發(fā)布時(shí)間：2023-03-20 16:17:42
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
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?？v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：
(1)保證結(jié)構(gòu)的整體性。門(mén)式剛架屬于平面結(jié)構(gòu)，它們?cè)诳v向構(gòu)件、支撐和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的聯(lián)系下形成空間的穩(wěn)定體系，結(jié)構(gòu)只有組成空間穩(wěn)定整體，才能承擔(dān)各種荷載和其他外在效應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定設(shè)計(jì)，施工原則
【 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?，F(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(guān)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)：
[1] 紀(jì)榮洋,劉健. 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問(wèn)題的探索與分析[J]. 萊鋼科技, 2009,(02) .
[2] 陳妍. 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)原則及特點(diǎn)分析[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品, 2010,(09) .
[3] 譚磊. 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問(wèn)題的可靠性研究探討[J]. 陜西建筑, 2006,(01) .
關(guān)鍵詞：輕鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系組合樓蓋
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?？v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)?？涨唤Y(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
1）低、多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅考慮樓蓋與鋼梁的組合作用，可顯著減小主梁撓度和柱頂位移。
1.1液壓缸的速度-負(fù)載特性
由液壓缸組成的液壓回路多種多樣，進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路為例來(lái)分析液壓缸的速度-負(fù)載特性。
1.2缸體的強(qiáng)度參數(shù)的影響
液壓缸的受力狀態(tài)是相當(dāng)復(fù)雜的，常因疲勞破壞而發(fā)生失效。目前的強(qiáng)度分析主要根據(jù)彈性強(qiáng)度理論，對(duì)于大型厚壁長(zhǎng)行程液壓缸的強(qiáng)度主參數(shù)，主要體現(xiàn)在缸筒厚度的計(jì)算，其等效為等厚度受均勻分布內(nèi)壓的厚壁圓筒液壓缸體。
1.5緩沖裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響
在實(shí)際的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，要想保證緩沖結(jié)構(gòu)能夠正常穩(wěn)定地工作。就必須保證活塞桿和缸筒之間有良好的同軸度。要想保證這個(gè)同軸度，就必須保證好活塞桿和缸筒分別與前后端蓋、活塞的間隙配合及各部件的形位公差。在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中，由于受到設(shè)計(jì)、加工、裝配及使用等各種因素的影響，這一同軸度很難得到保證，這就導(dǎo)致了液壓缸在使用過(guò)程中常常出現(xiàn)問(wèn)題。為此，文獻(xiàn)介紹了一種比較實(shí)用的液壓缸緩沖結(jié)構(gòu)——浮動(dòng)緩沖裝置。該裝置通過(guò)在缸頭和缸底兩端分別設(shè)置緩沖裝置來(lái)補(bǔ)償在生產(chǎn)使用過(guò)程中造成的偏心，同時(shí)受活塞桿和缸筒同軸度的影響很小，且工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，緩沖效果好，在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中也很容易實(shí)現(xiàn)。
2車(chē)載液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)液壓缸缸筒時(shí)，應(yīng)正確確定各部分的尺寸，以保證液壓缸有足夠的輸出力、運(yùn)動(dòng)速度和有效行程，同時(shí)還必須具有一定的強(qiáng)度，能足以承受液壓力、負(fù)載力和意外的沖擊力。液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力的確定，應(yīng)能滿(mǎn)足液壓設(shè)備工作時(shí)對(duì)對(duì)動(dòng)力提出的要求，同時(shí)，能安全、可靠地進(jìn)行工作。本設(shè)計(jì)采用類(lèi)比選定法，確定車(chē)載液壓缸工作壓力pN為25MPa，液壓缸承受的最大負(fù)載為50kN，缸筒材料的許用應(yīng)力150MPa。
3結(jié)論
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；高層結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
中圖分類(lèi)號(hào)：TU375 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1、高層建筑結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)
1.1 框架結(jié)構(gòu)體系
框架結(jié)構(gòu)體系采用梁、柱組成的結(jié)構(gòu)體系作為建筑豎向承重結(jié)構(gòu)，并同時(shí)承受水平荷載，適用于多層或高度不大的高層建筑。框架結(jié)構(gòu)的布置要注意對(duì)稱(chēng)均勻和傳力途徑直接。傳統(tǒng)的樓蓋結(jié)構(gòu)布置采用主次梁的作法為主，逐步向扁梁或無(wú)梁樓蓋發(fā)展?？蚣苤强蚣芙Y(jié)構(gòu)的主要豎向承重和抗側(cè)力構(gòu)件, 以受壓應(yīng)力為主。
1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系
剪力墻結(jié)構(gòu)體系是利用建筑物的墻體作為豎向承重和抵抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)體系。剪力墻的間距受樓板構(gòu)件跨度的限制，一般為3～8 米。因而剪力墻結(jié)構(gòu)適用于要求小房間的住宅、旅館等建筑。剪力墻一般采用鋼筋混凝土材料，可分為全部為現(xiàn)澆的剪力墻,全部用預(yù)制墻板裝配而成的剪力墻，內(nèi)墻為現(xiàn)澆、外墻為預(yù)制墻板的剪力墻。
1.3 框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系
框架——剪力墻結(jié)構(gòu)是將框架和剪力墻結(jié)合在一起而形成的結(jié)構(gòu)形式。它既有框架結(jié)構(gòu)平面布局靈活、適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又有較好的承受水平荷載的能力, 是高層建筑中應(yīng)用比較廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式。
1.4 筒體結(jié)構(gòu)
隨著建筑物高度的增加，傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)體系、框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系已不能很好地滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下強(qiáng)度和剛度的要求。筒體體系在抵抗水平作用方面具有良好的剛度，并能形成較大的使用空間，筒體是由框架和剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)展而成。它是由若干片縱橫交接的框架或剪刀墻所圍成的筒狀封閉骨架。
2、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題
2.1 在結(jié)構(gòu)體系上，應(yīng)重視結(jié)構(gòu)的選型和平、立面布置的規(guī)則性，擇優(yōu)選用抗震和抗風(fēng)性能好且經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的傳遞地震力途徑，結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性宜相近。
2.2 一般工程都僅進(jìn)行小震下的彈性設(shè)計(jì)，通過(guò)概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施保證“中震可修，大震不倒”，但沒(méi)有驗(yàn)算和證實(shí)。對(duì)抗震設(shè)防烈度較高地區(qū)的特別重要建筑和超限建筑，審查專(zhuān)家往往會(huì)提出更具體的性能化設(shè)計(jì)目標(biāo)：（1）中震或大震不屈服設(shè)計(jì)；（2）中震或大震彈性設(shè)計(jì)；（3）要求設(shè)計(jì)單位確保實(shí)現(xiàn)“三水準(zhǔn)”的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
2.3 建筑物是應(yīng)當(dāng)有個(gè)性的，不應(yīng)當(dāng)千面一物。基于性能的抗震設(shè)計(jì)理念的特點(diǎn)是，使抗震設(shè)計(jì)從宏觀(guān)定性的目標(biāo)向具體量化的多重目標(biāo)過(guò)渡，允許按照業(yè)主的要求選擇不同層次的抗震性能目標(biāo)作為設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)依據(jù)。
2.4 水平地震作用是雙向的，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)能抵抗任意方向的地震作用，應(yīng)使結(jié)構(gòu)沿平面上兩個(gè)主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力；結(jié)構(gòu)剛度選擇時(shí)，雖可考慮場(chǎng)地特征選擇結(jié)構(gòu)剛度以減少地震作用效應(yīng)，但是也要注意控制結(jié)構(gòu)變形的增大，過(guò)大的變形將會(huì)因P-Δ效應(yīng)過(guò)大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞；結(jié)構(gòu)除需要滿(mǎn)足水平方向剛度和抗震能力外，還應(yīng)具有足夠的抗扭剛度和抵抗扭轉(zhuǎn)震動(dòng)的能力。
2.5 在一個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，應(yīng)避免應(yīng)力集中的凹角和狹長(zhǎng)的縮頸部位；避免在凹角和端部設(shè)置樓、電梯間；減少地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向體型盡量避免外挑，內(nèi)收也不宜過(guò)多、過(guò)急，結(jié)構(gòu)剛度、承載力沿房屋高度方向宜均勻、連續(xù)分布、避免造成結(jié)構(gòu)的軟弱或薄弱的部位。應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載力。根據(jù)具體情況，結(jié)構(gòu)單元之間應(yīng)遵守牢固連接或有效分離的方法。3、結(jié)構(gòu)選型中常見(jiàn)的問(wèn)題
3.1 結(jié)構(gòu)規(guī)則性的問(wèn)題
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于結(jié)構(gòu)規(guī)則性的要求現(xiàn)行規(guī)范增加了很多的新的規(guī)定。比如平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比較的信息以及豎向規(guī)則性信息等，并且在新的規(guī)范中，采用強(qiáng)制性的規(guī)定，所以在高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該遵循設(shè)計(jì)的規(guī)范內(nèi)容，從而可以有效避免施工中要求設(shè)計(jì)的改變。
3.2 嵌固端的設(shè)計(jì)問(wèn)題
目前很多的高層建筑物都有兩層或者兩層以上的人防和地下室，所以嵌固端可能設(shè)置在人防的頂板位置處，也可能設(shè)置在地下室頂板的位置處。在設(shè)置嵌固端時(shí)，建筑師以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師很容易忽略嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的問(wèn)題，如：嵌固端上下層的剛度、樓板的設(shè)計(jì)以及上下層抗震等級(jí)的統(tǒng)一性以及結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的位置等一系列的問(wèn)題[3]，如果在設(shè)計(jì)中忽略任何一個(gè)問(wèn)題都可能對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)造成安全隱患，所以這就要求建筑師以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，注意嵌固端設(shè)置的問(wèn)題。
3.3 短肢剪力墻設(shè)計(jì)的問(wèn)題
在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范中，對(duì)短肢剪力墻在高層建筑中應(yīng)用有很多的限制，所以在高層建筑設(shè)計(jì)中，建筑師以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)該盡量少設(shè)置或者不設(shè)置短肢剪力墻，從而可以有效避免由于設(shè)置短肢剪力墻帶來(lái)的問(wèn)題。
3.4 結(jié)構(gòu)超高問(wèn)題
在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于高層建筑的總高度在抗震規(guī)范中有嚴(yán)格的限制，特別是新規(guī)范中，除了將原來(lái)的限制高度設(shè)置為A級(jí)高度，增加了B級(jí)建筑物的高度，所以在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格控制建筑物高度，從而可以減少重新設(shè)計(jì)以及不符合要求等問(wèn)題，減少對(duì)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工程工期的影響。
4、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意滿(mǎn)足地方性規(guī)程的要求。由于我國(guó)幅員遼闊，地質(zhì)條件差異性大，作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，僅僅一本《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》無(wú)法對(duì)全國(guó)各地的地基基礎(chǔ)都進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定。因此，作為建立在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之下的地方標(biāo)準(zhǔn)，地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)程”能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類(lèi)型和設(shè)計(jì)處理方法等一些成熟的經(jīng)驗(yàn)描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確。所以，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對(duì)地方規(guī)程進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)，以避免對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或后期設(shè)計(jì)工作造成較大的影響。
5、計(jì)算與分析
5.1 計(jì)算模型的選取
對(duì)于常規(guī)結(jié)構(gòu)，可采用樓板整體平面內(nèi)無(wú)限剛假定模型；對(duì)于多塔或錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，可采用樓板分塊平面內(nèi)無(wú)限剛模型；對(duì)于樓板局部開(kāi)大洞、塔與塔之間上部相連的多塔結(jié)構(gòu)等可采用樓板分塊平面內(nèi)無(wú)限剛，并帶彈性連接板帶模型；而對(duì)于樓板開(kāi)大洞有中庭等共享空間的特殊樓板結(jié)構(gòu)或要求分析精度高的高層結(jié)構(gòu)則可采用彈性樓板模型。
5.2 抗震等級(jí)的確定
對(duì)常規(guī)高層建筑，與主樓連為整體的裙樓的抗震等級(jí)不應(yīng)低于主樓的抗震等級(jí)；對(duì)于地下室部分，當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同，地下一層以下的抗震等級(jí)可逐層降低一級(jí)，但不低于四級(jí)，地下室中超出上部主樓相關(guān)范圍且無(wú)上部結(jié)構(gòu)的部分，其抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)。
5.3 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分析計(jì)算
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，很多的建筑由于對(duì)建筑物的功能或者美觀(guān)要求，會(huì)布置一些非主體承重體系內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，對(duì)于這些構(gòu)件，特別是對(duì)于高層建筑物樓頂?shù)难b飾構(gòu)件，由于地震作用的鞭梢效應(yīng)比較大，所以在進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格遵守規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定，并滿(mǎn)足相關(guān)抗震措施要求。
結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得高層建筑在中國(guó)興起并發(fā)展的如火如荼，其建筑手段和設(shè)計(jì)也變得科技性更強(qiáng)。建筑工程的質(zhì)量直接關(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，對(duì)于這項(xiàng)復(fù)雜而科技含量高的工作，如何通過(guò)合理的設(shè)計(jì)使得高層建筑達(dá)到高質(zhì)量的同時(shí)也滿(mǎn)足人們居住舒適性需求，是每個(gè)建筑工作者必須考慮和解決的事情。
參考文獻(xiàn)
[1] 王小平. 鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題淺析[J]. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè). 2009(13)
論文摘要：我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)住宅起步很晚，只是改革開(kāi)放后，從國(guó)外引進(jìn)了一些低層和多層鋼結(jié)構(gòu)住宅，才使我們有了學(xué)習(xí)與借鑒的機(jī)會(huì)。大規(guī)模研究開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)制造、施工安裝鋼結(jié)構(gòu)住宅還是近二三年才發(fā)展起來(lái)。由于具備其他結(jié)構(gòu)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)住宅已經(jīng)給住宅產(chǎn)業(yè)和建筑行業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)深層次的革命，從設(shè)計(jì)、施工、到一系列新材料的使用都出現(xiàn)了革命性的變化，因而在國(guó)際范圍內(nèi)代表了未來(lái)的住宅發(fā)展新模式。
0 引言
高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在國(guó)外已有110多年的歷史，1883年最早一幢鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在美國(guó)芝加哥拔地而起，到了二次世界大戰(zhàn)后由于地價(jià)的上漲和人口的迅速增長(zhǎng)，以及對(duì)高層及超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系的研究日趨完善、計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和施工技術(shù)水平的不斷提高，使高層和超高層建筑迅猛發(fā)展。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在超高層建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面積比率越來(lái)越大，在超高層建筑中采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到質(zhì)疑；同時(shí)高強(qiáng)度鋼材應(yīng)運(yùn)而生，
在超高層建筑中采用部分鋼結(jié)構(gòu)或全鋼結(jié)構(gòu)的理論研究與設(shè)計(jì)建造可說(shuō)是同步前進(jìn)。
1 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的原則
穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)突出問(wèn)題。在各種類(lèi)型的鋼結(jié)構(gòu)中，都會(huì)遇到穩(wěn)定問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題處理不好，將會(huì)造成不應(yīng)有的損失。
根據(jù)穩(wěn)定問(wèn)題在實(shí)際設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)提出了以下三項(xiàng)原則并具體闡明了這些原則，以更好地保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)中構(gòu)件不會(huì)喪失穩(wěn)定。
1.1 結(jié)構(gòu)整體布置必須考慮整個(gè)體系以及組成部分的穩(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，如桁架和框架都是如此。保證這些平面結(jié)構(gòu)不致出平面失穩(wěn)，需要從結(jié)構(gòu)整體布置來(lái)解決，亦即設(shè)計(jì)必要的支撐構(gòu)件。這就是說(shuō)，平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的出平面穩(wěn)定計(jì)算必須和結(jié)構(gòu)布置相一致。就如上述的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)奈膿味斐沙銎矫媸Х€(wěn)。
1.2 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，這對(duì)框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算十分重要。
目前任設(shè)計(jì)單層和多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)常不作框架穩(wěn)定分折而是代之以框架柱的穩(wěn)定計(jì)算。在采用這種方法時(shí)，計(jì)算框架柱穩(wěn)定時(shí)用到的柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，自應(yīng)通過(guò)框架整體穩(wěn)定分析得出，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)定一些典型條件。
1.3 設(shè)計(jì)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，使二者有一致性。
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)中大家都注意的問(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)分別賦與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)?？紤]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。支座還需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。
2 鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)流程
2.1 判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)
鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車(chē)起重量大、有較大振動(dòng)、高溫車(chē)間、密封性要求高、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。
2.2 結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置
在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是“概念設(shè)計(jì)”，它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要，對(duì)一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問(wèn)題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的設(shè)計(jì)思想，從全局的角度來(lái)確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。
2.3 預(yù)估截面
結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，需對(duì)構(gòu)件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。
鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據(jù)荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按l/b限值確定時(shí)，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)雜計(jì)算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定預(yù)估。
柱截面按長(zhǎng)細(xì)比預(yù)估。通常50
2.4 結(jié)構(gòu)分析
目前鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)分析通常為線(xiàn)彈性分析，條件允許時(shí)考慮P-Δ，p-δ。
新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線(xiàn)性及鋼材的彈塑性能.這為更精確的分析結(jié)構(gòu)提供了條件。
2.5 構(gòu)件設(shè)計(jì)
構(gòu)件的設(shè)計(jì)首先是材料的選擇。通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理，經(jīng)濟(jì)考慮，也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的組合截面。構(gòu)件設(shè)計(jì)中，現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來(lái)驗(yàn)算截面，這和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的彈性方法并不匹配。當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件，都提供截面驗(yàn)算的后處理功能。由于程序技術(shù)的進(jìn)步，一些軟件可以將驗(yàn)算時(shí)不通過(guò)的構(gòu)件，從給定的截面庫(kù)里選擇加大一級(jí)，并自動(dòng)重新分析驗(yàn)算，直至通過(guò)，如sap2000等。這是常說(shuō)的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能之一。它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量。
2.6 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致，這必須避免。按傳力特性不同，節(jié)點(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接。
2.7 圖紙編制
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖分設(shè)計(jì)圖和施工詳圖兩階段，設(shè)計(jì)圖為設(shè)計(jì)單位提供，施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計(jì)圖編制，有時(shí)也會(huì)由設(shè)計(jì)單位代為編制。由于近年鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目增多和設(shè)計(jì)院鋼結(jié)構(gòu)工程師缺乏的矛盾，有設(shè)計(jì)能力的鋼結(jié)構(gòu)公司參與設(shè)計(jì)圖編制的情況也很普遍。
設(shè)計(jì)圖及施工詳圖的內(nèi)容表達(dá)方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個(gè)設(shè)計(jì)單位之間及其與鋼結(jié)構(gòu)公司之間
不盡相同。初學(xué)者可參考他人的優(yōu)秀設(shè)計(jì)并參考相關(guān)的工具書(shū)，并依據(jù)規(guī)范規(guī)定編制。
3 鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題：
3.1 鋼結(jié)構(gòu)，有低層和多層之分。低層一般不超過(guò)3層，用于別墅；多層用于公寓。本文介紹多層公寓住宅鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些問(wèn)題。
3.2 超過(guò)9層為高層。10～12層又稱(chēng)小高層?？拐鹨?guī)范GB50011對(duì)12層以下和12層以上的房屋提出不同要求。住宅鋼結(jié)構(gòu)一般不宜超過(guò)12層。
3.3 結(jié)構(gòu)抗震性能與結(jié)構(gòu)布置規(guī)則性有很大關(guān)系。結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則，地震時(shí)易損壞，而且除彈性設(shè)計(jì)外還要作彈塑性層間位移驗(yàn)算。因此應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)布置符合規(guī)則性要求。
【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)，建筑，發(fā)展
目前國(guó)內(nèi)外的建筑結(jié)構(gòu)主要是混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)目前在我國(guó)應(yīng)用較多，而鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用沒(méi)有混凝土那樣的普遍，但其發(fā)展具有很大的潛力。由于混凝土結(jié)構(gòu)有很多缺點(diǎn)，和科技的進(jìn)步和環(huán)保意識(shí)的提高，鋼結(jié)構(gòu)得到了很大的發(fā)展。
一、選題背景
近數(shù)十年來(lái)，前蘇聯(lián)、美國(guó)、日本三個(gè)國(guó)家一直是世界上鋼產(chǎn)量居前三位的國(guó)家，其鋼產(chǎn)量輪流位居世界第一位。因此，這幾個(gè)國(guó)家的建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展。而在同一時(shí)期，我國(guó)在這方面的發(fā)展則比較緩慢，水平也相對(duì)落后。近幾年來(lái)，隨著我國(guó)改革開(kāi)放政策的實(shí)行和推進(jìn)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)工作取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。在此期間，我國(guó)的鋼產(chǎn)量一躍成為世界第一位。1996年，我國(guó)鋼產(chǎn)量首次突破億噸大關(guān)；1998年我國(guó)鋼產(chǎn)量已達(dá)11434萬(wàn)t，而且每年增產(chǎn)300萬(wàn)t.鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)為發(fā)展我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)事業(yè)創(chuàng)造了極好的時(shí)機(jī)。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)發(fā)展迅速，應(yīng)用擴(kuò)大、用量增大，涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，設(shè)計(jì)軟件和科研成果不斷開(kāi)發(fā)，修訂了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范，編寫(xiě)技術(shù)規(guī)程、設(shè)計(jì)圖集90多本，出版了大量鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)教材，論文著作和應(yīng)用手冊(cè)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范修訂已經(jīng)啟動(dòng)，鋼材單設(shè)一章，鋼材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)修訂基本完成。一大批有實(shí)力的鋼結(jié)構(gòu)安裝企業(yè)承擔(dān)了國(guó)內(nèi)重點(diǎn)大型鋼結(jié)構(gòu)工程安裝，新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備層出不窮，其施工安裝水平達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。鋼結(jié)構(gòu)配套產(chǎn)品齊全。2007年10月經(jīng)科技部批準(zhǔn)成立的“國(guó)家鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心”在中冶集團(tuán)建筑研究總院成立。2008年6月上海同濟(jì)大學(xué)成立建筑鋼結(jié)構(gòu)教育部工程研究中心。根據(jù)協(xié)會(huì)這幾年陸續(xù)統(tǒng)計(jì)出來(lái)的數(shù)據(jù)顯示，近幾年鋼結(jié)構(gòu)消耗鋼材的總量，2000年為850萬(wàn)噸，今年應(yīng)該在2300萬(wàn)噸左右，到2010年達(dá)到2600萬(wàn)噸，占鋼材產(chǎn)量從現(xiàn)在的4.28%，發(fā)展到2010年達(dá)到5.5%。這充分說(shuō)明我們鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)有很大的發(fā)展空間，發(fā)展的情況基本上還比較正常。
二、鋼結(jié)構(gòu)的定義
鋼結(jié)構(gòu)是把鋼板、圓鋼、鋼管、鋼索及各種型鋼等鋼材加工、連接、安裝組成的工程結(jié)鋼結(jié)構(gòu)需要承受各種可能的自然和人為環(huán)境的作用，是具有足夠可靠性和良好社會(huì)經(jīng)濟(jì)的工程結(jié)構(gòu)物和構(gòu)筑物。由于鋼材可以回收冶煉而重復(fù)利用，所以鋼結(jié)構(gòu)是一種節(jié)能環(huán)保型、可循環(huán)使用的建構(gòu)，符合經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的要求。除了在高層建筑、大型廠(chǎng)房、大跨度空間結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)住宅建筑中大量采用鋼結(jié)構(gòu)外，各部門(mén)中也大量采用鋼結(jié)構(gòu)，如公路鐵路橋梁、火電主廠(chǎng)義鍋爐鋼架、輸變電鐵塔、廣播電視通信塔、海洋石油平臺(tái)、核電站、風(fēng)力發(fā)電、水利建設(shè)、地礎(chǔ)鋼板樁等。城市建設(shè)需要大量的鋼結(jié)構(gòu)，如地鐵、城市輕便鐵路、立交橋、環(huán)保建筑、公施、臨時(shí)建筑等。
三、鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)介
從美國(guó)、日本、歐洲一些發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)看，建筑業(yè)即將成為鋼材的主要市場(chǎng)。而目前我國(guó)與之相比還有差距。因此我國(guó)的高層建筑鋼材到目前為止還都從國(guó)外進(jìn)口，特別是大于50mm的厚鋼板，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的Z向性能尚達(dá)不到要求。國(guó)外不僅鋼板厚度較大，而且可以滿(mǎn)足各種性能要求。如日本已經(jīng)能夠生產(chǎn)的100mm的厚鋼板，具有以下類(lèi)型： ①有高強(qiáng)度低預(yù)熱型（以前預(yù)熱75℃，現(xiàn)在預(yù)熱50℃）的厚鋼板590N/mm2級(jí)（HT590級(jí)）；②抗地震的厚鋼板，主要有低屈服比高強(qiáng)度鋼材（HT590～HT780級(jí)）和低屈服點(diǎn)鋼板，這種鋼材日本重點(diǎn)生產(chǎn)，用于次要結(jié)構(gòu)上，當(dāng)?shù)卣饡r(shí)這種材料先屈服，保證主要 結(jié)構(gòu)減少地震損失；③防火厚鋼板。有400N/mm2及490N/mm2，當(dāng)其在600℃ 時(shí)屈服強(qiáng)度還能達(dá)到常溫下的2/3；④裝飾用的奧氏體不銹鋼板及鐵素體不銹鋼板（沿海用，優(yōu)于前者 ）。目前，國(guó)內(nèi)高層鋼結(jié)構(gòu)鋼材幾乎都從國(guó)外進(jìn)口，工程總承包由國(guó)外承擔(dān)，制造和安裝則由國(guó)內(nèi)廉價(jià)勞動(dòng)力承包，這種局面應(yīng)從速扭轉(zhuǎn)，因?yàn)檫@與我國(guó)產(chǎn)鋼大國(guó)的地位很不相稱(chēng)。大跨度鋼結(jié)構(gòu)鋼材不像高層鋼結(jié)構(gòu)那樣突出，但設(shè)計(jì)方案經(jīng)常國(guó)外中標(biāo)，這種局面與中央強(qiáng)調(diào)建立我們自己的創(chuàng)新體系的號(hào)召相距甚遠(yuǎn)，應(yīng)該引起我國(guó)建筑界的關(guān)注，是水平低還是其它原因，值得我們深思。
四、鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展前景
我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入跨越式發(fā)展的新階段。鋼結(jié)構(gòu)建筑規(guī)模越來(lái)越大、跨度越來(lái)越大、造型越來(lái)越新穎獨(dú)特，有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ郧拔覈?guó)的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展緩慢主要是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)造價(jià)高（畢竟我們是發(fā)展中國(guó)家）以及鋼材產(chǎn)量有限。今非昔比，鋼結(jié)構(gòu)施工速度快，施工污染小，重量輕，這些優(yōu)勢(shì)讓它成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的同時(shí)，還推動(dòng)了新型鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)規(guī)模從幾百萬(wàn)噸發(fā)展到2000萬(wàn)噸以上。同屬于金屬制造業(yè)，對(duì)鋼材進(jìn)行深加工的產(chǎn)品還有焊接鋼管、金屬絲、繩、鉸線(xiàn)及冷彎型鋼，其產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)6000萬(wàn)噸以上。由此可見(jiàn)，鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)是一個(gè)正在蒸蒸日上、向著更高階段發(fā)展的朝陽(yáng)行業(yè)。
五、結(jié)論
隨著機(jī)電鋼結(jié)構(gòu)是今后發(fā)展的一個(gè)方向，隨著科技的進(jìn)步，審美觀(guān)念改變必然使得鋼結(jié)構(gòu)建筑不斷的去擴(kuò)展自身的表達(dá)語(yǔ)匯而尋求發(fā)展。我們提倡的是拋棄風(fēng)格，從結(jié)構(gòu)的理性主義出發(fā)，從現(xiàn)代和傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)中吸取精華，創(chuàng)造出技術(shù)和藝術(shù)有機(jī)融合的鋼結(jié)構(gòu)精品建筑。我們要分清楚，鋼結(jié)構(gòu)框架是建筑中承重體系和服務(wù)部分，它不是建筑使用中的主要部分，鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)首先要遵循建筑設(shè)計(jì)的一般原則，然后才是發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳紹蕃，顧強(qiáng)等.鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.
[2]夏志斌.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社. [M] 1994.
[3]陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.北京：科學(xué)出版社，2005.
[4]張耀春.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.北京：高等教育出版社，2004.07.
論文關(guān)鍵詞：高層概況發(fā)展體系施工
論文摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了高層、超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)已建和在建的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題的調(diào)研，分析了在鋼材、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理等方面國(guó)產(chǎn)化所面臨的主要問(wèn)題，為高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提出了一些建議。
高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在國(guó)外已有110多年的歷史，1883年最早一幢鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在美國(guó)芝加哥拔地而起，到了二次世界大戰(zhàn)后由于地價(jià)的上漲和人口的迅速增長(zhǎng)，以及對(duì)高層及超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系的研究日趨完善、計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和施工技術(shù)水平的不斷提高，使高層和超高層建筑迅猛發(fā)展。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在超高層建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面積比率越來(lái)越大，在超高層建筑中采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到質(zhì)疑；同時(shí)高強(qiáng)度鋼材應(yīng)運(yùn)而生，在超高層建筑中采用部分鋼結(jié)構(gòu)或全鋼結(jié)構(gòu)的理論研究與設(shè)計(jì)建造可說(shuō)是同步前進(jìn)。
超高層建筑的發(fā)展體現(xiàn)了發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑科技水平、材料工業(yè)水平和綜合技術(shù)水平，也是建設(shè)部門(mén)財(cái)力雄厚的象征。來(lái)源于/
一、我國(guó)的高層與超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展
我國(guó)的高層與超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑自改革開(kāi)放以來(lái)已有20年的歷史，并在設(shè)計(jì)和施工中積累了不少經(jīng)驗(yàn)，已有我國(guó)自行編制的《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。
1、鋼材的國(guó)產(chǎn)化
國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)根據(jù)我國(guó)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，制訂我國(guó)第一部高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼材標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》(YB4104-2000)，比目前仍在實(shí)施的《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T1591-94)又前進(jìn)了一步，其性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品。
2、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國(guó)產(chǎn)化
截止2003年3月，我國(guó)已建和在建的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)有60余幢，按其結(jié)構(gòu)類(lèi)型劃分，鋼框架-RC核心筒占4314%，SRC框架-RC核心筒占1617%，二者合計(jì)6011%；鋼框架-支撐體系占1813%；巨型框架占813%；純鋼框架占617%，筒體和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)各占313%。統(tǒng)計(jì)表明，目前我國(guó)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)以混合結(jié)構(gòu)為主。
鑒于我國(guó)對(duì)混合結(jié)構(gòu)尚未進(jìn)行系統(tǒng)的研究，所以《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)暫不列入這種結(jié)構(gòu)類(lèi)型是合理的。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99-98)和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)等有關(guān)高層建筑最大高度和最大高寬比的規(guī)定，在一般情況下，應(yīng)遵守規(guī)范的規(guī)定，否則應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)論證或試驗(yàn)研究。建設(shè)部第111號(hào)令《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》和建質(zhì)[2003]46號(hào)文《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專(zhuān)項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》，對(duì)加強(qiáng)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制意義重大，具有可操作性。
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分兩個(gè)階段，即設(shè)計(jì)圖階段和施工詳圖階段?，F(xiàn)在有的設(shè)計(jì)院完全采取國(guó)外設(shè)計(jì)模式，無(wú)構(gòu)件圖、節(jié)點(diǎn)圖和鋼材表等，對(duì)工程招投標(biāo)和施工詳圖設(shè)計(jì)帶來(lái)不便。因此，建議有關(guān)部門(mén)對(duì)此做出具體規(guī)定。關(guān)于節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)應(yīng)多做一些理論和試驗(yàn)研究工作，比如柱梁剛性節(jié)點(diǎn)塑性鉸外移和防止焊接節(jié)點(diǎn)的層狀撕裂等。由于鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比較低，在研發(fā)各種耗能支撐和節(jié)點(diǎn)的減震消能體系方面，國(guó)際上研究和應(yīng)用較多，國(guó)內(nèi)應(yīng)加快進(jìn)行此方面的研究。
二、高層及超高層結(jié)構(gòu)體系
對(duì)于高層及超高層建筑的劃分，建筑設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一規(guī)定，一般認(rèn)為建筑總高度超過(guò)24m為高層建筑，建筑總高度超過(guò)60m為超高層建筑。
對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度以經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計(jì)原則，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，一般分為六大類(lèi)：框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框—筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。
三、鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝1、鋼柱的安裝
鋼柱是高層、超高層建筑決定層高和建筑總高度的主要豎向構(gòu)件，在加工制造中必須滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
100m高的超高層鋼柱一般分為8～12節(jié)構(gòu)件，鋼柱在翻樣下料制作過(guò)程中應(yīng)考慮焊縫的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形，所以鋼柱的翻樣下料長(zhǎng)度不等于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，即使只有幾毫米也不能忽略不計(jì)。而且上下兩節(jié)鋼柱截面完全相等時(shí)也不允許互換，要求對(duì)每節(jié)鋼柱應(yīng)編號(hào)予以區(qū)別，正確安裝就位。
矩形或方形鋼柱內(nèi)的加勁板的焊接應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范要求采用熔嘴電渣焊，不允許采用其他如在箱板上開(kāi)孔、槽塞焊等形式。
鋼柱標(biāo)高的控制一般有二種方式：
(1)按相對(duì)標(biāo)高制作安裝。鋼柱的長(zhǎng)度誤差不得超過(guò)3mm，不考慮焊縫收縮變形和豎向荷載引起的壓縮變形，建筑物的總高度只要達(dá)到各節(jié)柱子制作允許偏差總和及鋼柱壓縮變形總和就算合格，這種制作安裝一般在12層以下，層高控制不十分嚴(yán)格的建筑物。
(2)按設(shè)計(jì)標(biāo)高制作安裝。一般在12層以上，精度要求較高的層高，應(yīng)按土建的標(biāo)高安裝第一節(jié)鋼柱底面標(biāo)高，每節(jié)鋼柱的累加尺寸總和應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求的總尺寸。每一節(jié)柱子的接頭產(chǎn)生的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形應(yīng)加到每節(jié)鋼柱加工長(zhǎng)度中去。
2、框架梁的制作與安裝
高層、超高層框架梁一般采用H型鋼，框架梁與鋼柱宜采用剛性連接，鋼柱為貫通型，在框架梁的上下翼緣處在鋼柱內(nèi)設(shè)置橫向加勁肋。
框架梁應(yīng)按設(shè)計(jì)編號(hào)正確就位。
為保證框架梁與鋼柱連接處的節(jié)點(diǎn)域有較好的延性以及連接可靠性和樓層層高的精確性，在工廠(chǎng)制造時(shí)，在框架梁所在位置設(shè)置懸臂梁(短牛腿)，懸臂梁上下翼緣與鋼柱的連接采用剖口熔透焊縫，腹板采用貼角焊縫。框架梁與鋼柱的懸臂梁（短牛腿）連接，上下翼緣的連接采用襯板(兼引弧板)全熔透焊縫，腹板采用高強(qiáng)螺栓連接。
由于鋼筋混凝土施工允許偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼結(jié)構(gòu)的精度要求，當(dāng)框架梁與鋼筋混凝土剪力墻或鋼筋混凝土筒壁連接時(shí)，腹板的連接板可開(kāi)橢圓孔，橢圓孔的長(zhǎng)向尺寸不得大于2d0（d0為螺栓孔徑），并應(yīng)保證孔邊距的要求。
框架梁的翻樣下料長(zhǎng)度同樣不等于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，需考慮焊接收縮變形。焊接收縮變形可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算再按實(shí)際加工之后校核，確定其翻樣下料的精確長(zhǎng)度。
框架梁上下翼緣的連接可采用高強(qiáng)螺栓連接或焊接連接，目前大部分采用帶襯板的全熔透焊接連接。施工時(shí)先焊下翼緣再焊上翼緣，先一端點(diǎn)焊定位，再焊另一端。