時間：2022-10-25 05:52:54
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關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工
1．前言
《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》公布以來已經(jīng)快三年。這幾年，這類工程發(fā)展，《規(guī)程》起了很大推動作用，但也陸續(xù)聽到一些令人不安的情況。今冬雨水較大，降雪較多，有些地方雪特別大，結(jié)構(gòu)壓壞恐怕很難避免，但有的地方雪不大房子也有垮的，漏水的更多。最近某廠屋頂漏水解決不了，找到鋼結(jié)構(gòu)委員會來了，不是雨水，是冷凝水，以前還沒有碰到過。另外，也看到一些工程，有的框架梁太細，令人擔心，遇到大雪很可能出問題。有的骨架立起來搖搖幌幌，沒有支撐，說裝上墻板就好了，好象有了墻板就可以不要支撐。現(xiàn)在排架多起來。用鋼筋砼柱、輕鋼梁，造價較低，但有的嚴重不合規(guī)定。現(xiàn)在是市場驅(qū)動，有些企業(yè)搞承包能省就省，盡量壓低造價，管它是否符合規(guī)定。有的連規(guī)定也不清楚。利用開年會的機會，結(jié)合了解到的一些情況，就門式剛架房屋設(shè)計施工中的問題，作一個發(fā)言，拋磚引玉，希望和與會代表交流，取得一致看法。
2．設(shè)計方面
1）屋面活荷載取值
框架荷載取0.3kN/m2已經(jīng)沿用多年，不打算修改。但屋面結(jié)構(gòu)，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到0.5kN/m2。《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》征求意見稿規(guī)定不上人屋面的活荷載為0.5kN/m2，但構(gòu)件的荷載面積大于60m2的可乘折減系數(shù)0.6。門式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kN/m2，與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范保持一致。國外這類，要考慮0.15-0.5N/m2的附加荷載，而我們無此規(guī)定，遇到超載情況，就要出安全問題。現(xiàn)在有的框架梁太細，檁條太小，明顯有克扣荷載情況，今后應(yīng)特別注意，決不允許在有限的活荷載中“挖潛”。
2）屋脊垂度要控制
框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規(guī)定為1/180，除驗算坡面斜梁撓度外，是否要驗算跨中下垂度？過去不明確，它可能講課時說過不包括屋脊點垂度。現(xiàn)在了解到，美國是計算的。他們作框架分析，一般是將構(gòu)件分段，用等截面程序計算，每段都要計算水平和豎向位移，不能大于允許值，等于要驗算跨中垂度。跨中垂度反映屋面豎向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來就小，脊點下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過小，第一榀剛架與山墻間的屋面出現(xiàn)斜坡，使屋面變形。現(xiàn)在打算做個規(guī)定，剛架側(cè)移后，當山尖下垂對坡度影響較大時（例如使坡度小于1/20），要驗算山尖垂度，以便對屋面剛度進行控制。
3）鋼柱換砼柱
少數(shù)單位設(shè)計的門式剛架，采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預(yù)埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節(jié)省鋼材和降低造價。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時梁柱只能鉸接，不能剛接。多高層建筑中，鋼梁與墻的連接也是如此。因為混凝土是一種脆性材料，雖然構(gòu)件可以通過配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很并，在外力作用下很容易松動和破壞。還有的單位，在門式剛架設(shè)計好之后，又根據(jù)業(yè)主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。應(yīng)當指出，砼柱加鋼梁作成排架是可以的，但將剛架的鋼柱換成砼柱，而鋼梁不變，是不行的。由于連接不同，構(gòu)件內(nèi)力也不同，要的工程斜梁很細，可能與此有關(guān)。建筑結(jié)構(gòu)是一門科學，如果不按科學辦事，是要吃苦頭的。今后國家要執(zhí)行建筑法，實行強制性條款，違反其中一項，出了工程事故，是要受罰的。
4）檁條計算不安全
檁條計算問題較大。檁要是冷彎薄壁構(gòu)件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時要屈曲，強度計算應(yīng)采用有效寬度，對原有截面要減弱，不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。有效寬度理論是在《冷彎薄壁型鋼構(gòu)件技術(shù)規(guī)程》中講的，有的設(shè)計人員恐怕還不了解，甚至有些設(shè)計軟件也未考慮。但是，設(shè)計光靠軟件不行，還要能判斷。軟件未考慮的，自己要考慮，否則就不需要高級工程師了。再有，設(shè)計人員往往忽略強度計算要用凈斷面，忽略釘孔減弱。這種減弱，一般達到6-15%，對小截面窄翼緣的梁影響較大。剛架整體分析采用的是全截面，如果強度計算不用凈截面，實際應(yīng)力將高于計算值。《規(guī)程》3.1.7條規(guī)定：“結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受拉強度應(yīng)按凈截面計算，受壓強度應(yīng)按有效截面計算，穩(wěn)定性應(yīng)按有效截面計算，變形和各種穩(wěn)定系數(shù)均可按毛截面計算”。曾有人問，這條規(guī)定是什么意思？如果有人再提這樣的問題，我想問他，鋼結(jié)構(gòu)學過沒有？因為這是鋼結(jié)構(gòu)的基本概念問題。如果這樣的問題都簽不出，說明他還不具備鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計資格的。有的單位看到國外資料中檁條很薄，也想用薄的。國外檁條普遍采用高強度低合金鋼，但我國低合金鋼Q345的沖壓性能不行，只有用Q235的。人家是按有效截面計算承載力的。如果用Q235的，又想用得薄，計算時還不考慮有效截面，荷載稍大時檁條就要垮。
3．施工方面
1）柱子拔出
有的剛架在大風時柱子被拔起，這是實際中常出現(xiàn)的事故。主要原因不是剛架計算失誤，而且設(shè)計柱間支撐時，未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向尺度較小時，只設(shè)置少量柱間支撐來抵抗縱向風荷載，支撐傳給柱腳的拉力很大，而柱腳又沒有采取可靠的抗拔措施，很可能將柱子拔起。，因此，在風荷載較大的地區(qū)剛架柱受拉時，在柱腳應(yīng)考慮抗拔構(gòu)造，例如錨栓端部設(shè)錨板等。
2）沒有柱間支撐
這種情況最近較多，需要大聲疾呼，這樣不行。蒙皮作用雖然各國都在研究，但沒有任何一本規(guī)范允許不設(shè)支撐。蒙皮作用的影響因素太多，并非在任何情況多能發(fā)揮作用。特別是柱間支撐，受力較大，絕不能省略。蒙皮作用最多只能視為一種剛度儲備。
3）端板合不上
端板連接是結(jié)構(gòu)的重要部位。由于加工要求不嚴，而腹板與端板間夾角又，有的工程兩塊端板完全對不上，合不起來。強行用螺栓拉在一起，仍留下很寬縫隙，嚴懲影響工程質(zhì)量。
4）錨栓不鉛直
框架柱柱腳底板水平度差，錨栓不鉛直，柱子安裝后不在一條直線上，東倒西歪，使房屋外觀很難著，這種情況不少。錨栓安裝應(yīng)堅持先將底板用下部調(diào)整螺栓調(diào)平，再用用無收縮砂漿二次灌漿填實，國外此法施工。最近在上海討論輕鋼施工驗收規(guī)程，不少專家強調(diào)了這種方法。
5）保溫材吸水超重
有些房屋雪不大就垮了，究其原因，是屋面防水施工太差，雪融化后水逐漸滲入，為保溫村所吸收。今年冬季落雪多次，遷延時間較長。屋面的設(shè)計荷載很小時，當吸水量達至一定程序，超過了結(jié)構(gòu)的承載能力，就要倒塌。
6）保溫材料胡亂安裝
保溫材料一般采用玻璃棉，其厚度根據(jù)熱功計算確定。正規(guī)做法是采用背面帶鋁箔隔汽層的玻璃棉，有的不用鋁箔，用牛皮紙，我不清楚牛皮紙是否可作隔汽層，如果可以，也比不用任何隔汽層好。防止冷凝水向室內(nèi)滴水，是房屋的使用要求之一。有人以為鋁箔只是為了美觀，或承受拉力，實際上它的主要作用是作隔汽層。承受懸掛時的拉力還可以用玻璃纖維布或鋼絲網(wǎng)。現(xiàn)在看到有些工程，玻璃棉不用任何隔汽層。另外，當采用內(nèi)層鋼板吊頂時，不是將保溫卷材壓在檁條上，而是為了施工方便，將保溫材剪斷，放在檁條之間的吊頂上，形成冷橋。某工程在這樣處理的同時，又將吊頂鋼板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作業(yè)時，將周邊門窗關(guān)閉，由于室內(nèi)外溫差大，大量水汽在屋頂凝集，由吊頂鋼板搭接處流下，形成了“外面不下里面下”的狀況，使工程不能交工。經(jīng)驗告訴我們，當保溫卷材有隔汽層并保持接縫處密封時，卷材是干燥的，無隔汽層時卷材是濕的。在水份的長期浸泡下，隨著時間的推移，保溫棉將被逐漸壓實，最終失去應(yīng)有的保溫作用，因此安裝方法是否對頭，關(guān)系很大。
4．其它
關(guān)鍵詞：廠房；大跨度結(jié)構(gòu)；桁架結(jié)構(gòu)；方案選擇
中圖分類號：TU393文獻標志碼：A文章編號：1006-6012（2015）12-0075-01
近年來，大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛，按照剛性差異以及組合方式的不同，可以劃分為2種結(jié)構(gòu)形式，一種是剛性結(jié)構(gòu)，另一種是柔性結(jié)構(gòu)。剛性大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)一般由空間桁架、網(wǎng)架等鋼桿件構(gòu)成。對于剛性大跨度房屋結(jié)構(gòu)來講，其主要設(shè)計依據(jù)是所受荷載。
1工程概況
某兩連跨廠房，長300m，跨度70m，采用鋼結(jié)構(gòu)方案，基礎(chǔ)采用混凝土獨立基礎(chǔ)。本工程屋頂形式采用張弦桁架構(gòu)件，同時連接格構(gòu)柱剛性，格構(gòu)柱的柱腳主要采用鉸接的連接方式。
2結(jié)構(gòu)方案的選定
根據(jù)建筑外形尺寸對項目結(jié)構(gòu)方案進行對比與分析，以優(yōu)選出最佳的結(jié)構(gòu)方案，經(jīng)過分析，本工程屋頂鋼結(jié)構(gòu)方案選定了張弦桁架方案，并與格構(gòu)柱剛性連接。這種方案具有以下幾方面的優(yōu)點：一是張弦結(jié)構(gòu)具有操作方便、重量輕、承載力好，有利于解決了結(jié)構(gòu)剛度問題；二是屋頂構(gòu)件與格構(gòu)柱剛性連接，實現(xiàn)了地震作用下側(cè)向位移及風荷載的有效控制；三是柱腳采用鉸接連接，在地震作用下，上部結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生彎矩，這樣能夠合理利用原有基礎(chǔ)。屋頂結(jié)構(gòu)采用弦桿截面為219mm×10mm的張弦桁架，并與腹桿連接，其拉索采用￠15.2鋼絞線，其抗拉強度為1860MPa一共6束。同時，采用6孔夾片式錨具，將3道截面為180mm×8mm鋼管的立桿設(shè)置于張弦桁架與拉索之間。為了滿足錨固的作業(yè)需要，將315mm×40mm錨杯設(shè)置在下弦桿上，同時，確保弦桿與錨杯焊接。
3大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計中注意問題
在進行大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要做好單榀主桁架的驗算工作，并對單榀主桁結(jié)構(gòu)中墻面、屋頂?shù)奈恢眠M行分析與確定。同時，本工程所受的結(jié)構(gòu)荷載包括以下幾種：屋面荷載、雪荷載以及地震作用等。項目所處區(qū)域為50年一遇，屋面地震烈度為6度。本工程采用張弦桁架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布受到拉索預(yù)張力大小的影響。因此，在拉索預(yù)張力確定時，我們需要考慮到以下幾個方面的因素：
（1）單跨屋面在荷載作用時，其張弦桁架對格構(gòu)柱不會產(chǎn)生水平推力，這樣有利于自平衡體系的形成。
（2）單跨屋面在荷載作用后，在正常使用下，其相對撓度值與反拱值相互抵消，滿足了使用極限狀態(tài)要求。
（3）在風荷載作用時，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計中相關(guān)規(guī)定，拉索要小于應(yīng)力比。
（4）屋頂桁架在風荷載作用下，要確保其拉索具有足夠的拉力，以免造成拉索失去作用。在進行大跨度鋼結(jié)構(gòu)分析時，要按照桿單元對桁架腹桿進行分析，同時要按照梁單元對弦桿進行分析。在結(jié)構(gòu)計算的過程中，本工程采用SAP2000V1462軟件進行結(jié)構(gòu)計算，并控制好拉索拉應(yīng)力和最大應(yīng)力比，一般來說，拉索拉應(yīng)力為900MPa，最大應(yīng)力比為0.48，以提升拉索材料的強度。經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析，張弦桁架的拉索初始內(nèi)力為198kN，初始反拱值為86mm。由此可見，在溫度荷載作用下進行結(jié)構(gòu)分析，應(yīng)選擇正溫，不能選擇負溫。但在負溫作用下，由于拉索拉力較大，所以拉索不會失去作用。屋頂張弦桁架具有一定的平衡性，所以其拉索可以提高屋頂桁架的剛度，在施加預(yù)張力的過程中，我們要充分考慮到屋頂桁架的剛度，當剛度滿足要求后，屋頂桁架要與格構(gòu)鋼柱進行焊接。對于兩跨張弦桁架來說，要確保內(nèi)力構(gòu)造與尺寸的一致性。此外，我們還應(yīng)對單跨屋頂張弦桁架結(jié)構(gòu)的施工工況進行分析，旨在為了施工吊裝作業(yè)提供依據(jù)。在進行單榀結(jié)構(gòu)模態(tài)分析時，應(yīng)選用前5階周期的結(jié)構(gòu)模態(tài)進行分析，經(jīng)分析得知，結(jié)構(gòu)側(cè)向的剛度不足。同時，張弦桁架結(jié)構(gòu)是一種平面受力結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)平面的需要一定支撐體系，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為此，應(yīng)將次桁架設(shè)置于桁架與立桿的相交位置，同時將交叉支撐設(shè)置于次桁架之間，這樣就可以形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)空間體系。經(jīng)過以下因素分析與比較，最終選擇了桁架桿件截面。
4施工過程控制
在張弦桁架結(jié)構(gòu)安裝時，應(yīng)按照建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求進行施工，同時，在結(jié)構(gòu)分析時，要對不同的施工工況進行模擬與分析。在本工程張弦桁架施工安裝的過程中，要結(jié)合現(xiàn)場結(jié)構(gòu)特點，按照以下步驟進行施工。焊接屋頂拱形桁架；安裝鋼拉索，張拉反拱，以達到初始預(yù)張力值；焊接屋頂桁架與邊柱柱，從而形成兩連拱結(jié)構(gòu)；將交叉支撐安裝于兩連拱結(jié)構(gòu)之間，這樣有利于形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)空間體系。安裝桁架。綜上分析得知，拉索張拉工作極其重要。在施工過程中，要確定好拉索節(jié)點的位置，盡可能地降低理論長度的偏差。在拉索張拉的過程中，要控制好屋頂反拱值，一般控制在87mm左右。拉索內(nèi)力值為110kN，拉索軸向變形值為50mm。在施工監(jiān)測時，我們要對拉索內(nèi)力進行監(jiān)控，確保監(jiān)測結(jié)果滿足設(shè)計要求。在拉索張拉時，要先固定好立桿臨時支撐，待張拉完畢后，要采用U形夾將立桿下部與拉索夾緊，防止拉索出現(xiàn)串動。
5結(jié)束語
綜上所述，通過對某廠房大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計分析，得到了以下幾個方面的結(jié)論：
（1）本工程與其他大跨結(jié)構(gòu)的不同之外在于大跨度設(shè)計是由結(jié)構(gòu)剛度控制，需要考慮到結(jié)構(gòu)整體側(cè)向的剛度，同時要對原有基礎(chǔ)進行利用。
（2）在施加預(yù)張力時，要控制好預(yù)張力的大小，確保張弦桁架結(jié)構(gòu)的承載力及剛度。
（3）張弦桁架結(jié)構(gòu)是一種平面受力結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)平面的需要一定支撐體系，因此，在張拉過程中要確保張弦桁架的穩(wěn)定性。
（4）對于大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用專用連接構(gòu)造，確保計算模型與實際結(jié)構(gòu)的一致性，確保結(jié)構(gòu)傳力的明確性。鋼結(jié)構(gòu)作為房屋建筑結(jié)構(gòu)形式之一，具有重量輕、安裝方便、強度高、施工周期短等優(yōu)點。在房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，要結(jié)合工程實際情況，優(yōu)選最佳的結(jié)構(gòu)形式，在選擇鋼結(jié)構(gòu)材料時，要充分考慮到房屋建筑結(jié)構(gòu)的尺寸和受力形式。一般來說，由于建筑鋼結(jié)構(gòu)都是采用現(xiàn)場拼裝的安裝方式，因此在設(shè)計時要考慮到鋼結(jié)構(gòu)在運輸和起吊中的剛度，以確保結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。
參考文獻：
[1]JGJ7－2010空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)，住宅，發(fā)展
國務(wù)院文件明確提出:發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅,擴大鋼結(jié)構(gòu)住宅的市場占有率,將會加速住宅產(chǎn)業(yè)化過程,對我國建筑、冶金及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。為推動我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的快速發(fā)展，滿足人民群眾對鋼結(jié)構(gòu)住房的需求,推進住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化,中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會住宅鋼結(jié)構(gòu)分會成立,并陸續(xù)召開了多次住宅鋼結(jié)構(gòu)研討會,各地投入大量人力探索我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展途徑,并試驗性的建造了鋼結(jié)構(gòu)住宅。新型的鋼結(jié)構(gòu)住宅逐漸展現(xiàn)在人們面前。就我們國家的情況，鋼結(jié)構(gòu)住宅必將有一個快速發(fā)展。
1.鋼結(jié)構(gòu)的特點
鋼結(jié)構(gòu)的特點與鋼材的特點相聯(lián)系，那就是強度高,因此,鋼結(jié)構(gòu)自重輕,承載力高，鋼材的塑性和韌性好,因而鋼結(jié)構(gòu)對動荷載的適應(yīng)性強,使鋼結(jié)構(gòu)住宅具有大空間和布置靈活的特點。鋼結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比較鋼材的強度為235N/mm2(A3),是混凝土強度的11倍;鋼材材質(zhì)均勻,而混凝土的材質(zhì)不均勻;尤其是混凝土的抗拉強度非常低,所以普通混凝土適筋梁的承載力設(shè)計階段均為帶裂縫工作階段;鋼材的容重為7850kg/m3,是混凝土容重的3.28倍;鋼材的彈性模量為206×103N/mm2,而混凝土,比如C30的混凝土變形模量為29.5×103N/mm2。因此,鋼結(jié)構(gòu)住宅自重比傳統(tǒng)住宅結(jié)構(gòu)要輕30%,構(gòu)件小,便于工業(yè)化制作、運輸、安裝和現(xiàn)場裝配,大大降低了基礎(chǔ)施工的強度,施工場地也大為縮小,工期相對比傳統(tǒng)住宅縮短約40%左右,開發(fā)商更容易降低市場風險。從建造市場、客戶終端市場和外圍市場來看,都利于鋼結(jié)構(gòu)住宅的未來發(fā)展。
2.鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理
住宅建筑中的鋼結(jié)構(gòu)一般指的是輕鋼結(jié)構(gòu),大致可分為兩類,即:以冷彎薄壁型鋼為承重構(gòu)件的輕鋼龍骨建筑體系和以輕型鋼梁、鋼柱為承重體系的輕鋼框架建筑體系。如:取代格構(gòu)式截面的H型鋼和用于樓蓋層中可代替模板和抗拉鋼筋作用的亞型鋼板的應(yīng)用;結(jié)合跨度、高度和結(jié)構(gòu)形式,選用網(wǎng)架、懸索、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用;組合梁的應(yīng)用,混凝土板和鋼梁在構(gòu)造上形成整體,共同抗彎,充分發(fā)揮混凝土板的受壓和鋼梁的受拉作用;鋼管混凝土柱,受縱向壓力作用時,鋼管的應(yīng)力狀態(tài)為異號應(yīng)力場(縱向、徑向受壓,環(huán)向受拉),縱向應(yīng)力比單向受力時屈服強度低,塑性好;混凝土處于三向受壓狀態(tài),承載力比單向受壓棱柱體強度高,且極限變形大大增加,塑性提高,同時由于鋼管的約束又大大提高了混凝土的承載力。相對于其它材料結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)符合力學計算的假設(shè)狀態(tài),計算結(jié)果可靠,使用更安全,而且抗震性能好。
3.鋼結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用
鋼結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用最早見于上世紀九十年代初，1994年11月建于上海北蔡的8層鋼結(jié)構(gòu)住宅,采用的就是冷彎成型矩形鋼管砼和U形冷彎薄壁組合梁組成框架,外墻采用稻草板。建造該試驗住宅的上海現(xiàn)代房地產(chǎn)公司,1999年還在新疆和上海分別建造了8層和5層鋼結(jié)構(gòu)住宅,并試用錯列桁架體系的結(jié)構(gòu)形式,使小開間取得了大開間的效果,引起了各界的重視。免費論文。期間較為引人注目的有長沙遠大公司,他們在1999年建成了8層H型鋼框架、壓型鋼板組合結(jié)構(gòu)、配合整體浴室、中央空調(diào)等先進設(shè)備的集成住宅,全部工期為3個月結(jié)構(gòu),2個月裝修,充分體現(xiàn)了預(yù)制、集成、裝配的特色,展現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)住宅的良好前景。
20世紀80年代中期,隨著我國改革開放的深入,工業(yè)化的輕鋼別墅也進入我國,先后從日本引進幾百棟輕鋼結(jié)構(gòu)低層別墅。之后幾年又從澳洲、加拿大引進了輕鋼龍骨住宅體系構(gòu)件在國內(nèi)組裝。免費論文。隨著國家《建設(shè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用新技術(shù)管理規(guī)定》和《鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則》的出臺,鼓勵新技術(shù)、新體系的應(yīng)用, 在理論上疏通了對鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展限制。相關(guān)規(guī)范和標準的出臺,為鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。現(xiàn)在中國的鋼產(chǎn)量已躍居世界第一位,鋼結(jié)構(gòu)在住宅中的應(yīng)用必將有一個大的發(fā)展。
4.鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國快速發(fā)展應(yīng)解決的問題
鋼結(jié)構(gòu)住宅的快速發(fā)展，拋棄了原來難以逆轉(zhuǎn)的混凝土,采用可重復(fù)利用的建材,減少了對自然的破壞，而且施工場地小,對環(huán)境的破壞也少，如果大規(guī)模采用鋼結(jié)構(gòu),將很大程度上減少灰塵污染，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。但是,我們也要看到到當前存在著幾個制約我國鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的問題。一是價格高的問題。我國的鋼產(chǎn)量雖有較大提高,但人均產(chǎn)量仍然較少,鋼材在我國國民經(jīng)濟中仍屬較貴重材料,相比較而言,混凝土價格要比鋼材價格低。二是設(shè)計力量薄弱。設(shè)計中采用鋼結(jié)構(gòu)時,應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的功能要求是否屬于鋼結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用范圍。較高的承載力使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時,要考慮以不適合繼續(xù)承載的巨大變形為結(jié)構(gòu)設(shè)計的極限狀態(tài)準則。鋼結(jié)構(gòu)存在著許多節(jié)點,每個墊板、螺絲、焊縫都需要精確計算,各專業(yè)必須一次到位。因此,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計比混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計要復(fù)雜,鋼結(jié)構(gòu)的圖紙量也遠多于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。三是鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)體系還未形成,市場比較混亂，只有進行大規(guī)模生產(chǎn),才能體現(xiàn)出鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。免費論文。同時,鋼結(jié)構(gòu)住宅采用的復(fù)合材料在國內(nèi)還沒有大規(guī)模生產(chǎn),復(fù)合材料的選擇余地很小。此外,目前進入國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)商很多,產(chǎn)品的標準、價格和質(zhì)量都不統(tǒng)一,而國家尚沒有統(tǒng)一的標準來制約,使得開發(fā)商、設(shè)計師還很茫然。四是鋼結(jié)構(gòu)的使用年限。磚石混凝土號稱永不損壞,鋼結(jié)構(gòu)不行,一般使用壽命只有50年。一想到自己要買的房子不能住一輩子,這會阻止一部分客戶的購買欲望。其實,磚石結(jié)構(gòu)房屋的使用也很少超過50年,而且,隨著保險業(yè)的發(fā)展,房屋壽命問題應(yīng)該很容易解決。
5.結(jié)束語 鋼結(jié)構(gòu)住宅與鋼筋混泥土等住宅相比具有抗震、環(huán)保等諸多優(yōu)點，是世界各國倡導(dǎo)，我們國家提倡和人們所迫切需要的，這些年經(jīng)過實際應(yīng)用也得到了人們的認同，隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的高速發(fā)展以及人們對住宅的功能齊全、使用方便、居住舒適、安全節(jié)能、有益健康等方面的要求,鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國必將有一個飛躍式的發(fā)展。
參考文獻：
[1]建筑科學.
[2]建筑材料研究.
[3]探索.
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 廠房設(shè)計 技術(shù)要求
中圖分類號：TU391文獻標識碼： A 文章編號：
隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及我國綜合國力的提升，國內(nèi)的大型鋼結(jié)構(gòu)廠房的需求量不斷增加，鋼結(jié)構(gòu)廠房在企業(yè)擴大生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模中得到廣泛的應(yīng)用，當前需要加強對鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計的經(jīng)驗進行總結(jié)，不斷創(chuàng)新技術(shù)。
一、工程簡介
某大型有色礦山生產(chǎn)用房主要從事銅鉬礦石選礦生產(chǎn)使用，為擴大生產(chǎn)規(guī)模決定興建面積35000平方米的鋼結(jié)構(gòu)廠房，該工程于2012年4月完工，主要的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計平面圖如下。該鋼結(jié)構(gòu)體系采用彩鋼夾芯板等新型的墻體材料進行維護，突出了時代感。
二、廠房設(shè)計技術(shù)要點研究
該廠房工程的負荷量大，能否達到廠房使用的要求就必須重視鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，主要設(shè)計要點如下：
（一）廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計
一是加強處理了廠房的縱向伸縮縫問題，其縱向270m的設(shè)計于廠房的規(guī)范要求符合，設(shè)計時因為考慮了鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)鋼的荷載較大以及跨度交款，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）對廠房的多項參數(shù)進行控制和取用，在這一范圍內(nèi)，又必須以《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）為依據(jù)減少鋼材的用量，即在廠房的98.4m處位置設(shè)縫，注意將縫分開，如此能降低工程造價，減少工程設(shè)計難度。
二是在進行結(jié)構(gòu)布置時，無論是哪種類型鋼結(jié)構(gòu)廠房，一定要重視縱向支撐體系以及鋼架體系的設(shè)計，構(gòu)建穩(wěn)定的鋼結(jié)構(gòu)，一定要選取合理科學的布置信形勢以及廠房支撐形式，在可靠安全的基礎(chǔ)上設(shè)計使用功能，延長廠房使用壽命。
三是在對鋼結(jié)構(gòu)的加工質(zhì)量進行設(shè)計控制時，須重視鋼結(jié)構(gòu)原材料從采購開始一直到成品出廠的把關(guān)，尤其重視廠房結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁的構(gòu)件以及“十字形”截面柱的尺寸精度。
（二）廠房支撐體系設(shè)計
作為鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計的關(guān)鍵部分，鋼結(jié)構(gòu)廠房支撐體系主要是支撐廠房的各個平面框架，構(gòu)成較為穩(wěn)定的廠房鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，兼有承擔傳遞地震力、風荷載以及溫度應(yīng)力等，支撐體系還要提供一個穩(wěn)定安全的支撐力，確保鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的穩(wěn)定。該廠房支撐體系還要在承擔100噸的縱向荷載力。在廠房的柱頂、屋梁以及各個梁祝的外側(cè)設(shè)計剛性系桿，在屋面以及有支撐的柱間設(shè)計系桿，另外設(shè)計支撐體系時，利用均衡布置法，沿鋼結(jié)構(gòu)廠房縱向屋檐處，從水平位置設(shè)計三道支撐，橫面上的柱間以及屋面設(shè)計支撐，這樣建立起“三橫四縱”支撐系統(tǒng)，再通過系桿、支撐以及鋼架形成穩(wěn)定體系。
（三）廠房屋面設(shè)計以及屋面支撐系統(tǒng)的設(shè)計
該工業(yè)廠房的支撐系統(tǒng)主要是以廠房的高度、跨度、屋面的結(jié)構(gòu)、所在區(qū)域的地震設(shè)防度以及柱間布置為依據(jù)。該廠房在內(nèi)無檁、有檁屋蓋體系都會設(shè)置垂直方向的支撐，無檁廠房含屋架焊接，有上弦支撐功能，鋼結(jié)構(gòu)廠房的屋面須在天窗架以及屋架設(shè)計橫向支撐，一般屋架間距高于13m的廠房或者含有較大的振動設(shè)備的廠房則必須設(shè)置縱向的水平支撐。
大型鋼架結(jié)構(gòu)的屋面防水、排水設(shè)計也是廠房屋面設(shè)計的重點。從《屋面工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定來看，廠房的屋面坡度最低為5%，該廠房處于冬天積雪較多區(qū)域，坡度設(shè)計適當進行了增加。通常單坡廠房屋面長度由該廠房所在地的降雨水頭高度情況以及最大溫差決定，從廠房設(shè)計的經(jīng)驗來看，一般屋面的坡度長度應(yīng)保持在70m范圍內(nèi)。市場上的鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面存在2中做法，一是設(shè)計為剛性屋面，即該工業(yè)廠房使用的壓型鋼板內(nèi)含保溫綿，另外一個是柔性屋面，即保溫層、鋼板內(nèi)板以及防水層組成的屋面。
（四）構(gòu)件吊裝工藝設(shè)計
大型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)構(gòu)件含屋架、支撐、檁條、梁柱、墻架以及天窗架等等，不同構(gòu)件尺寸、形式安裝標高各有不同，為保證經(jīng)濟合理，須應(yīng)用不同的吊裝方法以及起重機械。
該廠房在吊裝廠房鋼柱時，由于占地面積大，設(shè)計時使用的是塔式以及自行式起重機安裝鋼柱，吊裝方法為滑行吊裝法以及旋轉(zhuǎn)式吊裝法。一般吊裝重型鋼柱則采用雙機抬吊法。在起吊鋼柱時雙機共同吊起鋼柱，達到一定的離地高度之后停止，接著主吊機單獨吊起鋼柱，當豎直吊起鋼柱時，拆掉另一臺機器的鋼絲繩，主機繼續(xù)吊起鋼柱達到指定位置，對鋼柱的垂直度進行校正，保證偏差在20mm范圍內(nèi)。校正鋼柱、固定鋼柱過程中，須對鋼柱的垂直偏差程度進行檢查，一旦超出指定范圍，用千斤頂校正。
在設(shè)計大型鋼結(jié)構(gòu)廠房時，如果有起重較重的吊車要求，在進行廠房設(shè)計時必須重視吊車荷載對廠房結(jié)構(gòu)的影響，保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全，海牙控制鋼梁降低造價，如該廠房吊車荷載中的柱頂位移必須符合規(guī)范內(nèi)容，在這一條件下，靈活控制綴條等構(gòu)件的細長比。
三、結(jié)語
我國應(yīng)用大型鋼結(jié)構(gòu)廠房時間較短，還須加強設(shè)計經(jīng)驗和技巧。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計在廠房總體設(shè)計中非常關(guān)鍵，需要堅持實用性、經(jīng)濟型原則下，根據(jù)廠房所在地的氣候以及客觀條件下，因地制宜完成建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計。
參考文獻：
[1] 谷民. 冶金工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)重防腐涂料的施工質(zhì)量控制[J].山東冶金，2009：124-126；
關(guān)鍵詞: 豎縫抗剪抗剪承載力栓釘接合面
中圖分類號：TU37文獻標識碼： A
0 引言
鋼管混凝土邊框剪力墻結(jié)構(gòu)是一種新型鋼-混凝土組合剪力墻，即利用抗剪連接鍵將鋼管混凝土邊框和剪力墻進行可靠連接。接合面連接的好壞是關(guān)系結(jié)構(gòu)整體抗震性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵問題，目前國內(nèi)外對該類結(jié)構(gòu)豎縫抗震性能的研究并不多，各國規(guī)范對其抗剪強度的計算采用不同的破壞機理。
1 抗剪承載力計算公式
1.1栓釘連接件抗剪承載力計算公式
抗剪連接件的形式很多，一般按照變形能力可分為剛性連接件和柔性連接件兩大類。目前最常用的抗剪連接件是栓釘，對栓釘抗剪連接承載力的計算研究的比較多，但是各國對其計算公式?jīng)]有形成統(tǒng)一。
加拿大《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》SI6.1-1974規(guī)定
≤448Ast
日本規(guī)范亦采用式(1)，但規(guī)定Ec和fc的適用范圍為500～900 MPa，這是偏于保守。
Eurocode 4規(guī)定:當hst/dst≥4(hst和dst分別表示栓釘?shù)母叨群椭睆?時，有
≤0.64Astfu
其中，Ast表示栓釘桿的橫截面面積，Ec表示混凝土的彈性模量，fck表示混凝土圓柱體抗壓強度標準值(=0.83fcu)，fu為栓釘?shù)臉O限抗拉強度。
美國鋼筋混凝土房屋建筑規(guī)范（ACI318-83）基于摩剪理論給出保守計算公式
其中：Ac為抗剪混凝土面積；K1為系數(shù)，普通混凝土K1等于2.81MPa，全輕骨料混凝土K1等于1.41 MPa，輕砂混凝土K1等于1.76 MPa。
中國學者聶建國、沈聚敏、崔玉萍、胡夏閩等人對栓釘抗剪連接件進行了研究并取得一些成果。這些成果為制定我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中有關(guān)剪力連接件計算的條文提供了依據(jù)。
《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》(1997修訂稿)規(guī)定，當hst/dst≥4.0時，有
≤0.7Astf
其中，Ast表示栓釘桿的橫截面面積，Ec表示混凝土的彈性模量，fc表示混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值，f表示栓釘抗拉強度設(shè)計值
我國現(xiàn)行的GB50017-2002鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對鋼-混凝土組合梁設(shè)計條文進行了較大改進，其中給出的栓釘承載力公式為:
≤0.7Astfλ
其中，λ為栓釘材料抗拉強度最大值與屈服值之比，f表示栓釘抗拉強度設(shè)計值。
本次試驗栓釘?shù)挠嬎愫奢d采用美國鋼筋混凝土房屋建筑規(guī)范（ACI318-83）。
1.2銷鍵抗剪承載力計算公式
接縫處承載力驗算還需包括抗剪銷鍵的焊縫強度驗算和混凝土的局部承壓驗算，焊縫在剪力作用下按純剪切考慮，可按現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017的規(guī)定計算；驗算抗剪銷鍵上混凝土的受壓承載力時，局部承壓混凝土的垂直抗壓強度可取1.5fc。
2 試驗概述
本試驗共設(shè)計了5個試件，試件的配置方式是根據(jù)栓釘?shù)呐滗撀试?%左右進行設(shè)計。因此在試件配置時選擇6個栓釘（1.32%）和4個栓釘（0.88%）。試驗中鋼管采用120mm*120mm*4mm的普通Q345級方鋼管； 銷鍵為直徑20mm的螺紋鋼筋加工而成，長100mm，豎向間距225mm，焊接在鋼管壁上；栓釘為ML15標準尺寸，直徑13mm，長80mm，在豎向接合面上的水平間距均為60mm，豎向間距為200mm或250mm。通過栓釘抗拉強度試驗得到栓釘抗拉強度為355.78Mpa。
試件墻體部分采用C30自密實混凝土，經(jīng)過試配最終確定配合比比值為：0.41:1: 2.54:2.75。鋼管內(nèi)部混凝土為C50自密實混凝土，其配合比比值為：0.22:1:1.13:1.22。
本次試驗用MTS作動器完成，加載點取在鋼管與混凝土結(jié)合部鋼管壁上，管壁上焊接30*120*15mm厚的鋼條，以保證直剪面發(fā)生直剪破壞。試驗采用國內(nèi)外常用的擬靜力加載方案以模擬地震作用，即對試件施加低周反復(fù)荷載直至破壞。
3 計算結(jié)果分析
本次試驗試件破壞形式全部為混凝土破壞，栓釘未剪斷。本次試驗試驗結(jié)果與各國規(guī)范計算值的比較見表1。
表1 豎縫抗剪試驗值與各國規(guī)范計算值的對比
注：試件編號中“6S2P”是指6個栓釘和2個銷鍵的組合連接方式，SP是指Shear Performance。
通過比較發(fā)現(xiàn)各國規(guī)范計算值均高于試驗結(jié)果，原因有以下幾點：
1）本次試驗的栓釘為直剪破壞，與推出試驗相似，各國規(guī)范是對組合梁中栓釘連接件的規(guī)定，而國內(nèi)外的研究都表明，推出試驗得到的栓釘抗剪承載力比組合梁中栓釘?shù)膶嶋H抗剪承載力要低。
2）由于栓釘布置較密集，在試驗時出現(xiàn)群釘效應(yīng)導(dǎo)致每根焊釘承載力比普通單釘承載力要小。
4 抗剪承載力計算
各國的規(guī)范中有關(guān)于栓釘抗剪承載力的計算公式，但是對栓釘和銷鍵組合抗剪的計算公式未見報道，因此，在研究國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范基礎(chǔ)上，提出栓釘和銷鍵組合抗剪承載力計算公式：
（1）
式中：
Ast是栓釘?shù)臋M截面面積，Ec是混凝土的彈性模量，fck是混凝土圓柱體抗壓強度標準值，l是抗剪銷鍵長度，d為抗剪銷鍵高度，fc是混凝土抗壓設(shè)計強度，α為局部承壓有效面積調(diào)整系數(shù)，建議取0.9。
表2 試件抗剪承載力實測值和計算值
按該計算公式（1）得出各試件的豎向接合面抗剪承載力計算值和實測值見表2，計算值和實測值吻合較好，試件SP-6S和SP-6S2P相對誤差略微偏大原因可能是公式（1）中關(guān)于栓釘抗剪承載力計算的理論值偏大造成的。
結(jié)論
（1）鋼管混凝土邊框與墻板豎向接合面采用栓釘和銷鍵的組合連接方式能夠保證剪力有效傳遞，且能夠保證接縫的穩(wěn)定性。
（2）本次試驗試件的破壞形式與推出試驗相似，且試件的實際壓力值均低于各國規(guī)范的計算值。
（3）對于采用栓釘和銷鍵組合連接方式的構(gòu)件，按照公式（1）進行計算，其計算值與實測值吻合良好，可以應(yīng)用到工程設(shè)計中。
參考文獻
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[3]宋國華，王東煒等. 裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)豎縫抗剪承載力研究及國內(nèi)外規(guī)范的比較. 世界地震工程，2005，2（6）：125-128.
關(guān)鍵詞：方鋼管混凝土柱；多層輕鋼結(jié)構(gòu)；優(yōu)點；結(jié)構(gòu)設(shè)計；技術(shù)難點
中圖分類號：TU391文獻標識碼： A 文章編號：
Abstract: this paper expounds the concrete filled square steel tubes structure system in light of the application of the steel structure housing situation and advantages, introduces the structure of the concrete-filled steel tube column party design analysis method and its future research prospect， and provides light steel structure housing or related design work for the staff technology reference.
Key words: square steel tube concrete column; Multi-layer light steel structure; Advantages; Structure design; Technical difficulties
0 概況
隨著人類對住宅要求越來越高，建筑房屋的絕熱、抗震及抗壓性能越來越理想。這一切都源于人類對房屋質(zhì)量的舒適感與安全感的追求，鋼—混凝土組合的建筑結(jié)構(gòu)就是人類追求建筑房屋舒適與安全的產(chǎn)物。鋼—混凝土結(jié)構(gòu)早在19世紀就已開始被人類所注意，并對其展開一系列的研究開發(fā)，其綜合了鋼材的韌性與混凝土材料的較好的抗壓性能，更好地發(fā)揮了建筑材料的材質(zhì)特點，而避免各自的缺點。
由于環(huán)保意識的不斷加強及材料短缺越來越嚴重，國外很多國家如澳大利亞、日本、美國等，都在在積極研發(fā)和設(shè)計更多鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。而我國在近幾年內(nèi)也開始研究開發(fā)、設(shè)計與制造、施工安裝輕鋼結(jié)構(gòu)，也取得了很大的成就，如首都博物館新館的設(shè)計與施工[1]。
1 方鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點
1.1節(jié)約鋼材，降低造價
一般情況下，由于方鋼管混凝土加入鋼結(jié)構(gòu)，降低了建筑物的自重，相當于混凝土結(jié)構(gòu)的一半，而基礎(chǔ)荷載相對變小，經(jīng)濟效益明顯提高，己成為公認的節(jié)材、經(jīng)濟、施工簡捷的結(jié)構(gòu)形式。
1.2抗震性能好
由于鋼管的材料的存在，提高了整體結(jié)構(gòu)的強度、塑性和韌性，因此在同樣的震動條件下，其能更好地克服因超載而發(fā)生斷裂現(xiàn)象，更好地適應(yīng)動力荷載的壓力，其良好的延展性在抗震性能方面表現(xiàn)得無可挑剔。
1.3防銹蝕和抗火性能優(yōu)于鋼柱
方鋼管混凝土柱只是外表面需涂防銹漆，而鋼柱全周邊皆需防銹蝕，顯然，可以大大節(jié)省防銹漆。且方鋼管混凝土由于其管內(nèi)設(shè)置有混凝土結(jié)構(gòu)，可以吸收大量熱量，因而耐火時間比鋼柱更長。所用的防火涂料比鋼柱更少，造價也比鋼柱更低，性價比更高。
1.4抗扭、抗剪性能優(yōu)越
方鋼管混凝土柱的抗扭和抗剪性能都很好，延性大，強度高。建筑物的一些邊柱和角柱，在地震作用下，將同時承受軸心壓力、彎矩、扭矩和剪力作用。對于方鋼管混凝土柱來說，在復(fù)雜應(yīng)力作用下的承載力很高，并且其塑性和延性更好，安全而可靠[2]。
2 方鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1主要計算依據(jù)
方鋼管混凝土柱的機構(gòu)設(shè)計過程應(yīng)依據(jù)建筑設(shè)計單位提供的建筑設(shè)計方案、并參考有關(guān)的國家建筑設(shè)計規(guī)程、規(guī)范，如《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）等等[3]。
2.2軸向受力構(gòu)件計算
2.2.1軸心受壓構(gòu)件的強度計算
根據(jù)鋼管和混凝同工作的機制，參照我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準的規(guī)定，軸心受壓構(gòu)件的強度承載力設(shè)值的計算公式為：
Nu=α(fAs+fcAc)
上式中α是與鋼管對混凝土的約束效應(yīng)和混凝土徐變對承載力影響等因素有關(guān)的系數(shù)，前者對混凝土的強度有所提高，后者則相反。考慮到α的影響因素比較復(fù)雜，對軸心受壓構(gòu)件的強度承載力的提高有限，對于管壁較薄的構(gòu)件更是如此，為方便使用，取α=1，即得到方鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件的強度計算公式：
N≤Nu u= fAs+fcAc
2.2.2軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定計算
根據(jù)試驗資料，方鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件受力較接近于鋼構(gòu)件，因此采用鋼結(jié)構(gòu)類似的計算公式：
公式中的軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)也近似地采用現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）中的b曲線：
構(gòu)件的長細比則按考慮鋼管和管內(nèi)混凝同工作后的影響
2.2.3軸心受拉構(gòu)件的強度計算
由于混凝土的抗拉強度相對于鋼管較小，在計算方鋼管混凝土軸心受拉構(gòu)件時可不計入混凝土的作用，只考慮方鋼管抵抗所有拉力，由極限狀態(tài)即可得到方鋼竹混凝土的抗拉承載力計算公式：
N≤Asf
2.3彎、拉彎構(gòu)件計算
其中包括a、彎矩作用在一個主平面內(nèi)的方鋼管混凝土壓彎構(gòu)件的強度計算；b、彎矩作用在一個主平面內(nèi)的方鋼管混凝土壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定計算；c、彎矩作用在一個主平面內(nèi)的方鋼管混凝土拉彎曲構(gòu)件計算；d、彎矩作用在兩個主平面內(nèi)的雙軸壓彎方鋼管混凝土構(gòu)件的強度計算；e、彎矩作用在兩個主平面內(nèi)的雙軸壓彎方鋼管混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定計算。但由于論文章節(jié)的安排，在本文就不詳細介紹。
2.4節(jié)點連接設(shè)計
梁-柱連接的性能是影響結(jié)構(gòu)整體性能的關(guān)鍵，合理的連接節(jié)點應(yīng)該有足夠的強度和適當?shù)膭偠龋礉M足“強節(jié)點、弱桿件”原則。方鋼管混凝土柱與H型鋼梁的連接，按照連接處相對轉(zhuǎn)動約束作用的大小，可以分為：柔性連接、半剛性連接和剛性連接三種。其中半剛性連接可減少施工現(xiàn)場的焊接工程量，且節(jié)點外觀簡捷、傳力明確，鋼柱制作與混凝土的澆筑質(zhì)量不受影響，柱兩側(cè)梁高不等構(gòu)造容易處理，避免了內(nèi)隔板與外環(huán)板由于焊接殘余應(yīng)力影響，而在地震力的反復(fù)作用下節(jié)點處鋼材易發(fā)生分層或脆性破壞的缺點。
3方鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究方向
雖然鋼管混凝土住宅具有較多的優(yōu)勢，但在實際中的應(yīng)用時，還存在一些善待解決的難題。
3.1結(jié)構(gòu)理論研究需進一步完善
對方鋼管混凝土構(gòu)件來說，目前對構(gòu)件動力性能的研究還是基于試驗結(jié)果，缺乏理論分析方法，不利于深入全面研究其動力特性，同時不利于對實用抗震設(shè)計方法的研究。
3.2設(shè)計理論需要進一步完善
目前國內(nèi)的建筑規(guī)程雖然對圓鋼管混凝土構(gòu)件和方鋼管混凝土構(gòu)建的設(shè)計做了有關(guān)說明，但有些依據(jù)還不能非常準確地描述方鋼管混凝土柱體構(gòu)件的性能，相差誤差還比較大，設(shè)計過程僅僅對混凝土和鋼管部分進行簡單的疊加，這樣降低了該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。而采用研究理論進行計算時，公式卻顯得過于煩瑣，還需要結(jié)合實際的實驗數(shù)據(jù)進行大量簡化。
3.3結(jié)構(gòu)形式需要進一步完善
由于鋼管混凝上構(gòu)件的抗彎性能低于抗壓性能，因此鋼管混凝土框架抗側(cè)力性能比較弱，僅采用框架結(jié)構(gòu)一般不能滿足抗震要求，需要增加抗側(cè)力體系，一般為柱間支撐。但是柱間支撐的增加限制了建筑開窗的靈活性。因此，進行該類型住宅設(shè)計需要建筑和結(jié)構(gòu)有機結(jié)合。
3.4節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計
梁柱剛接節(jié)點，需要傳遞彎矩。在現(xiàn)場施工時，如果僅對鋼管進行節(jié)點拼接，由于略去混凝土部分的抗彎承載力，節(jié)點強度將低于構(gòu)件強度，不符合“強節(jié)點，弱構(gòu)件”的設(shè)計原則。而考慮節(jié)點處混凝土部分的作用，施工時不可避兔混凝土的二次澆注，不符合全裝配式住宅施工要求。因此對于梁柱端頭和節(jié)點均應(yīng)另行設(shè)計，節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計和試驗將成為設(shè)計工作中的重要部分。
3.5結(jié)構(gòu)防火處理
雖然鋼管混凝土具有較好的抗火災(zāi)性能，并且通過理論計算和工程實例驗證。但目前的規(guī)程仍規(guī)定按照鋼結(jié)構(gòu)防火要求處理，防火處理將大量增加工程造價，該問題已成為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中的瓶預(yù)問題。
4 結(jié)束語
多層輕鋼建筑中采用方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)可大大增加其結(jié)構(gòu)的承載力和可靠度，提高建筑品位，縮短施工工期，提高了住宅的抗震性能，節(jié)省了建筑過程的有關(guān)材料費用，具有非常好的經(jīng)濟效益和社會效益。對于目前木材、礦產(chǎn)資源缺乏的國情來說，方鋼管混凝土柱體構(gòu)建是相當具有發(fā)展?jié)摿Y(jié)構(gòu)形式。但是，由于國內(nèi)建設(shè)設(shè)計人員對方鋼管混凝土構(gòu)件的各種性能的研究分析工作才處于比較初級的階段，在其結(jié)構(gòu)布置、設(shè)計方法、施工措施等方面的技術(shù)還需要進一步提高。
參考文獻
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關(guān)鍵詞： 冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)； CAD/CAM； 軟件架構(gòu)； 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 軟件開發(fā)
中圖分類號： TU392；TP317.4文獻標志碼： B
CAD/CAM software of cold-formed thin-wall lightweight
steel structure for residence buildings
YANG Huizhu1,2, CHANG Zhiguo1, WANG Xiaofeng1, ZHANG Qilin1
(1. College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;
2. Shanghai Tonglei Civil Engineering Technology Co., Ltd., Shanghai 200433, China)
Abstract： To develop a special CAD/CAM software for residence building structure system of cold-formed thin-wall lightweight steel structure, the constitution and construction characteristics of this kind of structure system and its typical connection joints are introduced and analyzed, and the function design and logical division of working flow are implemented according to the practical design work; the software framework and operation procedures are designed as starting from design model to calculation model then to detailing model. The structural design, calculation and installation of the structure system is based on assemblies, hereby basic software objects are determined as wall sheet, floor region, single sheet of planar roof truss. A hierarchy data structure of assembly-member object is designed to meet the different requirements of structural design and detailing design. The CAD/CAM software is developed based on AutoCAD graphics platform, and the kernel functions are realized for modeling, calculation, drawing, and so on.
Key words： cold-formed thin-wall lightweight steel structure; CAD/CAM; software framework; data structure; software development
0引言
冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅是一種以冷彎薄壁型鋼構(gòu)件和輕型板材共同作為承重和維護結(jié)構(gòu)的新型綠色住宅，見圖1.
冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅具有節(jié)能環(huán)保、質(zhì)量輕、強度高、抗震性能好以及易于規(guī)模化與標準化生產(chǎn)等諸多優(yōu)點，在國外已被大量使用，近年來國內(nèi)也開始逐步推廣應(yīng)用.
國外已經(jīng)具備比較完善的輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅CAD/CAM軟件，已實現(xiàn)設(shè)計加工一體化、無紙化的自動數(shù)控加工；而在國內(nèi)，由于這種軟件的復(fù)雜性以及國外對此類軟件的技術(shù)與商業(yè)壟斷，輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅CAD/CAM軟件成為國內(nèi)各生產(chǎn)廠家普遍的技術(shù)瓶頸.
龍骨結(jié)構(gòu)體系是冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的主要結(jié)構(gòu)形式.針對該結(jié)構(gòu)體系，本文開發(fā)出三維可視化的CAD/CAM集成化軟件.
1結(jié)構(gòu)體系與構(gòu)造
龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅由屋面系統(tǒng)、樓面系統(tǒng)和墻面系統(tǒng)等3部分組成，見圖2.
墻面系統(tǒng)由冷彎薄壁輕型鋼柱和內(nèi)、外層結(jié)構(gòu)覆面板組成，見圖3.墻體是主要的豎向和水平承重系統(tǒng)，起維護和承重的雙重作用.墻柱體系由C形鋼柱和導(dǎo)軌組成鋼骨架，并設(shè)置鋼拉帶支撐，墻體外側(cè)OSB板和內(nèi)側(cè)石膏板通過自鉆螺釘與鋼骨架相連.樓面系統(tǒng)由冷彎薄壁輕型格柵鋼梁，上、下結(jié)構(gòu)面板以及樓面細石混凝土等材料構(gòu)成，柵格鋼梁間亦設(shè)置鋼拉帶等支撐構(gòu)件，見圖4.屋面系統(tǒng)由冷彎薄壁輕型鋼桁架、屋面水平支撐及屋面板材料構(gòu)成，見圖5.
豎向載荷由樓蓋和屋蓋分別傳遞到墻體，再傳遞到基礎(chǔ)；風和地震等水平向載荷全部由載荷方向的墻體承擔.
龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的所有部件均由薄壁的C形鋼、U形鋼及鋼帶拼裝而成，再用自攻螺釘連接.從功能和構(gòu)造上看，連接節(jié)點可分為2類：一類是墻面、樓面及屋面各子系統(tǒng)中構(gòu)件的連接節(jié)點；另一類是子系統(tǒng)之間的連接節(jié)點.典型的連接節(jié)點見圖6.
(a)墻體與基礎(chǔ)的連接(b)墻體構(gòu)件的連接(c)上下層墻體的連接(d)樓蓋梁與基礎(chǔ)的連接(e)樓蓋梁與墻體的連接(f)屋蓋桁架的屋脊節(jié)點
2系統(tǒng)功能與架構(gòu)組織設(shè)計
軟件功能［1］在總體上可分為2部分：建模以及圖紙繪制與數(shù)控加工CNC數(shù)據(jù)的輸出.由于軟件本身的專業(yè)性質(zhì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計流程，可劃分為結(jié)構(gòu)布置設(shè)計、結(jié)構(gòu)力學計算、結(jié)構(gòu)深化設(shè)計以及圖紙與數(shù)據(jù)輸出等4個功能階段.
在結(jié)構(gòu)布置設(shè)計階段，根據(jù)建筑設(shè)計圖布置與搭建墻體、樓蓋與屋蓋結(jié)構(gòu)部件，形成住宅的主結(jié)構(gòu)模型.在該階段中，忽略次構(gòu)件以及構(gòu)件的連接節(jié)點等細部構(gòu)造，重點是形成整個主結(jié)構(gòu)，為下一步的結(jié)構(gòu)計算和規(guī)范驗算作準備.在此階段的模型上還要施加和編輯所有的外部載荷，包括恒載、活載、雪載、風載和地震作用等.
龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)的力學計算方式不同于一般的房屋結(jié)構(gòu)計算.通常的房屋結(jié)構(gòu)計算，如多層鋼框架結(jié)構(gòu)或磚混砌體結(jié)構(gòu)進行包含墻、柱、梁和樓板在內(nèi)的整體結(jié)構(gòu)計算，而冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅是基于屋蓋、樓蓋及墻體等結(jié)構(gòu)部件的計算.外載荷按受載荷面積進行分配，如屋面載荷分配到各榀屋面的桁架；然后按連接關(guān)系進行載荷傳遞計算，即屋蓋桁架與樓蓋的載荷傳遞到墻體，上層墻體載荷傳遞到下層墻體.各部件單獨形成計算模型，進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算，并按相關(guān)規(guī)范進行部件及其中各構(gòu)件的驗算.一般情況下會將結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果返回結(jié)構(gòu)布置設(shè)計階段，進行結(jié)構(gòu)部件和構(gòu)件的調(diào)整，然后再進行結(jié)構(gòu)的力學計算.如此往復(fù)，直到各個結(jié)構(gòu)指標均滿足要求.
深化設(shè)計階段是連接節(jié)點與構(gòu)件細部的設(shè)計，并進行節(jié)點和構(gòu)件的歸并與編號，為鋼結(jié)構(gòu)施工圖、加工圖和CNC加工數(shù)控輸出進行模型和數(shù)據(jù)準備.繪圖及CNC數(shù)據(jù)的編制完全依據(jù)深化模型，并形成一一對應(yīng)關(guān)系.
由上述可知，整個設(shè)計過程是模型由部件到構(gòu)件、由構(gòu)件到節(jié)點的逐步深入和細化過程，見圖7.其中，計算模型由結(jié)構(gòu)模型映射而來，結(jié)構(gòu)的構(gòu)件將被映射為有限元計算模型的單元和節(jié)點，并根據(jù)結(jié)構(gòu)模型的支撐情況在計算模型上設(shè)置正確的支座約束；結(jié)構(gòu)模型上的載荷也被轉(zhuǎn)換為有限元計算模型上的單元或節(jié)點載荷.
3模型對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1模型對象的范圍劃分和界定
可獨立操作模型對象的范圍界定直接影響軟件內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織，同時也在很大程度上決定軟件在使用界面上的基本模式.［2］
龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅全部由C形或U形構(gòu)件搭建而成，如果以單根構(gòu)件為基本操作對象，則各對象自身的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單統(tǒng)一，對深化設(shè)計階段的節(jié)點和細部操作非常有利.但是，對于建立和維護對象間的邏輯關(guān)聯(lián)信息，基于構(gòu)件的對象界定方法顯得非常復(fù)雜和繁瑣，而且這種結(jié)構(gòu)體系是基于墻、樓板及榀架等部件的結(jié)構(gòu)計算，單根構(gòu)件的對象界定方式非常不利于部件計算模型和載荷的組織與信息關(guān)聯(lián).
根據(jù)龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的建模和結(jié)構(gòu)計算的特點看，結(jié)構(gòu)的物理對象可分為2個層次：（1）部件層次，包括墻體、樓蓋區(qū)塊（由墻體圍成的平面封閉區(qū)域）和屋蓋的各榀平面桁架.其中，屋蓋桁架的上弦沿坡屋面的形狀轉(zhuǎn)折起伏，需通過一個“坡屋面”的虛擬對象用于桁架的建模，此外，還用于屋面載荷向各榀桁架的導(dǎo)算分配.（2）構(gòu)件層次，即組成結(jié)構(gòu)部件的C形、U形冷彎薄壁構(gòu)件以及鋼拉帶和外覆面板等支撐構(gòu)件.因此，建立以部件為基本操作對象的層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是更好的組織方案.
3.2模型的層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計
構(gòu)件對象內(nèi)嵌在部件對象中.部件是多個構(gòu)件的有機集成體，在部件對象中存儲并維護部件本身的總體信息和部件內(nèi)各根構(gòu)件對象之間的關(guān)聯(lián)信息，各根構(gòu)件自身的信息存儲在構(gòu)件對象內(nèi).該層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)［2］的統(tǒng)一描述見圖8.
將上述層次化的參數(shù)描述關(guān)系具體到墻體、樓蓋和屋架等3個子系統(tǒng)，則有如圖9所示的邏輯組織關(guān)系.構(gòu)件集成體（子系統(tǒng)）內(nèi)部各構(gòu)件之間連接節(jié)點內(nèi)置為子系統(tǒng)內(nèi)部的連接功能，構(gòu)件集成體之間的連接節(jié)點（如連接板與抗拔錨栓等）則由外部的連接零件對象和連接功能予以表示和實現(xiàn).
(a)墻體對象的層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
(b)樓蓋對象的層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
(c)屋架對象的層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
(d)單根構(gòu)件對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
4程序設(shè)計
在AutoCAD三維圖形平臺［3］上，以二次開發(fā)接口ObjectARX［4］和VC++為工具，用普通PC機開發(fā)該CAD/CAM軟件系統(tǒng).軟件的開發(fā)和運行環(huán)境的層次結(jié)構(gòu)［1］見圖10.
墻體、樓蓋和屋架的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓樸具有很大的相似性，應(yīng)用C++的“繼承”和“多態(tài)”特性，建立基類和繼承類的派生關(guān)系，見圖11.多構(gòu)件集成體類從ObjectARX的AcDbEntity類派生，構(gòu)件類從AcDb3dSolid類派生.AcDb3dSolid是三維實體類，具有C形和U形截面構(gòu)件的三維造型與編輯操作.
軟件的主要功能模塊組織［5-6］見圖12，結(jié)構(gòu)三維實體模型是系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)庫.
5軟件核心功能
墻體和樓蓋的建模示例見圖13，軟件根據(jù)門窗和樓蓋洞口的位置進行構(gòu)件的布置調(diào)整以及周邊構(gòu)件的加強處理.結(jié)構(gòu)外周墻體形成一個封閉的平面邊界，軟件根據(jù)此邊界以及指定的坡度自動生成坡屋面，然后再依據(jù)坡屋面的形狀自動排列生成各榀屋蓋桁架，見圖14.平面桁架腹桿的劃分布置按對稱與不對稱區(qū)域，三角區(qū)域、梯形區(qū)域及任意形狀區(qū)域進行優(yōu)化.
屋蓋上的載荷按受載荷面積經(jīng)導(dǎo)算后分配到各榀桁架.作用在結(jié)構(gòu)設(shè)計模型上的恒載、活載、雪載及風載等經(jīng)導(dǎo)算后有不同的方向和分布模式，見圖15.但是，當設(shè)計模型映射為有限元計算模型后，所有載荷都歸為統(tǒng)一形式的有限元載荷.
樓蓋對象以每個單連通的平面區(qū)域（即房間）為單位，樓蓋上的均布載荷也需經(jīng)過分配和傳遞后導(dǎo)算到每根構(gòu)件上，見圖16.
通過對話框的交互方式進行模型的深化設(shè)計，見圖17.軟件根據(jù)深化設(shè)計三維實體模型進行圖紙繪制和數(shù)控加工CNC數(shù)據(jù)的輸出，圖18為樓蓋施工圖示例.
6結(jié)論
（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計流程進行軟件功能階段和模型深化過程的劃分和組織，一方面符合實際設(shè)計工作的要求，另一方面也實現(xiàn)從結(jié)構(gòu)設(shè)計到深化設(shè)計，從建模到結(jié)構(gòu)計算以及繪圖的功能集成一體化.
（2）基本模型對象的范圍界定直接決定軟件的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，也在很大程度上影響軟件在界面上的使用模式.
（3）與常規(guī)的框架和剪力墻結(jié)構(gòu)體系相比，龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的構(gòu)造和設(shè)計模式有較大不同.多集合體的層次化模型設(shè)計方法同時兼顧結(jié)構(gòu)部件設(shè)計的宏觀性和構(gòu)件深化設(shè)計的細節(jié)性.
（4）龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅不是整體結(jié)構(gòu)計算，而是基于部件的結(jié)構(gòu)分析，各部件的外載荷需經(jīng)多次傳遞和分配導(dǎo)算后確定.由于實際工程結(jié)構(gòu)布置的復(fù)雜性，載荷導(dǎo)算的正確性顯得尤為重要.
（5）基于三維深化模型進行圖紙繪制和CNC數(shù)據(jù)的編制，是該軟件與常規(guī)參數(shù)化直接二維繪圖的重要區(qū)別.該方式的最大優(yōu)點是結(jié)果表達的正確性和精確性，需要進一步改善的是二維圖紙的可讀性和美觀性.
(本文獲計算機輔助工程及其理論研討會2011(CAETS 2011)優(yōu)秀論文獎.)參考文獻：
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關(guān)鍵詞 ：輕鋼結(jié)構(gòu)；單層廠房；設(shè)計；
中圖分類號： TU391 文獻標識碼： A 文章編號：
引言
隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域起到了舉足輕重的作用，扮演著越來越重要的角色，無論在工業(yè)還是民用建筑中，鋼結(jié)構(gòu)以其突出的特點迅速地占領(lǐng)著越來越廣的市場。其特點有：其整體剛度和抗震性能好、施工速度快、自重輕、承載力高，在大跨度及超高層建筑中代替了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但也存在著防火性能差、易腐蝕等缺點，在設(shè)計中根據(jù)其特點揚長避短才能更好地發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的作用。
一、鋼結(jié)構(gòu)廠房空間結(jié)構(gòu)解析
為了使本論文的鋼結(jié)構(gòu)廠房分析設(shè)計更具有針對性和信服力，這里以實際的煉鋼廠房鋼結(jié)構(gòu)廠房為具體研究對象進行分析討論。由于鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，煉鋼廠就成了一個重要的生產(chǎn)場所，屬于抗震規(guī)范中的乙類設(shè)防建筑。由于工藝布置的特殊性和生產(chǎn)設(shè)備的需要，煉鋼廠主廠房往往具有質(zhì)量、剛度分布嚴重不均勻的特點。又基于建設(shè)周期及抗震性能等的綜合考慮，這類廠房大都采用全鋼結(jié)構(gòu)建造。本文中以某設(shè)計生產(chǎn)能力為50噸的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠為研究對象。
由于工藝要求的復(fù)雜性，該廠房由爐渣跨、加料跨、爐子跨、鋼水接收跨、連鑄澆鑄跨、連鑄出坯跨共六跨組成，核心設(shè)備布置在爐子跨中部的塔樓內(nèi)。該轉(zhuǎn)爐煉鋼廠房主要由塔樓、散狀料上料系統(tǒng)、柱子系統(tǒng)、屋蓋系統(tǒng)和吊車梁系統(tǒng)幾大部分組成，各部分的結(jié)構(gòu)大都是由型鋼和鋼板焊接或螺栓連接而成。
二、輕鋼結(jié)構(gòu)單層廠房設(shè)計的要點
2.1結(jié)構(gòu)體系
1) 門式剛架分為單跨、雙跨、多跨以及帶挑檐的和帶毗屋等多種形式。多跨剛架中柱與剛架梁的連接可采用鉸接。
2) 輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)體系中，屋面常采用有檁體系，檁條間距為1． 5 m，屋面板為壓型鋼板或夾芯板，檁條采用冷彎C 型鋼或高頻焊接薄壁H 型鋼; 外墻采用有墻梁體系，墻梁間距為1.5 m ～ 2.1 m，墻面板為壓型鋼板或夾芯板，墻梁采用冷彎C 型鋼或高頻焊接薄壁H 型鋼。主剛架梁下翼緣和主剛架柱內(nèi)側(cè)翼緣平面外的穩(wěn)定性，可通過在剛架梁下翼緣和檁條間或剛架柱內(nèi)側(cè)翼緣和墻梁之間設(shè)置的隅撐來保證。主剛架之間的水平支撐可采用張緊的圓鋼或角鋼。
3) 根據(jù)跨度、高度和荷載不同，門式剛架的梁柱可采用變截面或等截面實腹焊接工字鋼或成品H 型鋼截面。單層廠房中當設(shè)有橋式起重機時，柱截面宜采用等截面構(gòu)件。
4) 輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房剛架柱基礎(chǔ)，剛架柱柱腳與鋼筋混凝土基礎(chǔ)的連接可按鉸接或剛接，當廠房內(nèi)設(shè)有橋式起重機時按剛接連接，其他情況按鉸接連接。
焊接實腹式工型截面門式剛架承重結(jié)構(gòu)由剛架和基礎(chǔ)兩部分組成。門式剛架承重結(jié)構(gòu)體系的剛架、檁條( 或墻梁) 以及壓型鋼板間通過可靠的連接和支撐相互依托，體系受力更趨向于空間化。
2.2 結(jié)構(gòu)布置
1) 屋面結(jié)構(gòu)平面布置
單層廠房輕剛結(jié)構(gòu)房屋伸縮縫的設(shè)置: 當房屋縱向長度不小于300 m，橫向長度不小于150 m 時需要設(shè)置溫度伸縮縫。溫度伸縮縫的做法有兩種: 檁條連接處的螺栓孔采用橢圓孔或設(shè)置雙排柱，使結(jié)構(gòu)有足夠的伸縮空間; 吊車梁與柱的連接處宜采用橢圓孔。
屋面檁條的布置，應(yīng)考慮天窗、通風屋脊、采光帶等因素的影響，屋面壓型鋼板厚度和檁條間距應(yīng)按計算確定。
2)墻面墻梁布置
單層廠房輕剛結(jié)構(gòu)房屋墻面墻梁的布置，應(yīng)根據(jù)門窗的位置、大小確定墻梁的位置，另外設(shè)有挑檐、雨篷時還應(yīng)增設(shè)墻梁等構(gòu)件，墻梁的規(guī)格尺寸應(yīng)由計算確定，同時還應(yīng)考慮墻面板的規(guī)格，考慮到廠房的美觀，一般墻面梁設(shè)在主剛架柱的外側(cè)。
3) 支撐布置
橫向水平支撐和豎向柱間支撐可提高剛架的整體剛度，并能承擔和傳遞水平力，防止桿件產(chǎn)生過大的振動，避免壓桿的側(cè)向失穩(wěn)，可保證結(jié)構(gòu)安裝時的穩(wěn)定。
當設(shè)有溫度伸縮縫時，在每個溫度伸縮單元應(yīng)分別同時設(shè)置橫向水平支撐和豎向柱間支撐以形成幾何不變、穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)體系。
橫向水平支撐一般設(shè)置在溫度伸縮單元兩端第一開間剛架梁上翼緣，在水平支撐交叉的節(jié)點處應(yīng)設(shè)置剛性系桿。橫向水平支撐的間距不大于45 m。橫向水平支撐既可以采用十字交叉圓鋼，又可以采用雙角鋼作支撐。
當溫度伸縮單元長度不超過90 m 時，在溫度伸縮單元兩端第一開間的上柱處設(shè)置上柱柱間支撐，在溫度伸縮單元中間的柱開間內(nèi)分別設(shè)置上下柱柱間支撐。上柱柱間支撐為單片角鋼，連接在柱腹板的中間，下柱柱間支撐為雙片角鋼，連接在下柱兩側(cè)翼緣。值得注意的是在溫度伸縮單元的端部不設(shè)下柱柱間支撐。
在剛架轉(zhuǎn)折處應(yīng)沿房屋全長設(shè)置剛性系桿。
三、輕鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼構(gòu)件的設(shè)計
3.1 主要承重構(gòu)件( 剛架) 內(nèi)力計算方法
剛架的內(nèi)力計算方法分彈性分析和塑性分析方法，變截面門式剛架通常采用彈性分析方法，等截面門式剛架通常采用塑性分析方法，同時還應(yīng)滿足現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求。
3.2 門式剛架位移( 側(cè)移) 計算
當屋面坡度不大于1 ∶ 5 時，柱頂在水平力H 作用下的位移( 側(cè)移) u，可按下列公式計算:
柱腳鉸接剛架:
柱腳剛接剛架:
其中，h，L 分別為剛接柱高度和剛架跨度; Ic，Ib分別為柱和橫梁的平均慣性矩; H 為剛架柱頂?shù)刃搅? ζt為剛架柱與剛架梁的線剛度比。
3.3 構(gòu)件強度計算
工型截面受彎構(gòu)件在剪力、彎矩共同作用時，強度按下式進行計算:
當
當截面為雙軸對稱時:
其中，Mf為兩翼緣所承擔的彎矩; Me為構(gòu)件有效截面所承擔的彎矩，Me = We f，We為構(gòu)件有效截面最大受壓纖維的截面模量;Af為構(gòu)件翼緣的截面面積; Vd為腹板抗剪承載力設(shè)計值，Vd =hw tw fv '。
3.4 構(gòu)件穩(wěn)定計算
軸心受壓構(gòu)件( 工型截面) 局部穩(wěn)定計算:
受壓翼緣:
腹板:
其中，b 為受壓翼緣自由外伸寬度; t 為受壓翼緣的厚度; fy為鋼材屈服強度; hw為腹板的計算高度; tw為腹板的厚度。
3.5剛架柱基礎(chǔ)的設(shè)計
3.5.1基礎(chǔ)形式
門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)常用的基礎(chǔ)形式有:
1) 鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，一般用于地基承載力比較大，土質(zhì)比較均勻的情況。
2) 柱下條形基礎(chǔ)多用于加固工程中，在處理新舊建筑物基礎(chǔ)時，可以避免對舊建筑物基礎(chǔ)造成不利的影響。
3) 樁基礎(chǔ)一般用于深基礎(chǔ)，地基回填土較多、持力層較深的情況。
3.5.2 基礎(chǔ)的設(shè)計
1) 輕鋼結(jié)構(gòu)廠房門式剛架柱基礎(chǔ)通過鋼板與鋼筋混凝土基礎(chǔ)之間連接采用鉸接或剛接柱腳。
2) 柱腳錨栓應(yīng)采用Q235 鋼或Q345 鋼制作。錨栓的錨固長度應(yīng)符合GB 50007-2002 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，為抵抗上拔力錨栓端部設(shè)置彎鉤或錨板，錨栓的直徑不小于24 mm，且應(yīng)采用雙螺母或采取防止螺帽松動的有效措施; 柱腳錨栓按下柱柱間支撐傳遞的縱向風荷載和吊車剎車力或縱向地震作用的上拔力計算。剛架柱底部的水平力由柱腳底板與鋼筋混凝土基礎(chǔ)頂面之間的摩擦力來承擔，若還不滿足須設(shè)置槽鋼或角鋼抗剪鍵。計算柱腳錨栓的受拉承載力時，應(yīng)采用螺紋處的有效截面面積。
結(jié)束語
輕鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、工廠化和商品化程度高、施工周期短、節(jié)能環(huán)保等明顯的優(yōu)點。輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架設(shè)計在單層工業(yè)廠房中越來越得到人們的青睞，但它畢竟還是一個新生事物，需要我們設(shè)計人員在工程設(shè)計中不斷的探索、改進、回訪中積累經(jīng)驗，進而解決在工程設(shè)計中遇到的新技術(shù)、新問題。新技術(shù)、新材料的應(yīng)用給設(shè)計人員提供了鍛煉的機會，帶來了新的挑戰(zhàn)，只要對不斷出現(xiàn)的新技術(shù)、新材料、新問題勇于探索、勇于創(chuàng)新，就能攻克難關(guān)，從而使新技術(shù)、新材料得到廣泛應(yīng)用，我們的設(shè)計水平也會有較大的提高。
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關(guān)鍵詞：房屋建筑；鋼筋混凝土；框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計措施
Abstract: according to the author in recent years practice, the housing the advantages of the reinforced concrete frame mainly reflects in: flexible space space, it is light weight, saving material, etc. The article to the housing construction steel reinforced concrete frame structure characteristics, the scope of application, this paper expounds the design principle, the combination of case and discuss the specific construction measures.
Keywords: housing construction; Reinforced concrete; Frame structure; Measures designed
中圖分類號：TU375文獻標識碼： A 文章編號：
0. 概 述
框架結(jié)構(gòu)又統(tǒng)稱為構(gòu)架式結(jié)構(gòu)。目前，房屋的框架按跨數(shù)分有單跨、多跨；按層數(shù)可以分有單層、多層；按立面構(gòu)成可以分有對稱、不對稱；按所用材料分有鋼框架、混凝土框架、膠合木結(jié)構(gòu)框架或鋼與鋼筋混凝土混合框架等。其中最常用的是鋼筋混凝土框架，它包括現(xiàn)澆整體式、裝配式、裝配整體式等。其中這里面的裝配式、裝配整體式混凝土框架和鋼框架適合大規(guī)模工業(yè)化施工，效率較高，工程質(zhì)量較好，其余的適合房屋建筑使用。
1. 房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)特點
根據(jù)筆者近年來實踐來看，房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：空間分隔靈活，它自重輕，節(jié)省材料；具有可以較靈活地配合建筑平面布置的優(yōu)點，利于安排需要較大空間的建筑結(jié)構(gòu)；框架結(jié)構(gòu)的梁、柱構(gòu)件易于標準化、定型化，便于采用裝配整體式結(jié)構(gòu)，以縮短施工工期；采用現(xiàn)澆混凝土框架時，結(jié)構(gòu)的整體性、剛度較好，設(shè)計處理好也能達到較好的抗震效果，而且可以把梁或柱澆注成各種需要的截面形狀。
2. 房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍
根據(jù)現(xiàn)在建筑的使用性質(zhì)來看，房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)廣泛用于住宅、學校、辦公樓等地方，也有根據(jù)需要對混凝土梁或板施加預(yù)應(yīng)力，以適用于較大的跨度；框架鋼結(jié)構(gòu)常用于大跨度的公共建筑、多層工業(yè)廠房和一些特殊用途的建筑物中，如劇場、商場、體育館等。但總體來說，現(xiàn)在施工框架結(jié)構(gòu)種類比較多，在選擇起來應(yīng)靈活多變。
3.房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計原則一般地，房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循一定的原則，這樣方能確保房屋的建筑質(zhì)量。
3.1遵循有抗震性能的原則。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對框架結(jié)構(gòu)來說有足夠的承載能力和變形能力是兩個同時需要滿足的條件。不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力，還要求其有適當?shù)膭偠取７课萁ㄖY(jié)構(gòu)的使用功能和安全與其側(cè)移的大小密切相關(guān)，過大的側(cè)向變形會使隔墻、維護墻及其飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞。結(jié)構(gòu)分別按考慮5%的偶然偏心和雙向地震力作用的不利情況計算出各結(jié)構(gòu)體系層間位移角，剪力墻結(jié)構(gòu)小于框剪結(jié)構(gòu)，但均小于規(guī)范要求，且富裕量較大，說明兩種結(jié)構(gòu)體系滿足剛度要求。
3.2遵循經(jīng)濟性原則。 在房屋建筑結(jié)構(gòu)體系中，在保障節(jié)約資金的情況下確保工程質(zhì)量是關(guān)鍵。根據(jù)筆者工作實踐，通過對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、大開間剪力墻結(jié)構(gòu)三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)直接費的計算，發(fā)現(xiàn)三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)單位面積直接費相差不是很多，其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費最大，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費最小，其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費比框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費高出12.5%，比大開間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費高出7.3%，大開間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費比框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費高出4.9%。
4. 房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項
房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計是個復(fù)雜多變的過程，筆者在此建議在設(shè)計中要注意以下幾方面：
4.1抗震設(shè)計問題。房屋在抗震設(shè)計框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一般不要采用單跨框架。如果不可避免的話，建議可設(shè)計為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，多層建筑也可僅在單跨方向設(shè)置剪力墻。但是，后者框架結(jié)構(gòu)部分的抗震等級應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)選用，而剪力墻部分的抗震等級應(yīng)按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)選用。
4.2框架結(jié)構(gòu)選擇。在目前的小高層結(jié)構(gòu)體系里比較適合采用框架結(jié)構(gòu)，筆者建議首先盡可能將過于狹長的結(jié)構(gòu)用伸縮縫脫開。如果建筑專業(yè)不允許，可通過加大端部開間的抗側(cè)剛度達到限制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的目的。具體可將邊框架的角柱斷面增大，加大框架梁的高度，如條件允許，中間增加框架住，既增加框架的跨數(shù)。這些方法可以顯著增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。
5.房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計措施
根據(jù)筆者實踐，結(jié)合案例來簡單闡述下這方面的措施。某小區(qū)工程為6-8層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，按8度抗震設(shè)防，場地土類別為Ⅲ類，各建筑單體設(shè)計基準期為70年，建筑安全等級為2級，建筑抗震類別為丙類。根據(jù)有關(guān)要求，柱混凝土強度等級:一～三層為C25,三層以上為C20;樓面為C20,屋面板、為C25密實性混凝土。
5.1計算分析。根據(jù)工程建筑要求，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮建筑結(jié)構(gòu)的強度、剛度、穩(wěn)定性三個基本指標。我們一般采用彈性設(shè)計方法，即在正常使用情況下，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性受力狀態(tài)中，結(jié)構(gòu)具有較大的剛度，這一點施工人員要做好這方面的計算分析。
5.2防雷主要措施。我們可以采取該工程住宅屋面采用φ12鍍鋅圓做避雷帶，組成不大于20m×20m的網(wǎng)格。所有突出屋面的金屬構(gòu)件均應(yīng)與避雷帶可靠焊接。
這其中引下線利用柱內(nèi)的兩根直徑大于φ16的對角主筋通長焊接作為避雷引下線，上端與避雷帶連接，下端與地梁兩根主筋焊接。
5.3梁、柱節(jié)點的設(shè)計。我們在房屋設(shè)計梁柱節(jié)點時，通常出現(xiàn)多根梁交叉在一起的現(xiàn)象，主次梁的負彎矩鋼筋多層也會疊加在一起，這樣會對梁截面截面造成較大的影響。這也是房屋在建時它的成本很難控制的一方面。在此，筆者建議可采取降低次梁底面的標高和降低主梁底面標高的有關(guān)措施來加以控制。
5.4變形的分析。一旦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了過度變形，就會產(chǎn)生對之相對應(yīng)的裂縫。一般來說，結(jié)構(gòu)的過度變形是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足或者剛度不足的標志，它并沒有直接反映出結(jié)構(gòu)強度。導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形的因素有跨度、截面的尺寸、支座的形式、材料的質(zhì)量和荷載等，結(jié)構(gòu)變形是鑒定房屋安全的重要內(nèi)容。所以在進行房屋安全鑒定時，需要對房屋的綜合情況進行考慮。
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