力學模型清晰，應盡可能地限制大荷載以及移動荷載的影響范圍。讓它以最直接的線路傳遞到墓礎。而特別需要注意的是，柱間抗側支撐的分布一定要均勻，共形心要盡可能的向風震的作用線靠近，不然就要考慮整體結構的扭轉以及結構抗側的多道防線。

1.2 結構分析和工程判定

當代建筑通過計算機軟件系統的結構分析技術改變了傳統的結構分析方法，提高了分析工作的工作效率，同時也提高了分析數據的高度準確性，但是我們應該注意到，由于實際施工中的突發因素較多，地質情況等及其復雜，軟件分析的結果需要結合相應的人工實地考察結果，只有這樣結構分析才能夠具有可操作性。另外，工程判定工作也可以通過計算機網絡技術進行結構建模，通過模型建立分析建筑施工的優勢和劣勢，并集中對劣勢采取相應的措施進行彌補。

2 建筑鋼結構設計的思路和步驟

為了保證鋼結構設計的科學性，需要設計工作者嚴格按照既定的設計步驟進行操作，并注意不同環節的細節工作落實。

2.1鋼結構的形式與布置

鋼結構主要有框架、平面架、網架、索膜、輕鋼以及塔桅等結構形式。每個形式都有其各自的特點，在我們選型的時候要結合具體情況充分考慮他們的特點。雖然鋼結構形式多種多樣，但是施工沒有固定的規律和標準可循，設計人員需要對建筑施工的實際情況和周邊環境做客觀的分析，進而綜合考量，最終確定最優方案。

2.2 圖紙的編制

圖紙是建筑施工的藍本，因此，為了保證鋼結構施工建設的質量，設計工作人員必須對圖紙進行科學的設計，并對圖紙進行繁復的操作性判斷，組織專業素質好，工作經驗豐富的設計團隊進行全體的圖紙最終確定。

3 建筑鋼結構的穩定性設計

3.1鋼結構設計原則

鋼結構之所以能夠在全球范圍內得到廣泛的利用，首先是由于其具有高度的穩定性能。但是近年來鋼結構的失穩現象也時常發生，造成了群眾的恐慌，通過數據的調查和案例分析，我們總結失穩現象一方面是由于設計人員專業知識水平低，施工設計經驗不足，在設計之初沒有充分的考量施工的綜合情況，導致設計原稿不合理；另一方面，由于鋼結構的廣泛應用，科研人員不斷推出新型的構造模式，而施工人員為了追求建筑施工的新穎，在沒有對該技術進行熟練掌握的同時就進行了施工建設，施工經驗不足。為了保證鋼結構的穩定性能，組要做好如下三項工作：

第一，在進行結構布置時，必須從整個體系和組成部分的穩定性要求出發，進行全面考慮。

第二，結構計算簡圖和實際計算方法所依據的簡圖必須相一致，這對框架結構的穩定計算起著十分重要的作用。

第三，整體結構的細部構造和構件的穩定計算，兩者必須相互配合，達到統一。

4 建筑鋼結構的抗火設計

火災是建筑物常見的一種突發事故，處理不當可能造成重大的經濟財產損失和人身傷亡，而建筑鋼結構設計從安全性出發需要進行全面的抗火設計。

4.1基于試驗的抗火設計

基于試驗的抗火設計是指對構件的保護層厚度由試驗確定或者推算得來。以往的抗火設計工作實驗數據不能保證準確性，首先，實驗的火災溫度與實際的火災溫度存在較大的差異，所以在試驗中能夠承購的抗火設計在實際工作中不能實現，其次，試驗中沒有考慮到不同的建筑結構之間共同合作的功效，實驗考慮因素欠缺，出現了超強度的浪費性抗火設計。總之，由于抗火實驗工作的欠缺，傳統的抗火設計工作不能得到有效地落實。

4.2 基于構件計算的抗火設計

抗火設計工作比較復雜，對于構件計算環節的抗火設計理念應該做到如下幾點：

一是采用確定的防火措施，設定一定的防火空間被覆厚度；二是在確定防火措施下，計算出構件在耐火極限條件下的內部溫度；三是采用在高溫條件下的鋼材料參數，就算出構件在外荷載和溫度作用下的內力；四是進行構件的耐火承載極限狀態的驗算；五是若最初設定的防火被覆厚度不合適，那么就要調整防火被覆厚度，然后重復以上步驟。

4.3基于結構性能的抗火設計

火災發生時可能導致整體建筑物的結構坍塌，因此，對于建筑物的鋼結構防火設計，需要從建筑的結構性能出發，具體工作需要從以下幾個環節進行落實：

一是結構的整體在火災中的作用。一般認為，柱在保證結構整體不倒塌中起著最為重要的作用。基于這一理論，為了提高鋼結構的抗火災能力，設計人員僅需要對房梁的性能進行改良，同時也必須對建筑內部柱子抗火性能進行改善。

二是塑性理論的應用。設計人員需要對傳統的設計工作進行全面的分析和處理，并考慮在火災發生時剛性結構的形狀變化曲線，并針對曲線的變化形勢進行相應的防范措施。

三是計算機模擬以及有限元法。在火災中，通過熱輻射、熱傳導以及熱對流方式形成的復雜溫度場會使結構受熱膨脹，而溫度場的非定常性導致難以精確的考慮理論分析，再加上試驗費用的昂貴，使得計算機模擬成為當下的一個熱點研究。

由于火災的發生原因比較復雜，既有客觀因素，也不排除主觀因素，因此，上述的防范措施并不能對所有火災進行防范，工作人員需要在實際的工作中進行具體的調整。

5 建筑鋼結構的抗震設計

我國的沿海城市處于地震的多發區，地震對建筑物的損壞情況比較常見，因此，鋼結構設計需要充分考慮其抗震性能，同時，對于地震多發區和地震少發區，抗震的設計應該進行相應的調整。

為了提高鋼結構設計的抗震能力，需要設計人員做好如下三個環節：

一是選擇有利于抗震的場地。不同的地質條件在同一區域的抗震能力不同，因此，對于地震高發區，應該適當地選擇抗震性能相對強的地點。

二是結構的總體布置要合理。在抗震設計中，要求設計的鋼結構建筑力求形狀規則和結構對稱，以免造成質量中心和剛度中心的嚴重偏離；在樓層平面內，抗震結構的剛度和承載能力應均勻分布，并且持續、均勻地沿結構堅向。

三是抗震結構體系的合理選擇。抗震設計工作之初，設計人員應該對以往的地震情況進行數據的分析和匯總，根據常見地震發生形式，合理的選擇抗震結構體系。

6 結束語

未來鋼結構將成為建筑施工的一項重要手段，施工建筑人員為了保證剛結構的穩定性和安全性，需要從設計層面進行詳細的規劃和設計，只要設計合理，并保證其施工質量，未來的鋼結構將可能取代混凝土的施工建設。

參考文獻：

[1] 郭東海.鋼結構穩定設計的探討[J].黑龍江科技信息,2011,(23).

[2] 關廣軍,汝明.鋼結構設計簡單步驟和設計思路[J].今日科苑,2009,(08).

[3] 龔海龍,侯舒蘭.鋼結構穩定性設計的研究與分析[J].科技傳播,2010,(13).

篇10

關鍵詞：輕鋼機構 結構設計 設計理念

中圖分類號：TU318文獻標識碼： A

引言

鋼結構作為綠色產品，許多大型項目都采用鋼結構工程，上海金茂大廈、鳥巢國家體育館、首都國際機場這一系列建筑物的成功建造，標志著建筑鋼結構正向高層重型發展輕鋼結構建筑低碳、節能、環保、抗震，符合新形勢下生態建筑的理念，但是，輕鋼結構構件手工作業較多，制作精度要求很高，施工難度較大，加強建筑施工的質量控制成為保障建筑質量的重要手段。

一、輕鋼結構設計一體化設計理念

1、建筑結構設計一體化

傳統鋼結構建筑的設計都是按著先建筑設計后結構設計的理念進行設計，而輕鋼結構建筑由于其特殊的材料和先進的設計軟件，得以使設計程序實現建筑結構一體化設計，即建筑設計完成與結構設計同時完成。目前，國外知名的設計公司都是遵循這樣一條理念，而國內的大多數設計院較為保守，其建筑設計按傳統設計方式進行，一方面很難完整地表現其建筑風格，另一方面也破壞了輕鋼結構建筑特有的建筑特色[1]。

2、圍護系統與主體結構設計一體化

國內設計項目基本做法是，主體結構的設計、圍護行設計，為保證建筑整體安裝的精確度，如在兩柱之間安裝輕質墻板，有必要執行建筑模數制。

3、配件系統與整體建筑系統設計一體化

在安裝時或基本保證安裝結束的時候，應該是地面上沒有多余的配件，建筑上也沒有缺少的配件。而實際施工種卻是少配件，或者多配件。因為配件系統的設計與整個建筑系統的設計不統一的結果。這里需要考慮配件標準化的問題

二、輕鋼機構截面優化設計理念

1、輕鋼結構建筑設計，降低其用鋼量是設計的主要任務之一，但這就使得結構分析和構件計算變得復雜化。在門式鋼架中，常規是采用輕型焊接變截面工形柱和分段變截面工形梁并利用腹板屈曲后強度來完成這一目標

2、截面優化的實現方法有兩種:

2.2.1最優化理論

把問題歸結為一個單目標規劃問題，優化的目標函數是用鋼量最少或造價最低，各種設計條件如結構反應（應力、位移等)的允許范圍等都可作為約束條件，用數學規劃的理論來尋求最優解或最滿意解;

2.2.2窮舉法

即把各種合理的構件截面形式都進行計算比較，在滿足設計要求的情況下，以用鋼量最少或造價最低為控制條件，得到滿意的截面尺寸。實際上，完全用最優化理論來實現截面優化設計有一定的復雜性，還需要進一步實踐。另外用窮舉法解決截面優化問題時，多因素決定了計算次數隨構件數增加而呈指數關系增加，故當剛架構件較多時，要花費很長的計算時間。所以實際上當設計者確定了結構形式后，比較簡單易行的方法是按照構件的內力來調整截面尺寸，試算確定重量最小的截面，從而進行變化構件的截面來適應內力變化以達到節約鋼材的目的。這種方法不但計算次數少，而且可以人工干預截面優化范圍，快速地得到比較理想的截面尺寸。由于截面優化設計的計算量大[2]，采用軟件計算是廣大設計人員的首要選擇。大部分設計軟件在截面優化設計計算基本應遵循以下的步驟:

a定義設計限值，定義強度、穩定及變形限值；

b確定截面優化范圍，這一步驟應由程序對定義的范圍進行校核，當這個范圍不合理時(最小截面滿足或最大截面不夠)，程序會給出提不，直到優化范圍合理；

c進行截面優化，進行截面優化計算；

d.查看優化結果，雖然因程序不同，但基本軟件的計算結果包括以下幾種形式:結果文件(基本包括有輸出設計限值，初始截面參數及其計算出的強度、穩定、變形結果，總重量輸出優化后的截面參數，強度、穩定、變形計算結果，總重量)；截面顯不(圖形輸出優化后的截面參數))；應力顯不(圖形輸出強度、穩定計算結果))；局部放大(查看關鍵部位的節點分析情況)。在程序給出優化后重量最小的截面后，設計人員可參考這此截面信息，由人機交互輸人截面參數并做適當調整，然后執行數據檢查，最后完成結構計算和并利用截面參數繪制施工圖。

三、施工過程中輕鋼結構安裝的質量控制

輕鋼結構的安裝是整個建筑施工的關鍵階段，包括了結構組裝、吊裝、調整、固定等環節。安裝內容則包括了主構件的安裝、次構件的安裝以及圍護結構的安裝。

1、主構件的安裝

鋼柱和鋼梁是輕鋼結構建筑的主體構件。安裝時一般采用吊裝的方法。吊裝鋼柱的方法主要有滑行法、旋轉法以及遞送法。吊裝時最重要的是要保證柱腳地板和基礎間隙要水平，先要初校好垂直度，然后用纜風繩或者千斤頂、調整桿等進行復校，保證安裝到位在安裝鋼梁時，先要對鋼柱的標準間距與標高進行復核，并在吊裝的過程中用經緯儀進行校止，有偏差要隨時糾止。吊裝之前在主鋼梁上安裝扶手桿或者扶手繩，主梁吊裝到位之后用安裝的扶手桿或者繩子固定好，以保證施工安全。無論是鋼柱還是鋼梁，在進行吊裝前都要進行試吊并檢查構件，在確保安全的情況下止式吊裝高強度螺栓是輕鋼結構主構件的主要連接方式，安裝前要認真檢查螺栓質量，包括螺栓的型號、批次等要符合設計要求并清理好接頭摩擦而。安裝時要按自由穿入，禁}卜強行敲打、氣割擴孔。然后用普通扳手進行初擰，終擰，對于大型節點在初擰、終擰之間還要進行復擰，復擰的扭矩等于初擰的扭矩，保證結合板緊貼摩擦而，最后再使用扭矩扳手緊固，緊固要保證100%達到扭矩值。在進行高強度螺栓的安裝時，要對扭矩進行校止，不能出現欠擰、漏擰的現象，安裝結束后的一小時、二十四小時之后還需要對扭矩進行檢查，扭矩偏差要在合理范圍之內[3]。

2、次構件的安裝

輕鋼結構建筑的次構件主要指的是連系梁、支撐、拉桿、擦條等。擦條安裝時一是要注意擦條的方向，第一排與第二排要相對，第二排以上則與屋脊方向一致。二是要注意擦條伸出的長度，結構線和軸線要有明顯的區別，三是安裝時要注意螺栓孔的位置，避免影響屋而板的安裝

3、圍護結構的安裝

輕鋼結構建筑的圍護件主要指封閉件。封閉件包括屋而板、保溫板、采光板、屋脊板以及內外墻板等，封閉件的安裝前必須對輕鋼結構屋而和擦條進行驗收檢查，并對進場材料進行檢查，必須要符合設計要求和國家有關標準。封閉件安裝時要注意接頭的位置，連接件、密封件等不要錯用。

4、輕鋼結構的涂裝

結構表而清理除銹的質量直接關系到涂層質量的好壞，在所有結構件制作、安裝結束之后，需要對鋼結構表而進行處理，將焊渣、灰漿、油污等清除，然后進行除銹工藝，涂裝一般分兩步進行，第一步是底漆涂裝。底漆涂裝時要控制好油漆的粘度、稠度、稀度，兌制時要進行充分的攪拌，保證油漆的色澤、粘度足夠均勻。第二層的涂裝，涂刷方向與第一遍涂刷的方向垂直，使得漆膜厚度均勻。待底漆表面干之后就可以進行而漆的涂裝。由于建筑鋼結構底漆與而漆涂裝之間時間一般間隔較長，在涂裝而漆前就還需要對底漆進行清理，對于底漆缺少的部位要先補漆。

結束語

鋼材是己知的最易回收的生態材料之一，輕鋼結構建筑具有良好的抗震、防風、隔音以及保暖性能，發展輕鋼結構建筑是建筑鋼材應用的新趨勢。我國基礎設施、能源開發、物流等行業都需要建設大量的輕鋼結構建筑。隨養科技的發展，大而積的輕鋼結構建筑的民用住宅也將得到發展，這就需要做好輕鋼結構建筑的質量控制，保障建筑的質量和安全性。

參考文獻

[1]. 劉彥艷.淺談建筑結構概念設計[J].科技風.2009(13)122-123