剛架結構設計論文大全11篇

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2加建工程的現狀

我國加建設計起步比較晚，與世界先進國家之間存在著一定的差距。隨著社會的不斷發展與進步，科學技術水平的不斷提高，加建工程得到了很大的發展空間，并且在我國各地都開展了一些舊房挖潛、改造、加建等工程，并且在上海、重慶、廣州、貴陽、昆明等地都將舊房改造工程列入到了城市規劃項目當中，頒布了相應的文件與規章制度。由此可以看出，我國加建工程得到了很大的發展空間。1)由以往的單個房屋加建發展為成片住宅區的加建工程;2)各種新材料、新工藝應用到了加建工程當中;3)輕鋼結構加建技術得到了深入的分析與研究，并且在加建工程中得到了廣泛的應用。

3鋼結構加建的優缺點

開展鋼結構加建工程的時候，具有以下優點:1)節約土地，提高土地面積的使用效率，縮短建設工期;2)因為鋼結構的自重比較輕，因此，加建部分的荷載作用對原結構的影響非常小，不需要單獨對地基進行加固處理，這樣不僅可以減少工作量，還可以縮短工期，節省部分施工成本;3)鋼結構具有較強的多樣性，在進行加建的時候，可以充分發揮空間的優勢，降低對原建筑結構的影響;4)鋼結構加建的適用范圍比較廣，不僅可以對房屋建筑進行加建，還可以對工業建筑進行加建，因此，在建筑加建工程中得到了廣泛的應用。當然，其也存在著一些缺點:1)在進行鋼結構加建之后，其整體建筑結構就會呈現一種上柔下剛、上輕下重的質量與剛度分布，導致建筑整體性較差，缺乏一定的抗震性能;2)鋼結構耐久性較差，在進行加建的時候，需要進行防腐、防火等措施的考慮，這樣就會增加一些建筑材料的使用，此時不僅會涉及到原材料的質量問題，還要考慮原材料的成本問題，因此，存在著一定的不足。

4混凝土框架頂層加建鋼結構設計

1)樓板設計。在設計樓板的時候，現階段一般選用的都是現澆灌技術。目前，現澆灌技術是樓板設計中最為常用與有效的方法，在采用此種方式進行鋼結構施工的時候，可以有效提高建筑結構整體的穩定性、牢固性與安全性。同時，在鋼結構施工中，此種方法可以對出現的問題進行靈活的處理與調整，根據實際情況，提出有效的解決辦法，保證樓板設計與施工的順利進行，確保建筑工程的整體施工質量。2)梁設計。在進行梁設計的時候，一定要結合國際設計標準與實際設計情況，制定合理、科學的鋼構設計要求:首先，在進行梁設計的時候，一定要保證其截面寬度不會低于200mm，同時寬度與高度之間的比值不要超過4。其次，在梁設計中必然要使用一些鋼筋，對其使用鋼筋也要進行一定的規定，保證梁結構具有一定的硬度與抗震性能，進而確保建筑工程整體結構的牢固性與安全性。最后，在設計扁梁的時候，一定要保證梁中線和柱中線重合，采用雙向布置結構。同時對扁梁進行嚴格的計算與設計，保證其結構的合理性與科學性，增強建筑工程整體結構的穩定性。3)柱設計。在進行柱設計的時候，一定要保證其截面符合設計標準:通常情況下，柱截面寬度與高度均不可低于300mm，柱直徑一定要超過350mm，截面短邊與長邊的比值不可以超過3，柱縱向鋼筋配比不可以低于0．2%等。在設計柱的時候，一定要嚴格遵照以上要求，這樣才可以保證柱設計的合理性與科學性，同時增強鋼結構的穩定性，保證建筑工程施工的順利完成。4)基礎承載重量構件設計。在進行基礎承載重量構件設計的時候，一定要綜合考慮各方面的因素，結合建筑負荷、結構形式、施工狀況等，加強基礎設計的合理性與科學性，使其達到建筑工程整體設計要求。針對設計不合理、不符合要求的部分，一定要進行相應的修改，保證其設計的合理性與科學性，這樣才可以保證建筑工程整體的施工質量。

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中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：

工程設計是復雜并且艱巨的任務，作為設計人員應該做到：對工作認真，有強烈的責任心和精益求精的工作態度；熟悉操作與規范，了解規范的真正含義；在實際工作中的靈活運用，從而保證工程施工的安全性。而鋼筋混凝土框架的結構作為一種廣泛運用的結構形式，具有明確的傳力、靈活的結構布置、整體性與抗震性等集聚一身的優點。已被廣泛的運用在各種多層的工業與民用的建筑中。隨著計算機不斷的發展，框架結構也由人工的轉為計算機來進行計算，憑著對高科技的依賴性，計算精度逐漸提高，設計人員工作的強度卻在逐漸的降低，但框架結構的設計依然存在一些實際性或者理念性的重要問題，需要引起設計人員的重視，保證設計的質量得到提高。

一、設計構造時出現的問題

（一）對框架結構而言，柱是保證豎向承載和結構抗側力工作的重要構件，其重要性遠大于梁，在框架柱相對完整的情況下框架梁即使呈酥碎狀態也不會引起惡性倒塌，要做到強柱弱梁，讓框架的塑性鉸首先出現在框架梁上，框架節點核心區的設計就尤為重要，在《建筑抗震設計規范》中（GB50011―2010第6.3.10中有明確的規定“一、二以及三級框架的節點核心區配箍的特征值分別不能＜0.08、0.10、0.12，并且由體積配箍率不能＜0.4%、0.5%、0.6%”。這樣的規定常常被設計人員忽略，尤其在柱的軸壓力比不大的時候，要求常常不得到滿足。這樣的規定能保證節點核心區的延性構造，應當嚴格遵守。

（二）底層的框架柱的箍筋加密區的范圍應該滿足《建筑抗震設計的規范》（GB50011―2011）中有明確的規定了：“凈柱身高的1/3不能超過底層下端的身高”這是設計中的重點說明。

（三）框架梁縱向的配筋率應當注意遵守《建筑抗震設計規范》（GB50011―2010）6.3.3中有明確的規定：梁端箍筋的最大間距、最小直徑以及加密長度的都必須使用表6.3.3中的數據，當縱向的鋼筋配筋率＞2%的時候，箍筋的最小直徑應該增加2mm。這個問題在目前的設計中常常被設計人員忽略，造成梁端的延性不足。

（四）梁柱節點處框架梁上部縱筋伸入節點的錨固長度應滿足《混凝土結構設計規范》（GB50010―2010）中9.3.4規定：“梁上部縱向鋼筋也可采用90°彎折錨固的方式，此時梁上部縱向鋼筋應伸至柱外側縱向鋼筋內邊并向節點內彎折，其包含彎狐在內的水平投影長度不應小于0.4Lab,彎折鋼筋在彎折平面內包含彎弧段的投影長度不應小于15d”。當截面的尺寸小于400×400mm的時候應注意上部縱筋直徑的選擇，否則這一項的要求極不容易得到保障。

二、結構抗震的等級

在工程的設計中，大部分的房屋建筑按其《建筑防震設計規范》的分類屬于丙類的建筑，例如住宅以及辦公樓等的一般建筑，其抗震的等級可以根據結構的類型和房屋的高度來按照《抗震規范》的6.1.2來確定。而電訊、能源和醫療、交通等類型的建筑物以及大型商場和體育館等公共建筑，首先，根據《建筑抗震設防分標準》（DB50223―95）來確定哪些是哪一類的建筑。乙丙類的建筑按照本地區抗震的設防烈度進行計算。一般的情況下，當抗震的設防烈度在6~8度的時候，乙類建筑應符合本地區設防的烈度提高一度，應根據《抗震規范》表中6.1.2來進行抗震等級的確定。如：位于8度地震區的乙類建筑，應當按照9度由《抗震規范》確定抗震等級提高一級。當8度的建筑高度超過表6.1.2的范圍時，應當進行針對性的研究后再采取措施，但在一般情況下，設計人員會錯當成丙類建筑來進行設計，使其建筑的扛著能力下降，必須對設計計算做出修改。

三、框架計算簡圖的合理性

在沒有地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋的情況下，獨立基礎應該埋置較深，為了減小計算高度和底層側位的左移，應在標準以下的某個適當的位置設置基礎拉梁。如果按三層的設計來進行計算，首層層高為3.6m,這樣的簡圖是不合理的，假定房屋嵌固在基礎拉梁的頂面，這樣的底層的配筋就應該由基礎拉梁頂面的截面進行控制，而實際上房屋底層的配筋是基礎頂面出的截圖所控制的。所以在計算時，應將基礎層1輸入，層高實際為3.2m。

四、基礎拉梁的設計以及計算應符合實際的情況

（一)基礎拉梁的設計：

多層框架的房屋單獨的柱基埋置較深，或者柱基承受重力荷的能力差別較大，或著在受力層范圍之類，根據抗震的要求，應該沿主軸看、兩個不同方向設置基礎拉梁?；A拉梁的設計應該要大一些，梁的高度應在柱中心距的1/10~1/15，截面的寬度應取梁高1/2~1/3.這樣可以使底柱彎曲的距離平衡，減少底層的位移。

（二）基礎拉梁的計算應符合實際情況：

用TAT或者SATWE等電算程序進行框架整體的計算時，在基礎拉梁層無樓板的情況下，樓板厚度應取零，并且定義彈性節點，采用總剛分析的方法進行分析以及計算。雖然樓板厚度取零，也定義為彈性節點，但未使用總剛分析，程序的分析會自動按照地面假定來進行計算，與實際的情況不符合。

五、框架梁、柱箍筋的間距處理

《抗震規范》第6.3.3條以及6.3.8條對不同抗震等級的框架梁，柱箍筋加密區的最小值以及最大值都做出了明確的決定。根據規定，工程在習慣上取梁、柱箍筋加密區的最大間距是100mm，非加密區的為200mm。從電算程序信息中得知內定梁、柱箍筋加密區的間距是100mm，并以此條件算出加密區箍筋的面積，再由設計人員根據箍筋的直徑與數量。但在程序的內定條件下，框架梁跨中的部位有次或者有較大的集中荷載作用卻用來支配兩肢箍筋的情況下，非加密區的間距采用200ram會導致非加密區的配箍不足，為此建議改成間距為200mm，這樣不但可以保證非加密區的抗剪承載力，還能增加梁端箍筋加密區的抗剪能力。

六、結構周期折減數數值的問題

框架結構因為充墻的原因，使結構的實際的剛度大于計算的剛度，計算是周期大于實際的周期。得出了地震剪力偏小，使結構不安全。因此對結構的周期進行折減是必要的。當采用磚砌體作為填充時，周期折減系數一般取0.6~0.7，當磚砌填充墻較少的情況下或使用輕質空心砌塊的時候，周期折減系數應該在0.7~0.8，當采取全部用輕質空心砌塊的時候，周期折減系數可取0.9。

七、結構方面需要注意的問題

（一）當雨篷梁、樓梯平臺梁的過梁支撐在框架上的時候容易形成短柱，所以應把短柱全長的箍筋進行加密。

（二）當縱向受拉筋的框架梁端的配筋率大于2%的時候，按照規定應該使其直徑增加2mm。

總結：

本文主要講述了鋼筋混凝土框架結構設計中存在的基本問題，設計框架結構，設計人應首先判斷實際工程中結構方案的可行性，以及可能碰到的所有問題，提前采取預防措施給予解決，并對計算的結果進行認真的分析、判斷，等處準確無誤的答案后方可用于實際工程的建設中去。

參考文獻：

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[2] 楊新.淺談鋼筋混凝土高層結構設計常見問題[J].中華民居,2011,(6):46-47.

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1 前言

20世紀90年代以后，隨著我國鋼材量的不斷提高，鋼一混凝土組合結構在建筑行業得到了迅速發展，隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，無論是工業建筑還是民用建筑，在結構設計中遇到的各種難題也日益增多，因而作為一個結構設計者需要在遵循各種規范下大膽靈活的解決一些結構方案上的難點、重點。

2 框架結構方案構思時應考慮以下幾點

2.1 結構的傳力路線應簡捷明了。在荷載作用下，結構的傳力路線越短、越直接，結構的工作效能越高，'所耗費的建材也就越少。

2.2 從力學觀點看，在民用和公共建筑的平面布局中，應當盡量使柱網按開間等跨和進深等距(或近似于等距)布置，這樣可以相應減少邊跨柱距，也可以充分利用連續梁的受力特點以減少結構中的彎距，可以使各跨梁截面趨于一致，而提高結構的整體剛度。

2.3 結構方案還應結合工程地質情況和建筑功能要求綜合考慮。

3 應從概念設計上著手注意幾個問題

3.1 關于強柱弱梁節點。這是為了實現在罕遇地震作用下，讓梁端形成塑形鉸，柱端處于非彈性工作狀態，而沒有屈服，但節點還處于彈性工作階段。強柱弱梁措施的強弱，也就是相對于梁端截面實際抗彎能力而言柱端截面抗彎能力增強幅度的大小，是決定由強震引起柱端截面屈服后塑性轉動能否不超過其塑性轉動能力，而且不致形成"層側移機構"，從而使柱不被壓潰的關鍵控制措施。柱強于梁的幅度大小取決于梁端縱筋不可避免的構造超配程度的大小，以及結構在梁、柱端塑性鉸逐步形成過程中的塑性內力重分布和動力特征的相應變化。因此，當建筑許可時，盡可能將柱的截面尺寸做得大些，使柱的線剛度與梁的線剛度的比值盡可能大于1，并控制柱的軸壓比滿足規范要求，以增加延性。驗算截面承載力時，人為地將柱的設計彎距按強柱弱梁原則調整放大，加強柱的配筋構造。梁端縱向受拉鋼筋的配筋不得過高，以免在罕遇地震中進入屈服階段不能形成塑性鉸或塑性鉸轉移到立柱上。注意節點構造，讓塑性鉸向梁跨內移。

3.2 關于"強剪弱彎"措施：強剪弱彎是保證構件延性，防止脆性破壞的重要原則，它要求人為加大各承重構件相對于其抗彎能力的抗剪承載力，使這些部位在結構經歷罕遇地震的過程中以足夠的保證率不出現脆性剪切失效。對于框架結構中的框架梁應注意抗剪驗算和構造，使其滿足相關規范要求。

3.3 注意構造措施。

3.3.1 對于大跨度柱網的框架結構，在樓梯間處的框架柱由于樓梯平臺梁與其相連，使得樓梯問處的柱可能成為短柱，應對柱箍筋全長加密。這一點，在設計中容易被忽視，應引起重視。

3.3.2 對框架結構外立面為帶形窗時，因設置連續的窗過梁，使外框架柱可能成為短柱，應注意加強構造措施。

3.3.3 對于框架結構長度略超過規范限值，建筑功能需要不允許留縫時，為減少有害裂縫(規范規定裂縫寬度小于0.3mm)，建議采用補償混凝土澆筑。采用細而密的雙向配筋，構造間距宜小于150mm，對屋面宜設置后澆帶，后澆帶處按構造措施宜適當加強。

3.3.4其它構造措施限于篇幅，這里不再贅述，請詳見新規范。

4 結構計算方面的問題

4.1 計算簡圖的處理

結構計算中，計算簡圖選取的正確與否，直接影響到計算結果的準確性，其中比較典型的是基礎梁的處理。一般情況下，基礎梁設置在基礎高度范圍內，作為基礎的一部分，此時結構的底層計算高度應取基礎頂面至一層樓板頂面的高度。基礎梁僅考慮承擔上部墻體荷載，構造滿足普通梁的要求即可。當按規范要求需設置基礎拉梁時，其斷面和配筋可按構造設計，截面高度取柱中心距的1／12～1／18，縱向受力鋼筋取所連接的柱子的最大軸力設計值的10％作為拉力來計算。但是，當基礎埋深過大時，為了減少底層的計算高度和底層的位移，設計者往往在±0．000以下的某個適當位置設置基礎拉梁。此時，基礎拉梁應作為一層輸入，底層計算高度應取基礎頂面至基礎拉梁頂面的高度，二層計算高度應取基礎拉梁頂面至一層樓板頂面的高度。拉梁層無樓板，應開洞處理，并采用總剛分析方法進行計算?；A拉梁截面及配筋按實際計算結果采用。若因此造成底層框架柱形成短柱，應采取構造措施予以加強。另一個需要注意的是，當框架結構的電梯井道采用鋼筋混凝土井壁時(設計時應盡量避免)，計算簡圖一定要按實際情況輸入，否則可能會造成頂部框架柱設計不安全。

4.2 結構計算參數的選取

4.2.1 設計基本地震加速度值

《建筑抗震設計規范》(GB50011一2001)中規定：抗震設防烈度為7度時，設計基本地震加速度值分別為0.1g和0.15g兩種，抗震設防烈度為8度時，設計基本地震加速度值分別為0.2g和0.3g兩種，這與89規范差別較大。計算中應嚴格注意地震區的劃分，選取正確的設計基本地震加速度值，這一項對地震作用效應的影響極大。

4.2.2 結構周期折減系數

框架結構由于填充墻的存在，使結構的實際剛度大于計算剛度，計算周期大于實際周期，因此，算出的地震作用效應偏小，使結構偏于不安全，因而對結構的計算周期進行折減是必要的。折減系數可根據填充墻的材料及數量選取0.7～0.9。

4.2.3 梁剛度放大系數

SATWE或TAT等計算軟件的梁輸入模型均為矩形截面，未考慮因存在樓板形成T型截面而引起的剛度增大，造成結構的實際剛度大于計算剛度，算出的地震剪力偏小，使結構偏于不安全。因此計算時應將梁剛度進行放大，放大系數中梁取2．0、邊梁取1．5為宜。

4.2.4 活荷載的最不利布置

多層框架，尤其是活荷載較大時，是否進行活荷的最不利布置對計算結果影響較大。即使選用程序中給定的梁設計彎矩放大系數，也不一定能反映出工程的實際受力情況，有可能造成結構不安全或過于保守?？紤]目前的計算機計算速度都比較快，作者建議所有工程都應進行活荷載的最不利布置計算。

4.3 獨立梁箍筋計算結果需復核

《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)中規定：對集中荷載作用下的獨立梁，應按公式進行計算，且集中荷載作用點至支座間的箍筋，應均勻配置。但SATWE軟件計算梁箍筋時，未考慮獨立梁這一情況，都按公式 進行計算，有時會造成計算結果偏小，設計中若遇到有獨立梁存在的情況，應對梁箍筋的計算結果進行手算復核。

5 設計構造方面的問題

5.1 框架節點核芯區箍筋配置應滿足要求對于規范中規定的框架柱箍筋加密區的箍筋最小體積配箍率的要求，絕大部分設計人員都能給予足夠的重視，但對于《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)中規定的"一、二、三級框架節點核芯區配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10、0.08且體積配箍率分別不宜小于0.6％、0.5％ ，0.4％。"設計中經常被忽視，尤其是柱軸壓比不大時，常常不滿足要求。這一規定是保證節點核芯區延性的重要構造措施，應嚴格遵守。

5.2 底層框架柱箍筋加密區范圍應滿足要求建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)中規定："底層柱，柱根處箍筋加密區范圍為不小于柱凈高的1/3"這是新增加的要求，設計中應重點說明

5.3 框架梁的縱向配筋率應注意

《建筑抗震設計規范》(GB50011一2001)中規定："當框架梁梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2％時，梁箍筋最小直徑的數值應比表6.3.3中規定的數值增大2mm。"在目前設計中，這一規定常被忽視，造成梁端延性不足。

5.4 框架梁上部縱筋端部水平錨固長度應滿足要求

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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程》進行設計[1]。

2、優化思路

2.1 主構件基于性能設計的優化

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揮，經優化后，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。鋼梁的穩定可由檁條-拉條系統作為鋼梁平面外的側向約束，整體穩定可不用考慮，優化后鋼梁應力控制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。經優化后主剛架減省用鋼量情況見表1所示。

表1 主剛架優化結果

2.2 次構件基于性能設計的優化

圍護結構下列指標進行截面優化設計：參照《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》（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《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）條文說明9.2.14規定，當構件的強度和穩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《鋼結構設計規范》GB 50017按彈性準則設計時腹板不發生局部屈曲的情況，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，優點在于很好的節約材料；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，在單位荷載下節間單元的變形為，

圖2 節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下的分析，得知不同荷載狀態下折減系數公式不同，即折減系數隨荷載狀態而變化，且穩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定性得出的式（1）不同，確實不同，因為本文從強度條件出發，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化設計[J]，工業建筑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定性的影響分析》一文的討論[J]，建筑鋼結構進展。

篇（5）

中圖分類號：TU33+7文獻標識碼：A 文章編號：

Abstract：Frame instability has two modes, respectively, lateral instability and no lateral instability. Correct understanding of lateral displacement and lateral instability, is the application of member effective length method conditions. At present domestic to frame instability mode comparison across studies, put forward a variety of relevant frame stability concept, especially in the lateral shift problems. This article briefly summarizes the stability of rigid frames in sideway questions related concepts, the lateral displacement and lateral displacement were compared systematically. The full text of the understanding of rigid frame instability have a very good help.

Key words：Frame stability; Lateral instability; Strong support frame; Sway frames

1引言

目前在剛架穩定設計中，國內外應用比較廣泛的方法就是構件計算長度法。就是先將作用有荷載的剛架按一階彈性分析的方法確定內力，再利用按照彈性理論得到的剛架柱的計算長度系數，把柱轉化為具有如此計算長度的壓彎構件作彎矩作用平面內的穩定計算[3]。顯然，在剛架穩定設計中，確定構件的計算長度非常重要，在規范中對有側移失穩和無側移失穩采用不同的計算公式，得出的計算長度系數相差很大，那么如何確定剛架失穩是無側移失穩還是有側移失穩就顯得首當其沖了。本文介紹剛架失穩問題中有關側移問題的概念解析，清晰明了的闡述剛架側移問題。

2有側移失穩和無側移失穩

2.1 基本概念

剛架穩定分析中一個很重要的問題就是確定剛架的失穩模態，這對于計算剛架的穩定承載力是很重要的。同一個結構在相同的荷載作用下發生不同形式的失穩，其穩定承載力存在巨大差異[1]。

設計工作所用的單層剛架柱計算長度，是以荷載集中于柱頂的對稱單跨等截面框架為依據的[2]。我們以單層單跨剛架為例說明剛架的失穩形式。

圖1 剛架的失穩形式

圖1 (a)所示單跨對稱剛架，受兩相同的柱頂集中荷載，可能發生圖1 (b)所示的對稱性變形失穩，也可能發生圖1 (c)所示的非對稱性失穩。發生對稱性失穩時，變形大致呈左右對稱形狀，剛架節點無側移但有轉角，通常稱之為無側移失穩；發生非對稱性失穩時，變形大致呈左右反對稱形式，剛架同層節點向同一個方向發生相等側移并有轉角，這種失穩形式稱為有側移失穩。

3有側移失穩和無側移失穩的判斷

3.1 判斷失穩模式的框架分類

目前國內在判斷剛架失穩形式時，都是將框架分為無支撐的純框架和有支撐框架，其中有支撐框架根據抗側移剛度的大小分為強支撐框架和弱支撐框架[4]。在文獻[4]中，框架的定義如下：

純框架：依靠構件和節點連接的抗彎能力，抵抗側向荷載的框架。

強支撐框架：在支撐框架中，支撐結構（支撐桁架、剪力墻、電梯井等）抗側移剛度較大，可將該框架視為無側移的框架。

弱支撐框架：在支撐框架中，支撐結構抗側移剛度較弱，不能將該框架視為無側移的框架。

這樣的定義比較模糊，而且沒有和剛架穩定聯系起來。而在文獻[5],[6]中對這種分類給出了直接與穩定相關的定義。其中分類的前提是當內力采用線性彈性分析，采用計算長度法計算框架柱的穩定性時，才采用上述分類。即

(1) 強支撐框架：當框架―支撐結構體系中，支撐的抗側剛度足夠大，使得框架以無側移的模式失穩時，這個框架稱為強支撐框架。

(2) 弱支撐框架是支撐架的抗側剛度不足以使框架發生無側移失穩的框架。

(3) 純框架是未設置任何支撐的框架結構，它的整體失穩是有側移失穩[6]。

3.2 強支撐框架和弱支撐框架的判斷

文獻[4]（鋼結構設計規范）中5.3.3給出了設計中判斷強支撐框架和弱支撐框架的判斷公式。內容總結下來就是，當支撐結構的側移剛度 滿足公式

（1）

式中 ， ――第i層層間所有框架柱用無側移框架和有側移框架柱計算長度系數算得的軸壓桿穩定承載力之和，則為強支撐框架?？蚣苤挠嬎汩L度系數 按規范中的無側移框架柱的計算長度系數確定。

當支撐結構的側移剛度 不滿足公式（1）的要求時，為弱支撐框架，框架柱的軸壓桿穩定系數 按公式（2）計算。

（2）

式中 ， ――分別是框架柱用文獻[4]的附錄中無側移框架柱和有側移框架柱計算長度系數算得的軸心壓桿的穩定系數。

上述的判斷方法是在實際應用中的簡化方法，當考慮到實際結構的支撐體系（剪切型支撐、彎曲型支撐、彎剪型支撐）不同時，強支撐框架的判定準則會產生變化。文獻[5],[6]對雙重抗側力體系的框架進行了全面的分析，也給出了更全面的強弱支撐框架的判斷準則。

3.3 有側移失穩的本質

結構（構件）失穩表示其不再能承受附加的水平力或豎向力，代表了其水平抗側剛度或豎向抗壓剛度的喪失（剛度=0）[10]。軸心壓桿受壓失穩的本質是壓力使受壓構件的彎曲剛度減小，直至消失的過程[2]。這是穩定分析中一個很重要的概念。那么對于框架有側移失穩，就是表明框架的抗側剛度消失。

框架每一層的抗側剛度可以從結構的線性分析直接得到。例如 是第 層的總剪力， 為這一層的層間位移，得到的層抗側剛度為

是什么使這個框架層從抗側剛度 變為等于0？顯然是豎向荷載，豎向荷載就像是一種負剛度的因素，抵消了框架的正剛度[6]。怎么得到框架豎向荷載的負剛度呢?

我們從最簡單的結構受力情況說起。

圖2 豎向荷載的負剛度

如圖2(a)所示桿件沒有抗側剛度，作用了壓力P之后，因為豎向荷載是負剛度，桿件很快就會垮掉（幾何可變）。必須給以側向支撐才能保持穩定（圖2(b)）[10]。側向支撐的剛度 時才能使桿件穩定。反過來可以推論：P的負剛度為 。側移失穩時

即負剛度+抗側剛度=0.

對于懸臂柱，臨界荷載為 ，當作用的豎向荷載 時，抗側剛度 ，記 為P的等效負剛度，要求 得到 。參照 的形式可以假定：

得到 ，此時。

再對如圖2(c)的柱上下端均為彈性轉動約束的情況，可以推導出 式中 在1.0～1.216之間變化，絕大多數在1.1～1.16之間變化，偏安全可以取 [10]。

應用到多層多跨框架中，文獻[6]給出了說明。根據規范查表得到框架柱的計算長度系數，求得各柱子的臨界荷載 之后，從而得到豎向荷載的等效負剛度，即

（3）

因此框架有側移失穩時

（4）

式中， 即層間抗側剛度， 是第 層的總剪力， 為這一層的層間位移，通過線性分析可以得到。 是這一層的第 個柱的軸力； ，這個系數變化非常小，從工程實際的角度來看，取1.1的情況下，得到的臨界荷載最大值誤差為10%，如果換算到計算長度系數，則最大的誤差只是5%[6]。

這樣得到的公式（4）有非常重要的實際應用價值，在幫助我們理解框架愛有側移失穩本質的基礎上，能解決框架中各柱子軸力分布不均時的臨界荷載及計算長度，也能分析框架各層的穩定性。

4有側移框架和無側移框架

文獻[3]中在4.1節中提到：按規定，對于有支撐的剛架，當其抗側移的剛度大于或等于同類無支撐剛架抗側移剛度的5倍時，方認為支撐系統有效，否則仍按無支撐剛架計算其穩定性。但又在4.9節中拋棄了這種說法，采用了文獻[4]的規定。這里面涉及到一個概念性的問題，就是有側移框架和無側移框架到底指的是什么？它們與框架有側移失穩和無側移失穩有什么區別和聯系？

4.1 有側移框架和無側移框架的概念解析

《鋼結構設計規范》(GBJ17-88) [7] 第5.2.2條最末尾有這樣一個注釋：無側移框架系指框架中設有支撐架、剪力墻、電梯井等支撐結構，且其抗側移剛度等于和大于框架本身抗側移剛度的5倍者。有側移結構系指框架中未設上述支撐者，或支撐結構的抗側移剛度小于框架本身抗側移剛度的5倍者。

這樣的概念讓人困惑。因為稍有結構常識的人都清楚的知道，所有的結構及框架-支撐結構中的框架在水平風力或地震力作用下，都會產生側移。那么文獻[7]中的分類又是什么意思呢，或者具有什么用途呢？

實際上，文獻[7]中的準則是對國外規范誤解的結果。5倍關系最早由歐洲鋼結構協會于1977年提出，提出5倍關系的最早本意是對支撐部分和框架部分分擔水平力的比例進行界定，當支撐抗側剛度大于純框架抗側剛度的5倍時，框架分擔的水平力可以忽略不計，框架因不承擔水平力而無側移，并不是框架發生無側移失穩[8]。

那么，對于有側移框架和無側移框架的定義，其實是針對雙重抗側力結構體系中的框架，根據其水平力的分擔比例來劃分的。

(1) 在雙重抗側力結構中，框架承受的總水平力小于等于總剪力的20％，則可以以足夠的精確度假設所有的水平力都由支撐架（剪力墻）承受，框架本身不承受水平力，從而這個框架可以看作無側移框架。

(2) 不滿足上述規定的框架―支撐結構體系中的框架，是有側移框架。

這樣的區分，在沒有計算機的時代，可以帶來計算上的簡化，在計算機時代，實用上已經沒有必要。但是仍然可以根據這個分類，對結構的受力特性有一個初步的總體上的了解：有側移框架是要承擔水平力的，而無側移框架依靠其他剛度更大的子結構來承擔水平力[6]。

4.2 兩種框架分類的區別

有側移框架和無側移框架的區分，不涉及到框架的穩定性計算，只是通過了解建筑物各子結構在承受水平力上的相對比例，對框架進行一個分類。在框架分擔的水平力小到一定程度時可以進行簡化的力學分析。

強支撐框架和弱支撐框架的區分是用于判斷雙重抗側力結構中框架部分的失穩模式的。根據框架結構是發生有側移失穩還是無側移失穩，或者介于兩者之間，選擇和計算對應的框架柱的計算長度及承載力。

5結語

本文從整體上對剛架穩定中側移問題進行了闡述，據此可以更好地學習剛架穩定內容，理解鋼結構穩定性設計的有關規定，更準確地選擇鋼結構穩定計算的圖表或公式。

參考文獻：

[1] 郭耀杰.鋼結構穩定設計[M].武漢:武漢大學出版社,2003.

[2] 陳紹蕃，顧強.鋼結構上冊：鋼結構基礎(第二版)[M].北京:中國建筑工業出版社,2007.

[3] 陳驥.鋼結構穩定理論與設計（第三版）[M].北京:科學出版社,2006.

[4] 鋼結構設計規范（GB50017-2003）[S].北京,2003.

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[6] 童根樹.鋼結構設計方法[M].北京:中國建筑工業出版社,2007.

[7] 鋼結構設計規范（GBJ17-88）[S].北京,1989.

[8] 季淵.多高層框架-支撐結構的彈塑性穩定分析及其支撐研究[D].浙江大學博士學位論文，2003.

篇（6）

Abstract: the door frame is typical of light steel structure, it has to save material, construction period is short and other advantages, and thus as the current domestic industry workshop of the most widely applied in the design of light steel structure. The door frame of the design and construction of steel structure with ordinary compared both consistency, the door frame characteristics of lies mainly in its node, the paper summarizes the door frame design of some key points of the design, bring up for the designers

Keywords: light steel structure the door frame of optimization

中圖分類號：TU328 文獻標識碼：A文章編號：

隨著科學技術的發展，生產力水平的提升，我國鋼產量的不斷提高、種類不斷豐富。彩色壓型鋼板生產的迅速發展，為輕型剛結構房屋的發展奠定了良好的物質基礎。輕型鋼結構房屋具有跨度大自重輕，費用低，施工迅速，施工污染環境少、造型簡潔大方，以及可重復利用等優點，在工業廠房、倉庫、展廳等工業與公共建筑的中得到了越來越多的應用和發展。

1 門式剛架的形勢及特點

鋼架結構是粱 、柱單元構件的組合體，是柱與直線型、弧線型、 折線型橫梁鋼性連接的承重骨架體系。其形式種類繁多 ，在單層廠房及倉庫中，應用較多的為單層單跨，雙跨或多跨的雙坡門式剛架，它可根據通風 、采光的需要設置天窗 、通風屋脊和采光帶等 。

門式鋼架的整個構件橫截面尺寸較小，可以有效地利用建筑空 間 ，從而降低房屋的高度 ，減小建筑體積 ，在建筑造型上也較簡潔美觀，其次，鋼架構件的剛度較好 ，其平面內、外的剛度差別較小，為制作 、運輸 、安裝提供有利的條件 。

1.1門式鋼架 的結構形式

門式鋼架的結構形式多種多樣。按構件體系分，有實腹式與格構式 ；按橫截面組成分 ，有等截面與變截面。實腹式鋼架的橫截面一般為H型 ，少數為z型 ；格構式的橫截面為矩形或三角形 ；按結構選材分 ，有普通型剛、薄壁型鋼 、鋼管或鋼板焊成 。

1.2門市剛架的特點

（1）采用輕型屋面，可減小梁柱截面及尺寸，可以降低房屋的高度，從而有效地利用建筑空間，減小建筑體積，在建筑造型上也較為簡潔美觀。

（2）在多跨建筑中可做成一個屋脊的大雙坡屋面，為長坡面排水創造了條件。中間柱可減少橫梁的跨度，從而降低造價。中間柱可采用鋼管制作的上下鉸接搖擺柱，占用空間小。

（3）跨度較大的鋼架可采用改變腹板高度、厚度及翼緣寬度的變截面。

（4）鋼架的腹板允許其部分失穩，利用其屈曲后的強度，即按有效寬度設計，可減小腹板厚度，不設或少設橫向加勁肋。

（5）豎向荷載通常是設計的控制荷載，由于結構自重很輕，地震作用一般不起控制作用，使結構設計大為便捷。

（6）支撐可做的較輕便，將其直接或節點板與鋼架相連。在非抗震區也可采用張緊的圓鋼。

（7） 結構構件可全部在工廠制作，工業化程度高。結構單元可根據運輸條件劃分 ，單元之建存現場用螺栓相連 ，安裝方便快速。基礎簡單，土建施工量小。

2 輕型結構門式鋼架設計要點

2.1合理跨度的確定

廠房的跨度主要由生產工藝流程和使用功能決定。如何確定經濟跨度，在滿足生產工藝和使用要去的基礎上，應根據廠房的高度進行確定。通常，在柱高、荷載不變的情況下，適當增加廠房的跨度，剛架的用鋼量增加并不顯著，而且這樣可節省空間，降低基礎造價，節約的成本較為客觀。通過大量計算發現當檐口高度為 6米 、柱距為 7.5米 、荷載不變的情況下 (恒載 0.4KN／m2，活 載 0.5 KN／m2 ，基本風壓 0.4 KN／m2，無吊車)，跨度在18～48m之間的剛架單位用鋼量 (Q235―B)為18～35kg／m2; 當檐高為 12m時(其他情況同上 )，跨度在 18～48m之間的剛架用鋼量 (Q235―B)為 25～40kg／m2，當檐高超過 18m時，宜采用多跨剛架(中間設搖擺柱)，其用鋼量較單跨剛架節約 16.7％左右，因此 ，設計人員應根據實際情況在選擇方案時，應選擇較為經濟的跨度，不宜盲目追求大跨度 。

2.2剛架最優間距的確定。

剛架的間距與剛架的跨度、屋面荷載、檁條形式等因素有關 ，在剛架在跨度較小的情況下 ，選用較大的剛架間距 ，增加檁條的用鋼量是不經濟的，因此從綜合經濟分析的角度看，確定合理的柱距才能既節約鋼材，又能使設計真正作到定型化、專門化、標準化以及輕型化 。從而推動門式剛架輕鋼房屋結構體系在我國的發展。經過大量計算，筆者發現：隨著柱距的增大，剛架的用鋼量比例是逐漸下降的，但當柱距增大到一定數值后 ，剛架的用鋼量隨著柱距的增大下降的幅度較為平緩。而其他如檁條、吊車梁、墻梁的用鋼量隨著柱距的增大而增加，就房屋的總用鋼量而言 ，隨柱距的增大先下降而后又上升。―般情況下 ，門式剛架最優間距應在 6―9m之間，柱距不宜超過 9m，超過 9m時，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價并不經濟。

2.3確定科學的結構力學模型

輕型門式剛架的形式多種多樣，柱腳和基礎通常做成鉸接，多跨剛架的中柱多采用搖擺柱。但當柱高較大時，為控制風荷載作用下的柱頂位移，柱腳宜做成剛接，多跨剛架的中柱與橫梁的連接也宜采用剛架，多跨剛架的中柱與橫梁的連接也宜采用剛接，多跨剛架宜做成多坡，較為節省鋼材。門式鋼架一般采用實腹式變截面和柱來適應彎矩變化，以達到節約鋼材的目的。除腹板高度變化外，厚度也可根據需要變化；上下翼緣可用不同截面；相鄰單元的翼緣也可采用不同截面。因此，影響整個剛架用鋼量的因素有上翼緣的寬度、厚度 ；下翼緣的寬度 、厚度 ；腹板的厚度；構件大頭 、小頭的高度 ；而且這些因素之間也互相影響，互相不獨立。柱通常為楔形桿件，楔形柱的最大截面高度取最小截面高度 的 2～3倍為最優截面，門式剛架腹板主要以抗剪為主，翼緣以抗彎為主，在無振動荷載作用下，可充分利用腹板屈曲后強度分析構件強度和穩定性，將構件設計成為高而窄的截面形式(最小截面高度宜取跨度的 1／45～1／60，截面高寬比一般為 3～5)，PKPM系列軟件的 STS模塊截面最優化比較簡單易行的方法是按照構件內力來調整內力來調整尺寸，經過試算確定重量最小的截面。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，快速的得到比較理想的截面尺寸。構件的平面外穩定可通過設置隅撐來保證，為使結構具有可靠的整體穩定性，縱向通常設置由十字交叉圓鋼組成的屋面橫向水平支撐，同事，應在柱頂和屋脊設置剛性桿。在實際工程中，當屋面與檁條連接可靠時，可利用型鋼檁條兼做剛性桿。有條件時，檁條可設計成連續檁條，檁條平面外應根據具體情況設置相應拉條。

3 結束語

隨著門式鋼結構在工業與民用建筑中的廣泛應用，提高鋼結構工程設 計水平顯得日益重要。對越來越多從事輕型房屋鋼結構上程設計工作的從業人員 ，除要求掌握專業理論知識外 ，還必須了解輕型房屋鋼結構工程的制作安裝工藝 、現場環境和相關情況，更深入地理解和 掌握規范 ，只有通過精心和合理的沒計 ，才能使輕型房屋鋼結構得到更大的發展 。

參考文獻 ：

【l】樊永華．門式剛架設計應注 意的 問題［J］PKPM新天地，2008(3)：25 27．

【2】《輕型鋼結構設計手冊》編輯委員會. 輕型鋼結構設計手冊2006年第二版：203

【3】《鋼結構設計手冊》編輯委員會.鋼結構設計手冊（上冊）2004年1月第三版：413

第一作者簡介

姓名 張嚴方 性別 女 出生年 83.12 職稱 助理工程師

論文題目 關于工業廠房設計中輕型門式剛架的優化 文章編號

單位名稱 國家糧食儲備局西安油脂科學研究設計院 郵編 710082

篇（7）

我國《建筑鋼結構產業“十五”計劃和2010年發展規劃綱要》早在10多年前就已頒布[1],《綱要》明確提出了大力培養鋼結構技術人才的要求,但鋼結構領域中專門技術人才缺乏的現象至今沒有太大的改變,人才問題仍然是我國鋼結構發展的一個“瓶頸”。為此,許多高校對土木工程類專業鋼結構方向理論性課程的教學進行了改革,有些高校在實踐教學方面也做了一些探索研究工作[2～5],文獻[6]對機械類鋼結構專業方向課程體系改革進行了研究,建立了鋼結構方向課程體系的足球隊模型,由于受篇幅限制,該文對實踐性教學環節方面的改革只作了簡單介紹,未展開討論。本文在文獻[6]研究工作的基礎上,對機械工程及自動化（簡稱為機自）專業鋼結構方向實踐性課程教學改革開展研究,探討改革的思路,對其它專業方向實踐性課程的教學改革提供參考。

1、實踐性課程教學的現狀分析

實踐性課程結構方面,我院鋼結構方向設立在機自專業整體平臺上,現行教學計劃中除大平臺課程外,鋼結構方向理論教學課程僅開設5門:結構力學、彈性力學與有限元法、起重機械、鋼結構原理、鋼結構設計,相應的集中實踐性教學環節只安排了三門課程:兩門課程設計（包括彈性力學與有限元法課程設計、鋼結構設計課程設計）和畢業設計[6]。在實踐性課程教學內容方面如下:(1)彈性力學與有限元法課程設計:使學生進一步鞏固、充實和提高理論知識,并較系統地掌握復雜結構的強度、剛度分析方法;(2)鋼結構設計課程設計:完成簡單鋼結構物（平面鋼閘門或普通鋼屋架）的設計計算,繪制相應圖紙;(3)畢業設計:進行金屬結構設計或相應水工、電力機械設計。實踐性課程教學方法和教學手段方面,目前仍然沿用傳統的指導方法和教學,即教師布置課題任務,學生分別查閱相關資料,開展設計工作,過程中教師指導為輔,學生在規定時間內上交設計內容?？己朔椒ǚ矫?主要根據設計結果給出成績。

從以上實踐性課程教學計劃的安排可以看出:目前我院鋼結構方向實踐性課程的教學存在諸多問題,主要反映在:實踐性環節薄弱,實踐課程教學內容欠缺,教學內容重理論輕應用,不利于提高學生的動手能力,難以達到培養學生工程觀念和創新能力的目標;教學方法和教學手段落后,考核方法不能準確反映學生的知識掌握程度。其結果是學生缺乏鋼結構工程觀念,創新能力不強,畢業后不能較快適應鋼結構行業要求。為了培養鋼結構領域高素質應用型專業技術人才,必須對鋼結構方向實踐性課程教學進行改革。

2、實踐性課程教學改革的幾個方面

2.1 改革的總體思路

實踐性課程是工科高等院校教學體系中的一個重要組成部分,是培養學生動手能力和創新精神的重要教學環節,從這種意義上來講,它甚至比理論課程更為重要。鋼結構工程技術包括設計計算技術、制造安裝技術和防護技術等,鋼結構方向實踐性課程的教學應符合人才知識結構的要求。實踐性課程教學改革的總體思路是:在鋼結構方向課程體系改革的基礎上,結合鋼結構工程相關技術,對課程結構和教學內容、教學方法和教學手段、考核方法等幾個方面進行全方位、立體化改革。第一:強化實踐課程,確保模塊化課程體系中實踐性教學課程不斷線;第二:調整實踐性教學內容,加強能力培養;第三:采用多樣化教學方法,利用先進的教學手段,提高教學質量;第四:完善考核方法,鼓勵創新思維。

2.2 課程結構和教學內容的改革

(1)課程結構方面:文獻[6]提出理論教學需增設三門課程:結構振動、焊接技術、鋼結構制造與安裝。按鋼結構領域專門技術人才知識結構的要求,實踐性課程也必須強化,建議增設“焊接操作”和“生產實習”兩門實踐課程,培養學生動手能力和工程觀念,同時為學習鋼結構設計、鋼結構制造與安裝這兩門專業課程打下基礎。以培養應用型人才為目標,集中實踐性教學進程調整如下:1)將彈性力學與有限元法課程設計更名為有限元技術應用（1學分,第五學期）; 2)在專業方向課程體系中增設焊接技術課程的基礎上,增設焊接操作（1學分,第六學期）;3)增設生產實習(1學分,第七學期);4)將鋼結構設計課程設計更名為鋼結構設計技術應用(1學分,第七學期);5)畢業設計(論文)(12學分,第八學期)。通過以上調整,從而保證鋼結構方向模塊化課程體系中各個學期都有實踐性課程,并形成鋼結構方向完整的模塊化實踐性課程體系。

(2)教學內容方面:改變傳統的重理論輕應用,調整實踐性教學內容,注重應用能力的培養。1)有限元技術應用:作為彈性力學與有限元法的課程設計內容,通過對有限元軟件的實際運用,對典型鋼結構進行強度、剛度、穩定性進行分析,從而掌握有限元技術的分析方法,培養學生進行工程結構數值分析的初步技能;2)焊接操作:作為焊接技術的實訓內容,結合鋼結構方向培養目標,通過實際焊接操作,制作簡單鋼結構模型（如剛架、網架等）,培養學生應用焊接技術的基本能力;3)生產實習:主要參觀鋼結構生產制造單位、在建工程或已建工程現場,使學生了解鋼結構生產制造、施工安裝過程和防護技術的應用,培養學生的工程觀念;4)鋼結構設計技術應用:作為鋼結構設計的課程設計內容,通過應用鋼結構設計軟件,培養學生從事鋼結構設計的基本技能;5)畢業設計:通過獨立地分析、解決鋼結構工程實際問題,培養學生綜合運用鋼結構基礎理論、專業知識和基本技能的能力。

2.3 教學方法和教學手段的改革

實踐性課程也可以采用多樣化教學方法,利用先進的教學手段進行教學。

(1)示范教學法。如前所述,在傳統的實踐性課程教學過程中,教師的指導作用并不十分明顯。例如在兩門課程設計的教學中,學生在遇到問題和困難時才會與教師進行交流與溝通,但在課題任務下達后的一段時間內,往往由于不清楚整個設計過程,從而無從下手。焊接操作這門實踐性課程主要在現場進行教學,教學方式以指導老師做示范操作,學生觀察并學習模仿為主,這種教學方法可稱為“示范教學法”。實踐表明示范教學法受到廣大學生的普遍歡迎,同時提高了學生的學習興趣和教學質量,效果很好。在新的模塊化實踐性課程體系基礎上,受焊接操作課程教學的啟發,可將示范教學法引入到兩門課程設計（有限元技術應用、鋼結構設計技術應用）的教學中。例如:在有限元技術應用的教學過程中,第一個單元可以安排在機房進行,由指導教師介紹有限元商用軟件進行分析計算的整個過程。以ANSYS軟件為例,可針對幾種基本結構:桁架、剛架、四邊簡支板等,演示前處理、求解、后處理三個基本過程。重點介紹幾何模型的建立、單元類型（桿、梁、板和殼）的選用和單元相關參數的確定、網格劃分方法、如何加載（集中載荷和分布載荷）、求解過程中算法的選用、計算結果的獲取（應力或位移云圖顯示、具體結點或單元的數據結果等）。通過近幾年的實踐表明:這種方法有事半功倍的作用,實踐性課程的教學質量明顯得到了提高,取得了預期的教學效果。

(2)引導教學法。人們的思維都是從問題開始的。在鋼結構方向理論課程（如理論力學、材料力學、鋼結構原理等）的教學過程中,經常是從自然現象和工程實際先提出問題,引導學生進行思考,這種教學方法稱為“引導教學法”,是一種啟發式教學方法。問題的提出猶如在學生平靜的“腦?！敝型度胍涣Ｊ?可以起到“一石激起千層浪”的作用,能提高學生的學習興趣,激起學生思維的浪花,使學生處于思維的最佳狀態,從而能更好地理解和掌握學習內容。將引導教學法運用于鋼結構方向各門實踐性課程的教學中。指導教師根據課程教學的需要從不同角度、不同層次提出相應問題,引導學生思考,可以使學生在掌握知識的同時發展思維能力,提高思維的積極性、靈活性和創造性。對于生產實習這一實踐性教學環節,引導教學法不僅能使學生鞏固所學知識,而且能為后繼理論和實踐課程打下良好基礎。在生產制造單位和在建、已建工程現場,首先讓學生仔細觀察鋼結構的結構形式,如城市中體育場館中屋頂的網架結構和屋面的網殼結構、各類橋梁結構的結構形式（桁架式、懸索式、斜拉式等）、水工鋼閘門的板梁結構、起重機械和工業廠房的剛架結構等,在此基礎上提出相關問題,例如:為什么采用這類結構形式,有何特點,引導學生思考與分析;其次針對具體鋼結構讓學生觀察構件截面的形狀,聯系結構力學和鋼結構原理知識提出相關問題,例如:構件主要承受哪種內力,引導學生思考所采用的截面和其放置方位是否符合力學基本原理,能否對其設計進行改進,如何改進等;然后讓學生觀察連接件和構件的連接方式,針對節點板、球鉸等具體連接件提出鋼結構連接的相關問題,例如:為什么采用焊接（或螺栓連接、鉚接）,能否用其它連接方式,從而達到鞏固鋼結構原理知識的目的。教學實踐表明:生產實習中采用引導教學法極大地提高教學質量,有效地培養學生的工程觀念和創新意識。在有限元技術應用的實踐教學中,可以引導學生在建立模型時如何對實際工程鋼結構中構件、連接件、約束進行簡化,怎樣選擇單元類型（如工業廠房的梁、柱單元類型,各類閘門的面板、主梁、次梁、隔板的單元類型,載荷如何確定,數值計算結果的分析與處理等。從而使學生全面的掌握好有限元分析軟件的應用,達到培養學生進行工程結構數值分析的能力。引導教學法也適用于鋼結構設計技術應用和畢業設計這兩門實踐性課程,這里不再詳述。

(3)利用多媒體和網絡資源進行教學。對于生產實習,參觀鋼結構生產制造單位、在建工程或已建工程現場時,由于時間和條件所限,能見到的鋼結構類型畢竟有限,不可能面面俱到?？梢栽趯嵙暻昂蠡驅嵙暺陂g安排適當的時間,利用多媒體教學課件進行教學。對于鋼結構形式、構件和連接件的掌握,可結合實際工程,用大題的動畫、工程圖片和視頻作介紹;對于鋼結構的制造與安裝,可以先在生產制造單位與建設單位拍攝錄像,然后用視頻對鋼結構的加工制作過程、焊接工藝、安裝施工流程等進行教學。這種形象化教學方式,不僅可增強學生的感性認識、提高學生學習的興趣,還能調動學生學習的主動性和積極性,從而提高教學效率和質量。多媒體教學也可以應用到焊接操作這一實踐性課程。焊接操作在現場進行教學,由于學生人數較多,指導教師有時窮于應付,因此可以在條件允許的情況下,在現場播放焊接操作的圖片或視頻,使學生掌握焊接方式、工藝和操作規程,在較短時間掌握焊接操作實用技術。網絡資源也可用于實踐性課程的教學環節中。在建立實踐性課程教學網的基礎上,學生可以利用教學網進行自學,指導教師可以在網上進行輔導與答疑;另外,指導教師可以在教學過程中,給學生適當布置一些與課程相關的任務,讓學生利用網絡收集資料并消化吸收。對于21世紀的大學生,這種方法不僅能提高他們的學習興趣,更能激發他們的激發學習熱情。

2.4 考核方法的改革

改革實踐性課程的考核方法,全面考核學生學習情況,鼓勵創新思維。課程設計傳統的考核方法主要是根據設計或計算結果進行評分,而畢業設計（論文）的考核方法由三部分組成,包括指導教師評分、評閱教師評分和答辯成績等。可將畢業設計（論文）的考核方法引入到各門實踐性課程的考核中來,在課程開始時指導教師即下發任務書,明確課程學習的目標和任務。課程結束時,由3至5位教師成立課程學習考核小組,對學生課程學習的各方面綜合進行考核,包括工作態度、基本知識和操作（或應用）能力的掌握情況、任務完成情況、創新思維的體現、報告或論文的質量等。指導教師根據學生在教學過程中的工作態度、操作或應用能力和最終任務的完成情況等進行評分;報告或論文評閱教師則根據任務完成的質量、學習報告或論文的規范性和創新情況進行評分;考核小組根據學生在答辯過程中表現出來的知識點掌握情況、表達能力等集體決定答辯成績;最后考核小組根據課程的類型和性質,將以上3個成績按一定比例加權平均得到課程學習的總成績。表1給出了有限元技術應用考核時內容和各項所占的建議比例。

鋼結構設計技術應用和畢業設計（論文）的考核可參照表1,焊接操作和生產實習這兩門課程的考核可由考核小組對各項比例進行適當調整。

3、保障機制

鋼結構實踐性課程教學改革是該專業方向教學體系改革的重要內容,在某種意義上它決定了教學改革的成功與否,而教學改革能否順利開展和進行取決于保障機制是否完善。

(1)領導大力支持。鋼結構方向的實踐性課程和理論課程共同組成了該方向的教學體系,兩個方面都進行教學改革才能滿足21世紀鋼結構人才培養目標的要求。學校各級領導應充分認識到實踐性課程教學改革的重要性,必須高度重視和大力支持,這是進行教學改革的根本保障,可以制定相關政策鼓勵和支持教師開展實踐性課程教學改革。如果得不到領導的支持,任何教學改革都必將以失敗而告終。

(2)教師積極投入。指導教師是實踐性課程教學改革的主要實施者,應充分認識到實踐性課程教學改革的重要性和必要性,積極投身到改革中來。實踐性課程全方位教學改革實施,需要指導教師花更多的時間和精力用于教學過程中,可能還會觸及到部分教師的一些利益,指導教師不能過于計較得失,為了改革的順利開展和人才培養的整體目標實現,其付出是完全值得的。

(3)經費確保到位。實踐性課程的教學改革需要一定的經費作保證,首先,實踐性課程的教學需要一定的設備,如有限元技術應用和鋼結構設計技術應用這兩門課程設計,由于計算量大,所用軟件需在高性能計算機上運行,因此需要一次性投入用來購置計算機。另外,生產實習或參觀實踐基地、材料及其加工、聘請專家講學等都需要一定的經費,指導教師必須做好預算,確保教學時經費到位。

(4)實踐基地建設。實踐基地是實踐性課程教學的最基本、最重要的基礎條件,必須將其放在戰略高度上予以重視。實踐基地需要長期建設,可結合鋼結構專業方向特點,充分利用產學研合作關系、校友資源等,與鋼結構生產制造單位、建設單位或工程管理單位等建立長期合作關系,共建實踐基地。學?；驅W院可聘請實踐基地有豐富工程實際經驗的鋼結構專家擔任兼職教授,在生產實習的教學過程中,可請他們給學生作專題報告,另外,在其它的實踐性教學環節中,也可以將他們請到學校來講學。這樣不僅能深化雙方的合作關系,又能提高實踐性課程的教學質量。

4、結語

鋼結構方向實踐性課程的教學改革是該方向課程體系改革的重要組成部分,本文探討了鋼結構方向實踐性系列課程的教學改革,對實踐性課程教學環節相關的幾個方面提出了具體的改革措施和建議。改革措施的實施將有利于提高教學質量,有利于培養學生的應用能力和創新意識,從而為實現培養應用型人才這一目標奠定堅實基礎。

參考文獻

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1.建筑設計與結構設計的概念

1.1建筑設計的概念

建筑設計指的是建筑工程在建造之前，建筑設計師充分按照工程任務，把可能在工程施工過程中或者使用過程中出現的問題作好通盤的設想，并擬定好解決問題的方案。建筑設計的主要內容包括：初步方案、初步設計、搜集資料、技術設計施工圖、技術設計施工詳圖等。隨著科學技術的不斷發展，建筑設計中越來越深入廣泛的利用各種科學技術的成果。

1.2結構設計的概念

結構設計指的是建筑工程的結構設計，主要包括建筑工程的基礎設計和上部結構設計。建筑工程的上部結構設計的主要內容和步驟包括：(1)根據建筑工程設計來確定建筑物的結構體系和結構的主要材料；(2)建筑物的結構平面布置；(3)初步篩選建筑材料的類型和強度等級，并根據以往經驗初步確定建筑物構件的截面尺寸；(4)建筑物的結構內力分析、各種荷載作用分析、結構荷載計算；(5)建筑物結構荷載效應組合；(6)建筑物構件的截面設計。

2.現代建筑設計與結構設計存在的問題

2.1現代建筑結構設計中的扭轉和共振問題

在現代建筑工程的結構設計中要求建筑三心要盡量匯于一個中心點，建筑三心指的是建筑物的結構重心、剛度中心和幾何形心。現代建筑結構設計中的扭轉問題主要是指在建筑物的結構設計過程中沒有做到三心匯于一點，在建筑物的水平荷載作用下建筑結構出現了扭轉振動效應。所以，為了避免建筑工程因水平荷載作用而出現的扭轉破壞，就必須在對建筑物的結構設計時盡量選擇合理的平面布局和結構形式，讓建筑物的三心盡量匯于一點。還有現代建筑結構設計中出現的共振問題，如果發生地震，而建筑場地的特征周期與建筑物的自振周期又很接近，那么建筑物和建筑場地就有可能發生共振。所以，在設計建筑工程方案時，必須要針對預估建筑場地的特征周期，選擇合適建筑結構體系和結構類型，并通過調整建筑物結構的層數，擴大建筑場地特征周期與建筑物的自振周期之間的差別，從而避免共振問題的發生。

2.2現代建筑結構的水平側向位移問題

現代建筑工程設計的水平側向位移即便能夠滿足建筑工程結構規程的要求，也不能代表該建筑結構設計是合理的，因為這其中還要充分考慮到地震力的大小和周期等因素。在對建筑工程進行抗震結構設計時，建筑物的結構剛度和地震力的大小有著直接的關系。當建筑物結構剛度小，而建筑工程的結構設計并不合理，但由于地震力比較小，所以結構位移也比較小，位移也就控制在規范允許的范圍內，但是這并不是合理的結構設計。因為地震力小、結構周期長是很不安全的，并且位移的曲線變化應該具有連續性，除了沿著豎向發生剛度突變之外，不能夠有其他明顯的折點或者拐點。在一般情況下位移曲線有三種類型：(1)剪力墻結構的建筑工程發生的位移曲線應該是彎曲型；(2)框架結構的建筑工程發生的位移曲線應該是剪切型；(3)框一筒結構和框一剪結構的建筑工程發生的位移曲線應該是彎剪型。

3.建筑設計與結構設計的關系

3.1建筑設計與結構設計的相互配合

在建筑工程的建設過程中，無論是公共建筑、工業建筑還是民用建筑大致可以分為分為兩類：(1)擁有完善的使用功能，優美的建筑造型，通過專業化的施工工藝和制造技術與先進的結構體系有機地結合，創造出經濟適用的、新穎的、技術先進的建筑物；(2)主要追求新奇的藝術效果為主，沒有合理的建筑結構方案，創造出奇特的建筑物。在現代建筑物中主要實施和提倡第一類建筑。以具體的工廠廠房設計來談結構設計和建筑設計相互配合。工廠廠房的設備較大，車間要求十分寬敞，防火要求比較高，并且不改隔墻。以往的設計大都采用的是排架結構，廠房的墻體為240磚墻，廠房的屋蓋為薄腹梁鋼筋混凝土大板結構，這樣的廠房才能滿足使用要求。但這種排架結構的設計不足之處施工周期長、跨度受限制、不經濟。

根據結構設計必須要考慮到廠房施工方便和經濟合理的條件，在現代的工廠設計中可以采用門式剛架輕型房屋鋼結構，在標離1米以下的地方為磚砌體，而墻體則用壓型彩鋼板，屋蓋也一樣。這樣的設計不但能克服上述廠房結構形式的不足，而且還滿足了廠房的使用要求。比如在對棉花加工廠這類廠房進行結構設計時，要充分滿足廠房的生產工藝要求，在廠房的功能布局上要充分考慮運輸活動和生產活動的方便，要為工廠創造良好的工作環境，這是這類廠房的設計原則。所以，在滿足基本要求的前提下，施工最方便、最經濟、施工周期最短的設計方案必然成為首選方案。對于公共建筑來說，建筑的設計不能離開具體的設計對象。一個優秀的建筑必然是結構設計和建筑設計之間密切配合的結果，同時還要分清配合的側重點。一個好的建筑設計能夠將建筑物完善的使用功能和優美的建筑造型與結構設計充分地結合在一起。

3.2建筑設計與結構設計之間的密切聯系

在建筑設計過程中，有少數的建筑設計師把結構總是放在第二位，并一直強調結構必須服從建筑，這種觀念不但忽略了最基本的力學規律，還分割了科學的完整性。這種最大滿足使用功能和片面地追求建筑藝術與建筑技術結合的要求，往往會給建筑工程的質量帶來嚴重的隱患。在建筑設計過程中，任何一個建筑設計方案都會對建筑具體的結構設計產生一定的影響，并且建筑結構設計的技術水平也制約著建筑設計得層次。所以，在建筑工程的設計過程中，建筑設計師必須要具備一定的結構方面的基礎，并且能夠與結構設計相互協調，適當的結合，讓二者互相統一，從而創作出優秀的、完美的建筑設計作品。

有的建筑設計師在設計中過分強調創作的標新立異、新穎、美觀，從而不能與結構設計有效的結合。而建筑物本身承受著巨大的地震力、自重荷載與活載、扭矩力、水平風力等，要是建筑設計師不按照建筑的結構受力特征和基本的結構技術原理進行豎向設計和平面設計，也不征詢結構設計師的意見，這樣就會導致結構設計師不能合理的選擇結構體系，從而出現建筑結構不穩定問題發生。比如可以講建筑物的截面設計成為三角形，這樣建筑物的抗側能力和抗彎矩力就會小很多。還有些建筑設計師經常忽視結構力學的基本規律。比如：對于需要抗震設防的地方，建筑的高層電梯設置在建筑物的一側，不能與建筑物的剛度中心相互重合，電梯筒就會受到很大的剛度，從而造成結構偏正，產生扭轉。

結束語：

從建筑結構效益的角度來看，片面追求建筑物的藝術表現，忽視結構原理，設計出來的建筑作品往往只能作為雕塑作品或者是虛假的造型。只有符合正確的結構邏輯的建筑，充分發揮結構本身造型特點，充分融合結構設計構思和建筑設計構思去實踐個性的建筑，才能算得上是成功的建筑作品。同時，建筑設計師要不斷提高自身的藝術修養，勇于創新，充分利用結構設計原理來完善建筑設計。而建筑結構設計師也要充分了解建筑設計師的意圖，促進結構設計和建筑設計的有機融合和密切配合，從而設計出更高水平的建筑作品。

參考文獻：

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[2]王立新,王立軒.淺談建筑設計與結構之間的關系[J].中華民居,2010,(12):31-31.

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1.2往往容易遺忘抗剪槽的留設和抗剪件的設置。柱腳錨栓按承受拉力設計，計算時不考慮錨栓承受水平力。若未設置抗剪件，所有由側向風荷載、水平地震荷載、吊車水平荷載等產生的柱底剪力，幾乎都有柱腳錨栓承擔，從而破壞柱腳錨栓。

1.3柱腳底板與砼柱間空隙過小，使得灌漿料難以填入或填實。一般二次灌料空隙為50mm。

1.4有些工程地腳螺栓位置不準確，為了方便剛架吊裝就位，在現場對底板進行二次打孔，任意切割，造成柱腳底板開孔過大，使得柱腳固定不牢，錨栓最小邊（端）距亦不能滿足規范要求。

2梁、柱連接與安裝

2.1多跨門式剛架中柱按搖擺柱設計，而實際工程卻把中柱與斜梁焊死，致使實際構造與設計計算簡圖不符，造成工程事故。所以，安裝要嚴格按照設計圖紙施作；

2.2翼緣板與加厚或加寬連接板對接焊縫時，未按要求做成傾斜度的過渡。對接焊縫連接處，若焊件的寬度或厚度不同，且在同一側相差4mm以上者，應分別在寬度或厚度方向從一側或兩側做成坡度不大于1：2.5（1：4）的斜角。

2.3端板連接面制作粗燥，切割不平整，或與梁柱翼緣板焊接時控制不當，使端板翹曲變形，造成端板間接觸面不吻合，連接螺栓不得力，從而滿足不了該節點抗彎受拉、抗剪等結構性能。

2.4剛架梁柱拼接時，把翼緣板和腹板的拼接接頭放在同一截面上，造成工程隱患。拼接接頭時，翼緣板和腹板的接頭一定要按規定錯開。

2.5剛架梁柱構件受集中荷載處未設置對應的加勁肋，容易造成結構構件局部受壓失穩。

2.6連接高強螺栓不符合《鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接的技術條件》或《鋼結構用高強度大六角頭螺栓、大六角頭螺母、墊圈型式尺寸與技術條件》的相關規定。高強螺栓擰緊分初擰、終擰，對大型節點還應增加復擰。擰緊應在同一天完成，切勿遺忘終擰。一定要在結構安裝完成后，對所有的連接螺栓應逐一檢查，以防漏擰或松動。

2.7有些工程中高強螺栓連接面未按設計圖紙要求進行處理，使得抗滑移系數不能滿足該節點處抗剪要求。必須按照設計要求的連接面抗滑移系數去處理。

2.8有的工程缺乏有針對性的吊裝方案，吊裝剛架時，未采用臨時措施保證剛架的側向穩定，造成剛架安裝倒塌事故。應先安裝靠近山墻的有柱間支撐的兩榀剛架，而后安裝其他剛架。頭兩榀剛架安裝完畢后，應在兩榀剛架間將水平系桿，檁條及柱間支撐，屋面水平支撐，隅撐全部裝好，安裝完成后應利用柱間支撐及屋面水平支撐調整構件的垂直度及水平度，待調整正確后方可鎖定支撐，而后安裝其他剛架。

3檁條、支撐等構件的制作安裝

3.1為了安裝方便，隨意增大、加長檁條或檁托板的螺栓孔徑。檁條不僅僅是支撐屋面板或懸掛墻面板的構件，而且也是剛架梁柱隅撐設置的支撐體，設置一定數量的隅撐可減少剛架平面外的計算長度，有效的保證了剛架的平面外整體穩定性。若檁條或檁托板孔徑過大過長，隅撐就失去了應有的作用。

3.2隅撐角鋼與鋼梁的腹板直接連接，當剛架受側向力時，使腹板在該處局部受到側向水平力作用，容易導致鋼梁局部側向失穩。

3.3有的工程所用檁條僅用電鍍，造成工程尚未完工，檁條早已生銹。檁條宜采用熱鍍鋅帶鋼壓制而成的檁條，且保證一定的鍍鋅量。

3.4因墻面開設門洞，擅自將柱間垂直支撐一端或兩端移位。同一區隔的柱間支撐、屋面水平支撐與剛架形成縱向穩定體系，若隨意移動其位置將會破壞其穩定體系。

3.5有些單位為了節省鋼材和人工，將檁條和墻梁用鋼板支托的側向加勁肋取消，這將影響檁條的抗扭剛度和墻梁受力的可靠性。故施工單位不得任意取消設計圖紙的一些做法。

3.6有的單位擅自增加屋面荷載，原設計未考慮吊頂或設備管道等懸掛荷載，而施工中卻任意增加吊頂等懸掛荷載，從而導致鋼梁撓度過大或坍塌。任何單位均不得擅自增加設計范圍以外的荷載。

3.7屋面板未按要求設置，將固定式改為浮動式，使檁條側向失穩。往往設計檁條時，會考慮屋面壓型鋼板與冷彎型鋼檁條牢固連接，能可靠的阻止檁條側向失穩并起到整體蒙皮作用。

3.8剛性系桿、風拉桿的連接板設置位置高低不一，使得水平支撐體系不在同一平面上，從而影響剛架的整體穩定性。剛性系桿與風拉桿構成水平支撐體系，其設置高度在同一坡度方向應保持一致。

目前，我國鋼結構住宅產業已進入一個新的發展階段，有關規范和標準已經出臺，國內鋼材產量充足，有了一批鋼結構住宅試點與示范的建設經驗和科技成果，鋼結構住宅的發展已具備了較好的物質和技術基礎。當然，在鋼結構住宅發展方面，還有一些技術問題有待解決。鋼結構住宅的推廣還需要做大量的工作，完善不同類型結構設計規范和施工技術標準，研制新型的輕質保溫墻體材料以及與住宅部品的配套問題，同時還要廣泛宣傳開發輕鋼住宅的益處，讓更多的開發商、設計師和用戶認識了解鋼結構住宅的優點。

參考文獻

[1]劉玉株.鋼結構住宅技術問題討論.建筑創作，2003年2月.

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1 概述

在輕型房屋鋼結構體系中，門式剛架以其施工快、造價低、擴建靈活、維護費用低等優點廣泛應用于各類建筑房屋。本文就門鋼結構耗鋼量的影響因素進行論述，總結歸納出其常用數據和有用結論，為實際工程設計提供有益指導。

2 柱距

柱距對用鋼量的影響表現為：柱距越小，剛架數量越多，剛架的用鋼量相應增多，反之剛架用鋼量偏少，但是次結構如檁條，系桿等的用鋼量相應增加。當柱距大到一定程度，主剛架的用鋼量減少趨于平坦，次結構的用鋼量增加會完全抵消甚至超過主剛架用鋼量，使得總用鋼量呈偏高趨勢。

王元清等[1]結合18m和24m跨的兩個帶有吊車的雙連跨門鋼廠房工程實例，通過大量設計方案的研究分析，發現其用鋼量的最優柱距為6～8m，而同等荷載條件下的不設吊車的最優柱距為8～9m，且用鋼量大大減少。

任興平[2]通過大量實際工程總結出了常規荷載條件下6米高門式剛架的經濟間距，見表1。

表1 相同條件下各種跨度對應的最優剛架間距

柳鋒等[3]等通過對210個門式剛架的設計分析發現：常用剛架的經濟柱距為7～9m, 當無吊車或吊車噸位較小時, 經濟柱距為8～9m； 當吊車噸位較大時, 經濟柱距為7 m 左右, 用鋼量比常規6m 柱距可節省3%～12%, 總造價可節省2% ～6%, 經濟效益非?？捎^。

牛保有[4]借助3D3S軟件對6m、12m、18m三種檐口高度的不同柱距剛架進行分析，得出結論：無吊車輕鋼房屋的經濟柱距為7～8m之間，當柱距需要大于8m時，將柱距定為9～9.5m左右會較為經濟。有吊車輕鋼房屋軌頂標高6～9m，經濟柱距為7～8m，軌頂標高12m時，經濟柱距向上移動至9m左右。隨著軌頂標高的增加，經濟柱距向變大，相同的軌頂標高，最優柱距與吊車起重量關系不大。

2．跨度

實際工程表明荷載是經濟跨度的主要因素，荷載越大時，總用鋼量對跨度越敏感。荷載越大則需要的柱截面也大，若此時跨度小，其單位用鋼量必然上升。若跨度大，梁截面又顯著增大，也會導致單位用鋼量的上升[5]。

文獻[4] 通過對6m、12m、18m三種檐口高度的不同跨度剛架進行分析比較，得出結論：對于無吊車廠房，剛架的經濟跨度與檐口高度密切相關，經濟跨度隨著檐口的增加而增加；對于有吊車廠房，經濟跨度隨著吊車噸位的增加向高位攀升。

實際工程表明門式剛架的經濟跨度一般在18～36m，吊車噸位較大時，經濟跨度在24～36m，無吊車或吊車噸位較小時，經濟跨度在18～24m，采用合理經濟跨度可以節省鋼材5%～15%，降低總造價2%～7%。

3．采用變截面和最優腹板高度

門式剛架屋面梁為受彎構件，柱為壓彎構件，通常也是彎矩大于軸力。根據剛架的彎矩包絡圖的特點采用變截面的結構形式進行設計可以有效節省材料。

針對門式剛架截面腹板高度，楊娜等[6] 應用編制的結構分析設計程序，通過大量的算例分析發現：等截面輕型門式剛架結構梁的最優腹板高度范圍L/30~L/38，柱的最優腹板高度范圍H/12~H/19；變截面的柱端最優腹板高度范圍L/35~L/40，梁跨中的最優腹板高度范圍L/40~L/50。

4．屋面梁的平面外計算長度

工程實踐表明：在特定荷載條件下，門鋼梁的強度條件容易滿足，其破壞甚至倒塌往往是由受壓翼緣屈曲引起的。《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》CECS 102:2002規定：實腹式剛架斜梁平面內可按壓彎構件驗算強度，平面外應按壓彎構件驗算穩定，見式1：

(1)

根據式1，對于給定的荷載條件的按材料彈性狀態設計，N、M均為常量，穩定系數φy和φyb是主要影響因素，穩定系數與計算長度的大小密切相關，因此設計合理的屋面支撐體系，減少屋面梁的平面外計算長度是優化設計的關鍵。

《門規》CECS 102:2002規定：實腹式剛架斜梁的出平面計算長度，應取側向支撐點間的距離；當斜梁兩翼緣側向支撐點的距離不等時，應取最大受壓翼緣側向支撐點的距離；當實腹式剛架斜梁的下翼緣受壓時，必須在受壓翼緣側面布置隅撐作為斜梁的側向支撐，隅撐的另一端連接在檁條上。

《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》GB50018－2002規定：實腹式剛架梁和柱在剛架平面外的計算長度，應取側向支撐點間的距離，側向支撐點間可取設置隅撐處及柱間支撐連接點。當梁（或柱）兩翼緣的側向支撐點間的距離不等時，應取最大受壓翼緣側向支撐點的距離。根據其條文說明：剛架梁的平面外的計算長度應當取側向支撐點的距離，對于墻皮板材與檁條、墻梁有可靠連接的情況，可以考慮檁條、墻梁作為側向支撐，但是并未對可靠連接極其相應的構造措施進行說明，這給設計帶來不便。文獻[7]把梁的平面外計算長度的常見方式歸納如下：

1)上翼緣計算長度

1.1) 取上翼緣橫向支撐的節距

1.2) 取隅撐間距

隅撐通過檁條連接于有彈性側移的下翼緣上，故其不能作為上翼緣受壓時的側向支點。在某些情況下可將其作為下翼緣受壓時的側向支點。

1.3) 取3m

3m是基于兩個檁距考慮的，當屋面剛度大，與檁條的連接可靠時，考慮屋面實際存在的蒙皮作用，取2個檁距3m，這按規程的精神在實踐中也是可行的。

2)下翼緣的計算長度

2.1) 設置隅撐

不分情況取隅撐間距。另一種觀點取與上翼緣橫向支撐節點處檁條相連的隅撐間距，亦即橫向支撐的節距。文獻[7]認為以取后者為妥。

2.2) 不設隅撐，取Ly=0.4L

取Ly=0.4L前提與彎矩圖形有關。正常情況下，梁端為負彎矩，跨中為正彎矩，考慮柱面風荷載使梁反彎點內移，故偏安全地取反彎點距梁端為L/5，借用格構式剛架平面外長度的計算公式進行計算，得到Ly=0.4L。

由此可見，將剛性系桿視為梁的側向支撐是合乎結構受力特征的。對于能否將隅撐－－檁條體系作為梁的側向支撐還存在爭議。為此，國內學者也進行相應的研究。文獻[8]提出將檁條作為剛性系桿時，通常采用兩個檁條的組合截面以滿足弱軸剛度，而且檁條與鋼梁必須用高強螺栓連接，可靠的傳遞軸力。付占明[9]為研究梁的平面外計算長度能否取2倍檁距，分析比較了多根隅撐支撐的的簡支梁和兩倍檁距簡支梁的臨界彎矩，認為屋面橫向支撐的相應位置都應該設置系桿，不宜用檁條兼做系桿，那樣可能造成檁條的連接節點破壞。陳友泉等[10]引用隅撐－－檁條體系下純彎構件穩定彈性臨界彎矩計算公式，發現：當主梁尺寸較小, 受壓翼緣截面面積A300mm×12mm 時，隅撐－－冷彎薄壁型鋼檁條體系難以構成主梁的側向支撐條件，需另行考慮主梁的穩定設計或按大于2 倍的隅撐間距取為主梁平面外計算長度考慮。

綜上所述，對于門式剛架設計過程中隅撐－檁條體系的側向支撐作用和梁的平面外計算長度問題可以按如下考慮：

Ⅰ 對于一般門式剛架梁的平面外計算長度取側向支撐距離，側向支撐距離即為剛性系桿的距離，由于目前還沒有與計算模型相適應的成熟的構造措施，盡量避免使用隅撐－－檁條體系作為側向支撐，可僅將隅撐作為安全儲備考慮。

Ⅱ 對于不需考慮冰雪荷載地區的輕鋼屋面建筑可以有選擇的利用隅撐的作用，此時與隅撐相連檁條、鋼梁應當采用高強螺栓。當屋面梁高度小于500mm，受壓翼緣截面A

5．小結

本文結合門式剛架的特點，針對門式剛架優化設計的技術措施，從柱距、跨度、變截面和截面高度、剛架梁平面外計算長度四方面進行了論述，歸納總結了從這四方面進行優化設計的可用結論和應該注意的問題。實際設計過程中可選的優化措施是靈活多樣的，如選用高強度鋼材、利用搖擺柱減少剛架梁平面內的計算長度、設置剛結柱腳增加剛架的抗側剛度等等，設計者可根據實際情況選用可操作的方法進行優化設計。

參考文獻

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文章編號:ISSN1006―656X(2013)06 -000104-01

一、鋼結構中空間網架結構的應用現狀

近年來，國內大型鋼結構工程建設項目越來越多，各種形式的空間結構已向超大跨度結構發展，其中空間網架結構應用的非常廣泛。例如天津體育中心，雙層球面網殼，焊接球節點；國家大劇院外部圍護結構為鋼結構網殼，深圳機場候機大廳，濟南長途汽車總站客運樓，天津自然博物館……一些已建或正在建的鋼結構工程，以其創新的理念、新穎的造型和獨特的結構形式成為了標志性建筑。

二、空間網架結構的結構形式

（一）剛性結構體系

1.網架

網架結構是目前空間結構中發展最快，應用最為廣泛的結構形式，按其結構組成劃分為交叉桁架系、四角錐體系和三角錐體系三大類。特點是空間剛度大，整體性好，有良好的抗震性能，而且構造簡單、施工方便，桿件規格統一（上、下弦桿等長，腹桿等長）。

2.網殼

網殼結構的應用比較廣泛，曲面形狀多樣，有柱面網殼、球面網殼以及其他各類復雜曲面及其組合。網殼結構是主要優點是它的靈活性能夠適應建筑設計的創造性，但由于網殼結構主要承受的是壓力，那么它就存在穩定問題。當跨度超過一定值后，材料的強度不能充分利用，不經濟。

（二）柔性結構體系

1.懸索結構

懸索結構是由高強拉索組成的張力結構，國內較早建成的是天津大學體育館。按其組成方法和受力特點可分為單層懸索結構，雙層懸索結構和索網結構。討論懸索結構關鍵問題是結構在風與地震作用下的動力反應。

2.膜結構

膜結構可分為充氣式膜結構和張力式膜結構兩種。膜結構具有自重輕、造型美觀、富有時代氣息、能源消耗少、施工速度快、經濟效益明顯、使用安全可靠、以及使用范圍廣等優點，主要應用于大型體育設施，娛樂中心，超級商場等。但是，我國目前膜結構還沒有廣泛使用，主要原因是：國產膜材性能差，進口膜材價格高；膜結構的計算機輔助設計系統的開發滯后；缺乏相應的設計施工規程。

3.張拉整體結構

張拉結構是由一組不連續的受壓構件與一套連續的受拉單元組成的自支承、自平衡的空間網格結構。這種結構體系的剛度由受拉索和受壓單元之間的平衡預應力提供，在施加預應力之前，結構幾乎沒有剛度，并且初預應力的值對結構的外形和結構剛度的大小起著決定性作用。

（三）雜交結構體系

雜交結構既可以是剛性結構體系間的組合，也可以是柔性結構體系與剛性結構體系的組合。如斜拉網架，懸掛網架，拱支網架，弦支結構等。雜交結構可以發揮不同類型結構的優點，如：由于拱的作用，整體網殼被劃分成若干小的區段，使得網殼的整體穩定性轉化為局部區段的穩定性問題，部分桿件或區段的局部失穩不會波及整個結構。所以，雜交結構可以更經濟，更合理地跨越大空間。

（四）折疊結構

折疊結構是一種用時展開，不用時收起的結構，類似于雨傘、遮陽傘?？煞譃楦郊又握郫B結構和自穩定折疊結構。這種結構在各個領域都有應用，如：生活中中施工棚、集市大棚、臨時住宅等；軍事上的戰地指揮、戰地救護等；航空上：太陽帆、可展式天線等。它的主要特點是造型新穎、質量輕、攜帶方便、便于保管和運輸且可重復使用，在各個領域有廣泛的應用前景。

（五）開合結構

在很短時間內移動開合部分或全部屋蓋，是的建筑物在屋頂開啟和關閉的兩種狀態下都可以使用。開合時間大概是20~25min，開合方式有水平移動、水平旋轉、空間移動及其組合。開合結構與體育事業的發展密切相關：在比較惡劣的環境條件下保護觀眾和運動員，實現了能在預定時間內進行預定比賽的目的，例如為2008年北京奧運會興建的國家體育場“鳥巢”， 平面形式為橢圓形,長軸340m短軸292m。屋蓋中間有一個146m×76m的開口，這部分將設計成開合屋蓋。結構形式為空間剛架繞著內環旋轉而成。

（六）玻璃結構

玻璃結構的材料：浮法玻璃、鋼化玻璃及淬火玻璃。點式玻璃幕墻是一種新型的玻璃結構，省去了支撐框架，代以拉索、桁架及鋼爪，玻璃的通透性大大增強，結構的抗風和抗震性能也好于普通的玻璃幕墻。

三、空間網架結構的優缺點

空間網架結構在體育建筑，機場建筑，車站建筑，賓館、會堂及展覽館，工業廠房及小品建筑上都有廣泛的應用。各類結構形式有其各自的優缺點，它們共同的主要優點是受力合理，可以跨越較大的跨度，結構組成靈活，有規律，計算機輔助設計比較成熟，加工制作機械化程度高。缺點是節點用鋼量較大，加工費較高，單層網殼屬缺陷敏感性結構，計算分析較為復雜。

四、總結

空間網架結構以其明顯的優勢，在我國各個領域快速發展起來。這就要求我們要熟練掌握這些結構的設計與應用。在結構設計當中，結構選型是概念設計當中至關重要的一步，選擇正確的結構形式可以有效地降低建筑的造價、提升結構的可靠性，改善建筑的使用體驗。文中所提到的基本包含目前鋼結構中一般空間網架結構的結構形式，對于較為復雜的大跨度建筑以及地質條件極端惡劣的施工地區，還需單獨針對現實情況進行討論，選擇非常規的結構形式來滿足建筑的功能需求和安全性要求。

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