鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文大全11篇

緒論：寫(xiě)作既是個(gè)人情感的抒發(fā)，也是對(duì)學(xué)術(shù)真理的探索，歡迎閱讀由發(fā)表云整理的11篇鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文范文，希望它們能為您的寫(xiě)作提供參考和啟發(fā)。

篇（1）

2加建工程的現(xiàn)狀

我國(guó)加建設(shè)計(jì)起步比較晚，與世界先進(jìn)國(guó)家之間存在著一定的差距。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，加建工程得到了很大的發(fā)展空間，并且在我國(guó)各地都開(kāi)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(yáng)、昆明等地都將舊房改造工程列入到了城市規(guī)劃項(xiàng)目當(dāng)中，頒布了相應(yīng)的文件與規(guī)章制度。由此可以看出，我國(guó)加建工程得到了很大的發(fā)展空間。1)由以往的單個(gè)房屋加建發(fā)展為成片住宅區(qū)的加建工程;2)各種新材料、新工藝應(yīng)用到了加建工程當(dāng)中;3)輕鋼結(jié)構(gòu)加建技術(shù)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(yīng)用。

3鋼結(jié)構(gòu)加建的優(yōu)缺點(diǎn)

開(kāi)展鋼結(jié)構(gòu)加建工程的時(shí)候，具有以下優(yōu)點(diǎn):1)節(jié)約土地，提高土地面積的使用效率，縮短建設(shè)工期;2)因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的自重比較輕，因此，加建部分的荷載作用對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響非常小，不需要單獨(dú)對(duì)地基進(jìn)行加固處理，這樣不僅可以減少工作量，還可以縮短工期，節(jié)省部分施工成本;3)鋼結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的多樣性，在進(jìn)行加建的時(shí)候，可以充分發(fā)揮空間的優(yōu)勢(shì)，降低對(duì)原建筑結(jié)構(gòu)的影響;4)鋼結(jié)構(gòu)加建的適用范圍比較廣，不僅可以對(duì)房屋建筑進(jìn)行加建，還可以對(duì)工業(yè)建筑進(jìn)行加建，因此，在建筑加建工程中得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，其也存在著一些缺點(diǎn):1)在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)加建之后，其整體建筑結(jié)構(gòu)就會(huì)呈現(xiàn)一種上柔下剛、上輕下重的質(zhì)量與剛度分布，導(dǎo)致建筑整體性較差，缺乏一定的抗震性能;2)鋼結(jié)構(gòu)耐久性較差，在進(jìn)行加建的時(shí)候，需要進(jìn)行防腐、防火等措施的考慮，這樣就會(huì)增加一些建筑材料的使用，此時(shí)不僅會(huì)涉及到原材料的質(zhì)量問(wèn)題，還要考慮原材料的成本問(wèn)題，因此，存在著一定的不足。

4混凝土框架頂層加建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)樓板設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)樓板的時(shí)候，現(xiàn)階段一般選用的都是現(xiàn)澆灌技術(shù)。目前，現(xiàn)澆灌技術(shù)是樓板設(shè)計(jì)中最為常用與有效的方法，在采用此種方式進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工的時(shí)候，可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性、牢固性與安全性。同時(shí)，在鋼結(jié)構(gòu)施工中，此種方法可以對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行靈活的處理與調(diào)整，根據(jù)實(shí)際情況，提出有效的解決辦法，保證樓板設(shè)計(jì)與施工的順利進(jìn)行，確保建筑工程的整體施工質(zhì)量。2)梁設(shè)計(jì)。在進(jìn)行梁設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要結(jié)合國(guó)際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際設(shè)計(jì)情況，制定合理、科學(xué)的鋼構(gòu)設(shè)計(jì)要求:首先，在進(jìn)行梁設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要保證其截面寬度不會(huì)低于200mm，同時(shí)寬度與高度之間的比值不要超過(guò)4。其次，在梁設(shè)計(jì)中必然要使用一些鋼筋，對(duì)其使用鋼筋也要進(jìn)行一定的規(guī)定，保證梁結(jié)構(gòu)具有一定的硬度與抗震性能，進(jìn)而確保建筑工程整體結(jié)構(gòu)的牢固性與安全性。最后，在設(shè)計(jì)扁梁的時(shí)候，一定要保證梁中線(xiàn)和柱中線(xiàn)重合，采用雙向布置結(jié)構(gòu)。同時(shí)對(duì)扁梁進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算與設(shè)計(jì)，保證其結(jié)構(gòu)的合理性與科學(xué)性，增強(qiáng)建筑工程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。3)柱設(shè)計(jì)。在進(jìn)行柱設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要保證其截面符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn):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(guò)350mm，截面短邊與長(zhǎng)邊的比值不可以超過(guò)3，柱縱向鋼筋配比不可以低于0．2%等。在設(shè)計(jì)柱的時(shí)候，一定要嚴(yán)格遵照以上要求，這樣才可以保證柱設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性，同時(shí)增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證建筑工程施工的順利完成。4)基礎(chǔ)承載重量構(gòu)件設(shè)計(jì)。在進(jìn)行基礎(chǔ)承載重量構(gòu)件設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要綜合考慮各方面的因素，結(jié)合建筑負(fù)荷、結(jié)構(gòu)形式、施工狀況等，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性，使其達(dá)到建筑工程整體設(shè)計(jì)要求。針對(duì)設(shè)計(jì)不合理、不符合要求的部分，一定要進(jìn)行相應(yīng)的修改，保證其設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性，這樣才可以保證建筑工程整體的施工質(zhì)量。

篇（2）

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

裝費(fèi)用相比，鋼構(gòu)件的材料成本是相當(dāng)大的。

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

英文翻譯：

Steel Structure

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

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

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

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

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

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

themselves supported on vertical steel posts,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

space frame.

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

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

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

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

suspension-type structure have been built.

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

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

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

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

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

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

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

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

uneconomical, sometimes even unsafe design result.

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

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

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

component is lower than the strength he calculates.

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

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

With the development of steel structure, steel structure residential construction

篇（3）

輕型門(mén)式剛架房屋結(jié)構(gòu)在我國(guó)的應(yīng)用大約始于20世紀(jì)80年代初期。近十多年來(lái)得到迅速的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)每年有上千萬(wàn)平方米的輕鋼建筑工程，主要用于輕型的廠(chǎng)房、倉(cāng)庫(kù)、體育館、展覽廳及活動(dòng)房屋、加層建筑等。

單層輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)是指以輕型焊接H形鋼（等截面或變截面）、熱軋H形鋼（等截面）或冷彎薄壁型鋼等構(gòu)成的實(shí)腹式門(mén)式剛架或格構(gòu)式門(mén)式剛架作為主要承重骨架，用冷彎薄壁型鋼（槽形、Z形等）做檁條、墻梁；以壓型金屬板（壓型鋼板、壓型鋁板）做屋面、墻面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、巖棉、礦棉、玻璃棉等作為保溫隔熱材料并適當(dāng)設(shè)置支撐的一種輕型房屋結(jié)構(gòu)體系。

在目前的工程實(shí)踐中，門(mén)式剛架的梁、柱多采用焊接H形變截面構(gòu)件，單跨剛架的梁柱節(jié)點(diǎn)采用剛接，多跨者大多剛接和鉸接并用；柱腳可與基礎(chǔ)剛接或鉸接；圍護(hù)結(jié)構(gòu)多采用壓型鋼板；保溫隔熱材料多采用玻璃棉。

1單層輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

1.1單層輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

(1)質(zhì)量輕

圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用壓型金屬板、玻璃棉及冷彎薄壁型鋼等材料組成，屋面、墻面的質(zhì)量都很輕。根據(jù)國(guó)內(nèi)工程實(shí)例統(tǒng)計(jì)，單層輕型門(mén)式剛架房屋承重結(jié)構(gòu)的用鋼量一般為10~30kg/m2，在相同跨度和荷載情況下自重僅約為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的1/20~1/30。由于結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，相應(yīng)地基礎(chǔ)可以做得較小，地基處理費(fèi)用也較低。同時(shí)在相同地震烈度下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)小。但當(dāng)風(fēng)荷載較大或房屋較高時(shí)，風(fēng)荷載可能成為單層輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的控制荷載。

(2)工業(yè)化程度高，施工周期短

門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件和配件多為工廠(chǎng)制作，質(zhì)量易于保證，工地安裝方便；除基礎(chǔ)施工外，基本沒(méi)有濕作業(yè)；構(gòu)件之間的連接多采用高強(qiáng)度螺栓連接，安裝迅速。

(3)綜合經(jīng)濟(jì)效益高

門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)通常采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)周期短；原材料種類(lèi)單一；構(gòu)件采用先進(jìn)自動(dòng)化設(shè)備制造；運(yùn)輸方便等。所以門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的工程周期短，資金回報(bào)快，投資效益相對(duì)較高。

(4)柱網(wǎng)布置比較靈活

傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式由于受屋面板、墻板尺寸的限制，柱距多為6米，當(dāng)采用12米柱距時(shí)，需設(shè)置托架及墻架柱。而門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的圍護(hù)體系采用金屬壓型板，所以柱網(wǎng)布置不受模數(shù)限制，柱距大小主要根據(jù)使用要求和用鋼量最省的原則來(lái)確定。

1.2設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

(1)由于門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎剛度、抗扭剛度較小，結(jié)構(gòu)的整體剛度較弱，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)輸和安裝過(guò)程中要采取的必要措施，防止構(gòu)件發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。

(2)要重視支撐體系和隅撐的布置，重視屋面板、墻面板與構(gòu)件的連接構(gòu)造，使其能參與結(jié)構(gòu)的整體工作。

(3)組成構(gòu)件的桿件較薄，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮對(duì)制作、安裝、運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

(4)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮銹蝕對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面削弱的影響。

(5)門(mén)式剛架的梁柱多采用變截面桿件，梁柱腹板在設(shè)計(jì)時(shí)考慮利用屈曲后的強(qiáng)度，所以塑性設(shè)計(jì)不再適用。

(6)設(shè)計(jì)中對(duì)輕型化帶來(lái)的后果必須注意和正確處理，比如風(fēng)力可使輕型屋面的荷載反向等。

2結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置

2.1結(jié)構(gòu)形式

門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)形式按跨度可分為單跨、雙跨和多跨，按屋面坡脊數(shù)可分為單脊單坡、單脊雙坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/20~1/8。單脊雙坡多跨剛架，用于無(wú)橋式吊車(chē)的房屋時(shí)，當(dāng)剛架柱不是特別高且風(fēng)荷載也不是很大時(shí)，依據(jù)“材料集中使用的原則”，中柱宜采用兩端鉸接的搖擺柱方案。門(mén)式剛架的柱腳多按鉸接設(shè)計(jì)，當(dāng)用于工業(yè)廠(chǎng)房且有橋式吊車(chē)時(shí)，宜將柱腳設(shè)計(jì)成剛接。門(mén)式剛架上可設(shè)置起重量不大于3t的懸掛吊車(chē)和起重量不大于20t的輕、中級(jí)工作制的單梁或雙梁橋式吊車(chē)。

2.2結(jié)構(gòu)布置

2.2.1剛架的建筑尺寸和布置。

門(mén)式剛架的跨度宜為9~36m，當(dāng)柱寬度不等時(shí)，其外側(cè)應(yīng)對(duì)齊。高度應(yīng)根據(jù)使用要求的室內(nèi)凈高確定，宜取4.5~9m。門(mén)式剛架的合理間距應(yīng)綜合考慮剛架跨度、荷載條件及使用要求等因素，一般宜取6m、7.5m、9m。縱向溫度區(qū)段小于300m，橫向溫度區(qū)段小于150m（當(dāng)有計(jì)算依據(jù)時(shí)，溫度區(qū)段可適當(dāng)放大）。

2.2.2檁條和墻梁的布置

檁條間距的確定應(yīng)綜合考慮天窗、通風(fēng)屋脊、采光帶、屋面材料、檁條規(guī)格等因素按計(jì)算確定，一般應(yīng)等間距布置，但在屋脊處應(yīng)沿屋脊兩側(cè)各布置一道，在天溝附近布置一道。側(cè)墻墻梁的布置應(yīng)考慮門(mén)窗、挑檐、雨蓬等構(gòu)件的設(shè)置和圍護(hù)材料的要求確定。

2.2.3支撐和剛性系桿的布置

(1)在每個(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。

(2)在設(shè)置柱間支撐的開(kāi)間，應(yīng)同時(shí)設(shè)置屋蓋橫向支撐，以構(gòu)成幾何不變體系。

(3)端部支撐宜設(shè)在溫度區(qū)段端部的第一或第二個(gè)開(kāi)間。柱間支撐的間距應(yīng)根據(jù)房屋縱向受力情況及安裝條件確定，一般取30~45m，有吊車(chē)時(shí)不宜大于60m。

(4)當(dāng)房屋高度較大時(shí)，柱間支撐應(yīng)分層設(shè)置；當(dāng)房屋寬度大于60m時(shí)，內(nèi)柱列宜適當(dāng)設(shè)置支撐。

(5)當(dāng)端部支撐設(shè)在端部第二個(gè)開(kāi)間時(shí)，在第一個(gè)開(kāi)間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿。

(6)在剛架的轉(zhuǎn)折處（邊柱柱頂、屋脊及多跨剛架的中柱柱頂）應(yīng)沿房屋全長(zhǎng)設(shè)置剛性系桿。

(7)由支撐斜桿等組成的水平桁架，其直腹桿宜按剛性系桿考慮。

(8)剛性系桿可由檁條兼做，此時(shí)檁條應(yīng)滿(mǎn)足壓彎構(gòu)件的承載力和剛度要求，當(dāng)不滿(mǎn)足時(shí)可在剛架斜梁間設(shè)置鋼管、H型鋼或其他截面形式的桿件。

(9)當(dāng)房屋內(nèi)設(shè)有不小于5t的吊車(chē)時(shí)，柱間支撐宜用型鋼；當(dāng)房屋中不允許設(shè)置柱間支撐時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向剛架。

3剛架設(shè)計(jì)

3.1荷載及荷載組合

3.1.1永久荷載

永久荷載包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重和懸掛在結(jié)構(gòu)上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重力荷載，如屋面、檁條、支撐、吊頂、墻面構(gòu)件和剛架自重等。

3.1.2可變荷載

可變荷載包括屋面活荷載（設(shè)計(jì)屋面板和檁條時(shí)應(yīng)考慮施工和檢修集中荷載，其標(biāo)準(zhǔn)值為1KN）、屋面雪荷載和積灰荷載、吊車(chē)荷載、地震作用、風(fēng)荷載等。

3.1.3荷載組合

荷載組合一般應(yīng)遵從《建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50009-2002的規(guī)定，針對(duì)門(mén)式剛架的特點(diǎn)，《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102:98給出下列組合原則：

(1)屋面均布活荷載不與雪荷載同時(shí)考慮，應(yīng)取兩者中較大值。

(2)積灰荷載應(yīng)與雪荷載或屋面均布活荷載中的較大值同時(shí)考慮。

(3)施工或檢修集中荷載不與屋面材料或檁條自重以外的其他荷載同時(shí)考慮。

(4)多臺(tái)吊車(chē)的組合應(yīng)符合《建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。

(5)當(dāng)需要考慮地震作用時(shí)，風(fēng)荷載不與地震作用同時(shí)考慮。

3.2剛架內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算

3.2.1內(nèi)力計(jì)算

對(duì)于變截面門(mén)式剛架，應(yīng)采用彈性分析方法確定各種內(nèi)力，只有當(dāng)剛架的梁柱全部為等截面時(shí)才允許采用塑性分析方法。變截面門(mén)式剛架的內(nèi)力通常采用桿系單元的有限元法（直接剛度法）編制程序上機(jī)計(jì)算。地震作用的效應(yīng)可采用底部剪力法分析確定。

根據(jù)不同荷載組合下的內(nèi)力分析結(jié)果，找出控制截面的內(nèi)力組合，控制截面的位置一般在柱底、柱頂、柱牛腿連接處及梁端、梁跨中等截面。控制截面的內(nèi)力組合主要有：

(1)最大軸壓力Nmax和同時(shí)出現(xiàn)的M及V的較大值。

(2)最大彎矩Mmax和同時(shí)出現(xiàn)的N及V的較大值。

(3)最小軸壓力Nmin和相應(yīng)的M及V，出現(xiàn)在永久荷載和風(fēng)荷載共同作用下，當(dāng)柱腳鉸接時(shí)M=0。

3.2.2側(cè)移計(jì)算

變截面門(mén)式剛架的柱頂側(cè)移應(yīng)采用彈性分析方法確定，計(jì)算時(shí)荷載取標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)。如果最后驗(yàn)算時(shí)剛架的側(cè)移剛度不滿(mǎn)足要求，需采用下列措施之一進(jìn)行調(diào)整：放大柱或（和）梁的截面尺寸，改鉸接柱腳為剛接柱腳；把多跨框架中的個(gè)別搖擺柱改為上端和梁剛接。

3.3剛架柱和梁的設(shè)計(jì)

(1)梁柱板件的寬厚比限值和腹板屈曲后的強(qiáng)度利用。（主要包括梁柱板件的寬厚比限值驗(yàn)算、腹板屈曲后強(qiáng)度利用驗(yàn)算、腹板的有效寬度驗(yàn)算等內(nèi)容）

(2)剛架梁柱構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算。

(3)梁腹板加勁肋的配置。（梁腹板應(yīng)在中柱連接處、較大固定集中荷載作用處和翼緣轉(zhuǎn)折處設(shè)置橫向加勁肋）

(4)變截面柱在剛架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度確定。

(5)變截面柱在剛架平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計(jì)算。

(6)變截面柱在剛架平面外的整體穩(wěn)定計(jì)算。

(7)斜梁和隅撐的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算。

(8)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。（包括斜梁與柱的連接及斜梁拼接、柱腳設(shè)計(jì)、牛腿設(shè)計(jì)、搖擺柱與斜梁的連接構(gòu)造等內(nèi)容）

4輔屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)

4.1壓型鋼板設(shè)計(jì)

(1)壓型鋼板材料的選擇可根據(jù)建筑功能、使用條件、使用年限和結(jié)構(gòu)形式等因素考慮，鋼板基板的材料有Q215鋼和Q235鋼，工程中多用Q235-A鋼。

(2)壓型鋼板的截面形式較多，根據(jù)波高的不同，一般分為低波板、中波板和高波板。波高越高，截面的抗彎剛度就越大，承受的荷載也就越大。

(3)壓型鋼板的強(qiáng)度和撓度可取單槽口的有效截面按受彎構(gòu)件計(jì)算。計(jì)算內(nèi)容包括壓型鋼板腹板的剪應(yīng)力計(jì)算、支座處腹板的局部受壓承載力計(jì)算、撓度限值驗(yàn)算等。

(4)壓型鋼板尚應(yīng)滿(mǎn)足其他相關(guān)構(gòu)造規(guī)定。

4.2檁條設(shè)計(jì)

(1)檁條的截面形式可分為實(shí)腹式和格構(gòu)式兩種。當(dāng)檁條跨度不大于9m時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用實(shí)腹式檁條。

(2)檁條屬于雙向受彎構(gòu)件，在進(jìn)行內(nèi)力分析時(shí)應(yīng)沿截面兩個(gè)形心主軸方向計(jì)算彎矩。

(3)檁條應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算、整體穩(wěn)定計(jì)算、變形計(jì)算。

(4)檁條尚應(yīng)滿(mǎn)足其他相關(guān)構(gòu)造規(guī)定。

4.3墻梁、支撐設(shè)計(jì)

(1)墻梁一般采用冷彎卷邊槽鋼，有時(shí)也可采用卷邊Z形鋼。

(2)墻梁在其自重、墻體材料和水平風(fēng)荷載作用下，也是雙向受彎構(gòu)件。

(3)墻梁應(yīng)盡量等間距設(shè)置，在墻面的上沿、下沿及窗框的上沿、下沿處應(yīng)設(shè)置一道墻梁。為減少豎向荷載作用下墻梁的豎向撓度，可在墻梁上設(shè)置拉條，并在最上層墻梁處設(shè)斜拉條將拉力傳至剛架柱。

(4)墻梁可根據(jù)柱距的大小做成跨越一個(gè)柱距的簡(jiǎn)支梁或兩個(gè)柱距的連續(xù)梁。

(5)門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)中的交叉支撐和柔性系桿可按拉桿設(shè)計(jì)，非交叉支撐中的受壓桿件及剛性系桿按壓桿設(shè)計(jì)。

(6)剛架斜梁上橫向水平支撐的內(nèi)力，根據(jù)縱向風(fēng)荷載按支承于柱頂?shù)乃借旒苡?jì)算，并計(jì)入支撐對(duì)斜梁起減少計(jì)算長(zhǎng)度作用而承受的力，對(duì)于交叉支撐可不計(jì)入壓桿的受力。

(7)剛架柱間支撐的內(nèi)力，應(yīng)根據(jù)該柱列所受縱向風(fēng)荷載按支承于柱腳的豎向懸臂桁架計(jì)算，并計(jì)入支撐對(duì)柱起減少計(jì)算長(zhǎng)度而應(yīng)承受的力，對(duì)于交叉支撐可不計(jì)壓桿的受力。當(dāng)同一柱列設(shè)有多道柱間支撐時(shí)，縱向力在支撐間可平均分配。

5小結(jié)

綜上所述，輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵守以下原則：

篇（4）

提起鋼結(jié)構(gòu)用鋼大家并不陌生,像Q235和Q345這樣的鋼材是最常用的,也是生活中接觸最多的。的確,從材性、材質(zhì)方面看,現(xiàn)在市場(chǎng)充分供應(yīng)的Q235及Q345號(hào)鋼的各類(lèi)鋼材,可以保證建筑鋼結(jié)構(gòu)的基本需求。鋼結(jié)構(gòu)是以鋼材制作為主的結(jié)構(gòu),是主要的建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型之一。它的基本特點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、剛度大、材料勻質(zhì)性和各向同性好。

因此,用什么類(lèi)型的鋼材對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響很大。下面就從鋼結(jié)構(gòu)用鋼的鋼種鋼號(hào)及版帶鋼中的鋼結(jié)構(gòu)用鋼這兩方面對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的選用做一介紹。

一、鋼結(jié)構(gòu)用鋼的鋼種鋼號(hào)

1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼,按用途可以分為:一般用途普通的普通碳素和專(zhuān)用普通碳素鋼。

按含碳量及屈服強(qiáng)度高低分為5種牌號(hào):Q195,Q215,Q235,Q255,Q275.QISH其中鋼結(jié)構(gòu)主要用Q235號(hào)鋼。Q215和Q255也可作結(jié)構(gòu)用,但是產(chǎn)量和用量相對(duì)較少。

使用該標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)要注意一下幾點(diǎn):

(1)該標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)主要用作工程用和一般結(jié)構(gòu)用鋼。

(2)該標(biāo)準(zhǔn)鋼在在使用品種方面主要有鋼板,鋼帶和型鋼。

(3)該標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)可用作焊接和栓接結(jié)構(gòu)用鋼。但焊接結(jié)構(gòu)不宜選用A級(jí)鋼,除非有含碳量<0.0022的保證,以保證良好的可焊性。

(4)該標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)一般在熱軋狀態(tài)下交貨和使用。

2.焊接結(jié)構(gòu)耐候鋼

在鋼中加入少量合金元素,其耐候性較焊接結(jié)構(gòu)耐候鋼更好。其牌號(hào)為Q295GNH,Q295NHL,Q345GNHL。

3.低合金鋼

低合金鋼,按用途可以分為:低合金結(jié)構(gòu)鋼:耐腐蝕用鋼:低溫鋼:鋼筋鋼:耐磨鋼:特殊用途的專(zhuān)用鋼。按屈服強(qiáng)度高低分為5種牌號(hào),每牌號(hào)鋼中分別包含了若干鋼種,其中鋼結(jié)構(gòu)用為Q345,Q390,Q420三個(gè)牌號(hào)。

二、板帶鋼中的鋼結(jié)構(gòu)用鋼

結(jié)構(gòu)用的板帶鋼主要有:熱軋鋼板和鋼帶,冷軋鋼板和鋼帶,花紋鋼板以及高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板。

三、鋼材選用的標(biāo)準(zhǔn)

1.用于承重的冷彎薄壁型鋼、輕型熱軋型鋼和鋼板,應(yīng)采用先行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700規(guī)定的Q235鋼和《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591規(guī)定的Q345鋼。

2.門(mén)式剛架、吊車(chē)梁、和焊接的檁條、墻梁等構(gòu)件宜采用Q235B或Q345A及以上等級(jí)的鋼。非焊接的檁條和墻梁等構(gòu)件可采用Q235A鋼。當(dāng)有根據(jù)時(shí),門(mén)式剛架、檁條和墻梁可采用其他牌號(hào)的鋼制作。

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003中3.3.1規(guī)定,承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼,其質(zhì)量應(yīng)分別符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700和《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591的規(guī)定。當(dāng)采用其他牌號(hào)的鋼材時(shí),尚應(yīng)符合相應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求。

這些都是鋼結(jié)構(gòu)的一些用鋼,當(dāng)然還有其他的。以鋼材制作為主的結(jié)構(gòu),是主要的建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型之一。鋼材的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、剛度大,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜;材料勻質(zhì)性和各向同性好,屬理想彈性體,最符合一般工程力學(xué)的基本假定;材料塑性、韌性好,可有較大變形,能很好地承受動(dòng)力荷載;建筑工期短;其工業(yè)化程度高,可進(jìn)行機(jī)械化程度高的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn);加工精度高、效率高、密閉性好,故可用于建造氣罐、油罐和變壓器等。其缺點(diǎn)是耐火性和耐腐性較差。主要用于重型車(chē)間的承重骨架、受動(dòng)力荷載作用的廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)、高聳電視塔和桅桿結(jié)構(gòu)、橋梁和庫(kù)等大跨結(jié)構(gòu)、高層和超高層建筑等。鋼結(jié)構(gòu)今后應(yīng)研究高強(qiáng)度鋼材,大大提高其屈服點(diǎn)強(qiáng)度;此外要軋制新品種的型鋼,例如H型鋼(又稱(chēng)寬翼緣型鋼)和T形鋼以及壓型鋼板等以適應(yīng)大跨度結(jié)構(gòu)和超高層建筑的需要。由于鋼結(jié)構(gòu)的這些特點(diǎn),它將會(huì)在建筑方面占有很重要的地位。

參考文獻(xiàn):

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部和中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.

篇（5）

失穩(wěn)和屈曲的概念

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

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

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

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

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件以軸壓、壓彎構(gòu)件居多，如上所述，其核心問(wèn)題是穩(wěn)定問(wèn)題。就單個(gè)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件而言，影響穩(wěn)定的主要因素有殘余應(yīng)力的分布、初始缺陷、截面形狀、幾何尺寸、材料強(qiáng)度和構(gòu)件的長(zhǎng)度等。【2】張志剛。而近年來(lái)，采用新技術(shù)設(shè)計(jì)和建造的大型復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)形式（如網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、拱、弦支穹頂結(jié)構(gòu)等）越來(lái)越多，通常這類(lèi)結(jié)構(gòu)整體上或某些較大區(qū)域內(nèi)承受很大的壓力作用，也即某些構(gòu)件承受很大軸向壓力，使得這類(lèi)結(jié)構(gòu)容易引發(fā)整體失穩(wěn)或某區(qū)域內(nèi)的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。大型復(fù)雜結(jié)構(gòu) 的這一力學(xué)特征顯著不同于傳統(tǒng)的小跨度或小規(guī)模簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，因而，在設(shè)計(jì)這類(lèi)結(jié)構(gòu)時(shí)，除按常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范驗(yàn)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)的剛度外，設(shè)計(jì)者還要驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。【3】整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

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

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

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

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

1） 反推法

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

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

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

π2EI P cr =(μl ) 2

構(gòu)件截面的平均應(yīng)力稱(chēng)為屈曲應(yīng)力：

P cr π2EI π2E σcr ===2A (μl /i ) 2λ

式中A 為面積，λ為長(zhǎng)細(xì)比，λ=μl i ；而i

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

μ=

其中PE 為歐拉荷載，即兩端鉸接的軸心受壓構(gòu)件的屈曲荷載。

對(duì)兩端固接

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

2） 反彎點(diǎn)法

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

1） 由屈曲分析得到結(jié)構(gòu)及桿件的屈曲模態(tài)；

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

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

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

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

計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的推導(dǎo)方法：

計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的推導(dǎo)

圖4-1 無(wú)側(cè)移剛接框架柱的計(jì)算簡(jiǎn)圖

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

M AG =M AH =

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

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

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

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

可得：

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

或 (2K 2+C )θA +S θB =0

(4-3)

式中：

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

同時(shí)，可求出節(jié)點(diǎn)B 的彎矩平衡條件為

S θA +(2K 1+C ) θB =0 (4-4)

式中：

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

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

2K 2+C

S

即 S =02K 1+C

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

把式中的C 和S 代入公式(4-5)整理后得，即得下列臨界條件：

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

(4-6)

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

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

2??π??

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

(4-8)

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

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

1. 有側(cè)移時(shí)

μ=

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

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

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

4.1 計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)確定方法

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“規(guī)范”) 對(duì)框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)有明確的規(guī)定。在框架平面內(nèi)框架的失穩(wěn)分為有側(cè)移和無(wú)側(cè)移兩種，有側(cè)移框架的承載力比無(wú)側(cè)移的要小得多。因此，確定框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度時(shí)首先要區(qū)分框架失穩(wěn)時(shí)有無(wú)側(cè)移。框架柱的分析方法有兩種：一是采用一階分析方法（計(jì)算長(zhǎng)度法），即分析框架內(nèi)力時(shí)按一階理論，不考慮框架二階變形的影響，計(jì)算框架時(shí)用計(jì)算長(zhǎng)度代替柱的實(shí)際長(zhǎng)度考慮與柱相連的影響；二是采用二階或近似二階分析方法求得框架柱的內(nèi)力，穩(wěn)定計(jì)算時(shí)取柱的幾何長(zhǎng)度。目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)國(guó)家的規(guī)范采用了計(jì)算長(zhǎng)度法。該方法的計(jì)算步驟為：首先采用一階分析求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力，按各種荷載組合求出各桿件的最不利內(nèi)力；然后按第一類(lèi)彈性穩(wěn)定問(wèn)題建立框架達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)的特征方程，確定各柱的計(jì)算長(zhǎng)度；最后將各桿件隔離出來(lái)，按單獨(dú)的壓彎構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定承載力的驗(yàn)算。驗(yàn)算中考慮了材料非線(xiàn)性和幾何缺陷等因素的影響。該方法的最大特點(diǎn)是采用計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)來(lái)考慮結(jié)構(gòu)體系對(duì)被隔離出來(lái)構(gòu)件的影響。該方法對(duì)比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)可以給出比較好的結(jié)果，而且計(jì)算比較簡(jiǎn)單。

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

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

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

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

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

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

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

4.1.2 網(wǎng)殼規(guī)程的規(guī)定

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

表4-1 雙層網(wǎng)殼桿件的計(jì)算長(zhǎng)度l 0

節(jié) 點(diǎn)

桿件

螺栓球

弦桿及支座腹桿

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

表4-2 單層網(wǎng)殼桿件的計(jì)算長(zhǎng)度l 0

節(jié) 點(diǎn)

彎曲方向

焊接空心球

殼體曲面內(nèi)

殼體曲面外 l l 轂節(jié)點(diǎn) 0.9l 0.9l

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

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

4.4.1 工程設(shè)計(jì)常用的方法

歐拉荷載的推導(dǎo)：

加圖：（P31）【5】陳驥的書(shū)

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

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

（1） 構(gòu)件是理想的等截面挺直桿。

（2） 壓力沿構(gòu)件原來(lái)的軸線(xiàn)作用。

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

（4） 構(gòu)件變形之前的平截面在彎曲變形后仍為平面。

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

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

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

的概念：

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

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

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

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

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

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

【5】P169

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

計(jì)算長(zhǎng)度的概念：

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

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

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

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

均分平面內(nèi)與平面外的計(jì)算長(zhǎng)度考慮；

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

π2EI P cr =

2(μl )

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

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

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

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

圖4-6 無(wú)側(cè)移剛架

按規(guī)范的設(shè)計(jì)方法，由K 1i =i b

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

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

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

.3.2 整體屈曲法

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

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

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

圖4-7 荷載作用下的軸力及屈曲模態(tài)

所以，柱子的臨界荷載為：

P cr =ηP =180?784.547=141218.46kN

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

μ===0.638

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

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

圖2.1.1頂模鋼平臺(tái)三維圖

圖2.1.2 頂模鋼平臺(tái)立面圖

圖2.1.3 頂模鋼平臺(tái)平面圖

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

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

1.1 邊界約束條件

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

圖2.3.1施工狀態(tài)支承柱的約束邊界

下列僅以施工狀態(tài) 圖2.3.2頂升狀態(tài)支承柱的約束邊界

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

采用十級(jí)風(fēng)施工狀態(tài)模型：

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

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

μ=π2EI

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

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

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

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

整體穩(wěn)定性計(jì)算步驟如下【3】P61

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

（1） 建立完善結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

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

確定整體穩(wěn)定性驗(yàn)算的荷載組合

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

結(jié)構(gòu)線(xiàn)性整體穩(wěn)定性分析

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

確定結(jié)構(gòu)的初始幾何缺陷模型

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

結(jié)構(gòu)大位移幾何非線(xiàn)性整體穩(wěn)定性分析

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

判斷構(gòu)件是否出現(xiàn)屈服變形現(xiàn)象

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

結(jié)構(gòu)大位移彈塑性整體穩(wěn)定性分析

篇（6）

【 abstract 】 steel in the stability problem is steel structure design of the main problems for solving, once appear, the steel structure of the instability accident, not only for the economy caused heavy losses, but also caused the personnel casualties. This paper introduces the design of the steel structure stability basic concept, this paper analyzes the design and construction of steel structure stability principle.

【 key words 】 steel structure, stable design, construction principle

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

現(xiàn)代工程史上不乏因失穩(wěn)而造成的鋼結(jié)構(gòu)事故，其中影響最大的是1907 年加拿大魁北克一座大橋在施工中破壞， 9000 噸鋼結(jié)構(gòu)全部墜入河中，橋上施工的人員75 人遇難。破壞是由于懸臂的受壓下弦失穩(wěn)造成的。而美國(guó)哈特福特城的體育館網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，平面 92m x 110m,突然于 1978年破壞而落地，破壞起因可能是壓桿屈曲。以及1988 年加拿大一停車(chē)場(chǎng)的屋蓋結(jié)構(gòu)塌落， 1985 年土耳其某體育場(chǎng)看臺(tái)屋蓋塌落，這兩次事故都和沒(méi)有設(shè)置適當(dāng)?shù)闹斡嘘P(guān)。在我國(guó) 1988 年也曾發(fā)生 l3.2 xl7.99m網(wǎng)架因腹桿穩(wěn)定位不足而在施工過(guò)程中塌落的事故。從上可以看出，鋼結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定問(wèn)題是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中以待解決的主要問(wèn)題，一旦出現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)事故，不但對(duì)經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重的損失，而且會(huì)造成人員的傷亡，所以我們?cè)阡摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一定要把握好這一關(guān)。目前，鋼結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)過(guò)的失穩(wěn)事故都是由于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的穩(wěn)定性能不夠清楚，對(duì)如何保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定缺少明確概念，造成一般性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不應(yīng)有的薄弱環(huán)節(jié)。另一方面是由于新型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，如空間網(wǎng)架，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等，設(shè)計(jì)者對(duì)其如何設(shè)計(jì)還沒(méi)有完全的了解。

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

1、強(qiáng)度與穩(wěn)定的區(qū)別

強(qiáng)度問(wèn)題是指結(jié)構(gòu)或者單個(gè)構(gòu)件在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下由荷載所引起地最大應(yīng)力（或內(nèi)力）是否超過(guò)建筑材料的極限強(qiáng)度，因此是一個(gè)應(yīng)力問(wèn)題。極限強(qiáng)度的取值取決于材料的特性，對(duì)混凝土等脆性材料，可取它的最大強(qiáng)度，對(duì)鋼材則常取它的屈服點(diǎn)。

2、鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的分類(lèi)

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

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

（3）躍越失穩(wěn)是一種不同于以上兩種類(lèi)型，它既無(wú)平衡分岔點(diǎn)，又無(wú)極值點(diǎn)，它是在喪失穩(wěn)定平衡之后跳躍到另一個(gè)穩(wěn)定平衡狀態(tài)。區(qū)分結(jié)構(gòu)失穩(wěn)類(lèi)型的性質(zhì)十分重要，這樣才有可能正確估量結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力。隨著穩(wěn)定問(wèn)題研究的逐步深入，上述分類(lèi)看起來(lái)已經(jīng)不夠了。設(shè)計(jì)為軸心受壓的構(gòu)件，實(shí)際上總不免有一點(diǎn)初彎曲，荷載的作用點(diǎn)也難免有偏心。因此，我們要真正掌握這種構(gòu)件的性能，就必須了解缺陷對(duì)它的影響，其他構(gòu)件也都有個(gè)缺陷影響問(wèn)題。另一方面就是深入對(duì)構(gòu)件屈曲后性能的研究。

二、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)和施工原則

1、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)原則

（1）結(jié)構(gòu)整體布置必須考慮整個(gè)體系以及各組成部分的穩(wěn)定性要求。目前, 結(jié)構(gòu)大多數(shù)是按照平面體系來(lái)設(shè)計(jì)的,如桁架、 框架都是如此。保證這些平面結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)失穩(wěn), 需要從結(jié)構(gòu)整體布置來(lái)考慮,即必須設(shè)置必要的支撐構(gòu)件。也就是說(shuō),結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定計(jì)算必須和結(jié)構(gòu)布置相一致。

（2）結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖和實(shí)用計(jì)算方法所依據(jù)的簡(jiǎn)圖相一致。目前設(shè)計(jì)單層和多層框架結(jié)構(gòu)時(shí), 經(jīng)常不進(jìn)行框架穩(wěn)定分析而是代之以框架柱穩(wěn)定計(jì)算。在采用這種方法時(shí),計(jì)算框架穩(wěn)定時(shí)用到的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)應(yīng)通過(guò)框架整體穩(wěn)定分析得出,這樣才能使柱穩(wěn)定計(jì)算等效于框架穩(wěn)定計(jì)算。然而,實(shí)際框架多種多樣, 而設(shè)計(jì)中為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作, 需要設(shè)定一些條件。框架各柱的穩(wěn)定參數(shù)及桿件穩(wěn)定計(jì)算的常用方法,往往是依據(jù)一定的簡(jiǎn)化假設(shè)或者典型情況得出的, 設(shè)計(jì)者必須明確所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)符合這些假設(shè)時(shí)才能正確應(yīng)用。

（3）結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算必須相互配合。結(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)相符合一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大家都十分關(guān)心的問(wèn)題。對(duì)要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點(diǎn)連接, 應(yīng)分別賦予它足夠的剛度和柔度,對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量減少桿件偏心,這些都是設(shè)計(jì)者處理構(gòu)造細(xì)部時(shí)經(jīng)常考慮到的。但是,當(dāng)涉及穩(wěn)定性能時(shí), 構(gòu)造上時(shí)常有不同于強(qiáng)度的要求或特殊考慮。例如, 簡(jiǎn)支梁就抗彎強(qiáng)度來(lái)說(shuō), 對(duì)不動(dòng)鉸支座的要求僅僅是阻止位移,同時(shí)允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。然而在處理梁整體穩(wěn)定時(shí)上述要求就不夠了,支座還必須能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn),同時(shí)允許梁在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和梁端截面自由翹曲,以符合穩(wěn)定分析所采取的邊界條件。現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第 4 .2.5條已明確規(guī)定梁的支座處應(yīng)采取構(gòu)造措施以防止梁截面的扭轉(zhuǎn)。

2、鋼結(jié)構(gòu)施工安裝中的穩(wěn)定問(wèn)題

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是在特定的狀態(tài)下使用的。在相對(duì)較為隨機(jī)的施工狀態(tài)下,其系統(tǒng)或構(gòu)件的穩(wěn)定條件會(huì)發(fā)生較大的變化;所以在安裝時(shí), 要充分考慮它在各種條件下的構(gòu)件單體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定問(wèn)題, 以確保施工安全。

構(gòu)件單體穩(wěn)定問(wèn)題是指一個(gè)構(gòu)件在工地堆放、 翻身、 吊裝、 就位過(guò)程中發(fā)生彎曲、 彎扭破壞和失穩(wěn)。因而對(duì)于較薄而大的構(gòu)件均應(yīng)考慮這一問(wèn)題。必要時(shí)要用臨時(shí)支撐對(duì)構(gòu)件的弱軸方向進(jìn)行加固。如單片平面桁架及高寬比相當(dāng)大的工字梁等。結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定問(wèn)題是指結(jié)構(gòu)在吊裝過(guò)程中支撐體系尚未形成,結(jié)構(gòu)就要承受某些荷載 (包括自重 )。所以在擬定吊裝順序時(shí)必須充分考慮到這一因素, 保證吊裝過(guò)程中每一步結(jié)構(gòu)都是穩(wěn)定的。若有問(wèn)題可加臨時(shí)纜風(fēng)等措施解決。

3、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)仍存在和需要注意的幾個(gè)問(wèn)題

（1）鋼材為彈塑性材料,而目前大多數(shù)結(jié)構(gòu)分析還是把結(jié)構(gòu)看成完善的結(jié)構(gòu)體系, 按完全彈性的材料做一階分析,忽略客觀存在的缺陷 (如殘余應(yīng)力、 初彎曲、 初偏心等, 工字鋼和 H 形鋼殘余應(yīng)力分布見(jiàn)圖 1), 使穩(wěn)定計(jì)算和現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載能力存在較大的差距。尤其殘余應(yīng)力對(duì)穩(wěn)定承載力影響非常復(fù)雜,不僅與構(gòu)件生產(chǎn)工藝有關(guān),還因構(gòu)件幾何

尺寸不同而異。以梁、 柱構(gòu)件為例, 殘余應(yīng)力在常用的彈塑性失穩(wěn)狀態(tài)長(zhǎng)度下對(duì)穩(wěn)定承載力有較大影響, 對(duì)以彈性狀態(tài)工作為主以及較短構(gòu)件的影響較小。

（2）鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究中存在許多隨機(jī)因素的影響, 一般情況下,影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性隨機(jī)因素可分成三類(lèi):物理、幾何不確定性;統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確性;模型不確定性。目前在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究中,梁——柱單元理論已成為主要的研究工具。但梁——柱單元是否能真實(shí)反映網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)還有待研究。只有進(jìn)一步深入研究這些不穩(wěn)定因素, 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論才能進(jìn)一步完善。

（3）按照極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法, 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本表達(dá)式就是S≤R,各種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范都應(yīng)當(dāng)執(zhí)行這一規(guī)則, 規(guī)范中的設(shè)計(jì)計(jì)算公式也應(yīng)當(dāng)符合基本表達(dá)式的形式。然而,現(xiàn)行的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB 50017- 2003)中的大部分計(jì)算公式,尤其是關(guān)于穩(wěn)定方面的計(jì)算表達(dá)方式是不符合這個(gè)規(guī)則的。規(guī)范中關(guān)于軸心受力構(gòu)件計(jì)算公式是: ≤ f ，顯然,這個(gè)計(jì)算公式與基本表達(dá)式的形式是不符的。這樣的表達(dá)式,不僅沒(méi)有清楚地表明荷載作用應(yīng)該小于抗力這一基本關(guān)系,反而攪亂了人們對(duì)穩(wěn)定問(wèn)題的正確理解。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范只要稍微變換一下,就可以解決上述不足。比如將軸心受力構(gòu)件計(jì)算公式改為: N≤ φAf 的形式。此表達(dá)式既避免概念模糊,又與按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法的基本表達(dá)式一致。其它穩(wěn)定計(jì)算表達(dá)式也可做類(lèi)似的變動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

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篇（7）

2鋼柱拼接節(jié)點(diǎn)

圓管柱的工地拼接，采用全熔透坡口對(duì)接焊縫，焊縫質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)。根據(jù)《多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳圖》規(guī)定，下段圓管柱成品應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)拼接節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置內(nèi)襯墊管，并在鋼管的四個(gè)方向上設(shè)置安裝耳板。待上段鋼柱吊裝就位后，用安裝螺栓將耳板鏈接，使待拼接的上、下兩段圓管柱對(duì)接固定后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)。焊接部位上下各100mm范圍的區(qū)域內(nèi)，不得涂刷防腐油漆。

3梁、柱連接節(jié)點(diǎn)

梁、柱的連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)與連接類(lèi)別的受力特征假定相符，根據(jù)強(qiáng)柱弱梁的原理，通常采用柱貫通的形式。梁、柱的連接構(gòu)造主要有以下幾種形式：全焊接節(jié)點(diǎn)、栓焊混合節(jié)點(diǎn)及全螺栓連接節(jié)點(diǎn)。全焊接節(jié)點(diǎn)的缺點(diǎn)在于焊接工作量過(guò)大，并且在同一節(jié)點(diǎn)處焊縫數(shù)量過(guò)多的話(huà)，宜造成節(jié)點(diǎn)區(qū)焊接應(yīng)力過(guò)大，甚至變形，影響其他鋼構(gòu)件的連接。全螺栓連接節(jié)點(diǎn)，螺栓的數(shù)量可通過(guò)梁柱連接節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的內(nèi)力來(lái)計(jì)算螺栓的數(shù)量。采用此方法，首先應(yīng)先確定梁柱連接節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的內(nèi)力，包括彎矩、剪力、軸力，再根據(jù)內(nèi)力來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)區(qū)螺栓的數(shù)量。全螺栓連接往往需要大量的連接螺栓，因此大量的螺栓孔洞會(huì)對(duì)母材強(qiáng)度產(chǎn)生削弱。并且對(duì)螺栓孔位的精度要求較高，孔位稍有偏差既可能影響多個(gè)構(gòu)件的連接。本工程采用栓焊混合節(jié)點(diǎn)，梁翼緣與柱采用剖口全熔透焊，主要承擔(dān)節(jié)點(diǎn)彎矩；梁腹板與柱采用高強(qiáng)螺栓連接，主要承擔(dān)節(jié)點(diǎn)剪力及軸力。栓焊混合節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是既減少了工地焊接的工作量，又避免了由螺栓承擔(dān)彎矩的弊端，因此被廣泛采用。

4梁、梁連接節(jié)點(diǎn)

主、次梁的連接主要有兩種連接方式，即剛接和鉸接。當(dāng)采用鉸接連接時(shí)，次梁可視為簡(jiǎn)支梁，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮次梁腹板所承受的剪力，并根據(jù)螺栓等強(qiáng)連接的模型計(jì)算所需螺栓數(shù)量。常見(jiàn)的梁梁鉸接節(jié)點(diǎn)如下圖1、圖2所示。圖2所示的連接節(jié)點(diǎn)，螺栓孔對(duì)主梁易產(chǎn)生偏心距使主梁局部承受扭矩，且外伸的連接板在構(gòu)件的運(yùn)輸過(guò)程中易損壞、變形。因此建議將梁梁連接的鉸接節(jié)點(diǎn)采用圖1的節(jié)點(diǎn)形式。

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一、前言

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅相比于傳統(tǒng)住宅，有其突出的優(yōu)點(diǎn)：

（1）輕鋼結(jié)構(gòu)配件制作工廠(chǎng)化和機(jī)械化程度高，商品化程度高。

（2）現(xiàn)場(chǎng)施工速度快，主要為干作業(yè)，有利于文明施工。

（3）鋼結(jié)構(gòu)建筑是環(huán)保型的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)品。

（4）自重輕，抗震性能好。

（5）綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

隨著我國(guó)鋼產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)，對(duì)用鋼政策由限制用鋼到合理用鋼到積極用鋼，國(guó)務(wù)院1999年頒發(fā)的72號(hào)文件提出要發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)，在沿海大城市限期停止使用粘土磚。因此開(kāi)發(fā)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系已成為當(dāng)前住宅結(jié)構(gòu)研究中的熱點(diǎn)。不過(guò)，多層輕鋼結(jié)構(gòu)的研究還處于起動(dòng)階段，研究力度還不夠，實(shí)際設(shè)計(jì)和施工還存在不少爭(zhēng)議和問(wèn)題。這些都急需解決，以利于輕鋼住宅在我國(guó)健康快速發(fā)展。

二、結(jié)構(gòu)體系選型

對(duì)低、多層住宅，目前國(guó)內(nèi)外常用的結(jié)構(gòu)體系主要有：

（一）冷彎薄壁型鋼體系

構(gòu)件用薄鋼板冷彎成C形、Z形構(gòu)件，可單獨(dú)使用，也可組合使用，桿件間連接采用自攻螺釘。這種體系節(jié)點(diǎn)剛性不易保證，抗側(cè)能力較差，一般只用于1～2層住宅或別墅。筆者處理的幾個(gè)舊房加層，如薊縣國(guó)稅局、天津港派出所等改造工程，使用了該體系，效果較好。

（二）框架

目前，這種體系在多層鋼結(jié)構(gòu)住宅中應(yīng)用最廣。縱橫向都設(shè)成鋼框架，門(mén)窗設(shè)置靈活，可提供較大的開(kāi)間，便于用戶(hù)二次設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足各種生活需求。鋼框架考慮樓蓋的組合作用，運(yùn)用在低多層住宅中，一般都能滿(mǎn)足抗側(cè)要求。但是由于目前框架柱以H型鋼為主，弱軸方向梁柱連接的剛性難以保證，因此設(shè)計(jì)施工時(shí)須慎重處理。

（三）框架支撐體系

在風(fēng)載或地震作用較大區(qū)域，為提高體系的抗側(cè)剛度，增加軸交支撐或偏交支撐效果很好。這種體系為多重抗側(cè)體系，而且梁柱節(jié)點(diǎn)，柱腳節(jié)點(diǎn)可設(shè)計(jì)成鉸接、半剛接，施工構(gòu)造簡(jiǎn)單，基礎(chǔ)主要承受軸力，體形較小，因此成為人們青睞的對(duì)象。

（四）框架剪力墻體系

在低多層住宅中，可以應(yīng)用傳統(tǒng)的剪力墻體系，如鋼筋混凝土剪力墻或鋼板剪力墻。目前正在研究的空腔結(jié)構(gòu)板是一種理想的抗側(cè)結(jié)構(gòu)。空腔結(jié)構(gòu)板是一種新型的輕質(zhì)板材，采用黃紙制成具有眾多等邊空腔結(jié)構(gòu)的板狀基架，然后經(jīng)浸漬而成。該板材與鋼框架可靠連接，便可形成新型剪力墻。另外美國(guó)，澳大利亞等國(guó)還開(kāi)發(fā)了交錯(cuò)桁架體系，比較新穎。

三、主要構(gòu)件設(shè)計(jì)

（一）柱

前已述及，鋼結(jié)構(gòu)住宅一般為大開(kāi)間，框架柱在兩個(gè)方向都承受較大的彎矩，同時(shí)應(yīng)該考慮強(qiáng)柱弱梁的要求。而目前廣泛使用的焊接H型鋼或I字熱軋鋼截面，強(qiáng)弱軸慣性矩之比3～10，勢(shì)必造成材料浪費(fèi)。因此對(duì)于軸壓比較大，雙向彎矩接近，梁截面較高的框架柱采用雙軸等強(qiáng)的鋼管柱或方鋼管混凝土柱是適宜的。對(duì)于方鋼管混凝土柱，不僅截面受力合理，同時(shí)可以提高框架的側(cè)向剛度，防火性能好，而且結(jié)構(gòu)破壞時(shí)柱體不會(huì)迅速屈曲破壞。因此，盡管平面受力結(jié)構(gòu)中，選用H型鋼或I字鋼在受力上還是合理的但總體上，箱形鋼管柱尤其是方鋼管混凝土柱應(yīng)得到廣泛應(yīng)用。方鋼管混凝土柱將是鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的主要方向，但由于缺乏相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)程，目前在住宅中應(yīng)用還很少。尤其鋼管砼梁、柱的連接較為復(fù)雜，不利于工廠(chǎng)制作和現(xiàn)場(chǎng)施工，應(yīng)加大力度開(kāi)發(fā)研究。

（二）樓蓋

在多層輕鋼房屋中，樓蓋結(jié)構(gòu)的選擇至關(guān)重要，它除了將豎向荷載直接分配給墻柱外，更主要的作用是保證與抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的空間協(xié)調(diào)作用；另外從抗震角度來(lái)看，還應(yīng)采用相應(yīng)的技術(shù)和構(gòu)造措施減輕樓板自重。常用的樓蓋結(jié)構(gòu)有：壓型鋼板－現(xiàn)澆混凝土組合樓板，現(xiàn)澆鋼筋混凝土板以及鋼－混凝土疊合板，而以第一種最為常用。目前，在多層輕鋼房屋整體分析時(shí)，還普遍不考慮樓蓋與鋼梁的組合作用，即使設(shè)置抗剪鍵，也偏保守地假設(shè)鋼結(jié)構(gòu)承受全部荷載，這樣不僅增加材料用量和結(jié)構(gòu)自重，反而會(huì)造成強(qiáng)梁弱柱的不利情況。有一6層算例，表1、表2分別反映了考慮樓蓋組合作用對(duì)梁剛度以及結(jié)構(gòu)整體剛度的影響。

表1截面慣性矩對(duì)比

構(gòu)件名稱(chēng)截面慣性矩組合前后的對(duì)比

主梁（負(fù)彎矩區(qū)）1.51（2.22）1.47

主梁（正彎矩區(qū)）1.51（4.28）2.83

次梁0.797（2.48）3.11

注：括號(hào)內(nèi)為考慮年組合作用的情況

表2結(jié)構(gòu)位移對(duì)比

結(jié)果工況1工況2工況3

樓層梁撓度16.9（10.9）16.9（10.2）/

屋蓋梁撓度35.5（35.4）34.3（34.2）/

底層層間位移16.9（10.2）4.8（3.7）8.4（5.9）

頂點(diǎn)位移/18.2（13.8）49.9（31.0）

注：括號(hào)內(nèi)為考慮年組合作用的情況

算例表明，考慮組合作用后主梁的剛度大大增加，使得梁的撓度和地震作用下柱頂?shù)膫?cè)移大為減少，此考慮組合作用應(yīng)予關(guān)注。為使樓層高度減到最小，提供更大的空間，組合扁梁樓蓋也成為一種趨勢(shì)。

（三）支撐體系

支撐分軸交支撐和近年發(fā)展起來(lái)的偏交支撐兩種，前者耐震能力較差，后者在強(qiáng)震作用下具有良好的吸能耗能性能，而且為門(mén)窗洞的布置提供了有利條件，目前國(guó)內(nèi)用的還很少，建議在高烈度區(qū)首選偏交支撐。剪切型耗能梁段，加勁肋按以下公式設(shè)計(jì)：

a＝29tw－d/5,（γp＝±0.09rad）（1）

a＝38tw－d/5,（γp＝±0.06rad）（2）

a＝56tw－d/5,（γp＝±0.03rad）（3）

式中，a―――加勁肋間距，d―――梁高，―――腹板厚度，γp―――塑性轉(zhuǎn)角；彎曲型耗能梁段還需在梁段端點(diǎn)外1.5bf處加設(shè)加勁肋。

（四）節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)

框架梁柱節(jié)點(diǎn)一般采用兩種連接方法，根據(jù)"常用設(shè)計(jì)法"，即翼緣連接承受全部彎矩，梁腹板只承受全部剪力的假定進(jìn)行設(shè)計(jì)。震害表明，這種設(shè)計(jì)不能有效滿(mǎn)足"強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件"的抗震要求，在高烈度區(qū)隱患很大。改進(jìn)的框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，在梁端上下翼緣加焊楔形蓋板或者將梁端上下翼緣局部加寬蓋板面積或加大的翼緣截面面積主要由大震下的驗(yàn)算公式確定：

式中：為基于極限強(qiáng)度最小值的節(jié)點(diǎn)連接最大受彎承載力，全部由局部加大后的翼緣連接承擔(dān)；為梁件的全塑性受彎承載力；為基于極限強(qiáng)度最小值的節(jié)點(diǎn)連接最大受剪承載力，僅由腹板的連接承擔(dān)；為梁的凈跨；為梁在重力荷載代表值作用下按簡(jiǎn)支梁分析的梁端截面剪力設(shè)計(jì)值。

四、結(jié)論

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1引言

隨著體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的日趨成熟和新型建筑材料的發(fā)展，許多國(guó)家的工程師都在對(duì)大跨徑橋梁的主梁輕型化問(wèn)題進(jìn)行研究。在上世紀(jì)八十年代，法國(guó)首先設(shè)計(jì)并建造了以波形鋼腹板代替箱梁的混凝土腹板的新型組合結(jié)構(gòu)橋梁－Cognac橋，其后又相繼建造了Maupre高架橋、Asterix橋和Dole等數(shù)座波形鋼腹板的組合結(jié)構(gòu)橋梁，該形式箱梁的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。自上世紀(jì)九十年代起，日本也對(duì)該類(lèi)形式的橋梁進(jìn)行了研究，在參考法國(guó)同類(lèi)橋梁的基礎(chǔ)上，先后修建了新開(kāi)橋、本谷橋、松木七號(hào)橋等一系列橋梁，其中有連續(xù)梁橋，也有連續(xù)剛構(gòu)橋，拓寬了其使用范圍，發(fā)展了設(shè)計(jì)和施工技術(shù)。

波形鋼板即折疊的鋼板，具有較高的剪切屈曲強(qiáng)度，用它作為混凝土箱梁的腹板，不但充分滿(mǎn)足了腹板的力學(xué)性能要求，而且大幅度減輕了主梁自重，縮減了包括基礎(chǔ)在內(nèi)的下部結(jié)構(gòu)所承受的上部恒載，還省去了施工時(shí)在腹板中布置鋼筋、設(shè)置模板等繁雜的工作。此外，波形鋼板縱向伸縮自由的特點(diǎn)使得其幾乎不抵抗軸向力，能更有效地對(duì)混凝土橋面板施加預(yù)應(yīng)力，提高了預(yù)應(yīng)力效率。這種組合結(jié)構(gòu)能減少工程量、縮短工期、降低成本，在施工性能和經(jīng)濟(jì)性能方面都具有很大的吸引力。

2設(shè)計(jì)方法

當(dāng)橋梁上部采用波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，和普通的鋼筋混凝土箱梁橋一樣，其設(shè)計(jì)需要針對(duì)施工和使用階段的不同要求。施工階段的計(jì)算要結(jié)合具體的施工形式，比如，連續(xù)梁橋可以采用懸臂施工、頂推法施工或其它的方法，主要的計(jì)算荷載有自重、預(yù)應(yīng)力、混凝土不同齡期的收縮徐變、施工荷載等。使用階段則要考慮汽車(chē)荷載、風(fēng)荷載、溫度荷載等。箱梁內(nèi)通常同時(shí)設(shè)置體內(nèi)和體外預(yù)應(yīng)力，由混凝土頂板和底板內(nèi)的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力抵抗施工荷載和恒載，箱內(nèi)的體外預(yù)應(yīng)力用來(lái)抵抗活載。這樣考慮的原因之一，是為了滿(mǎn)足更換體外預(yù)應(yīng)力鋼束時(shí)結(jié)構(gòu)的受力要求。

2．1縱向抗彎計(jì)算

波形鋼腹板在軸向力的作用下，軸向變形很大，表現(xiàn)出來(lái)的等效彈性模量很小。波形鋼板在縱向的等效彈性模量和板厚、波紋形狀有關(guān)，可由下式計(jì)算

Ex＝αE(t／h)2（1）

式中，Ex為等效軸向彈性模量；E為鋼材的彈性模量；t為鋼板厚度；α為波紋的形狀系數(shù)。根據(jù)此式，日本新開(kāi)橋Ex＝E／617。已進(jìn)行的模型實(shí)驗(yàn)和有限元計(jì)算的結(jié)果，進(jìn)一步證實(shí)波形鋼腹板在受彎時(shí)縱向正應(yīng)力、正應(yīng)變很小，可以忽略，即在進(jìn)行截面抗彎設(shè)計(jì)時(shí)，只考慮混凝土頂板和底板的作用，并近似的認(rèn)為混凝土頂板和底板內(nèi)的縱向正應(yīng)變符合線(xiàn)性分布規(guī)律，仍然按照平截面假定計(jì)算應(yīng)力、布置預(yù)應(yīng)力鋼束。

2．2抗扭計(jì)算

箱梁在偏心荷載作用下，截面將發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。在混凝土腹板箱梁中，扭轉(zhuǎn)的影響并不大，但在波形鋼腹板箱梁中，由于腹板的彎曲剛度和混凝土頂板、底板相比小得多，這對(duì)截面扭轉(zhuǎn)變形的影響顯著增大，會(huì)在混凝土板內(nèi)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)翹曲應(yīng)力。到目前為止，關(guān)于波形鋼腹板箱梁扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算還沒(méi)有明確的結(jié)論。通過(guò)對(duì)建成的該類(lèi)橋梁的技術(shù)總結(jié)和研究，日本工程師上平等人提出了一種計(jì)算其抗扭剛度的方法(2)式中，Jt為抗扭剛度；Am為箱梁的橫截面面積；b1為箱體的寬度；h1為波形鋼腹板的高度；ns為鋼材和混凝土剪切模量的比值；t為構(gòu)件的厚度；α為修正系數(shù)(3)實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，鑒于截面扭轉(zhuǎn)剛度和橫隔板布置有密切關(guān)系，在不過(guò)于增加主梁自重的前提下，適當(dāng)增加橫隔板數(shù)量并調(diào)整間距可以有效的保證箱梁抗扭剛度。

2．3波形鋼腹板的應(yīng)力計(jì)算

波形鋼腹板主要承受剪應(yīng)力。在設(shè)計(jì)中可以偏保守地假定結(jié)構(gòu)所有的剪應(yīng)力都由波形鋼腹板承受，忽略混凝土頂板和底板對(duì)剪應(yīng)力的抵抗作用，從而計(jì)算出波形鋼腹板所需的最小厚度。

波形鋼腹板不僅承受上述剪應(yīng)力，同時(shí)也承受橫向彎曲所引起的彎曲應(yīng)力，因此必須對(duì)波形鋼腹板的合成應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算，公式為(4)式中，σb為拉應(yīng)力；σa為抗拉強(qiáng)度；τb為剪應(yīng)力；τa抗剪強(qiáng)度；γ為安全系數(shù)，建議取值為1．2。

2．4波形鋼腹板的屈曲穩(wěn)定性計(jì)算

波形鋼腹板的屈曲破壞主要有三種模式(如圖2所示)。

（1）局部屈曲模式

波形鋼腹板的某一個(gè)波段部分出現(xiàn)屈曲破壞的現(xiàn)象。局部屈曲強(qiáng)度的計(jì)算可按下式

(5)

式中，τcr?熏L為局部屈曲強(qiáng)度；E為鋼材的彈性模量；ν為鋼材的泊松比；b為腹板的高度；a為波段長(zhǎng)；K為屈曲系數(shù)，有

(6)

（2）整體屈曲模式

波形鋼腹板整體出現(xiàn)屈曲破壞的現(xiàn)象。整體屈曲強(qiáng)度的計(jì)算可按照下式

(7)

式中，τcr?熏G為整體屈曲強(qiáng)度；β為波形鋼腹板兩端的固定度系數(shù)；E為鋼材的彈性模量；Iy為y軸的慣性矩；Ix為x軸的慣性矩，t為鋼板的厚度；b為腹板的高度。

（3）合成屈曲模式

波形鋼腹板同時(shí)出現(xiàn)局部屈曲破壞和整體屈曲破壞的現(xiàn)象，是處于局部屈曲和整體屈曲中間的屈曲模式。合成屈曲強(qiáng)度由下式計(jì)算

(8)式中，τcr為合成屈曲強(qiáng)度；τcr?熏L為局部屈曲強(qiáng)度；τcr?熏G為整體屈曲強(qiáng)度。

2．5波形鋼腹板和混凝土頂板、底板的連接

模型實(shí)驗(yàn)表明，在加載后期，除了底板橫向開(kāi)裂外，波形鋼腹板與底板交界處沿縱向開(kāi)裂，隨著裂縫的發(fā)展，結(jié)構(gòu)剛度迅速降低，最終導(dǎo)致破壞，破壞特征為腹板和底板的連接部碎裂（如圖3所示）。波形鋼腹板和混凝土頂板、底板的連接直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的承載力，是設(shè)計(jì)此類(lèi)橋梁中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

對(duì)于連接部的設(shè)計(jì)，通常的做法是在波形鋼腹板的上下端焊接鋼制翼緣板，翼緣板上焊接剪力釘，使之與混凝土板結(jié)合在一起（圖4－a）。還可以采用在鋼腹板上鉆孔，穿過(guò)鋼筋，再在鋼板的上下端部焊接縱向約束鋼筋后埋入混凝土板的做法（圖4－b）。在此基礎(chǔ)上，還可衍生出其它的連接方法。

3工程實(shí)例

自1993年起，日本從法國(guó)引進(jìn)了波形鋼腹板組合結(jié)構(gòu)的技術(shù)，目前，日本大力鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員在主要高速公路中采用這種結(jié)構(gòu)形式。

正在建設(shè)中的中野高架橋是日本關(guān)西地區(qū)阪神高速公路段的一部分，為采用波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁的四跨連續(xù)梁橋。全橋的立面布置見(jiàn)圖5。主梁為單箱單室的變高度箱梁，同時(shí)設(shè)置了體外和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力體系。支點(diǎn)梁高4．0～4．6m，跨中梁高2．0～2．2m，梁高按照二次拋物線(xiàn)變化。波形鋼腹板采用抗拉強(qiáng)度490MPa、抗剪強(qiáng)度205MPa的耐腐蝕鋼板，波長(zhǎng)1．2m，波高200mm，鋼板厚度9～19mm。為了提高主梁的橫向抗變形能力，除在支點(diǎn)和體外預(yù)應(yīng)力的轉(zhuǎn)向處設(shè)置橫隔板，還在縱向的不同位置加設(shè)了橫隔板。主梁截面和波形鋼腹板的一般構(gòu)造見(jiàn)圖6。

該橋的上部結(jié)構(gòu)采用懸臂澆筑法施工，墩頂?shù)?號(hào)節(jié)段長(zhǎng)12m，在墩架上現(xiàn)澆。其余節(jié)段分別長(zhǎng)3．6m和4．8m，均在掛籃上懸臂澆筑混凝土及拼裝鋼腹板。

4結(jié)語(yǔ)

鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁的設(shè)計(jì)和建造在國(guó)內(nèi)起步比較晚，尤其是本文介紹的波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁橋在國(guó)內(nèi)尚無(wú)實(shí)橋。與此同時(shí)，法國(guó)、德國(guó)，尤其是日本相繼建設(shè)了數(shù)座此種類(lèi)型的橋梁，設(shè)計(jì)和施工技術(shù)日益成熟。波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁，特別適合于中、大跨徑的連續(xù)梁橋。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)這種結(jié)構(gòu)的研究分析工作的開(kāi)展，波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁橋?qū)?huì)在我國(guó)的橋梁建設(shè)中得到應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

〔1〕劉嵐，崔鐵萬(wàn)編譯．本谷橋的設(shè)計(jì)與施工．國(guó)外橋梁，1999（3）：18－25

〔2〕劉磊，錢(qián)冬生．波形鋼腹板的受力行為．鐵道學(xué)報(bào)，2000（增）：53－56

篇（10）

2我國(guó)目前規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土排架設(shè)計(jì)的不足

在鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方面，GB50191—2012構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和GB50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范指導(dǎo)規(guī)范不同地域、不同排架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。本文結(jié)合《構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的具體條文，闡述了目前規(guī)范中鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)的不足和缺陷。有關(guān)排架結(jié)構(gòu)上部屋架結(jié)構(gòu)計(jì)算的規(guī)定有:

1)《構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》6．2．19條規(guī)定，針對(duì)Ⅲ，Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地和8度、9度時(shí)，應(yīng)該考慮屋架下弦的拉壓效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并核算屋架承載力;

2)《構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》6．2．22條規(guī)定，針對(duì)Ⅲ，Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地和8度、9度時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算變形產(chǎn)生的附加內(nèi)力。上述兩點(diǎn)敘述，規(guī)范使用“應(yīng)”字，因此應(yīng)考慮建立合適的屋架和支撐的桿系模型，否則無(wú)法得出上述內(nèi)力值。在鋼結(jié)構(gòu)排架設(shè)計(jì)方面，鋼排架結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度快，造價(jià)低，但以后要經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng)。框架結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜，造價(jià)高，后期維護(hù)工作量低。在工程建設(shè)中，鋼架也就是在排架柱方向通過(guò)設(shè)置聯(lián)系梁或桁架的方式使排架柱方向形成可以抵抗縱向力下變形的鋼框架(局部開(kāi)間或連續(xù)開(kāi)間)，具體做法可采用實(shí)腹聯(lián)系梁或格構(gòu)桁架———根據(jù)可設(shè)置高度選用，采用門(mén)式柱間支撐，可以留出工藝空間，還能對(duì)柱平面外予以加強(qiáng)。但我國(guó)處于高度使用水泥的情況，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，從節(jié)能減排方面講，鋼排架結(jié)構(gòu)應(yīng)作為首選，但規(guī)范未給具體說(shuō)明。

篇（11）

1、梁柱主筋受力處鋼筋設(shè)計(jì)

高層建筑的鋼筋結(jié)構(gòu)中，由于框架柱和框架梁在主筋受力處會(huì)產(chǎn)生矛盾，因此在設(shè)計(jì)中必須考慮框架柱和框架梁的受力問(wèn)題，堅(jiān)持“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)原則，也就是說(shuō)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須保證框架柱受力主筋的位置，避免框架梁截面寬度與框架柱的邊長(zhǎng)等長(zhǎng)或者是框架梁一邊與框架柱想重合。為保證上述過(guò)程，采取的對(duì)策主筋從框架柱內(nèi)側(cè)通過(guò)，框架梁靠近柱側(cè)增加四根鋼筋作為架立，用于保證框架梁截面寬度的長(zhǎng)度。效果分析：通過(guò)以上方法設(shè)計(jì)梁柱主筋受力處鋼筋設(shè)計(jì)，可以保證柱主筋受力位置的確定，并得到設(shè)計(jì)師的認(rèn)可，并在施工中得到廣泛應(yīng)用。

2、墻梁節(jié)點(diǎn)鋼筋設(shè)計(jì)

對(duì)于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于主次框架梁都直接放在筒墻體暗梁或過(guò)梁的核心處，易出現(xiàn)：如果框架梁截面、暗梁以及過(guò)梁具有相同的截面高度，會(huì)使框架梁與核心筒的暗梁或過(guò)梁在主筋方面產(chǎn)生矛盾。為了避免此種情況的產(chǎn)生，一般采用的設(shè)計(jì)原則是：依據(jù)框架梁在固定端處的彎矩方式，框架梁在支座處應(yīng)采用上拉動(dòng)鐵處，擠壓下鐵位置，同時(shí)在暗梁或過(guò)梁的位置扭動(dòng)，但要保證暗梁與連梁在箍筋處的完整。如圖所示為為固接框架梁彎矩的示意圖，可以使大家更好的了解什么是彎矩結(jié)構(gòu)。具體措施為：在過(guò)梁的下鐵處設(shè)置兩排少于六根主筋的布置，框架梁下鐵則布置在兩排少于六根主筋的位置中間，并依照接頭全部處于支座周?chē)⒁员壤?0％錯(cuò)開(kāi)；框架梁上鐵應(yīng)直接放置在過(guò)梁上鐵位置，用于保證錨固長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)要求；將過(guò)、暗梁截面減少5cm，框架梁的上鐵直接放置在過(guò)梁位置，來(lái)保證鋼筋保護(hù)層的深度。效果分析為：為預(yù)防過(guò)梁箍筋收到破壞，采取的調(diào)整框架梁下鐵受力主筋位置的方法已經(jīng)得到認(rèn)可；在錨固長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)要求下，將過(guò)、暗梁截面減少5cm，框架梁的上鐵直接放置在過(guò)梁位置，來(lái)保證鋼筋保護(hù)層的深度，也得到很多的應(yīng)用。

3、主梁節(jié)點(diǎn)和次梁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

高層建筑鋼筋結(jié)構(gòu)的框架剪力墻設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)是主梁節(jié)點(diǎn)和次梁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，特別是主梁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)今剪力墻設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是：次梁上鐵設(shè)置在主梁鋼筋之上，而板筋卻設(shè)置在次梁主筋上，這容易導(dǎo)致位置設(shè)置出錯(cuò)，便不能滿(mǎn)足鋼筋保護(hù)層厚度的需求，從而嚴(yán)重影響其抗震能力。因此設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是：位于主梁上方的次梁應(yīng)在延伸到懸挑梁處的主梁的上側(cè)，因而在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證懸挑梁的尺寸，不能過(guò)小。框架梁與勁性柱在主筋上關(guān)于錨固長(zhǎng)度關(guān)系。

二、高層建筑鋼筋施工技術(shù)

在高層建筑鋼筋施工中，首先要做的是統(tǒng)一測(cè)量的儀器以及鋼尺的量具。我們知道建造高層大樓設(shè)計(jì)很多的測(cè)量?jī)x器，包括：土建方面的測(cè)量?jī)x器和鋼尺、鋼結(jié)結(jié)構(gòu)方面的測(cè)量?jī)x器和鋼尺等，如果不統(tǒng)一這次儀器和鋼尺，會(huì)嚴(yán)重影響建造的過(guò)程以及傳遞，因而必須采取國(guó)家統(tǒng)一的計(jì)量單位和標(biāo)準(zhǔn)。其次，應(yīng)對(duì)軸線(xiàn)、標(biāo)高和地腳螺栓進(jìn)行定位。一般來(lái)說(shuō)，軸線(xiàn)的定位是依據(jù)場(chǎng)地的寬度，在建筑物外部或內(nèi)部進(jìn)行確定的。設(shè)置控制樁，用于確定經(jīng)緯儀和激光儀的位置，通常以滿(mǎn)足通視、可視為基準(zhǔn)。鋼柱長(zhǎng)度一般采用2-3層為一節(jié)，來(lái)滿(mǎn)足起重量以及運(yùn)輸。每一節(jié)的定位柱子到下一節(jié)的定位軸線(xiàn)，應(yīng)從地面引致高空。地螺栓則是用在第一節(jié)鋼柱時(shí)，用于控制平面大小和標(biāo)高所采用臨時(shí)措施。再次是鋼柱制作與安裝。鋼柱作為高層建筑中主要的豎向結(jié)構(gòu)部件，在制作過(guò)程必須現(xiàn)行規(guī)范其驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)。鋼柱柱腳的環(huán)板定位及附件安裝為：首先做好防腐或除銹的工作，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)吊裝要求及運(yùn)輸，確定鋼筋長(zhǎng)度（一般低于12cm），控制焊接尺寸以及防變形和保持對(duì)稱(chēng)，用于實(shí)現(xiàn)焊接后的平直，附件安裝時(shí)應(yīng)符合需求。最后是鋼梁柱的制作與安裝。鋼梁柱在高層建筑中一般采用的是H型結(jié)構(gòu)，這需要較好的任性和連通性。一般在制造過(guò)程中，在框架梁所設(shè)置懸臂梁，懸臂梁上下翼緣采用剖口熔透焊縫方式與鋼柱相連。在安裝時(shí)，應(yīng)先焊接下翼緣，再焊上翼緣，腹板利用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接。