時(shí)間：2023-03-20 16:14:40
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【關(guān)鍵字】輕鋼門式，剛架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)要點(diǎn)，注意問題
中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
一．前言
輕型鋼門式鋼架結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是普遍存在的，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，是其他一些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所無法比擬的。為了更大范圍的發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，確保這種鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，我們就需要對(duì)該種鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行分析，克服在輕型鋼門式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，掌握其設(shè)計(jì)要點(diǎn)，使輕型鋼門式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到更大的發(fā)展。
二．輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)相關(guān)概述
1．輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)形式
輕鋼門式剛架的結(jié)構(gòu)形式多樣，主要有以下幾種：單跨、雙跨、多跨剛架以及帶挑檐的剛架等。
2．輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)典型優(yōu)勢(shì)
（一）自重輕
輕鋼框架結(jié)構(gòu)重量比很高，墻厚較薄，因此可以使房屋的跨度達(dá)到很大，鋼材可根據(jù)不同用途合理分配截面尺寸的高寬比，使用面積較其他結(jié)構(gòu)要提高很多。輕鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，自重約為后者的一半 。在工程設(shè)計(jì)中可以根據(jù)實(shí)際情況達(dá)到個(gè)性化的要求 。
（二）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，抗震性能突出
輕鋼框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好 ，鋼梁、鋼柱組成柔性框架，可充分發(fā)揮鋼材強(qiáng)度高、延性好 、塑性變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)，以吸收部分地震能量，房屋的抗拉伸、扭曲 、震動(dòng)的能力得以強(qiáng)化，而且適合建造在各種地質(zhì)條件的地基上，提高了結(jié)構(gòu)的安全可靠性 。
（三）施工速度快
一般情況下，輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑的施工由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化 、定型化，構(gòu)件加工制作工業(yè)化 ，另外加上現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的過程中不受氣候影響 ，簡單快捷 ，時(shí)間相對(duì)鋼混結(jié)構(gòu)住宅縮短 工 時(shí)1／3~1／2，加快了資金周轉(zhuǎn)，大大提高了投資回報(bào)速度 。
三．輕鋼門式剛架設(shè)計(jì)
1． 剛架的間距
剛架的架間距與剛架的跨度、屋面荷載及檁條形式等因素有關(guān)，剛架跨度較小時(shí)，選用較大的剛架間距，增加檁條的用鋼量是不經(jīng)濟(jì)的，但是，如果對(duì)間距進(jìn)行稍微的變動(dòng)，不僅既經(jīng)濟(jì)，同時(shí)對(duì)于也不至于對(duì)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量產(chǎn)生太大的影響。
2．剛架橫梁的截面高度與其跨度之比
對(duì)格構(gòu)式剛架橫梁，截面高度宜采用跨度1／l5-1／25；對(duì)實(shí)腹式剛架橫梁，截面高度宜采用跨度的1／30～1／45：輕型剛架采用比值的下限。
3．柱腳的假定
按柱腳與基礎(chǔ)的連接形式，可分為剛接和鉸接兩種。經(jīng)計(jì)算比較，與基礎(chǔ)剛接的剛架比鉸接的剛架可節(jié)省鋼材l0%—15％，并且在提高結(jié)構(gòu)承載力和減小剛架側(cè)向位移方面，比鉸接剛架有利。但剛接剛架的基礎(chǔ)造價(jià)高，對(duì)地基條件的要求也比較高，如果把柱基做得符合剛接要求，對(duì)于輕型剛架并不一定經(jīng)濟(jì)，所以一般采用鉸接柱腳。
四．輕鋼門式鋼架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
1．柱腳
剛架柱腳與基礎(chǔ)的連接形式分理論鉸接、工程鉸接和剛接3種，分別示于圖1。而圖1所示的連接形式也難以抵抗柱腳的轉(zhuǎn)動(dòng)，柱腳實(shí)測(cè)應(yīng)力值比計(jì)算值小，柱頂實(shí)測(cè)應(yīng)力值偏大。鉸接柱腳是門式剛架設(shè)計(jì)中常用的假定條件，柱腳具有部分的嵌固性，不會(huì)對(duì)剛架的受力產(chǎn)生不利的影響。在屋面的恒截和風(fēng)載的作用下，理論鉸接的柱頂位移過大，上述試驗(yàn)實(shí)測(cè)值為7．04cm，工程鉸接可以改善這種情況。實(shí)測(cè)值為5．26cm，剛接的情況最好為2．94cm。
圖1鋼架柱腳形式
因墻體材料不同和柱腳連接的形式各異，對(duì)柱頂側(cè)移的限值沒有明確規(guī)定。為防止產(chǎn)生能夠影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的變位，將柱頂水平位移限制在1／150柱高以內(nèi)比較合適。
2．角隅和屋脊節(jié)點(diǎn)
為保證節(jié)點(diǎn)連接的剛性和便于布置連接螺栓，常在角隅和屋脊處加腋。加腋高度一般為橫梁截面高度為1/2，由橫梁截面斜切而成。帶加腋的門式剛架可以減少橫梁的彎矩，從而可減小其截面的尺寸，當(dāng)然也相應(yīng)加大了柱子的彎矩，因?yàn)闄M梁的總長度通常大于柱子的長度，這樣節(jié)約下來的鋼材可以補(bǔ)償加腋所用的費(fèi)用。
在屋脊處的加腋不僅有利于節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，而且有助于減少剛架的垂直撓度，但由于屋脊附近的彎矩變化比較平緩，故對(duì)提高剛架的承載力并不起直接作用。
3．柱頂腹板的加勁肋
柱頂腹板常設(shè)置加勁肋，以提高角隅處板域的抗剪強(qiáng)度，如圖3所示。同時(shí)由于圖2柱頂腹板加勁形式柱翼緣板的厚度一般小于橫梁端板的厚度，為防止柱翼緣板在受拉螺栓的作用下產(chǎn)生撓曲變形，在柱翼緣受拉螺栓附近設(shè)置加勁板(圖2a)。圖2c采用對(duì)角線受拉加勁肋與短加勁板相結(jié)合的形式，使加勁肋在結(jié)構(gòu)上更有效，并且可克服采用其他形式加勁肋可能碰到的穿螺栓的困難。
圖2 柱頂腹板加勁形式
4．檐口構(gòu)件
剛架之間角隅處的檐口構(gòu)件，應(yīng)設(shè)計(jì)得比較剛強(qiáng)。檐口構(gòu)件包括角隅處垂直支撐、墻梁和檁條等。它對(duì)柱頂提供“定位約束”，并把縱向風(fēng)力傳遞給支撐系統(tǒng)，同時(shí)為角隅處受壓內(nèi)翼緣提供側(cè)向約束。
為角隅處設(shè)置的垂直支撐，將檐口構(gòu)件與受壓內(nèi)票緣直接而可靠地連接起來，防止側(cè)間撓曲。如果是弧形內(nèi)翼緣，支撐應(yīng)設(shè)置于弧的中點(diǎn)或靠近中點(diǎn)處。在直梁和直柱的情況下，應(yīng)設(shè)置于它們的交點(diǎn)，或沿角隅處柱內(nèi)翼緣垂直布置。雖然在角隅處彎矩下降比較快，在距角隅很近的距離內(nèi)受壓內(nèi)翼緣的彎曲應(yīng)力已，不太大，但還應(yīng)在附近設(shè)置側(cè)向支撐點(diǎn)，一般在內(nèi)翼緣的轉(zhuǎn)折處，或曲線加腋的弧形端點(diǎn)。
在鋼架角隅處測(cè)向支撐曲線加腋的角隅中，b2／Rt的關(guān)系應(yīng)小于2，以減小曲線翼緣的法向分力向腹板集中的程度，此處b為翼緣的寬度，t為翼緣的厚度，R為益線加腋的益率半徑。通?？捎眉訌?qiáng)的墻梁和檀條，利用角撐為受壓內(nèi)翼緣提供側(cè)面支撐。
五．結(jié)束語
輕型鋼門式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說具有十分重要的作用，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展也是具有重大意義的，因此我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于輕型鋼門式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討。
參考文獻(xiàn)：
[1]趙希平 某輕鋼門式鋼架廠房火災(zāi)后的恢復(fù)第三屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集2003-07-01中國會(huì)議
[2]葉飛; 李其成; 沈小璞 帶有長懸臂雨篷超大跨度門式鋼架結(jié)構(gòu)的有限元分析安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2011-12-15期刊
[3]呂輝勇 輕型門式剛架平面內(nèi)穩(wěn)定性能及空間性能分析蘭州理工大學(xué)2006-05-01碩士
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(hào)：TU393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(duì)于剛性大跨度房屋結(jié)構(gòu)來講，其主要設(shè)計(jì)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(dú)立基礎(chǔ)。本工程屋頂形式采用張弦桁架構(gòu)件，同時(shí)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(duì)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行對(duì)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(diǎn)：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(shí)現(xiàn)了地震作用下側(cè)向位移及風(fēng)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(huì)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(qiáng)度為1860MPa一共6束。同時(shí)，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(shí)，確保弦桿與錨杯焊接。
3大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意問題
在進(jìn)行大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要做好單榀主桁架的驗(yàn)算工作，并對(duì)單榀主桁結(jié)構(gòu)中墻面、屋頂?shù)奈恢眠M(jìn)行分析與確定。同時(shí)，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(xiàng)目所處區(qū)域?yàn)?0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(shí)，我們需要考慮到以下幾個(gè)方面的因素：
（1）單跨屋面在荷載作用時(shí)，其張弦桁架對(duì)格構(gòu)柱不會(huì)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(duì)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(fēng)荷載作用時(shí)，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相關(guān)規(guī)定，拉索要小于應(yīng)力比。
（4）屋頂桁架在風(fēng)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(jìn)行大跨度鋼結(jié)構(gòu)分析時(shí)，要按照桿單元對(duì)桁架腹桿進(jìn)行分析，同時(shí)要按照梁單元對(duì)弦桿進(jìn)行分析。在結(jié)構(gòu)計(jì)算的過程中，本工程采用SAP2000V1462軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)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(qiáng)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(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，應(yīng)選擇正溫，不能選擇負(fù)溫。但在負(fù)溫作用下，由于拉索拉力較大，所以拉索不會(huì)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(dāng)剛度滿足要求后，屋頂桁架要與格構(gòu)鋼柱進(jìn)行焊接。對(duì)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(duì)單跨屋頂張弦桁架結(jié)構(gòu)的施工工況進(jìn)行分析，旨在為了施工吊裝作業(yè)提供依據(jù)。在進(jìn)行單榀結(jié)構(gòu)模態(tài)分析時(shí)，應(yīng)選用前5階周期的結(jié)構(gòu)模態(tài)進(jìn)行分析，經(jīng)分析得知，結(jié)構(gòu)側(cè)向的剛度不足。同時(shí)，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(shí)將交叉支撐設(shè)置于次桁架之間，這樣就可以形成一個(gè)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(shí)，應(yīng)按照建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行施工，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)分析時(shí)，要對(duì)不同的施工工況進(jìn)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(chǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按照以下步驟進(jìn)行施工。焊接屋頂拱形桁架；安裝鋼拉索，張拉反拱，以達(dá)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(gè)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(diǎn)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(cè)時(shí)，我們要對(duì)拉索內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)控，確保監(jiān)測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。在拉索張拉時(shí)，要先固定好立桿臨時(shí)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(dòng)。
5結(jié)束語
綜上所述，通過對(duì)某廠房大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，得到了以下幾個(gè)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(jì)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(shí)要對(duì)原有基礎(chǔ)進(jìn)行利用。
（2）在施加預(yù)張力時(shí)，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(duì)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(jì)算模型與實(shí)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(qiáng)度高、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)。在房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，要結(jié)合工程實(shí)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(shí)，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(chǎng)拼裝的安裝方式，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到鋼結(jié)構(gòu)在運(yùn)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(xiàn)：
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本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)開題報(bào)告范文
1.課題名稱：
鋼筋混凝土多層、多跨框架軟件開發(fā)
2.項(xiàng)目研究背景：
所要編寫的結(jié)構(gòu)程序是混凝土的框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，建筑指各種房屋及其附屬的構(gòu)筑物。建筑結(jié)構(gòu)是在建筑中，由若干構(gòu)件，即組成結(jié)構(gòu)的單元如梁、板、柱等，連接而構(gòu)成的能承受作用(或稱荷載)的平面或空間體系。
編寫算例使用建設(shè)部最新出臺(tái)的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2002,該規(guī)范與原混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ10-89相比，新增內(nèi)容約占15%，有重大修訂的內(nèi)容約占35%，保持和基本保持原規(guī)范內(nèi)容的部分約占50%，規(guī)范全面總結(jié)了原規(guī)范實(shí)施以來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，借鑒了國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
3. 項(xiàng)目研究意義：
建筑中，結(jié)構(gòu)是為建筑物提供安全可靠、經(jīng)久耐用、節(jié)能節(jié)材、滿足建筑功能的一個(gè)重要組成部分，它與建筑材料、制品、施工的工業(yè)化水平密切相關(guān)，對(duì)發(fā)展新技術(shù)。新材料，提高機(jī)械化、自動(dòng)化水平有著重要的促進(jìn)作用。
由于結(jié)構(gòu)計(jì)算牽扯的數(shù)學(xué)公式較多，并且所涉及的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)很零碎。并且計(jì)算量非常之大，近年來，隨著經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，城市人口集中、用地緊張以及商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的激烈化，更加劇了房屋設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，許多多高層建筑不斷的被建造。這些建筑無論從時(shí)間上還是從勞動(dòng)量上，都客觀的需要計(jì)算機(jī)程序的輔助設(shè)計(jì)。這樣，結(jié)構(gòu)軟件開發(fā)就顯得尤為重要。
一棟建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，主要取決于結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件的截面尺寸、材料強(qiáng)度等級(jí)以及主要機(jī)構(gòu)構(gòu)造是否合理。這些問題已經(jīng)正確解決，結(jié)構(gòu)計(jì)算、施工圖的繪制、則是另令人辛苦的具體程序設(shè)計(jì)工作了，因此原來在學(xué)校使用的手算方法，將被運(yùn)用到具體的程序代碼中去，精力就不僅集中在怎樣利用所學(xué)的結(jié)構(gòu)知識(shí)來設(shè)計(jì)出做法，還要想到如何把這些做法用代碼來實(shí)現(xiàn)，
4.文獻(xiàn)研究概況
在不同類型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有些內(nèi)容是一樣的，做框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)鍵是要減少漏項(xiàng)、減少差錯(cuò)，計(jì)算機(jī)也是如此的。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GBJ68-84) 該標(biāo)準(zhǔn)是為了合理地統(tǒng)一各類材料的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，是制定工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、鋼結(jié)構(gòu)、薄壁型鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)規(guī)范以及地基基礎(chǔ)和建筑抗震等設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)遵守的準(zhǔn)則，這些規(guī)范均應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)的要求制定相應(yīng)的具體規(guī)定。制定其它土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，可參照此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原則。本標(biāo)準(zhǔn)適用于建筑物(包括一般構(gòu)筑物)的整個(gè)結(jié)構(gòu)，以及組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和基礎(chǔ);適用于結(jié)構(gòu)的使用階段，以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作、運(yùn)輸與安裝等施工階段。本標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)了現(xiàn)代結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)理論，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法分析確定，即將各種影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素都視為隨機(jī)變量，使設(shè)計(jì)的概念和方法都建立在統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，并以主要根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析確定的失效概率來度量結(jié)構(gòu)的可靠性，屬于概率設(shè)計(jì)法，這是設(shè)計(jì)思想上的重要演進(jìn)。這也是當(dāng)代國際上工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法發(fā)展的總趨勢(shì)，而我國在設(shè)計(jì)規(guī)范(或標(biāo)準(zhǔn))中采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是迄今為止采用最廣泛的國家。
結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng) 常見的作用效應(yīng)有：
1.內(nèi)力。
軸向力，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一正截面上的法向拉力或壓力;
剪力，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一截面上的切向力;
彎矩，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一截面上的內(nèi)力矩;
扭矩，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一截面上的剪力構(gòu)成的力偶矩。
2.應(yīng)力。如正應(yīng)力、剪應(yīng)力、主應(yīng)力等。
3.位移。作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中某點(diǎn)位變(線位移)或某線段方向的改變(角位移)。
4.撓度。構(gòu)件軸線或中面上某點(diǎn)在彎短作用平面內(nèi)垂直于軸線或中面的線位移。
論文關(guān)鍵詞：門式剛架，適用范圍及結(jié)構(gòu)形式，材料選用，風(fēng)荷載，支撐布置，保溫隔熱
0 前言
近幾年，門式剛架房屋在工業(yè)建筑中得到廣泛利用，這種房屋結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、經(jīng)濟(jì)適用，適用范圍包括工業(yè)廠房、庫房、值班室、車庫等建筑，主要形式見圖1。結(jié)合近幾年的工程設(shè)計(jì)，談一下門式剛架房屋設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問題。
1 適用范圍及結(jié)構(gòu)形式
《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102:2002）(簡稱門式剛架規(guī)程) 第1.0.2條指出門式剛架結(jié)構(gòu)適用于主要承重結(jié)構(gòu)為單跨或多跨實(shí)腹門式剛架、具有輕型屋蓋和輕型外墻、無橋式吊車或有起重量不大于20t的A1~A5工作級(jí)別的橋式吊車或3t懸掛式起重機(jī)的單層房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
門式剛架的跨度宜采用9~36m，高度一般為4.5~9m，當(dāng)有橋式吊車時(shí)高度不宜大于12m。
實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，由于工藝專業(yè)要求或其他條件要求，門式剛架房屋的高度可能超過規(guī)范限制，或吊車起重量超過20t，此時(shí)已經(jīng)超過門式剛架規(guī)程的應(yīng)用范圍，應(yīng)按照單層鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)。
在門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系中，屋蓋宜采用壓型鋼板屋面板和冷彎薄壁型鋼檁條，主剛架可采用變截面實(shí)腹剛架。主剛架斜梁下翼緣和剛架柱內(nèi)翼緣出平面的穩(wěn)定性，由與檁條或墻梁相連接的隅撐來保證。
2 材料選用
2．1 規(guī)范規(guī)定材料選用，及基本設(shè)計(jì)規(guī)定
門式剛架的主要承重構(gòu)件應(yīng)采用Q235B、C、D碳素結(jié)構(gòu)鋼或Q345B、C、D低合金高強(qiáng)度鋼。
在抗震區(qū)，鋼材的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)大于0.85；鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺(tái)階，且伸長率不應(yīng)小于20%，鋼材應(yīng)有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。
由于單層門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的自重比較小，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為7度時(shí)，一般不需做抗震驗(yàn)算，當(dāng)為8度及以上時(shí)，橫向剛架和縱向框架均需做抗震驗(yàn)算。
對(duì)輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)由地震作用效應(yīng)組合控制設(shè)計(jì)時(shí)，尚應(yīng)針對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施。例如，構(gòu)件之間的連接應(yīng)盡量采用螺栓連接；斜梁下翼緣與剛架柱的連接處宜加腋以提高該處的承載力，該處附近翼緣受壓區(qū)的寬厚比宜適當(dāng)減小；柱腳的抗剪、抗拔承載力宜適當(dāng)提高，柱腳底板宜設(shè)抗剪鍵，并采取提高錨栓抗拔力的相應(yīng)構(gòu)造措施；支撐的連接應(yīng)按支撐屈服承載力的1.2倍設(shè)計(jì)等。
2．2 經(jīng)濟(jì)性比較
進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足受力要求的前提下，還應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性比較，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠，經(jīng)濟(jì)適用。比如：在同樣設(shè)計(jì)條件下，一榀剛架（高度為13.28m，跨度為66m），在滿足受力條件下，采用Q235B鋼材時(shí)，單榀剛架的重量為12.39t，采用Q345B鋼材時(shí)，單榀剛架的重量為10.52t；按江西地區(qū)的報(bào)價(jià)，Q235B鋼材的造價(jià)為5000元/t，Q345B鋼材的造價(jià)為5550元/t；這樣，采用Q235B鋼材時(shí)，單榀剛架造價(jià)為6.2萬元；采用Q345B鋼材時(shí)，單榀剛架造價(jià)為5.84萬元，經(jīng)過綜合比較材料選用，采用Q345B鋼材比較合理。
通過以上比較可以看出，設(shè)計(jì)人員不僅要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，還應(yīng)對(duì)主要建筑材料的價(jià)格有一定的了解，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案，可為業(yè)主節(jié)省一定投資。
3 風(fēng)荷載計(jì)算
3．1 規(guī)范選用
輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載，是以《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001)(2006年版)（以下簡稱荷載規(guī)范）為基礎(chǔ)確定的，當(dāng)柱腳為鉸接且剛架的1/h小于2.3和柱腳剛接且1/h小于3.0時(shí)，采用荷載規(guī)范規(guī)定的風(fēng)荷載體型系數(shù)進(jìn)行剛架設(shè)計(jì)偏于安全；而在其他情況下，按門式剛架規(guī)程計(jì)算偏于安全站。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意區(qū)分以上情況，避免一律采用門式剛架規(guī)程設(shè)計(jì)，影響結(jié)構(gòu)安全。
3．2 參數(shù)選用
參考國外規(guī)范，按門式剛架規(guī)程計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)，基本風(fēng)壓值應(yīng)乘以綜合調(diào)整系數(shù)1.05。
設(shè)計(jì)剛架時(shí)，風(fēng)荷載體型系數(shù)應(yīng)分別按四種受力模型取值，既端區(qū)封閉式、端區(qū)部分封閉式、中間區(qū)封閉式和中間區(qū)部分封閉式，在不同位置及是否封閉狀態(tài)下，剛架體型系數(shù)取值是不同的。許多設(shè)計(jì)者往往僅取中間封閉區(qū)計(jì)算，而忽略其他位置的剛架驗(yàn)算，這種做法是不對(duì)的，有時(shí)端區(qū)受力可能更大。此外，房屋布置天窗或有高低跨時(shí)，體形系數(shù)應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范取值，不得混淆取值。檁條設(shè)計(jì)也有同樣的問題。
4 支撐布置
門式剛架房屋應(yīng)設(shè)柱間支撐及屋面支撐，支撐可采用鋼管、角鋼、槽鋼、圓鋼等截面形式，支撐布置除應(yīng)滿足門式剛架規(guī)程第4.5節(jié)要求以外，還應(yīng)注意以下問題：
4．1 帶吊車結(jié)構(gòu)
剛架跨度大于18m且設(shè)有起重量≥16t的吊車時(shí)，宜在剛架端節(jié)間增設(shè)縱向支撐。當(dāng)?shù)踯嚻鹬亓繛?0t時(shí)，宜在牛腿頂標(biāo)高處沿縱向剛架柱外側(cè)之間設(shè)型鋼水平系桿。
4．2 無法設(shè)柱間支撐結(jié)構(gòu)
對(duì)于無法設(shè)置柱間支撐的低矮門式剛架房屋（如車庫），宜在縱向剛架之間設(shè)置剛接型鋼梁，保證縱向穩(wěn)定。
4．3 增設(shè)分配梁
當(dāng)山墻抗風(fēng)柱位置不在屋面橫向支撐節(jié)點(diǎn)附近時(shí)，應(yīng)在支撐交叉點(diǎn)處增設(shè)分配梁。
4．4 柱腳錨栓
計(jì)算設(shè)柱間支撐的柱腳錨栓上拔力時(shí)應(yīng)記錄柱間支撐產(chǎn)生的最大豎向分力材料選用，這是門式剛架規(guī)程第7.2.19強(qiáng)條規(guī)定，但設(shè)計(jì)人員往往容易忽視。對(duì)于設(shè)吊車或者其他水平荷載較大的房屋，柱間支撐產(chǎn)生的上拔力較大，如果不計(jì)入，可能會(huì)造成錨栓被拔起的嚴(yán)重后果。
5 保溫隔熱
屋面和墻面的保溫隔熱構(gòu)造均應(yīng)根據(jù)熱工計(jì)算確定。屋面保溫隔熱可采用下列方法之一：
1．在壓型鋼板下設(shè)帶鋁箔防潮層的玻璃纖維氈或礦棉氈卷材；若防潮層未用纖維增強(qiáng)，尚應(yīng)在底部設(shè)置鋼絲網(wǎng)或玻璃纖維織物等具有抗拉能力的材料，以承托隔熱材料的自重；
2. 金屬復(fù)合夾芯板；
3. 在雙層壓型鋼板中間填充保溫材料。
外墻保溫隔熱可采用下列方法之一：
1. 采用與屋面相同的保溫隔熱做法；
2. 外側(cè)采用壓型鋼板，內(nèi)側(cè)采用預(yù)制板，紙石膏板或其他纖維板，中間填充保溫材料；
3. 采用多孔磚等砌體。
6 結(jié)語
還有其他問題，如剛架在施工中應(yīng)及時(shí)安裝支撐，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定的安裝順序；柱腳底板下面的每根錨栓，應(yīng)設(shè)置調(diào)整螺母，校準(zhǔn)后進(jìn)行二次灌漿；底板的連接、柱與牛腿的連接、梁端板的連接、吊車梁及支承局部懸掛荷載的吊架，不得采用單面焊等，不再一一例舉，希望以上問題能對(duì)讀者今后的設(shè)計(jì)起到有益作用。
參考文獻(xiàn)
[1]CECS 102：2002 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程
[2]GB 50009-2001 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（2006年版）
關(guān)鍵詞: 豎縫抗剪抗剪承載力栓釘接合面
中圖分類號(hào)：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jìn)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(duì)該類結(jié)構(gòu)豎縫抗震性能的研究并不多，各國規(guī)范對(duì)其抗剪強(qiáng)度的計(jì)算采用不同的破壞機(jī)理。
1 抗剪承載力計(jì)算公式
1.1栓釘連接件抗剪承載力計(jì)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(duì)栓釘抗剪連接承載力的計(jì)算研究的比較多，但是各國對(duì)其計(jì)算公式?jīng)]有形成統(tǒng)一。
加拿大《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dāng)hst/dst≥4(hst和dst分別表示栓釘?shù)母叨群椭睆?時(shí)，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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(=0.83fcu)，fu為栓釘?shù)臉O限抗拉強(qiáng)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(jì)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(xué)者聶建國、沈聚敏、崔玉萍、胡夏閩等人對(duì)栓釘抗剪連接件進(jìn)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(jì)規(guī)范》中有關(guān)剪力連接件計(jì)算的條文提供了依據(jù)。
《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》(1997修訂稿)規(guī)定，當(dāng)hst/dst≥4.0時(shí)，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(qiáng)度設(shè)計(jì)值，f表示栓釘抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
我國現(xiàn)行的GB50017-2002鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)鋼-混凝土組合梁設(shè)計(jì)條文進(jìn)行了較大改進(jìn)，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(qiáng)度最大值與屈服值之比，f表示栓釘抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
本次試驗(yàn)栓釘?shù)挠?jì)算荷載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(jì)算公式
接縫處承載力驗(yàn)算還需包括抗剪銷鍵的焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算和混凝土的局部承壓驗(yàn)算，焊縫在剪力作用下按純剪切考慮，可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017的規(guī)定計(jì)算；驗(yàn)算抗剪銷鍵上混凝土的受壓承載力時(shí)，局部承壓混凝土的垂直抗壓強(qiáng)度可取1.5fc。
2 試驗(yàn)概述
本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了5個(gè)試件，試件的配置方式是根據(jù)栓釘?shù)呐滗撀试?%左右進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此在試件配置時(shí)選擇6個(gè)栓釘（1.32%）和4個(gè)栓釘（0.88%）。試驗(yàn)中鋼管采用120mm*120mm*4mm的普通Q345級(jí)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度試驗(yàn)得到栓釘抗拉強(qiáng)度為355.78Mpa。
試件墻體部分采用C30自密實(shí)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(shí)混凝土，其配合比比值為：0.22:1:1.13:1.22。
本次試驗(yàn)用MTS作動(dòng)器完成，加載點(diǎn)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(yàn)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(duì)試件施加低周反復(fù)荷載直至破壞。
3 計(jì)算結(jié)果分析
本次試驗(yàn)試件破壞形式全部為混凝土破壞，栓釘未剪斷。本次試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果與各國規(guī)范計(jì)算值的比較見表1。
表1 豎縫抗剪試驗(yàn)值與各國規(guī)范計(jì)算值的對(duì)比
注：試件編號(hào)中“6S2P”是指6個(gè)栓釘和2個(gè)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(jì)算值均高于試驗(yàn)結(jié)果，原因有以下幾點(diǎn)：
1）本次試驗(yàn)的栓釘為直剪破壞，與推出試驗(yàn)相似，各國規(guī)范是對(duì)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(yàn)得到的栓釘抗剪承載力比組合梁中栓釘?shù)膶?shí)際抗剪承載力要低。
2）由于栓釘布置較密集，在試驗(yàn)時(shí)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(jì)算
各國的規(guī)范中有關(guān)于栓釘抗剪承載力的計(jì)算公式，但是對(duì)栓釘和銷鍵組合抗剪的計(jì)算公式未見報(bào)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(jì)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(jì)強(qiáng)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(shí)測(cè)值和計(jì)算值
按該計(jì)算公式（1）得出各試件的豎向接合面抗剪承載力計(jì)算值和實(shí)測(cè)值見表2，計(jì)算值和實(shí)測(cè)值吻合較好，試件SP-6S和SP-6S2P相對(duì)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(jì)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(yàn)試件的破壞形式與推出試驗(yàn)相似，且試件的實(shí)際壓力值均低于各國規(guī)范的計(jì)算值。
（3）對(duì)于采用栓釘和銷鍵組合連接方式的構(gòu)件，按照公式（1）進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合良好，可以應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)中。
參考文獻(xiàn)
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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：大跨度體育館；鋼桁架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；內(nèi)力；桿件；抗震性能
鋼結(jié)構(gòu)自身的重量小、強(qiáng)度高，可塑性和柔韌性都較強(qiáng)的特點(diǎn)，使其成為公認(rèn)的具有良好性能的結(jié)構(gòu)，而且以桁架為代表的鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用到空間結(jié)構(gòu)體系中，尤其是跨度較大，標(biāo)高較高的大型場(chǎng)館，空間鋼結(jié)構(gòu)管桁架設(shè)計(jì)作為其屋蓋結(jié)構(gòu)發(fā)揮著很多的優(yōu)點(diǎn)。
1 管桁架結(jié)構(gòu)的分類
大量的建筑工程實(shí)踐證明：大跨度桁架結(jié)構(gòu)的運(yùn)用一方面滿足了建筑的基本原則和要求，另一方面也與最新的設(shè)計(jì)理念相吻合。伴隨著建筑業(yè)的不斷深化與發(fā)展，出現(xiàn)了許多類似跨度大、空間形狀相對(duì)復(fù)雜多變的鋼結(jié)構(gòu)的建筑，而且在形式方面也日漸新穎。
桁架根據(jù)桿件布置的不同以及受力方式的差異，一般分為平面和空間兩種結(jié)構(gòu)形式。平面桁架是指上、下弦以及腹桿全部處于同一平面，而空間桁架結(jié)構(gòu)的上、下弦同腹桿通常處在一個(gè)三角形截面上。一般說來，前者的外部剛度較差，而后者的結(jié)構(gòu)跨度大、穩(wěn)定性高，外觀通常也比較富有美感，因此被采用的較多。另外，對(duì)于管桁架的連接件桿件截面的種類，一般常用的為圓形、正方以及長方形，選擇不同圖形的截面相應(yīng)的桁架類型也有所不同。
2 大跨度桁架結(jié)構(gòu)的受力分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
大跨度桁架結(jié)構(gòu)的受力分析及計(jì)算是鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此無論是受力分析還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都需要借助專業(yè)計(jì)算軟件的力量來達(dá)到事半功倍的效果。
2.1 計(jì)算軟件的選擇
大跨度桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般使用同濟(jì)大學(xué)的3D3S軟件，同時(shí)還采用有限元軟件Sap2000進(jìn)行校核。3D3S可方便輸入單元、節(jié)點(diǎn)、局部單元荷載，各種工況荷載都可以通過導(dǎo)荷載的方式由面荷載轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)荷載，風(fēng)荷載可自動(dòng)考慮風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)振系數(shù)；可套用多種規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)算，特有同一模型中對(duì)不同的單元采用不同的控制參數(shù)功能；可方便輸出模型以及每一單元在各工況、組合下的內(nèi)力、位移、應(yīng)力比圖，因此，工程中最常使用計(jì)算軟件為3D3S。同時(shí)，采用Sap2000對(duì)結(jié)構(gòu)整體分析，可得到桿件最不利內(nèi)力及結(jié)構(gòu)最大變形。
2.2 受力分析
在大跨度體育館桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的開口截面（如H型鋼和I字鋼）應(yīng)用的很多，但相比較來講，尤以管狀的桁架更為常見，因此本論文在講述桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和計(jì)算規(guī)則時(shí)，主要是以管狀的桁架為例。管桁架，是指用圓桿件在端部相互連接而組成的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)。
通過建模分析以及荷載的組合分配，理論上將大跨度體育館桁架的荷載分為永久荷載與可變活荷載兩類。前者主要指承重結(jié)構(gòu)的自重（包括桿件及節(jié)點(diǎn)的自重）、屋面板及檁條的自重、馬道、吊掛燈具及其他設(shè)備的自重，一般按從屬面積折算荷載值；后者主要是一些不確定的載荷，如風(fēng)荷載、雪荷載、上人屋面的荷載，甚至是地震荷載等作用在屋蓋上的“可動(dòng)力”。
管桁架結(jié)構(gòu)的計(jì)算要滿足基本的規(guī)定：管桁架結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行重力荷載及風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力、位移計(jì)算以及整體的穩(wěn)定性驗(yàn)算，并應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)地震、溫差變化、支座沉降及施工安裝荷載等作用下產(chǎn)生的位移與內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。其中，內(nèi)力和位移可按彈性理論，采用空間桿系的有限元方法進(jìn)行計(jì)算。外荷載可按靜力等效原則將節(jié)點(diǎn)所轄區(qū)域內(nèi)的荷載集中作用在該節(jié)點(diǎn)上。結(jié)構(gòu)分析時(shí)，應(yīng)考慮上部空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)于下部支承結(jié)構(gòu)的相互影響；另外應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、支座節(jié)點(diǎn)的位置、數(shù)量和構(gòu)造情況以及支承結(jié)構(gòu)的剛度，確定合理的邊界約束條件。
當(dāng)然，受力分析的重點(diǎn)是桁架的節(jié)點(diǎn)處。統(tǒng)籌的講，桁架的相貫節(jié)點(diǎn)有K型、T型、馬鞍加強(qiáng)型（具體如圖1所示），也需要對(duì)節(jié)點(diǎn)的受力形式及連接形式進(jìn)行計(jì)算。
2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
追求永無止境，成功的設(shè)計(jì)是在保證安全、設(shè)計(jì)質(zhì)量、規(guī)范要求等的前提下，盡可能地采用3D3S等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)桿件、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，改善結(jié)構(gòu)布局，運(yùn)用新工藝、新材料、新技術(shù)、新設(shè)備來不斷地優(yōu)化整個(gè)結(jié)構(gòu)，以期達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的推廣作用。
3 大跨度桁架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)
3.1 抗風(fēng)荷載作用的構(gòu)造設(shè)計(jì)
對(duì)于大跨度的輕型屋蓋來講，風(fēng)荷載的作用是影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素。大跨度體育館都要求內(nèi)部空間的寬廣，而這勢(shì)必就造成屋蓋在風(fēng)的吸力作用下被掀起，因此大跨度桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要充分考慮整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)系數(shù)和抗風(fēng)能力。大跨度結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，質(zhì)量較輕、阻尼較小，處于湍流度高的低矮大氣邊界層中，導(dǎo)致負(fù)壓作用明顯，如屋面轉(zhuǎn)角、邊緣和屋脊等部位。另外，這些部位的壓力波動(dòng)往往較大，甚至有可能產(chǎn)生交變力的作用，因此這些部位容易成為大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)破壞中首當(dāng)其沖，對(duì)風(fēng)災(zāi)后大跨度屋蓋房屋破壞情況的實(shí)地調(diào)查資料也充分證實(shí)了這一點(diǎn)。
對(duì)于大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)問題，除了應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的抗風(fēng)荷載設(shè)計(jì)以保證結(jié)構(gòu)主體的強(qiáng)度以外，還需要針對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的薄弱部位和薄弱環(huán)節(jié)采取有效的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)，用來加強(qiáng)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件之間的整體性。一般來講，體育館中大跨度桁架結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)構(gòu)造設(shè)計(jì)從下列三個(gè)方面考慮：①加強(qiáng)屋蓋系統(tǒng)自身的連接和整體性；②加強(qiáng)屋蓋系統(tǒng)與其承重墻（柱）體的連接；③加強(qiáng)桁架各個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接形式。
3.2 桁架的抗震性能設(shè)計(jì)
地震是地殼運(yùn)動(dòng)時(shí)地表產(chǎn)生的一系列縱向和橫向顫動(dòng)。根據(jù)規(guī)范，凡屬劇場(chǎng)、體育館等大跨度公共建筑，其抗震措施按設(shè)防烈度均應(yīng)選用8度設(shè)防，而且多采用時(shí)程分析進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。
采用時(shí)程分析法時(shí)，應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于兩組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振形分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符。當(dāng)采用振形分解反應(yīng)譜法進(jìn)行體育館大跨度桁架結(jié)構(gòu)的地震作用分析時(shí)，要取前30個(gè)振形，而且對(duì)體形特別復(fù)雜或重要的需要取更多振形進(jìn)行效應(yīng)組合。在抗震分析時(shí)，應(yīng)考慮支承體系對(duì)其受力的影響，此時(shí)可將桁架結(jié)構(gòu)與支承體系同時(shí)考慮，按整體分析模型進(jìn)行計(jì)算，其中的地震作用效應(yīng)分析的阻尼比可以根據(jù)不同的情況參照下表。
參考文獻(xiàn)
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[3]中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn).GB50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.
關(guān)鍵詞：民用建筑；層次分析法；優(yōu)化改進(jìn)
隨著各種新型結(jié)構(gòu)和材料的引進(jìn)和運(yùn)用，結(jié)合我國現(xiàn)狀研究高層住宅的抗震性能已成為一種趨勢(shì)，這也是國民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展和國計(jì)民生的重要保證。研究高層和超高層房屋的抗震性和經(jīng)濟(jì)性涉及因素多,必須對(duì)方案從整體上進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),建立正確的決策模型,從而得到客觀合理的優(yōu)劣排序，并在此基礎(chǔ)上對(duì)各建筑結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。
1傳統(tǒng)民用建筑結(jié)構(gòu)方案初選
1．1多層磚混結(jié)構(gòu)房屋
特點(diǎn)：磚混結(jié)構(gòu)中的“磚”，是指一種統(tǒng)一尺寸的建筑材料，也包括其他尺寸的異型黏土磚、空心磚等。 “混”是指由鋼筋、水泥、沙石、水按一定比例配制的鋼筋混凝土配料，包括樓板、過梁、樓梯、陽臺(tái)。這些配件與磚做的承重墻相結(jié)合，所以稱為磚混結(jié)構(gòu)。磚混結(jié)構(gòu)住宅一般以多層 （24米以下，住宅10層以下）住宅為主，其抗震性能比起以下三者相對(duì)弱一些。
1.2框架結(jié)構(gòu)房屋
特點(diǎn)：由鋼筋混凝土澆灌成的承重梁柱組成骨架，再用空心磚或預(yù)制的加氣混凝土、陶粒等輕質(zhì)板材作隔墻分戶裝配而成。墻主要是起圍護(hù)和隔離的作用，由于墻體不承重，所以可由各種輕質(zhì)材料制成。
1.3剪力墻結(jié)構(gòu)房屋
特點(diǎn)：剪力墻是用鋼筋混凝土墻板來承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，這種用剪力墻來承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)在高層（10層及10層以上的居住建筑或高度超過24米的建筑）房屋中被大量運(yùn)用。
1.4鋼結(jié)構(gòu)房屋
特點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)是以鋼材為主要結(jié)構(gòu)材料。鋼材的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、重量輕，同時(shí)由于鋼材料的勻質(zhì)性和強(qiáng)韌性，可有較大變形，能很好地承受動(dòng)力荷載，具有很好的抗震能力。一般的超高層建筑（100米以上）或者跨度較大的建筑通常應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)。不過，由于鋼結(jié)構(gòu)建筑的造價(jià)相對(duì)較高，目前應(yīng)用不是非常普遍。
2.4各方案的總排序
表4-10各方案總排序
因素
方案 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Wi 排序結(jié)果
0.321 0.160 0.107 0.160 0.107 0.080 0.065
A1 0.355 0.261 0.429 0.048 0.077 0.107 0.063 0.230 3
A2 0.284 0.087 0.214 0.238 0.385 0.160 0.313 0.240 2
A3 0.203 0.130 0.214 0.286 0.308 0.092 0.187 0.207 4
A4 0.158 0.522 0.413 0.428 0.230 0.641 0.437 0.351 1
3.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化
3.1傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣態(tài)勢(shì)和改進(jìn)空間分析
3.1.1磚混結(jié)構(gòu)
優(yōu)劣態(tài)勢(shì)：由于磚混結(jié)構(gòu)的材料成本低，建造簡單，故其造價(jià)相對(duì)較低，施工較容易。但由于磚混結(jié)構(gòu)是由鋼筋混凝土配料與由粘土磚、空心磚等做的承重墻結(jié)合，故其抗震能力和耐用性相對(duì)較差，結(jié)構(gòu)自重偏大，空間布置也不靈活。
改進(jìn)空間：由于磚混結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)，發(fā)展較其他結(jié)構(gòu)快，技術(shù)已經(jīng)達(dá)到幾乎完全成熟，故磚混結(jié)構(gòu)改進(jìn)空間很小。
綜上，磚混結(jié)構(gòu)各方面相對(duì)其他傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)較弱，且?guī)缀鯖]有改進(jìn)空間。
3.1.2框架結(jié)構(gòu)
優(yōu)劣態(tài)勢(shì)：根據(jù)層次分析法，框架結(jié)構(gòu)建安成本低于剪力墻結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，且耐用性好，但框架結(jié)構(gòu)最大的缺點(diǎn)就是施工過程繁瑣復(fù)雜，抗震能力相對(duì)鋼結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)較弱。
改進(jìn)空間：由于現(xiàn)階段各種減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用很多，將其應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)中可以有效增強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)的抗震能力，故框架結(jié)構(gòu)的改進(jìn)空間相對(duì)磚混結(jié)構(gòu)較大。
綜上，框架結(jié)構(gòu)抗震能力較弱的缺點(diǎn)可以通過應(yīng)用合適的減震設(shè)計(jì)來改進(jìn)。
3.1.3剪力墻結(jié)構(gòu)
優(yōu)劣態(tài)勢(shì)：根據(jù)層次分析法，剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)自重偏重，大大影響其建設(shè)高度；且由于剪力墻結(jié)構(gòu)布置不靈活，致使其適應(yīng)性弱于框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。
改進(jìn)空間：針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)布置不靈活的缺點(diǎn)，框架―剪力墻結(jié)構(gòu)可以彌補(bǔ)。它是框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種體系的結(jié)合，吸取了各自的長處，既能為建筑平面布置提供較大的使用空間，又具有良好的抗力性能。這種結(jié)構(gòu)的住房有很好的抗震性。而使用自重較輕的材料構(gòu)成剪力墻可以彌補(bǔ)剪力墻結(jié)構(gòu)自重較大的缺點(diǎn)。
3.1.4鋼結(jié)構(gòu)
優(yōu)劣態(tài)勢(shì)：與傳統(tǒng)的住宅相比，由于鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱快，比熱小，隨著溫度的升高，鋼材的機(jī)械力學(xué)性能迅速下降，未加防火保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)，遭遇火災(zāi)只需10幾分鐘時(shí)間，自身溫度就可達(dá)540℃以上，故鋼結(jié)構(gòu)有不耐高溫且易腐蝕的缺點(diǎn)。
改進(jìn)空間：針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)易腐蝕和不耐高溫的缺點(diǎn)，可以通過鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件防火來彌補(bǔ)，以減輕鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的破壞，避免鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中局部倒塌造成滅火及人員疏散的 困難；盡可能延長鋼結(jié)構(gòu)到達(dá)臨界溫度的過程，以爭(zhēng)取時(shí)間滅火救人；避免鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中整體倒塌造成人員傷亡；減少火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)的修復(fù)費(fèi)用，縮短災(zāi)后結(jié)構(gòu)功能恢復(fù)周期，減少間接經(jīng)濟(jì)損失。
綜上，通過提高鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐性能可以改善鋼結(jié)構(gòu)，其改進(jìn)空間較大。
3.2優(yōu)化傳統(tǒng)民用建筑結(jié)構(gòu)
3.2.1框架結(jié)構(gòu)房屋
優(yōu)化方案：根據(jù)框架結(jié)構(gòu)優(yōu)劣方案和改進(jìn)空間的分析，可以通過應(yīng)用合適的減震設(shè)計(jì)來改進(jìn)。由于框架結(jié)構(gòu)房屋主要是由框架承重，利用限制屈曲支撐（BRB）這種新型耗能減震構(gòu)件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼支撐可以降低框架結(jié)構(gòu)房屋在地震中的結(jié)構(gòu)位移，大大消耗地震能量，減輕結(jié)構(gòu)中的扭轉(zhuǎn)變形。
3.2.2框架-剪力墻結(jié)構(gòu)房屋
優(yōu)化方案：為了增強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)的空間布置靈活程度，可以將剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)結(jié)合起來形成框剪結(jié)構(gòu)。而框剪結(jié)構(gòu)中的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，不僅由于建筑采用框架結(jié)構(gòu)得以獲得寬敞的使用空間，而且十分有利于結(jié)構(gòu)受力。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)剪力墻自重較重的缺點(diǎn)，我們可以擺脫傳統(tǒng)材料的束縛，使用鋼板剪力墻。鋼板剪力墻是20世紀(jì)70年展起來的新型抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，其主要是提供結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度、抗剪強(qiáng)度和抗震延性。鋼板剪力墻由周邊框架和內(nèi)嵌鋼板組成，具有自重輕、安裝方便等特點(diǎn)，這剛好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)剪力墻自重大的缺點(diǎn)。
3.2.3鋼結(jié)構(gòu)房屋
優(yōu)化方案：為了克服鋼結(jié)構(gòu)建筑不耐火的缺點(diǎn)，可以使用防火板材和防火涂料來對(duì)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施防火保護(hù)。目前市場(chǎng)上防火涂料品種繁多，效果也不盡相同。超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是使用較廣泛的新型材料，該類防火涂料在受火時(shí)緩慢膨脹發(fā)泡形成致密堅(jiān)硬的防火隔熱層。針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)易被腐蝕的缺點(diǎn)，常用噴鋅或噴鋁，加重腐蝕涂料構(gòu)成長效防腐結(jié)構(gòu)，或者用配套重防腐涂料涂裝防護(hù)。
4結(jié)論
磚混結(jié)構(gòu)的建造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，改進(jìn)空間較??；框架結(jié)構(gòu)針對(duì)施工過程繁瑣復(fù)雜，抗震能力相對(duì)較弱的缺點(diǎn)，采用在建筑抗震能力較弱部位布置BRB支撐的方法來進(jìn)行改進(jìn)，具有一定的改進(jìn)空間；剪力墻結(jié)構(gòu)布置不靈活的缺點(diǎn)通過與其它結(jié)構(gòu)結(jié)合改進(jìn)成為框架-核心筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，剪力墻自重大的缺點(diǎn)使用鋼板剪力墻減輕自重；鋼結(jié)構(gòu)易腐蝕并且不耐高溫，通過使用超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料及噴鋁涂層加防腐涂料封閉的方法來改善。
參考文獻(xiàn)
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[2] 徐濤．對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析[J]
關(guān)鍵詞 ：輕鋼結(jié)構(gòu)；單層廠房；設(shè)計(jì)；
中圖分類號(hào)： TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
引言
隨著國家經(jīng)濟(jì)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(diǎn)迅速地占領(lǐng)著越來越廣的市場(chǎng)。其特點(diǎn)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(diǎn)，在設(shè)計(jì)中根據(jù)其特點(diǎn)揚(yáng)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(jì)更具有針對(duì)性和信服力，這里以實(shí)際的煉鋼廠房鋼結(jié)構(gòu)廠房為具體研究對(duì)象進(jìn)行分析討論。由于鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，煉鋼廠就成了一個(gè)重要的生產(chǎn)場(chǎng)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(yán)重不均勻的特點(diǎn)。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(jì)生產(chǎn)能力為50噸的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠為研究對(duì)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(jì)的要點(diǎn)
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(shí)腹焊接工字鋼或成品H 型鋼截面。單層廠房中當(dāng)設(shè)有橋式起重機(jī)時(shí)，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(dāng)廠房內(nèi)設(shè)有橋式起重機(jī)時(shí)按剛接連接，其他情況按鉸接連接。
焊接實(shí)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(dāng)房屋縱向長度不小于300 m，橫向長度不小于150 m 時(shí)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(fēng)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(jì)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(shí)還應(yīng)增設(shè)墻梁等構(gòu)件，墻梁的規(guī)格尺寸應(yīng)由計(jì)算確定，同時(shí)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(dān)和傳遞水平力，防止桿件產(chǎn)生過大的振動(dòng)，避免壓桿的側(cè)向失穩(wěn)，可保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定。
當(dāng)設(shè)有溫度伸縮縫時(shí)，在每個(gè)溫度伸縮單元應(yīng)分別同時(shí)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(diǎn)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(dāng)溫度伸縮單元長度不超過90 m 時(shí)，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(jì)
3.1 主要承重構(gòu)件( 剛架) 內(nèi)力計(jì)算方法
剛架的內(nèi)力計(jì)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(shí)還應(yīng)滿足現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求。
3.2 門式剛架位移( 側(cè)移) 計(jì)算
當(dāng)屋面坡度不大于1 ∶ 5 時(shí)，柱頂在水平力H 作用下的位移( 側(cè)移) u，可按下列公式計(jì)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(qiáng)度計(jì)算
工型截面受彎構(gòu)件在剪力、彎矩共同作用時(shí)，強(qiáng)度按下式進(jìn)行計(jì)算:
當(dāng)
當(dāng)截面為雙軸對(duì)稱時(shí):
其中，Mf為兩翼緣所承擔(dān)的彎矩; Me為構(gòu)件有效截面所承擔(dān)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(jì)值，Vd =hw tw fv '。
3.4 構(gòu)件穩(wěn)定計(jì)算
軸心受壓構(gòu)件( 工型截面) 局部穩(wěn)定計(jì)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(qiáng)度; hw為腹板的計(jì)算高度; tw為腹板的厚度。
3.5剛架柱基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)
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(dú)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(shí)，可以避免對(duì)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(jì)
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(jì)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(dòng)的有效措施; 柱腳錨栓按下柱柱間支撐傳遞的縱向風(fēng)荷載和吊車剎車力或縱向地震作用的上拔力計(jì)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(dān)，若還不滿足須設(shè)置槽鋼或角鋼抗剪鍵。計(jì)算柱腳錨栓的受拉承載力時(shí)，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(diǎn)。輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架設(shè)計(jì)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(gè)新生事物，需要我們?cè)O(shè)計(jì)人員在工程設(shè)計(jì)中不斷的探索、改進(jìn)、回訪中積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而解決在工程設(shè)計(jì)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(jì)人員提供了鍛煉的機(jī)會(huì)，帶來了新的挑戰(zhàn)，只要對(duì)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(jì)水平也會(huì)有較大的提高。
參考文獻(xiàn)
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