發(fā)布時(shí)間：2023-03-22 17:36:16
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的剛架結(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)，請盡情閱讀。
【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土；框架結(jié)構(gòu)；計(jì)算簡圖
1 前言
20世紀(jì)90年代以后，隨著我國鋼材量的不斷提高，鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)得到了迅速發(fā)展，隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，無論是工業(yè)建筑還是民用建筑，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的各種難題也日益增多，因而作為一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者需要在遵循各種規(guī)范下大膽靈活的解決一些結(jié)構(gòu)方案上的難點(diǎn)、重點(diǎn)。
2 框架結(jié)構(gòu)方案構(gòu)思時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)
2.1 結(jié)構(gòu)的傳力路線應(yīng)簡捷明了。在荷載作用下，結(jié)構(gòu)的傳力路線越短、越直接，結(jié)構(gòu)的工作效能越高，'所耗費(fèi)的建材也就越少。
2.2 從力學(xué)觀點(diǎn)看，在民用和公共建筑的平面布局中，應(yīng)當(dāng)盡量使柱網(wǎng)按開間等跨和進(jìn)深等距(或近似于等距)布置，這樣可以相應(yīng)減少邊跨柱距，也可以充分利用連續(xù)梁的受力特點(diǎn)以減少結(jié)構(gòu)中的彎距，可以使各跨梁截面趨于一致，而提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。
2.3 結(jié)構(gòu)方案還應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)情況和建筑功能要求綜合考慮。
3 應(yīng)從概念設(shè)計(jì)上著手注意幾個(gè)問題
3.1 關(guān)于強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)。這是為了實(shí)現(xiàn)在罕遇地震作用下，讓梁端形成塑形鉸，柱端處于非彈性工作狀態(tài)，而沒有屈服，但節(jié)點(diǎn)還處于彈性工作階段。強(qiáng)柱弱梁措施的強(qiáng)弱，也就是相對于梁端截面實(shí)際抗彎能力而言柱端截面抗彎能力增強(qiáng)幅度的大小，是決定由強(qiáng)震引起柱端截面屈服后塑性轉(zhuǎn)動能否不超過其塑性轉(zhuǎn)動能力，而且不致形成"層側(cè)移機(jī)構(gòu)"，從而使柱不被壓潰的關(guān)鍵控制措施。柱強(qiáng)于梁的幅度大小取決于梁端縱筋不可避免的構(gòu)造超配程度的大小，以及結(jié)構(gòu)在梁、柱端塑性鉸逐步形成過程中的塑性內(nèi)力重分布和動力特征的相應(yīng)變化。因此，當(dāng)建筑許可時(shí)，盡可能將柱的截面尺寸做得大些，使柱的線剛度與梁的線剛度的比值盡可能大于1，并控制柱的軸壓比滿足規(guī)范要求，以增加延性。驗(yàn)算截面承載力時(shí)，人為地將柱的設(shè)計(jì)彎距按強(qiáng)柱弱梁原則調(diào)整放大，加強(qiáng)柱的配筋構(gòu)造。梁端縱向受拉鋼筋的配筋不得過高，以免在罕遇地震中進(jìn)入屈服階段不能形成塑性鉸或塑性鉸轉(zhuǎn)移到立柱上。注意節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，讓塑性鉸向梁跨內(nèi)移。
3.2 關(guān)于"強(qiáng)剪弱彎"措施：強(qiáng)剪弱彎是保證構(gòu)件延性，防止脆性破壞的重要原則，它要求人為加大各承重構(gòu)件相對于其抗彎能力的抗剪承載力，使這些部位在結(jié)構(gòu)經(jīng)歷罕遇地震的過程中以足夠的保證率不出現(xiàn)脆性剪切失效。對于框架結(jié)構(gòu)中的框架梁應(yīng)注意抗剪驗(yàn)算和構(gòu)造，使其滿足相關(guān)規(guī)范要求。
3.3 注意構(gòu)造措施。
3.3.1 對于大跨度柱網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，在樓梯間處的框架柱由于樓梯平臺梁與其相連，使得樓梯問處的柱可能成為短柱，應(yīng)對柱箍筋全長加密。這一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中容易被忽視，應(yīng)引起重視。
3.3.2 對框架結(jié)構(gòu)外立面為帶形窗時(shí)，因設(shè)置連續(xù)的窗過梁，使外框架柱可能成為短柱，應(yīng)注意加強(qiáng)構(gòu)造措施。
3.3.3 對于框架結(jié)構(gòu)長度略超過規(guī)范限值，建筑功能需要不允許留縫時(shí)，為減少有害裂縫(規(guī)范規(guī)定裂縫寬度小于0.3mm)，建議采用補(bǔ)償混凝土澆筑。采用細(xì)而密的雙向配筋，構(gòu)造間距宜小于150mm，對屋面宜設(shè)置后澆帶，后澆帶處按構(gòu)造措施宜適當(dāng)加強(qiáng)。
3.3.4其它構(gòu)造措施限于篇幅，這里不再贅述，請?jiān)斠娦乱?guī)范。
4 結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的問題
4.1 計(jì)算簡圖的處理
結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算簡圖選取的正確與否，直接影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，其中比較典型的是基礎(chǔ)梁的處理。一般情況下，基礎(chǔ)梁設(shè)置在基礎(chǔ)高度范圍內(nèi)，作為基礎(chǔ)的一部分，此時(shí)結(jié)構(gòu)的底層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至一層樓板頂面的高度?；A(chǔ)梁僅考慮承擔(dān)上部墻體荷載，構(gòu)造滿足普通梁的要求即可。當(dāng)按規(guī)范要求需設(shè)置基礎(chǔ)拉梁時(shí)，其斷面和配筋可按構(gòu)造設(shè)計(jì)，截面高度取柱中心距的1／12～1／18，縱向受力鋼筋取所連接的柱子的最大軸力設(shè)計(jì)值的10％作為拉力來計(jì)算。但是，當(dāng)基礎(chǔ)埋深過大時(shí)，為了減少底層的計(jì)算高度和底層的位移，設(shè)計(jì)者往往在±0．000以下的某個(gè)適當(dāng)位置設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。此時(shí)，基礎(chǔ)拉梁應(yīng)作為一層輸入，底層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至基礎(chǔ)拉梁頂面的高度，二層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)拉梁頂面至一層樓板頂面的高度。拉梁層無樓板，應(yīng)開洞處理，并采用總剛分析方法進(jìn)行計(jì)算?；A(chǔ)拉梁截面及配筋按實(shí)際計(jì)算結(jié)果采用。若因此造成底層框架柱形成短柱，應(yīng)采取構(gòu)造措施予以加強(qiáng)。另一個(gè)需要注意的是，當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的電梯井道采用鋼筋混凝土井壁時(shí)(設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免)，計(jì)算簡圖一定要按實(shí)際情況輸入，否則可能會造成頂部框架柱設(shè)計(jì)不安全。
4.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的選取
4.2.1 設(shè)計(jì)基本地震加速度值
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011一2001)中規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為7度時(shí)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值分別為0.1g和0.15g兩種，抗震設(shè)防烈度為8度時(shí)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值分別為0.2g和0.3g兩種，這與89規(guī)范差別較大。計(jì)算中應(yīng)嚴(yán)格注意地震區(qū)的劃分，選取正確的設(shè)計(jì)基本地震加速度值，這一項(xiàng)對地震作用效應(yīng)的影響極大。
4.2.2 結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)
框架結(jié)構(gòu)由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，計(jì)算周期大于實(shí)際周期，因此，算出的地震作用效應(yīng)偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全，因而對結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行折減是必要的。折減系數(shù)可根據(jù)填充墻的材料及數(shù)量選取0.7～0.9。
4.2.3 梁剛度放大系數(shù)
SATWE或TAT等計(jì)算軟件的梁輸入模型均為矩形截面，未考慮因存在樓板形成T型截面而引起的剛度增大，造成結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全。因此計(jì)算時(shí)應(yīng)將梁剛度進(jìn)行放大，放大系數(shù)中梁取2．0、邊梁取1．5為宜。
4.2.4 活荷載的最不利布置
多層框架，尤其是活荷載較大時(shí)，是否進(jìn)行活荷的最不利布置對計(jì)算結(jié)果影響較大。即使選用程序中給定的梁設(shè)計(jì)彎矩放大系數(shù)，也不一定能反映出工程的實(shí)際受力情況，有可能造成結(jié)構(gòu)不安全或過于保守。考慮目前的計(jì)算機(jī)計(jì)算速度都比較快，作者建議所有工程都應(yīng)進(jìn)行活荷載的最不利布置計(jì)算。
4.3 獨(dú)立梁箍筋計(jì)算結(jié)果需復(fù)核
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)中規(guī)定：對集中荷載作用下的獨(dú)立梁，應(yīng)按公式進(jìn)行計(jì)算，且集中荷載作用點(diǎn)至支座間的箍筋，應(yīng)均勻配置。但SATWE軟件計(jì)算梁箍筋時(shí)，未考慮獨(dú)立梁這一情況，都按公式 進(jìn)行計(jì)算，有時(shí)會造成計(jì)算結(jié)果偏小，設(shè)計(jì)中若遇到有獨(dú)立梁存在的情況，應(yīng)對梁箍筋的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行手算復(fù)核。
5 設(shè)計(jì)構(gòu)造方面的問題
5.1 框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋配置應(yīng)滿足要求對于規(guī)范中規(guī)定的框架柱箍筋加密區(qū)的箍筋最小體積配箍率的要求，絕大部分設(shè)計(jì)人員都能給予足夠的重視，但對于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)中規(guī)定的"一、二、三級框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10、0.08且體積配箍率分別不宜小于0.6％、0.5％ ，0.4％。"設(shè)計(jì)中經(jīng)常被忽視，尤其是柱軸壓比不大時(shí)，常常不滿足要求。這一規(guī)定是保證節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)延性的重要構(gòu)造措施，應(yīng)嚴(yán)格遵守。
5.2 底層框架柱箍筋加密區(qū)范圍應(yīng)滿足要求建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)中規(guī)定："底層柱，柱根處箍筋加密區(qū)范圍為不小于柱凈高的1/3"這是新增加的要求，設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)說明
5.3 框架梁的縱向配筋率應(yīng)注意
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011一2001)中規(guī)定："當(dāng)框架梁梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2％時(shí)，梁箍筋最小直徑的數(shù)值應(yīng)比表6.3.3中規(guī)定的數(shù)值增大2mm。"在目前設(shè)計(jì)中，這一規(guī)定常被忽視，造成梁端延性不足。
5.4 框架梁上部縱筋端部水平錨固長度應(yīng)滿足要求
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)中規(guī)定："框架端節(jié)點(diǎn)處，當(dāng)框架梁上都縱筋水平直線段錨固長度不足時(shí)，應(yīng)伸至柱外邊并向下彎折，彎折前的水平投影長度不應(yīng)小于0.4LaE。" 當(dāng)框架柱截面尺寸小于400×400mm時(shí)，應(yīng)注意梁上部縱筋直徑的選擇，否則這一項(xiàng)要求不容易得到保證。
關(guān)鍵詞 ：輕型鋼結(jié)構(gòu) 門式剛架 優(yōu)化
Abstract: the door frame is typical of light steel structure, it has to save material, construction period is short and other advantages, and thus as the current domestic industry workshop of the most widely applied in the design of light steel structure. The door frame of the design and construction of steel structure with ordinary compared both consistency, the door frame characteristics of lies mainly in its node, the paper summarizes the door frame design of some key points of the design, bring up for the designers
Keywords: light steel structure the door frame of optimization
中圖分類號：TU328 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)力水平的提升，我國鋼產(chǎn)量的不斷提高、種類不斷豐富。彩色壓型鋼板生產(chǎn)的迅速發(fā)展，為輕型剛結(jié)構(gòu)房屋的發(fā)展奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋具有跨度大自重輕，費(fèi)用低，施工迅速，施工污染環(huán)境少、造型簡潔大方，以及可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)廠房、倉庫、展廳等工業(yè)與公共建筑的中得到了越來越多的應(yīng)用和發(fā)展。
1 門式剛架的形勢及特點(diǎn)
鋼架結(jié)構(gòu)是粱 、柱單元構(gòu)件的組合體，是柱與直線型、弧線型、 折線型橫梁鋼性連接的承重骨架體系。其形式種類繁多 ，在單層廠房及倉庫中，應(yīng)用較多的為單層單跨，雙跨或多跨的雙坡門式剛架，它可根據(jù)通風(fēng) 、采光的需要設(shè)置天窗 、通風(fēng)屋脊和采光帶等 。
門式鋼架的整個(gè)構(gòu)件橫截面尺寸較小，可以有效地利用建筑空 間 ，從而降低房屋的高度 ，減小建筑體積 ，在建筑造型上也較簡潔美觀，其次，鋼架構(gòu)件的剛度較好 ，其平面內(nèi)、外的剛度差別較小，為制作 、運(yùn)輸 、安裝提供有利的條件 。
1.1門式鋼架 的結(jié)構(gòu)形式
門式鋼架的結(jié)構(gòu)形式多種多樣。按構(gòu)件體系分，有實(shí)腹式與格構(gòu)式 ；按橫截面組成分 ，有等截面與變截面。實(shí)腹式鋼架的橫截面一般為H型 ，少數(shù)為z型 ；格構(gòu)式的橫截面為矩形或三角形 ；按結(jié)構(gòu)選材分 ，有普通型剛、薄壁型鋼 、鋼管或鋼板焊成 。
1.2門市剛架的特點(diǎn)
（1）采用輕型屋面，可減小梁柱截面及尺寸，可以降低房屋的高度，從而有效地利用建筑空間，減小建筑體積，在建筑造型上也較為簡潔美觀。
（2）在多跨建筑中可做成一個(gè)屋脊的大雙坡屋面，為長坡面排水創(chuàng)造了條件。中間柱可減少橫梁的跨度，從而降低造價(jià)。中間柱可采用鋼管制作的上下鉸接搖擺柱，占用空間小。
（3）跨度較大的鋼架可采用改變腹板高度、厚度及翼緣寬度的變截面。
（4）鋼架的腹板允許其部分失穩(wěn)，利用其屈曲后的強(qiáng)度，即按有效寬度設(shè)計(jì)，可減小腹板厚度，不設(shè)或少設(shè)橫向加勁肋。
（5）豎向荷載通常是設(shè)計(jì)的控制荷載，由于結(jié)構(gòu)自重很輕，地震作用一般不起控制作用，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大為便捷。
（6）支撐可做的較輕便，將其直接或節(jié)點(diǎn)板與鋼架相連。在非抗震區(qū)也可采用張緊的圓鋼。
（7） 結(jié)構(gòu)構(gòu)件可全部在工廠制作，工業(yè)化程度高。結(jié)構(gòu)單元可根據(jù)運(yùn)輸條件劃分 ，單元之建存現(xiàn)場用螺栓相連 ，安裝方便快速。基礎(chǔ)簡單，土建施工量小。
2 輕型結(jié)構(gòu)門式鋼架設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.1合理跨度的確定
廠房的跨度主要由生產(chǎn)工藝流程和使用功能決定。如何確定經(jīng)濟(jì)跨度，在滿足生產(chǎn)工藝和使用要去的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)廠房的高度進(jìn)行確定。通常，在柱高、荷載不變的情況下，適當(dāng)增加廠房的跨度，剛架的用鋼量增加并不顯著，而且這樣可節(jié)省空間，降低基礎(chǔ)造價(jià)，節(jié)約的成本較為客觀。通過大量計(jì)算發(fā)現(xiàn)當(dāng)檐口高度為 6米 、柱距為 7.5米 、荷載不變的情況下 (恒載 0.4KN／m2，活 載 0.5 KN／m2 ，基本風(fēng)壓 0.4 KN／m2，無吊車)，跨度在18～48m之間的剛架單位用鋼量 (Q235―B)為18～35kg／m2; 當(dāng)檐高為 12m時(shí)(其他情況同上 )，跨度在 18～48m之間的剛架用鋼量 (Q235―B)為 25～40kg／m2，當(dāng)檐高超過 18m時(shí)，宜采用多跨剛架(中間設(shè)搖擺柱)，其用鋼量較單跨剛架節(jié)約 16.7％左右，因此 ，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在選擇方案時(shí)，應(yīng)選擇較為經(jīng)濟(jì)的跨度，不宜盲目追求大跨度 。
2.2剛架最優(yōu)間距的確定。
剛架的間距與剛架的跨度、屋面荷載、檁條形式等因素有關(guān) ，在剛架在跨度較小的情況下 ，選用較大的剛架間距 ，增加檁條的用鋼量是不經(jīng)濟(jì)的，因此從綜合經(jīng)濟(jì)分析的角度看，確定合理的柱距才能既節(jié)約鋼材，又能使設(shè)計(jì)真正作到定型化、專門化、標(biāo)準(zhǔn)化以及輕型化 。從而推動門式剛架輕鋼房屋結(jié)構(gòu)體系在我國的發(fā)展。經(jīng)過大量計(jì)算，筆者發(fā)現(xiàn)：隨著柱距的增大，剛架的用鋼量比例是逐漸下降的，但當(dāng)柱距增大到一定數(shù)值后 ，剛架的用鋼量隨著柱距的增大下降的幅度較為平緩。而其他如檁條、吊車梁、墻梁的用鋼量隨著柱距的增大而增加，就房屋的總用鋼量而言 ，隨柱距的增大先下降而后又上升。―般情況下 ，門式剛架最優(yōu)間距應(yīng)在 6―9m之間，柱距不宜超過 9m，超過 9m時(shí)，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價(jià)并不經(jīng)濟(jì)。
2.3確定科學(xué)的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型
輕型門式剛架的形式多種多樣，柱腳和基礎(chǔ)通常做成鉸接，多跨剛架的中柱多采用搖擺柱。但當(dāng)柱高較大時(shí)，為控制風(fēng)荷載作用下的柱頂位移，柱腳宜做成剛接，多跨剛架的中柱與橫梁的連接也宜采用剛架，多跨剛架的中柱與橫梁的連接也宜采用剛接，多跨剛架宜做成多坡，較為節(jié)省鋼材。門式鋼架一般采用實(shí)腹式變截面和柱來適應(yīng)彎矩變化，以達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。除腹板高度變化外，厚度也可根據(jù)需要變化；上下翼緣可用不同截面；相鄰單元的翼緣也可采用不同截面。因此，影響整個(gè)剛架用鋼量的因素有上翼緣的寬度、厚度 ；下翼緣的寬度 、厚度 ；腹板的厚度；構(gòu)件大頭 、小頭的高度 ；而且這些因素之間也互相影響，互相不獨(dú)立。柱通常為楔形桿件，楔形柱的最大截面高度取最小截面高度 的 2～3倍為最優(yōu)截面，門式剛架腹板主要以抗剪為主，翼緣以抗彎為主，在無振動荷載作用下，可充分利用腹板屈曲后強(qiáng)度分析構(gòu)件強(qiáng)度和穩(wěn)定性，將構(gòu)件設(shè)計(jì)成為高而窄的截面形式(最小截面高度宜取跨度的 1／45～1／60，截面高寬比一般為 3～5)，PKPM系列軟件的 STS模塊截面最優(yōu)化比較簡單易行的方法是按照構(gòu)件內(nèi)力來調(diào)整內(nèi)力來調(diào)整尺寸，經(jīng)過試算確定重量最小的截面。這種方法不但計(jì)算次數(shù)少，而且可以人工干預(yù)截面優(yōu)化范圍，快速的得到比較理想的截面尺寸。構(gòu)件的平面外穩(wěn)定可通過設(shè)置隅撐來保證，為使結(jié)構(gòu)具有可靠的整體穩(wěn)定性，縱向通常設(shè)置由十字交叉圓鋼組成的屋面橫向水平支撐，同事，應(yīng)在柱頂和屋脊設(shè)置剛性桿。在實(shí)際工程中，當(dāng)屋面與檁條連接可靠時(shí)，可利用型鋼檁條兼做剛性桿。有條件時(shí)，檁條可設(shè)計(jì)成連續(xù)檁條，檁條平面外應(yīng)根據(jù)具體情況設(shè)置相應(yīng)拉條。
3 結(jié)束語
隨著門式鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)與民用建筑中的廣泛應(yīng)用，提高鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè) 計(jì)水平顯得日益重要。對越來越多從事輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)上程設(shè)計(jì)工作的從業(yè)人員 ，除要求掌握專業(yè)理論知識外 ，還必須了解輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)工程的制作安裝工藝 、現(xiàn)場環(huán)境和相關(guān)情況，更深入地理解和 掌握規(guī)范 ，只有通過精心和合理的沒計(jì) ，才能使輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)得到更大的發(fā)展 。
參考文獻(xiàn) ：
【l】樊永華．門式剛架設(shè)計(jì)應(yīng)注 意的 問題［J］PKPM新天地，2008(3)：25 27．
【2】《輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》編輯委員會. 輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊2006年第二版：203
【3】《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》編輯委員會.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊（上冊）2004年1月第三版：413
第一作者簡介
姓名 張嚴(yán)方 性別 女 出生年 83.12 職稱 助理工程師
論文題目 關(guān)于工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中輕型門式剛架的優(yōu)化 文章編號
單位名稱 國家糧食儲備局西安油脂科學(xué)研究設(shè)計(jì)院 郵編 710082
基金項(xiàng)目編號
1.1預(yù)埋地腳螺栓與砼短柱邊距離過近。在剛架吊裝時(shí)，經(jīng)常不可避免的會人為產(chǎn)生一些側(cè)向外力，而將柱頂部砼拉碎或拉崩。在預(yù)埋螺栓時(shí)，鋼柱側(cè)邊螺栓不能過于靠邊，應(yīng)與柱邊留有足夠的距離。同時(shí)，砼短柱要保證達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可組織剛架的吊裝工作。
1.2往往容易遺忘抗剪槽的留設(shè)和抗剪件的設(shè)置。柱腳錨栓按承受拉力設(shè)計(jì)，計(jì)算時(shí)不考慮錨栓承受水平力。若未設(shè)置抗剪件，所有由側(cè)向風(fēng)荷載、水平地震荷載、吊車水平荷載等產(chǎn)生的柱底剪力，幾乎都有柱腳錨栓承擔(dān)，從而破壞柱腳錨栓。
1.3柱腳底板與砼柱間空隙過小，使得灌漿料難以填入或填實(shí)。一般二次灌料空隙為50mm。
1.4有些工程地腳螺栓位置不準(zhǔn)確，為了方便剛架吊裝就位，在現(xiàn)場對底板進(jìn)行二次打孔，任意切割，造成柱腳底板開孔過大，使得柱腳固定不牢，錨栓最小邊（端）距亦不能滿足規(guī)范要求。
2梁、柱連接與安裝
2.1多跨門式剛架中柱按搖擺柱設(shè)計(jì)，而實(shí)際工程卻把中柱與斜梁焊死，致使實(shí)際構(gòu)造與設(shè)計(jì)計(jì)算簡圖不符，造成工程事故。所以，安裝要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施作；
2.2翼緣板與加厚或加寬連接板對接焊縫時(shí)，未按要求做成傾斜度的過渡。對接焊縫連接處，若焊件的寬度或厚度不同，且在同一側(cè)相差4mm以上者，應(yīng)分別在寬度或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1：2.5（1：4）的斜角。
2.3端板連接面制作粗燥，切割不平整，或與梁柱翼緣板焊接時(shí)控制不當(dāng)，使端板翹曲變形，造成端板間接觸面不吻合，連接螺栓不得力，從而滿足不了該節(jié)點(diǎn)抗彎受拉、抗剪等結(jié)構(gòu)性能。
2.4剛架梁柱拼接時(shí)，把翼緣板和腹板的拼接接頭放在同一截面上，造成工程隱患。拼接接頭時(shí)，翼緣板和腹板的接頭一定要按規(guī)定錯(cuò)開。
2.5剛架梁柱構(gòu)件受集中荷載處未設(shè)置對應(yīng)的加勁肋，容易造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部受壓失穩(wěn)。
2.6連接高強(qiáng)螺栓不符合《鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接的技術(shù)條件》或《鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓、大六角頭螺母、墊圈型式尺寸與技術(shù)條件》的相關(guān)規(guī)定。高強(qiáng)螺栓擰緊分初擰、終擰，對大型節(jié)點(diǎn)還應(yīng)增加復(fù)擰。擰緊應(yīng)在同一天完成，切勿遺忘終擰。一定要在結(jié)構(gòu)安裝完成后，對所有的連接螺栓應(yīng)逐一檢查，以防漏擰或松動。
2.7有些工程中高強(qiáng)螺栓連接面未按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行處理，使得抗滑移系數(shù)不能滿足該節(jié)點(diǎn)處抗剪要求。必須按照設(shè)計(jì)要求的連接面抗滑移系數(shù)去處理。
2.8有的工程缺乏有針對性的吊裝方案，吊裝剛架時(shí)，未采用臨時(shí)措施保證剛架的側(cè)向穩(wěn)定，造成剛架安裝倒塌事故。應(yīng)先安裝靠近山墻的有柱間支撐的兩榀剛架，而后安裝其他剛架。頭兩榀剛架安裝完畢后，應(yīng)在兩榀剛架間將水平系桿，檁條及柱間支撐，屋面水平支撐，隅撐全部裝好，安裝完成后應(yīng)利用柱間支撐及屋面水平支撐調(diào)整構(gòu)件的垂直度及水平度，待調(diào)整正確后方可鎖定支撐，而后安裝其他剛架。
3檁條、支撐等構(gòu)件的制作安裝
3.1為了安裝方便，隨意增大、加長檁條或檁托板的螺栓孔徑。檁條不僅僅是支撐屋面板或懸掛墻面板的構(gòu)件，而且也是剛架梁柱隅撐設(shè)置的支撐體，設(shè)置一定數(shù)量的隅撐可減少剛架平面外的計(jì)算長度，有效的保證了剛架的平面外整體穩(wěn)定性。若檁條或檁托板孔徑過大過長，隅撐就失去了應(yīng)有的作用。
3.2隅撐角鋼與鋼梁的腹板直接連接，當(dāng)剛架受側(cè)向力時(shí)，使腹板在該處局部受到側(cè)向水平力作用，容易導(dǎo)致鋼梁局部側(cè)向失穩(wěn)。
3.3有的工程所用檁條僅用電鍍，造成工程尚未完工，檁條早已生銹。檁條宜采用熱鍍鋅帶鋼壓制而成的檁條，且保證一定的鍍鋅量。
3.4因墻面開設(shè)門洞，擅自將柱間垂直支撐一端或兩端移位。同一區(qū)隔的柱間支撐、屋面水平支撐與剛架形成縱向穩(wěn)定體系，若隨意移動其位置將會破壞其穩(wěn)定體系。
3.5有些單位為了節(jié)省鋼材和人工，將檁條和墻梁用鋼板支托的側(cè)向加勁肋取消，這將影響檁條的抗扭剛度和墻梁受力的可靠性。故施工單位不得任意取消設(shè)計(jì)圖紙的一些做法。
3.6有的單位擅自增加屋面荷載，原設(shè)計(jì)未考慮吊頂或設(shè)備管道等懸掛荷載，而施工中卻任意增加吊頂?shù)葢覓旌奢d，從而導(dǎo)致鋼梁撓度過大或坍塌。任何單位均不得擅自增加設(shè)計(jì)范圍以外的荷載。
3.7屋面板未按要求設(shè)置，將固定式改為浮動式，使檁條側(cè)向失穩(wěn)。往往設(shè)計(jì)檁條時(shí)，會考慮屋面壓型鋼板與冷彎型鋼檁條牢固連接，能可靠的阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)并起到整體蒙皮作用。
3.8剛性系桿、風(fēng)拉桿的連接板設(shè)置位置高低不一，使得水平支撐體系不在同一平面上，從而影響剛架的整體穩(wěn)定性。剛性系桿與風(fēng)拉桿構(gòu)成水平支撐體系，其設(shè)置高度在同一坡度方向應(yīng)保持一致。
目前，我國鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段，有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺，國內(nèi)鋼材產(chǎn)量充足，有了一批鋼結(jié)構(gòu)住宅試點(diǎn)與示范的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和科技成果，鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展已具備了較好的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)然，在鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展方面，還有一些技術(shù)問題有待解決。鋼結(jié)構(gòu)住宅的推廣還需要做大量的工作，完善不同類型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研制新型的輕質(zhì)保溫墻體材料以及與住宅部品的配套問題，同時(shí)還要廣泛宣傳開發(fā)輕鋼住宅的益處，讓更多的開發(fā)商、設(shè)計(jì)師和用戶認(rèn)識了解鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1]劉玉株.鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)問題討論.建筑創(chuàng)作，2003年2月.
[2]陳祿如等.攻克關(guān)鍵技術(shù)推動鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展.建設(shè)科技，2003年12月.
【關(guān)鍵詞】力矩分配法；力矩-剪力分配法；應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)
【Abstract】 Illustrate our point of view through two examples： 1.The key to construction engineering professional talent training is improve the professional quality， strengthening the application of mechanical basis . Method of moment distribution should not be eliminated in teaching. 2. The computer is a powerful tool for numerical analysis of engineering and technical personnel， in the field of engineering design， the rational use of computer and calculation speed should be strengthened， and strengthen the leading role of the designer， present engineering design field blindly rely on computer inverted status should be corrected.
【Key words】Moment distribution method；Moment -shear force distribution method；Foundation of applied mechanics
1. 對于一種經(jīng)典的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，其力學(xué)原理的詮釋對夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)是重要的。
1.1 我們在總結(jié)力矩分配法和剪力分配法原理基礎(chǔ)上提出的力矩-剪力分配法[1][2]可較好地說明掌握計(jì)算方法力學(xué)原理的重要性。眾所周知，力矩分配法只適用于只有轉(zhuǎn)角為未知量的剛架、連續(xù)梁或以剪力靜定桿為抗側(cè)構(gòu)件的剛架（無剪力分配法），其分配過程的力學(xué)原理[1][3]可簡述為：首先用剛臂約束結(jié)點(diǎn)各分配結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角，這時(shí)各桿端有固端彎矩作用，同時(shí)約束剛臂上作用有不平衡力矩。分配過程是逐一地輪回釋放每個(gè)分配結(jié)點(diǎn)剛臂約束，即在分配結(jié)點(diǎn)反向施加不平衡力矩，這一過程使圍繞分配結(jié)點(diǎn)的桿近端平衡，同時(shí)使圍繞該結(jié)點(diǎn)的桿端轉(zhuǎn)角更接近實(shí)際變形。
1.2 剪力分配法則適用于只有側(cè)移為未知量的剛架，其力學(xué)原理[1]可簡述為：首先用支桿約束各樓層側(cè)移，計(jì)算出支桿上作用的不平衡樓層剪力，拆去支桿的分配過程即在各樓層反向施以該樓層剪力，樓層剪力的側(cè)移彎矩由同層柱端承擔(dān)。
1.3 以上述兩種方法基本原理為基礎(chǔ)的力矩――剪力分配法原理適用于一般剛架的漸近計(jì)算，方法的創(chuàng)新完全取決于對力矩分配和剪力分配法的力學(xué)原理認(rèn)識。計(jì)算過程的力學(xué)原理簡述為以下四步：
（2）在結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動約束保持的狀態(tài)逐一釋放各樓層支桿，即應(yīng)用剪力分配法一輪，
（3）在樓層側(cè)移約束保持的狀態(tài)逐一釋放各分配結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動約束，即應(yīng)用力矩分配法一輪
（4）經(jīng)多輪以上兩步計(jì)算后，最終的桿端彎矩為以上兩種分配法所得的分、傳的彎矩及
固端彎矩之和。
為簡明計(jì)，現(xiàn)以圖1a所示一般剛架為例說明計(jì)算的漸近過程。
1.4 約束自由結(jié)點(diǎn)B、D的線位移及角位移，計(jì)算固端彎矩如圖18b。由于水平力較大，其產(chǎn)生的效應(yīng)會較大，第一輪分配從剪力分配開始。
1.5 第一輪分配、傳遞：
（1）對加約束后的圖一b的剛架，僅釋放D處支桿，剪力分配法分配100KN水平力（圖二a），這時(shí)B、D結(jié)點(diǎn)不平衡力矩均為-100KN?m，剪力分配彎矩在計(jì)算簡圖（圖三）上用圓括號數(shù)表示。
（2）對圖二b 的剛架，僅釋放B處剛臂，力矩分配法分配該結(jié)點(diǎn)上的不平衡力矩 ，分配后B處力矩平衡、D結(jié)點(diǎn)不平衡力矩 （圖二c），力矩分配法分配彎矩在計(jì)算簡圖（圖三）上用下劃線表示，傳遞彎矩用非下劃線數(shù)表示。
（3）對圖二c的剛架，僅釋放D處剛臂，力矩分配法分配-58.4KN?m，完成第一輪分配、傳遞。這時(shí)D結(jié)點(diǎn)力矩平衡，同時(shí)支桿內(nèi)水反力。
1.6 第二輪分配、傳遞：
（1）圖二d：對圖2c的剛架，僅釋放D處支桿，剪力分配法分配27.8KN水平力，這時(shí)B、D結(jié)點(diǎn)不平衡力矩均為-27.8 KN?m。
（2）圖二e：對圖二d的剛架，僅釋放B處剛臂，力矩分配法分配27.8 KN?m力矩，這時(shí)B處力矩平衡，D結(jié)點(diǎn)不平衡力矩 10.6-27.8=-17.2。
（3）圖二f：對圖2e的剛架，僅釋放D處剛臂，力矩分配法分配17.2KN?m，這時(shí)D結(jié)點(diǎn)力矩平衡，同時(shí)支桿內(nèi)水反力。
（4）計(jì)算過程的首輪分配可以力矩分配法開始，也可以剪力分配法開始。當(dāng)有水平荷載作用時(shí)，宜以剪力分配開始。當(dāng)結(jié)構(gòu)上只有豎向荷載時(shí)，應(yīng)從力矩分配法開始首輪計(jì)算。在計(jì)算簡圖中，計(jì)算得的分配彎矩用下劃線表示，傳遞彎矩用非下劃線表示。剪力分配的柱端彎矩用園括號內(nèi)的數(shù)表示。
（5）上例表明，把力矩分配法的應(yīng)用范圍延拓到一般剛架的這一新穎漸近算法，完全得意于對計(jì)算過程力學(xué)原理的認(rèn)知。“彎矩分配法實(shí)質(zhì)上是 （增量形式的） 塞德爾迭法”――我們認(rèn)為這一數(shù)學(xué)詮釋從建筑工程人材培養(yǎng)的角度去審視并不重要，而更應(yīng)重視方法本身的力學(xué)意義對提高學(xué)生分析工程實(shí)際問題能力，培養(yǎng)其后繼發(fā)展?jié)摿Φ淖饔?。?shí)際上，許多數(shù)學(xué)理論的發(fā)展均源于力學(xué)，歷史上大量數(shù)學(xué)家，如牛頓（Newton1643-1721）、胡克（Hooke.R，1635-1703），泊松（Poission.S.D 1781-1840）、帕斯卡（Pascal.B，1623-1662），歐拉（Euler.L，1707-1783），傅立葉（Fourier.J，1768-1830），斯托克斯（Stokes.G，1809-1903）
柯西（Cauchy.A，1789～1857）等人，更是著名的力學(xué)家，在這一意義上，我們認(rèn)為屏棄力矩分配法是片面的。土木工程所屬二級學(xué)科各專業(yè)培養(yǎng)的主要工作是打牢專業(yè)理論基礎(chǔ)，如果認(rèn)為機(jī)算僅幾分鐘就能完成的計(jì)算方法應(yīng)淘汰，那么以經(jīng)典數(shù)力理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的大量學(xué)科和知識，包括結(jié)構(gòu)力學(xué)中的力法，位移法也無以立足之理了。
2. 對結(jié)構(gòu)力學(xué)向程序化或概念化發(fā)展的淺見
2.1 《結(jié)構(gòu)力學(xué)》向程序化還是向概念化發(fā)展的爭論，近十年來一直未停止過，偏重機(jī)算的傾向已造成眾多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員喪失結(jié)構(gòu)分析能力而成盲從于計(jì)算機(jī)。我們認(rèn)為強(qiáng)調(diào)機(jī)算的速度并沒有抓住矛盾的本質(zhì)，計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)只能作為人類的工具而非本末倒置。誠然，在計(jì)算機(jī)普及，計(jì)算技術(shù)迅猛發(fā)展、結(jié)構(gòu)計(jì)算商品軟件層出不窮的今天，計(jì)算機(jī)作為數(shù)值計(jì)算的有力工具，在工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮了顯著作用，但靈活應(yīng)用專業(yè)基礎(chǔ)理論以提高工程技術(shù)人員分析問題、解決問題的能力則是提高工程技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)的更重要因素。以有限單元法為例，機(jī)算機(jī)將單剛元素對號入座送入總剛剛度集成法則并不能使設(shè)計(jì)人員對力學(xué)原理認(rèn)知，執(zhí)行矩陣位移法的機(jī)算過程冗繁且規(guī)律性強(qiáng)，這正適應(yīng)了計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快的特點(diǎn)。但這一思維模式較之應(yīng)用力學(xué)原理的理性思維模式，是不能親此疏比的。后者對廣大工程技術(shù)人員的專業(yè)能力提高、創(chuàng)新思維的建立是必要的，現(xiàn)以純理論經(jīng)分析得到結(jié)構(gòu)總剛元素的算例說明之。
例二，，圖5（a）所示由梁式桿和軸力桿組成的組合結(jié)構(gòu)，試分析計(jì)算總剛的全部元素。
3. 結(jié)論
強(qiáng)化專業(yè)素質(zhì)能力培養(yǎng)應(yīng)始終慣穿于《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)的全過程，這對于結(jié)構(gòu)工程專業(yè)人員打牢專業(yè)理論的力學(xué)基礎(chǔ)，培養(yǎng)后繼發(fā)展?jié)摿蛣?chuàng)新能力均是十分必要的，從這一意義上講，彎矩分配法不宜在教學(xué)內(nèi)容中淘汰，而以機(jī)算為主的有限元法也應(yīng)的教學(xué)中實(shí)出力學(xué)原理的詮釋。我們的立論依據(jù)至少包括以下方面：
（1）強(qiáng)化基礎(chǔ)力學(xué)概念有益于培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人員的創(chuàng)新思維能力，范例一較好說明這一點(diǎn)。大量經(jīng)典學(xué)科有別于新興學(xué)科的本質(zhì)是，前者的創(chuàng)新勢必要以豐富的傳統(tǒng)理論知識積淀為基礎(chǔ)，以經(jīng)典理論為基礎(chǔ)的學(xué)科，其專業(yè)素質(zhì)的提高是循序漸近的。
（2）突出概念化的分析結(jié)構(gòu)力學(xué)有助于提高廣大工程技術(shù)人員分析、解決實(shí)際問題的能力。范例二在一定程度上可說明這一點(diǎn)，我們在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中結(jié)合不同計(jì)算方法突出力學(xué)原理以強(qiáng)化學(xué)生分析問題能力的內(nèi)容在《分析結(jié)構(gòu)力學(xué)》[1][4][5]很多，可供參考。
（3）與不同計(jì)算方法相關(guān)聯(lián)的數(shù)值計(jì)算方法，如解線性方程組的漸近疊代法，高斯消元法、約當(dāng)消元法等方法的數(shù)學(xué)推理僅僅是工科數(shù)學(xué)基礎(chǔ)范疇的工作，對于培養(yǎng)建筑工程學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的作用另當(dāng)別論。
（4）結(jié)構(gòu)力學(xué)中大量計(jì)算方法均是立足于手算的方法，不能因機(jī)算方法的速快而疏此親彼。計(jì)算機(jī)只是人類的應(yīng)用工具而非本末倒置，工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域盲從于計(jì)算機(jī)的現(xiàn)象值得糾正。
參考文獻(xiàn)
[1] 丁圣果.分析結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].貴陽.貴州科技出版社 ISBN978-7-80662-875-1/。o.013 2012.12 250-256.
[2] 丁圣果 修正力矩分配法――計(jì)算一般有側(cè)移剛架的一種有效漸近方法[J] 貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)..1998.2vol 27 no 2 85-87.
[3] 龍馭球 包世華等 結(jié)構(gòu)力學(xué)（上）[M] 第二版 高等教育出版社1979.8 ISBN 7-04-004357-9/TU.34.
[4] 丁圣果 李綺文 李舒 全框架加層的結(jié)構(gòu)形式分析 建筑結(jié)構(gòu)[J]. 1995.5 44-51.
[5] 丁婷 李綺文 丁圣果Some Concept design typical characteristics of Building structure[C]2011年土木工程、建筑與建材國際學(xué)術(shù)會議論文集2011.6.18-20（中國?？冢?
[基金項(xiàng)目]貴州省科學(xué)技術(shù)基金 項(xiàng)目批準(zhǔn)號：黔科合J字[2011]2014號。
關(guān)鍵詞：應(yīng)用技術(shù)本科；土木工程專業(yè)；實(shí)踐教學(xué)體系；現(xiàn)場工程師
中圖分類號：G6420；TU4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：10052909（2017）02011005
在現(xiàn)代教育體系中應(yīng)用技術(shù)本科教育隸屬于職業(yè)教育體系，而傳統(tǒng)的普通本科教育屬于普通教育體系[1]，不同的教育體系對人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求有差異。應(yīng)用技術(shù)本科院校的人才培養(yǎng)應(yīng)以產(chǎn)業(yè)需要為導(dǎo)向，能力培養(yǎng)為主線，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同，著重培養(yǎng)在技術(shù)實(shí)踐、技術(shù)設(shè)計(jì)及技術(shù)研發(fā)方面能適應(yīng)現(xiàn)行產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的高級技術(shù)型及管理型人才[2]。為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)本科院校的辦學(xué)定位，南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院提出“現(xiàn)場工程師”人才培養(yǎng)理念。“現(xiàn)場工程師”就是工作在工程技術(shù)一線的工程技術(shù)的實(shí)踐者，工藝技術(shù)的設(shè)計(jì)師，技術(shù)難題的解決者。應(yīng)用技術(shù)本科院校應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)技術(shù)，而技術(shù)能力的培養(yǎng)離不開實(shí)踐，所有實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置直接影響著應(yīng)用技術(shù)本科院校人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。文章結(jié)合土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革中的嘗試，探討基于“現(xiàn)場工程師”培養(yǎng)目標(biāo)的土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建。
一、土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置
土木工程專業(yè)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用型工科專業(yè)，要求土木工程專業(yè)必須具有很強(qiáng)的工程性、技術(shù)性及實(shí)踐性[3]。土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，要求土木工程專業(yè)應(yīng)遵循應(yīng)用型人才培B規(guī)律，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置，很大程度上影響著應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》[4]（以下簡稱“專業(yè)指導(dǎo)規(guī)范”）中明確指出：土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)涉及實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)及設(shè)計(jì)
三大主
要領(lǐng)域，而設(shè)計(jì)領(lǐng)域又包含課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）兩個(gè)方面。該實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置具有國際通用性，其科學(xué)性不言而喻。因此，
重新整合優(yōu)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，將其整合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)、課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)及“擇業(yè)”實(shí)踐環(huán)節(jié)三方面，如圖1所示。對實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)僅進(jìn)行內(nèi)容及組織形式的適當(dāng)調(diào)整，將測量實(shí)習(xí)、認(rèn)識實(shí)習(xí)及課程設(shè)計(jì)合并形成課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，將生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)合并成“擇業(yè)”實(shí)踐環(huán)節(jié)。“擇業(yè)”實(shí)踐環(huán)節(jié)以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，學(xué)生就業(yè)意向?yàn)榍疤帷?/p>
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建
《專業(yè)指導(dǎo)規(guī)范》中規(guī)定土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域應(yīng)包含基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)性試驗(yàn)及研究性試驗(yàn)四個(gè)環(huán)節(jié)[4]。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建時(shí)將這四大環(huán)節(jié)融入“兩大平臺”，通過“兩大平臺”鍛煉學(xué)生的“兩大能力”，而在平臺建設(shè)時(shí)引入即強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)的“綜合集成化”理念，如圖2所示。
（一）“兩個(gè)平臺”的建設(shè)
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建時(shí)應(yīng)搭建服務(wù)于四大環(huán)節(jié)的實(shí)踐教學(xué)平臺。將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)合并構(gòu)建為“實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺”，將專業(yè)研究實(shí)驗(yàn)構(gòu)建為“科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”，即構(gòu)建出如圖2所示的特色顯明、目標(biāo)明確的土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。
（二）“兩大能力”的培養(yǎng)
通過“兩大平臺”的建設(shè)鍛煉學(xué)生基礎(chǔ)知識實(shí)踐技能和專業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系應(yīng)以教學(xué)為核心，人才培養(yǎng)為主線[5] ，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺鍛煉學(xué)生
的實(shí)踐技能，幫助學(xué)生強(qiáng)化對課程理論知識的消化、培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)精神及必要的實(shí)踐能力，通過科研創(chuàng)新平臺培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。通過該環(huán)節(jié)的鍛煉，南京理工大學(xué)土木工程學(xué)生的創(chuàng)新能力顯著提高，在近兩屆“江蘇省結(jié)構(gòu)創(chuàng)新大賽”中均取得三等獎(jiǎng)以上的好成績。
（三）“綜合集成化項(xiàng)目”的開發(fā)
土木工程專業(yè)中實(shí)驗(yàn)設(shè)置往往受課程影響，難以打開課程體系的壁壘，使得實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)各自為陣。這樣既割裂了各課程實(shí)驗(yàn)之間應(yīng)有的聯(lián)系，也使學(xué)生難以理解課程實(shí)驗(yàn)的用途及意義，因此，有必要開發(fā)“綜合集成化項(xiàng)目”，讓學(xué)生將各基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來，提升學(xué)生從事科學(xué)研究及應(yīng)用創(chuàng)新的能力。以“綜合集成化”的梁抗彎試驗(yàn)為例，圖3給出了梁抗彎試驗(yàn)的集成框圖。通過梁抗彎試驗(yàn)這一主線，將多門專業(yè)理論課程的知識及多個(gè)專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合。整個(gè)過程既鍛煉了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，又提高了學(xué)生的動手實(shí)踐能力，還提升了學(xué)生對知識的綜合運(yùn)用能力。而專業(yè)知識的綜合運(yùn)用能力對解決工程實(shí)際問題至關(guān)重要。通過該實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)施，提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，多名學(xué)生依托該綜合實(shí)驗(yàn)平臺申報(bào)“江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”，連續(xù)三年均獲得“省級項(xiàng)目”資助。
三、課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系構(gòu)建
將測量實(shí)習(xí)、認(rèn)識實(shí)習(xí)及課程設(shè)計(jì)合并形成課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，在構(gòu)建的過程中應(yīng)“依托行業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合區(qū)域產(chǎn)業(yè)崗位需求，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新及應(yīng)用”。通過“兩平一庫”平臺（“兩平”即“半拉子工程”實(shí)訓(xùn)平臺和“虛擬”實(shí)訓(xùn)平臺，“一庫”即課程視頻庫）的建設(shè)提升測量實(shí)習(xí)、認(rèn)識實(shí)習(xí)及課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，并以工程為主線將松散的課程設(shè)計(jì)集成，同時(shí)將多門專業(yè)課程及課程實(shí)習(xí)穿來。課程設(shè)計(jì)的集成化既實(shí)現(xiàn)了專業(yè)知識的串聯(lián)，也訓(xùn)練了學(xué)生工程實(shí)踐的綜合能力，還可作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的預(yù)演。該課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系可表述為圖4所示框圖。
（一）兩大實(shí)訓(xùn)平臺的建設(shè)
“半拉子工程”實(shí)訓(xùn)平臺將工程現(xiàn)場搬到學(xué)校，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識及進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)，做到“邊看邊學(xué)，邊學(xué)邊做”。“半拉子工程”實(shí)訓(xùn)平臺的開發(fā)，使學(xué)生對擬設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件組成及構(gòu)件間的連接形式了然于胸，避免閉門造車的現(xiàn)象。圖5為南京理工大學(xué)已建成的門式剛架結(jié)構(gòu)及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)兩個(gè)實(shí)訓(xùn)平臺。此外，對兩類結(jié)構(gòu)中涉及的連接節(jié)點(diǎn)也按照1∶1的比例做成實(shí)物模型，供學(xué)生拆卸。該平臺還可將工程測量及認(rèn)識實(shí)習(xí)融入其中。
“半拉子工程”實(shí)訓(xùn)平臺花費(fèi)巨大，難以做到面面俱到。通過計(jì)算機(jī)信息技術(shù)構(gòu)建“虛擬”實(shí)訓(xùn)平臺花費(fèi)較少且效果較好。如孫國華等[6]將電子模型引入鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。筆者所在學(xué)院也基于Web3D技術(shù)開發(fā)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類的實(shí)訓(xùn)平臺，圖6給出了基于Web3D的梯形鋼屋架支座節(jié)點(diǎn)，學(xué)生可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的拆卸及裝配。計(jì)算機(jī)“虛擬”實(shí)訓(xùn)平臺既能幫助學(xué)生了解節(jié)點(diǎn)組成及連接，還能幫助學(xué)生理清節(jié)點(diǎn)復(fù)雜的空間關(guān)系，提高施工圖繪制及預(yù)算編制的正確性。
（二）施工技術(shù)課程視頻庫的建設(shè)
施工技術(shù)視頻庫建設(shè)可彌補(bǔ)學(xué)生對施工技術(shù)了解較少的短板，幫助學(xué)生很好地完成施工組織設(shè)計(jì)。依托“基于工種的一體化教學(xué)平臺”建設(shè)項(xiàng)目，進(jìn)行了“施工技術(shù)課程視頻庫”的錄制工作。現(xiàn)已完成鋼構(gòu)件加工制作、門式剛架吊裝以及管桁架吊裝等視頻的錄制。圖7為中國醫(yī)藥城會展中心二期大跨度管桁架施工視頻截圖。通過一系列視頻庫的建立，可幫助學(xué)生建立對一些關(guān)鍵施工技術(shù)的直觀認(rèn)識。
（三）課程設(shè)計(jì)的集成化
土木工程專業(yè)涉及的課程設(shè)計(jì)有房屋建筑學(xué)課程設(shè)計(jì)、鋼筋混凝土課程設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)、施工組織設(shè)計(jì)及施工圖預(yù)算等。現(xiàn)階段多數(shù)院校對各門課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容作了適當(dāng)調(diào)整，然后再把原先孤立的課程設(shè)計(jì)集成起來[7]。
課程設(shè)計(jì)集成以實(shí)際工程為背景，依次將項(xiàng)目分解為房屋建筑學(xué)課程設(shè)計(jì)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)、施工圖預(yù)算及施工組織設(shè)計(jì)等，根據(jù)具體要求統(tǒng)一編制任務(wù)書，將原先分散的課程設(shè)計(jì)有機(jī)地串聯(lián)起來。目前已實(shí)現(xiàn)房屋建筑學(xué)課程設(shè)計(jì)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)等部分課程設(shè)計(jì)的貫通。課程設(shè)計(jì)的集成化既能培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)全局思想，提高χ識的綜合運(yùn)用能力，又為學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
四、“擇業(yè)”實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建
將生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）合并設(shè)置成土木工程專業(yè)“擇業(yè)”實(shí)踐環(huán)節(jié)?！皳駱I(yè)”實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建應(yīng)立足區(qū)域經(jīng)濟(jì)，以應(yīng)用為前提，就業(yè)為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)崗位能力培養(yǎng)，為學(xué)生就業(yè)謀求最大發(fā)展。為此在傳統(tǒng)“實(shí)習(xí)”的基礎(chǔ)進(jìn)行了改進(jìn)，構(gòu)建了“擇業(yè)”實(shí)踐教學(xué)體系，如圖8。
（一）融入畢業(yè)設(shè)計(jì)
依托學(xué)生“擇業(yè)”方向及實(shí)習(xí)工作展開畢業(yè)設(shè)計(jì)選題，凝練實(shí)踐內(nèi)容，既能調(diào)動學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的主觀能動性和積極性，又能實(shí)現(xiàn)真題真做，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐性，增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)知識的綜合運(yùn)用能力[8]。
學(xué)院已對2011級土木工程專業(yè)學(xué)生做了初步嘗試，依托實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)選題的有30人。這一部分學(xué)生的課題涵蓋施工、造價(jià)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)鑒定與加固、地基處理及新型建筑材料性能研究等內(nèi)容，覆蓋面較為廣泛，對指導(dǎo)教師挑戰(zhàn)較大。通過改革讓學(xué)生了解畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作之間的關(guān)系，明白工程實(shí)踐的重要性。
（二）選擇“擇業(yè)”實(shí)踐周期
建設(shè)項(xiàng)目周期通常較長，而傳統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)習(xí)學(xué)時(shí)較少難以保證學(xué)生全程參與，很難全面提升學(xué)生的實(shí)踐能力及工程適用能力；實(shí)習(xí)時(shí)間過短也使學(xué)生不能真正介入工程，導(dǎo)致用人單位對學(xué)生的期望值降低，也使實(shí)習(xí)效果大打折扣。為解決這一問題，少數(shù)院校提出“3+1”模式，將專業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)合并，學(xué)時(shí)增加至1年，實(shí)踐表明改革后的教學(xué)效果較好[9]，但其改革中并未將各實(shí)踐環(huán)節(jié)深度融合，只是簡單的實(shí)踐環(huán)節(jié)的集中。學(xué)院提出設(shè)置1年的“擇業(yè)”實(shí)踐，并將畢業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)及畢業(yè)實(shí)習(xí)深度融合。1年的“擇業(yè)”實(shí)踐既保證了學(xué)生對項(xiàng)目全過程參與的學(xué)時(shí)要求，確保學(xué)生對建設(shè)項(xiàng)目各環(huán)節(jié)都有所了解，提升了學(xué)生的工程實(shí)踐能力及崗位適應(yīng)能力；還要求學(xué)生將實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行梳理、整合，形成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，提升了對知識綜合運(yùn)用的能力。
（三）確定“擇業(yè)”實(shí)踐崗位
為學(xué)生定制合身的“擇業(yè)”崗位是“擇業(yè)”實(shí)踐體系的基礎(chǔ)?，F(xiàn)行的做法是根據(jù)當(dāng)年畢業(yè)生就業(yè)崗位反饋以及就業(yè)指導(dǎo)部門統(tǒng)計(jì)的當(dāng)年的人力資源市場崗位需求進(jìn)行“擇業(yè)”崗位確定。表1給出了2015屆254名畢業(yè)生的就業(yè)情況統(tǒng)計(jì)。根據(jù)就業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)制定“擇業(yè)”崗位針對性強(qiáng)，有利于提高后續(xù)畢業(yè)生的就業(yè)率。
（四）開展實(shí)踐崗位能力培訓(xùn)
為提高學(xué)生的擇業(yè)面及企業(yè)的歡迎度，提升產(chǎn)學(xué)研融合度，學(xué)院積極探索“實(shí)踐崗位能力培訓(xùn)”制度。培訓(xùn)崗位根據(jù)學(xué)校統(tǒng)計(jì)的“擇業(yè)”崗位及學(xué)生的就業(yè)意向展開針對性培訓(xùn)，分為
崗前和在崗實(shí)時(shí)培訓(xùn)兩種。為確保該制度落到實(shí)處：（1）針對區(qū)域產(chǎn)業(yè)的人才需求，制定“擇業(yè)”實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)擬開設(shè)熱門崗位的短期崗前培訓(xùn)，要求學(xué)生獲取1項(xiàng)校內(nèi)崗位技能培訓(xùn)結(jié)業(yè)證書方可進(jìn)入“擇業(yè)”實(shí)踐環(huán)節(jié)，保證進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)的學(xué)生能夠基本適應(yīng)企業(yè)需求。（2）采取“助推”措施，通過“基于工種的一體化教學(xué)平臺”提供崗位能力實(shí)時(shí)培訓(xùn)，幫助學(xué)生強(qiáng)化崗位能力，提高學(xué)生的崗位適應(yīng)力，變傳統(tǒng)的“硬推實(shí)踐”為“助推實(shí)踐”。
（五）落實(shí)“員工身份”
多數(shù)學(xué)生只重視理論課程學(xué)習(xí)，輕視實(shí)踐環(huán)節(jié)，表現(xiàn)為被動接受，且不能擺正自己的位置，導(dǎo)致實(shí)踐效果較差。為提高“擇業(yè)”實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，可借鑒德國“雙元制”模式[10]，幫助學(xué)生落實(shí)“員工身份”，實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐，從學(xué)生到員工的蛻變。
學(xué)校通過創(chuàng)辦“創(chuàng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園”，引進(jìn)多家企業(yè)幫助學(xué)生創(chuàng)業(yè)，產(chǎn)業(yè)園每年可接收20余名土木工程專業(yè)實(shí)習(xí)生。此外，學(xué)院還與多家企業(yè)建立校企合作關(guān)系，每年接收約30名土木工程專業(yè)實(shí)習(xí)生。這部分學(xué)生均能以員工身份進(jìn)入企業(yè)，實(shí)習(xí)結(jié)束后經(jīng)過考核合格可簽訂就業(yè)協(xié)議。在實(shí)習(xí)期間，企業(yè)幫助學(xué)生繳納意外保險(xiǎn)，每月發(fā)放生活補(bǔ)助。這種方式既解決了傳統(tǒng)實(shí)習(xí)中的安全糾紛問題，又提高了學(xué)生的積極性和參與度，實(shí)習(xí)效果顯著。
（六）建立“擇業(yè)”實(shí)踐管理信息平臺
隨著高等教育大眾化的推進(jìn)，土木工程專業(yè)招生人數(shù)劇增，學(xué)校組織集中實(shí)習(xí)的難度加大，取而代之“分散實(shí)習(xí)”。以南京理工大學(xué)土木工程學(xué)院2011級土木工程專業(yè)學(xué)生為例，參加生產(chǎn)實(shí)習(xí)
人數(shù)為254人，實(shí)習(xí)地點(diǎn)覆蓋國內(nèi)12個(gè)省、市、自治區(qū)，省內(nèi)覆蓋全省13個(gè)地級市。實(shí)習(xí)地點(diǎn)分布范圍之廣，使教師對實(shí)習(xí)過程的監(jiān)管力度弱化，導(dǎo)致實(shí)習(xí)流于形式，甚至個(gè)別學(xué)生根本未參與實(shí)習(xí)。為此，學(xué)院自主開發(fā)校外實(shí)習(xí)管理系統(tǒng)，學(xué)生每天通過上傳實(shí)習(xí)現(xiàn)場圖片及實(shí)習(xí)日記，實(shí)現(xiàn)師生互動交流。實(shí)習(xí)完畢還可通過該系統(tǒng)提交實(shí)習(xí)報(bào)告，較好地解決了“分散實(shí)習(xí)”監(jiān)管難的問題。
五、結(jié)語
從實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)、課程設(shè)計(jì)（實(shí)訓(xùn)）教學(xué)環(huán)節(jié)及“擇業(yè)”實(shí)踐環(huán)節(jié)三方面構(gòu)建了土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)、“擇業(yè)”實(shí)踐環(huán)節(jié)中多課程、多知識的整合貫通，提升了學(xué)生對專業(yè)知識及專業(yè)技能的綜合運(yùn)用能力。通過構(gòu)建土木工程實(shí)踐教學(xué)體系，較好地落實(shí)了學(xué)院“現(xiàn)場工程師”的人才培養(yǎng)理念，符合應(yīng)用技術(shù)本科院校的辦學(xué)定位，既強(qiáng)化了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，使培養(yǎng)的學(xué)生能夠符合企業(yè)對人才的技術(shù)能力要求；又培養(yǎng)了學(xué)生的專業(yè)知識架構(gòu)和創(chuàng)新能力，為學(xué)生后續(xù)發(fā)展做了必要的知識及能力儲備。這一實(shí)踐體系構(gòu)建雖然產(chǎn)生了許多積極的效果，但有些做法還處于小范圍試點(diǎn)中，若要全面實(shí)施還需深入研究。
參考文獻(xiàn)：
[1]教育部， 國家發(fā)展改革委， 財(cái)政部， 等. 現(xiàn)代職業(yè)教育體系建設(shè)規(guī)劃（2014-2020年）[J].職業(yè)技術(shù)教育， 2014（18）： 50-59.
[2]云波.用技術(shù)型本科的定位及建設(shè)思考[J].中國職業(yè)技術(shù)教育， 2015（36）： 92-94.
[3]王玉林， 張向波， 孫家國， 等.應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系研究[J].高等建筑教育， 2015， 24（6）： 29-33.
[4]高等學(xué)校土木工程學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會.高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范[M].北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2011.
[5]李彬彬， 蘇明周.特色創(chuàng)新的國家級土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)與發(fā)展研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版， 2015， 34（4）：97-100.
[6]孫國華， 高曉瑩， 高建洪， 等.電子模型在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].高等建筑教育， 2015， 24（6）： 174-178.
[7]謝鐳， 于英霞， 梁斌.土木工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究[J].洛陽理工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2009， 19（3）： 87-89.
[8]易富， 張二軍， 趙文華.基于畢業(yè)去向的土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)改革與實(shí)踐[J].大學(xué)教育， 2014（11）：19-21.
[9]周清， 黃嵐， 趙玉新， 等.土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的研究與創(chuàng)新[J].中國電力教育， 2013（19）：137-138.
[10]任曉霏， 戴研.德國雙元制大學(xué)創(chuàng)新驅(qū)動產(chǎn)學(xué)研合作之路―巴登-符騰堡州州立雙元制大學(xué)總校長蓋爾斯德費(fèi)爾教授訪談錄[J].高校教育管理， 2015，9（5）：5-8.
關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房；鋼結(jié)構(gòu)；造價(jià)控制
近10年來，我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速蓬勃發(fā)展，城市建設(shè)進(jìn)行的是如火如荼。整體經(jīng)濟(jì)形式看好以及鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的成熟性，使我所在二線城市的鋼結(jié)構(gòu)建筑也逐漸增加。在商用建筑上有錦州新建的43層喜來登酒店（局部），大潤發(fā)超市錦州店，各大汽車品牌4S店都是鋼結(jié)構(gòu)。在工業(yè)建筑上，輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房如一枝獨(dú)秀在眾多結(jié)構(gòu)形式中脫穎而出。鋼結(jié)構(gòu)廠房有著工期短、污染小、重量輕等特點(diǎn),這些優(yōu)勢讓它成為未來發(fā)展的必然趨勢,特別是在建設(shè)部于1997年頒布的《1996―2010年建筑技術(shù)政策》首次提出了發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)、加速推廣輕鋼結(jié)構(gòu),明確了我國建筑技術(shù)政策的導(dǎo)向由多年來的限制鋼結(jié)構(gòu)使用轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)展、推廣鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
1 設(shè)計(jì)階段鋼結(jié)構(gòu)廠房工程造價(jià)的控制
1） 方案設(shè)計(jì)在項(xiàng)目建設(shè)中的作用是最首位的，也是決定性的，這個(gè)在工程中有著非常重要的階段。在初步設(shè)計(jì)階段，工程技術(shù)文件主要表現(xiàn)為初步設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的初步設(shè)計(jì)圖紙及有關(guān)設(shè)計(jì)資料。設(shè)計(jì)概算的編制，主要是以初步設(shè)計(jì)圖紙等有關(guān)設(shè)計(jì)資料作為依據(jù)。
2） 要嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)初步圖紙的鋼材用量，鋼結(jié)構(gòu)，顧名思義，主體材料都是鋼的材質(zhì)。直白的說，在滿足生產(chǎn)及使用要求的前提下，鋼材含量越少越節(jié)省。例如在廠房常用的門式剛架中，經(jīng)常會使用成型H鋼或焊接H型鋼。一般情況下，焊接H型鋼因其用鋼量小于成型H鋼，應(yīng)建議設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)直接選擇焊接H型鋼。
3） 設(shè)計(jì)主體形式的選擇很重要。一般情況下，門式剛架的最優(yōu)間距為6m-9m，當(dāng)設(shè)有大噸位吊車時(shí)，經(jīng)濟(jì)柱距一般為7m-9m,不宜超過9m，超過9m時(shí)，屋面檁條、吊車梁與墻架體系的用鋼量也會相應(yīng)增加，造價(jià)并不經(jīng)濟(jì)。廠房造價(jià)與所在地區(qū)，房屋結(jié)構(gòu)類型，用途、建造時(shí)間等等諸多因素有關(guān)。鋼結(jié)構(gòu)屋架比薄腹梁要貴。但是不同形式的屋架造價(jià)也不盡相同?？梢栽O(shè)計(jì)時(shí)選擇結(jié)構(gòu)簡單并滿足使用要求的形式。
4） 在材料選用方面工程造價(jià)控制中，彩板是選用進(jìn)口彩板還是國產(chǎn)彩板，彩板厚度、涂層幾層；保溫層材料的選擇及厚度；屋面有無天窗；廠房開間、跨度；有無吊車、吊車噸位、工作制等級等等的許多因素都有關(guān)系，另外地區(qū)差價(jià)及施工單位的資質(zhì)水平的影響也不容忽視。
2 招投標(biāo)階段鋼結(jié)構(gòu)廠房工程造價(jià)的控制
建設(shè)工程招標(biāo)是指招標(biāo)人在發(fā)包建設(shè)項(xiàng)目之前，公開招標(biāo)或邀請投標(biāo)人，根據(jù)招標(biāo)人的意圖和要求提出工程報(bào)價(jià)，擇日當(dāng)場開標(biāo)，以便從中擇優(yōu)選定中標(biāo)人的一種經(jīng)濟(jì)活動。企業(yè)不同于房地產(chǎn)業(yè)，造價(jià)思維一般常采用定額計(jì)價(jià)投標(biāo)。招投標(biāo)階段最重要的就是編制標(biāo)底工作，編制標(biāo)底應(yīng)以招標(biāo)文件、設(shè)計(jì)圖紙、施工方案措施，有關(guān)資料及工程量定額，按照國家、省、市規(guī)定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)定額及規(guī)范進(jìn)行編制，標(biāo)底價(jià)格應(yīng)由成本、利潤、稅金組成，同時(shí)應(yīng)考慮人工、材料、機(jī)械臺班等的價(jià)格變動因素和包括不可預(yù)見費(fèi)、措施費(fèi)、包干費(fèi)以及風(fēng)險(xiǎn)費(fèi)。
對于總包工程來說，在圖紙沒有變化的情況下，中標(biāo)價(jià)格應(yīng)接近整個(gè)工程的最終結(jié)算價(jià)。我企業(yè)招標(biāo)多采用二次報(bào)價(jià)，總包形式招標(biāo)。當(dāng)然投標(biāo)價(jià)格不一定和標(biāo)底價(jià)格相同，但對于甲方來說，標(biāo)底是影響哪個(gè)施工方中標(biāo)的底線，也是二次報(bào)價(jià)的依據(jù)。
要做好招標(biāo)評審工作，作為評委中的造價(jià)技術(shù)人員，要做好對投標(biāo)單位進(jìn)行資格審查及對最低投標(biāo)報(bào)價(jià)進(jìn)行分析。標(biāo)書評審，一般包括商務(wù)標(biāo)和技術(shù)標(biāo)二部分，對于實(shí)行最低價(jià)中標(biāo)來說，商務(wù)標(biāo)的評審尤為重要。審查工作主要審查是否超出圖紙范圍，有無漏報(bào)項(xiàng)目，有無錯(cuò)誤理解招標(biāo)條件內(nèi)容，必要時(shí)對招標(biāo)單位進(jìn)行詢問，要求投標(biāo)單位證實(shí)其報(bào)價(jià)的合理性。
3 施工階段鋼結(jié)構(gòu)廠房工程造價(jià)的控制
1） 人工費(fèi)的控制，這個(gè)主要取決于施工方用人的合理安排。還有各個(gè)工種的配合銜接，避免施工材料物資的二次倒運(yùn)，甲方盡早提供合適的施工場地。筆者曾在一個(gè)企業(yè)工作，某個(gè)施工項(xiàng)目已經(jīng)開始建設(shè)，但是沒有材料堆放的場地，只好將鋼梁鋼柱在廠家制作好拉進(jìn)施工現(xiàn)場，但是在運(yùn)輸?shù)倪^程構(gòu)件漆膜有很多部位脫落。經(jīng)過雙方協(xié)商，增加一遍面漆，增加的面漆費(fèi)用各自承擔(dān)一半，費(fèi)用大約一萬元。這個(gè)是屬于施工中控制造價(jià)控制失敗的典型例子。
2） 材料費(fèi)的控制，現(xiàn)在一般采用招投標(biāo)體系，商業(yè)行業(yè)一般國際慣用的是清單報(bào)價(jià)，但是對于大型工業(yè)企業(yè)來說，多采用定額報(bào)價(jià)，無論哪種報(bào)價(jià)，材料價(jià)格都是主要內(nèi)容。材料的選擇上主要體現(xiàn)在鋼材廠家的選擇上，如果企業(yè)對建筑技術(shù)參數(shù)要求很高，要求必須使用廠家的鋼材，這樣工程造價(jià)肯定比較高，如果在滿足使用的前提下，適當(dāng)采用中型鋼材的材料，也能節(jié)省一筆可觀的材料費(fèi)。
3） 管理費(fèi)的控制，甲方代表在開工前就確定人選，不應(yīng)該施工到一半換管理者，甲方代表是企業(yè)建廠房直接第一接觸人，很多現(xiàn)場情況，很多簽證都需要甲方代表的證實(shí)。應(yīng)嚴(yán)格控制現(xiàn)場簽證，做到簽證和實(shí)際內(nèi)容相符，不要超出應(yīng)簽證的范圍，也要熟悉圖紙內(nèi)容，不要重復(fù)簽證。以免增加造價(jià)。南方有一個(gè)工程項(xiàng)目，中標(biāo)價(jià)格是135萬元，簽證價(jià)格達(dá)到200萬多，造成簽證價(jià)格大于招標(biāo)價(jià)格，這個(gè)是甲方控制失敗的典型例子，說明在管理上有嚴(yán)重漏洞。
4） 施工中盡量減少圖紙變更，不要為了建筑物美觀做變更，有的工程是為了政績，為了形象而做，但是工業(yè)廠房一般不存在這個(gè)問題，當(dāng)然在設(shè)計(jì)階段也應(yīng)充分考慮廠房與建筑環(huán)境的協(xié)調(diào)性，以免影響整個(gè)廠區(qū)的整體規(guī)劃。
5） 正確對待和處理施工索賠，并且在簽訂合同階段就要明確甲乙雙方各種責(zé)任和權(quán)益，以避免產(chǎn)生糾紛，參加招投標(biāo)的技術(shù)人員應(yīng)參與合同的編寫，避免由于合同未明確或不嚴(yán)密等原因而造成的造價(jià)失控或者扯皮現(xiàn)象。
4 竣工階段鋼結(jié)構(gòu)廠房工程造價(jià)的控制
竣工階段是成本控制的最后階段，收集工程結(jié)算相關(guān)的文件資料：招標(biāo)文件、標(biāo)底、施工單位投標(biāo)報(bào)價(jià)書、施工合同、審定的施工組織設(shè)計(jì)、竣工圖紙、施工過程中所發(fā)生的設(shè)計(jì)變更、現(xiàn)場簽證，根據(jù)這些資料和企業(yè)有關(guān)規(guī)定．認(rèn)真審核工程款．以圖紙為依據(jù)．對送審的竣工決算進(jìn)行核實(shí)工作量，落實(shí)聯(lián)系單簽證，使審核后的結(jié)算真正體現(xiàn)工程實(shí)際的造價(jià)。找出不符合實(shí)際的簽證，找出不合理的技術(shù)措施，并應(yīng)掌握最新的材料價(jià)格，重點(diǎn)審查工程量和材料價(jià)格。現(xiàn)在工程數(shù)據(jù)繁多，計(jì)算量大，工程經(jīng)濟(jì)人員必須熟練使用計(jì)算軟件，各種計(jì)算軟件也是造價(jià)審核人員進(jìn)行工程結(jié)算審核所必須的基本硬件。計(jì)算軟件使用的熟練與否，在一定程度上也決定結(jié)算的時(shí)間長短。
有效的控制各個(gè)階段的工程造價(jià)，是一項(xiàng)復(fù)雜而且細(xì)致的工作，并且是一個(gè)動態(tài)的管理，只有各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)與施工層次互相合作，積極配合，把握市場信息，才能為企業(yè)節(jié)省更多的建設(shè)資金，更好的實(shí)現(xiàn)造價(jià)控制。
參考文獻(xiàn)
[1]建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的工程造價(jià)控制2008《民營科技》趙秀榮、劉繼斌
關(guān)鍵詞：電力隧道智能巡檢機(jī)器人；輕型吊裝減震鋁合金軌道；感應(yīng)取電；無線漏波通信。
Abstract: This paper introduces the power tunnel intelligent inspection robot system; the function of each part and the work principle of power tunnel intelligent inspection robot system.
Keywords: tunnel intelligent inspection robot for power; light lifting damping aluminum alloy rail; inductive electricity-getting; wireless leaky wave communication.
中圖分類號：U45文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
隨著電纜在城市電網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，電力隧道成為電纜敷設(shè)的主要通道之一。由于城市建設(shè)的復(fù)雜性和線路走廊資源的緊缺，電力隧道內(nèi)部的運(yùn)行環(huán)境常面臨各種客觀因素的影響，如地面施工、液體滲漏、通風(fēng)不佳、內(nèi)部空間受限等情況，均會直接影響電纜設(shè)備的運(yùn)行狀況，同時(shí)也不利于維護(hù)人員開展巡檢工作。如何有效監(jiān)測電力隧道的運(yùn)行動態(tài)，提升維護(hù)人員的巡檢效率，成為供電部門需要解決的技術(shù)問題。
電力隧道常規(guī)巡檢問題與解決方案
目前電力隧道的巡檢方式以人工巡視為主，運(yùn)維人員定期巡視地面和隧道內(nèi)部，在隧道內(nèi)主要檢查電纜本體或發(fā)熱現(xiàn)象、電纜支架、隧道環(huán)境等情況，效率低下，且隧道內(nèi)采光及通風(fēng)條件受限，對工作人員的職業(yè)健康造成威脅。為有效監(jiān)測隧道內(nèi)的環(huán)境參數(shù)和電纜運(yùn)行狀況，廣州供電局已在潭天隧道、麒天隧道內(nèi)建設(shè)了電力隧道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括視頻圖像、氣體監(jiān)測、水位監(jiān)控等信息的采集。該系統(tǒng)利用安裝在隧道各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的傳感器和攝像頭，采集現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)和視頻信號，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)至服務(wù)器，以供后臺維護(hù)人員進(jìn)行監(jiān)控。該套系統(tǒng)涉及多個(gè)產(chǎn)家生產(chǎn)的監(jiān)控設(shè)備，統(tǒng)一集成到監(jiān)控平臺上，相應(yīng)硬件和軟件方面的維護(hù)工作量大，存在一定的兼容性問題。
本篇論文所論述的電力隧道智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，是在中軸隧道內(nèi)建設(shè)的可視化移動監(jiān)控系統(tǒng)，它集合了聲、光、氣體、溫濕度等環(huán)境監(jiān)控部件，相較以往的巡檢方式和已建的監(jiān)控系統(tǒng)，主要有兩個(gè)特點(diǎn)：①監(jiān)控設(shè)備可在隧道內(nèi)沿軌道移動，解決固定監(jiān)控只能定點(diǎn)和不能近距離觀察的缺點(diǎn)，實(shí)行真正意義上的可視化巡視；②智能巡檢機(jī)器人集成了氣體、溫濕度、聲音、視頻等監(jiān)控單元，相較多點(diǎn)分布的采集單元來說，其設(shè)備工作的可靠性更高，能有效降低設(shè)備維護(hù)工作量及維修成本[1]。下面將論述電力隧道智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)組成及其功能原理。
電力隧道智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)組成
電力隧道智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)由軌道總成、供電總成、通信總成、軟件平臺及智能巡檢機(jī)器人本體五部分組成。
圖1系統(tǒng)組成示意圖
軌道總成
軌道[2]作為巡檢設(shè)備及其供電電纜的承載主體，實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人的移動監(jiān)控。本設(shè)計(jì)方案采用工字型鋁合金軌道，它是一種經(jīng)特制加工的高強(qiáng)度鋁合金型材，經(jīng)氧化處理，既提高抗腐蝕能力，又可加強(qiáng)表面的硬度，增加抗磨損性能。
軌道的一側(cè)用于安裝供電感應(yīng)電纜，另一側(cè)作為驅(qū)動輪行走空間。軌道主體包括吊裝軌道、定制彎道、軌道減震附件（解決智能巡檢設(shè)備行走帶來的震動緩沖問題）、軌道連接件等部件，需要根據(jù)隧道的空間條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以適應(yīng)上、下坡和轉(zhuǎn)彎等功能。
圖2 軌道吊裝示意圖
供電總成
巡檢機(jī)器人采用感應(yīng)取電的供電方式，供電部分基于CPS[4]非接觸式電磁感應(yīng)供電的動力驅(qū)動系統(tǒng)，主要由初級電控柜、感應(yīng)電纜和感應(yīng)取電單元組成。初級電控柜是用于給軌道巡檢設(shè)備供電的電控柜，以供電箱為前級電源（輸入380V交流電壓），通過輸出感應(yīng)電纜向巡檢設(shè)備供電（額定輸出功率8.8kW）。初級電控柜主要組成部分包含：輸入濾波裝置、整流裝置、初級變頻器、隔離變壓器、電容補(bǔ)償器等幾部分組成。
圖3初級電控柜
圖4非接觸供電的工作原理
電感能量的轉(zhuǎn)移是基于變壓器原理。通過初級電控柜將主電源（AC380V）進(jìn)行過濾、變頻、變壓及補(bǔ)償，由感應(yīng)電纜輸出20kHz的高頻電流。感應(yīng)取電單元對高頻電磁場進(jìn)行感應(yīng)取電，再經(jīng)過整流調(diào)壓后可獲取DC24—288V的直流電供監(jiān)控設(shè)備使用。
無線感應(yīng)供電的優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)輸出功率大，可應(yīng)對機(jī)器人運(yùn)動的功率需求；②適用復(fù)雜的線路布局，感應(yīng)電纜可以沿軌道延伸；③工作過程中不產(chǎn)生電弧，安全可靠。
通信總成
本系統(tǒng)主要由光纖通信子系統(tǒng)與無線微波通信子系統(tǒng)兩部分組成，用于傳輸視頻、控制及監(jiān)測數(shù)據(jù)。首先由通信機(jī)房敷設(shè)光纖到中軸隧道的無線基站，通過漏波電纜作為天線沿巡檢段隧道進(jìn)行信號覆蓋，無線信號為2.4GHz頻段，通信協(xié)議采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。智能巡檢本體上安裝無線接入設(shè)備，以無線信號的方式傳輸監(jiān)測和視頻數(shù)據(jù)。
無線微波通信子系統(tǒng)由無線收發(fā)器與漏波通信電纜組成。漏波電纜[5]是一種天線技術(shù)，主要是針對工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜的空間環(huán)境而設(shè)計(jì)的一種通過特殊饋線電纜傳播射頻信號的技術(shù)。
漏波電纜的原理是將電磁波通過同軸電纜從發(fā)射端傳至電纜的另一端，在電纜外部導(dǎo)體上等距離開出一列漏波孔，電磁波通過漏波孔向外輻射信號。
圖5漏波電纜傳輸信號示意圖
智能巡檢機(jī)器人
它是整個(gè)巡檢系統(tǒng)的核心組成部分，承擔(dān)隧道內(nèi)巡檢和現(xiàn)場處置的主要功能，巡檢設(shè)備的主要部件包括：車體[7]、驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)、控制箱、定位模塊、雷達(dá)超聲探頭、360°全角度攝像頭、LED照明燈具、有害氣體探頭、溫度/濕度探頭、應(yīng)急對講揚(yáng)聲麥克、車載減震器。
圖6機(jī)器人硬件構(gòu)成結(jié)構(gòu)
機(jī)器人的技術(shù)要求：①按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)[8]具備較強(qiáng)的抗電場干擾能力；②適應(yīng)電力隧道環(huán)境[9]（坡度、彎度、速度、防潮、防爆、阻燃等）；③具備車載影像防抖動功能；④爬坡能力。在小于20°的坡度上能夠平順運(yùn)動；在大于20°的坡度位置，通過在軌道上鑲嵌齒狀條帶，增加設(shè)備行進(jìn)的摩擦力；⑤定位：通過安裝在軌道下方的RFID 實(shí)現(xiàn)定位；⑥防潮防塵性能：CPU主控模塊要求達(dá)到IP67防護(hù)等級。
圖7系統(tǒng)硬件架構(gòu)
軟件平臺
智能巡檢機(jī)器人操控界面。系統(tǒng)提供WEB頁面,可以方便的集成到電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)中[10]，在瀏覽器內(nèi)輸入地址，即可進(jìn)入監(jiān)控界面。在數(shù)據(jù)列表、GIS地圖以及組態(tài)圖中，點(diǎn)擊機(jī)器人圖標(biāo)可以打開機(jī)器人操控界面。在此操控界面中可以實(shí)現(xiàn)視頻查看、設(shè)備控制、運(yùn)動控制、數(shù)據(jù)采集、巡檢模式切換等功能。
圖8操控界面
系統(tǒng)的應(yīng)用效果
該套電力隧道智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)已在廣州中軸電力隧道中投入使用。后臺人員可通過手動控制或定制自動巡檢模式，讓機(jī)器人實(shí)時(shí)監(jiān)測隧道內(nèi)的環(huán)境和電纜運(yùn)行狀態(tài)，代替了以往的人工巡檢方式，有效地保障工作人員的職業(yè)健康，提升了巡檢工作效率，并進(jìn)一步保障電纜線路的安全運(yùn)行。智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在中軸隧道內(nèi)的成功應(yīng)用，成為廣州供電局電力隧道可視化管理的示范段，為日后電力隧道的監(jiān)控研發(fā)工作提供了技術(shù)積淀和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
圖9巡檢機(jī)器人現(xiàn)場工作照片
圖10監(jiān)控界面的使用效果圖
參考文獻(xiàn)：
譚曉準(zhǔn). 城市監(jiān)控報(bào)警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 系列標(biāo)準(zhǔn)[S]. 華文出版社,2009
中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院. 07SG359-5懸掛運(yùn)輸設(shè)備軌道（適用于門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)）—結(jié)構(gòu)專業(yè)[S].中國計(jì)劃, 2007-12-1
田培棠，石曉輝，米林.機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊[M].國防工業(yè)出版社,2011-1-1
法勒移動供電貿(mào)易（上海）有限公司.非接觸供電系統(tǒng)在物流系統(tǒng)的應(yīng)用[J].物流技術(shù)與應(yīng)用.2007，4：100-101.
趙子鑫.閉域空間中泄漏同軸電纜輻射場的研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2007年
徐德,譚民,李原.機(jī)器人視覺測量與控制[M].國防工業(yè)出版社 ,2011-5-1
中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第三編輯室.中國機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編 工業(yè)機(jī)器人卷（第二版）[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2009-7-1
吳振彪，王正家.工業(yè)機(jī)器人（第二版）[M]. 華中科技大學(xué)出版社 ,2006-2-1
關(guān)鍵詞：鋼框架震害節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)襯板
1．前言
1994年1月17日發(fā)生在美國加州圣費(fèi)南多谷地的北嶺地震（NorthridgeEarthquake）和正好一年后1995年1月17日發(fā)生在日本兵庫縣南部地區(qū)的阪神地震(Hyogoken-NanbuEarthquake)是兩次陸域型強(qiáng)震，都導(dǎo)致了焊接鋼框架梁-柱附性連接節(jié)點(diǎn)的廣泛破壞。震后兩國進(jìn)行了大量的調(diào)查和研究，揭示了破壞的原因，在此基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)鋼框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的技術(shù)措施。兩國在此期間都發(fā)表了不少論文，所作的討論開拓了人們的眼界，提供了對鋼框架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的更多了解，對今后鋼框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)有深遠(yuǎn)的影響。我們受中國建筑科學(xué)研究院抗震所委托，對有關(guān)資料進(jìn)行了搜集、整理和歸納，現(xiàn)將其主要內(nèi)容在此作一介紹。
2．美日兩國鋼框架節(jié)點(diǎn)的破壞情況
兩國鋼框架破壞情況的報(bào)導(dǎo)，主要集中在梁柱混合連接節(jié)點(diǎn)上，因此本文也以梁柱混合連接為主要對象?；旌线B接是一種現(xiàn)場連接，其中梁翼緣與柱用全熔透坡口對接焊縫連接，梁腹板通過連接板與柱用高強(qiáng)度螺栓連接。美國慣常采用焊接工字形柱，日本則廣泛采用箱形柱，僅在一個(gè)方向組成剛架時(shí)采用工字形柱。在梁翼緣連接處，工字形柱腹板上要設(shè)置加勁肋(美國稱為連續(xù)板)，在箱形柱中則要設(shè)置隔板。
美、日兩國梁杠混合連接節(jié)點(diǎn)的典型構(gòu)造。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上，兩國都采用彎矩由翼緣連接承受和剪力由腹板連接承受的設(shè)計(jì)方法，美國還規(guī)定，當(dāng)梁翼緣承受的彎矩小于截面總彎矩的70％或梁腹板承受的彎矩大于截面總彎矩的30％時(shí)，要將梁腹板與連接板的角部用角焊縫焊接。日本則規(guī)定腹板螺栓連接應(yīng)按保有耐力即框架達(dá)到塑性階段時(shí)的承載力設(shè)計(jì)，螺栓應(yīng)設(shè)置2-3列，也是為了考慮腹板可能承受的的彎矩。梁翼緣處的柱加勁肋，美國過去根據(jù)傳力的需要由計(jì)算確定，其截面較小。日本根據(jù)構(gòu)造要求采用，其截面較大。
2.1美國北嶺地震后對剛框架節(jié)點(diǎn)破壞的調(diào)查
從70年代以來，美國采用高強(qiáng)螺栓聯(lián)接鋼框架已很普遍，北嶺地震后出現(xiàn)破壞的有100多幢[3](有的報(bào)導(dǎo)說90多幢[7]、150多幢[1]或200多幢[5])。為了弄清破壞的原因，北嶺地震后不久，在美國聯(lián)邦應(yīng)急管理局(FEMA)資肋下，有加州結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(SEAOC)、應(yīng)用技術(shù)研究會(ATC)和加州一些大學(xué)的地震工程研究單位(CU)等組成了被稱為SAC和聯(lián)合動機(jī)構(gòu)，對此開展了深入調(diào)查和研究，以便弄清破壞原因和提出改進(jìn)措施。
美國的鋼框架梁-柱連接，在50年代多采用鉚釘連接，60年代逐步改用高強(qiáng)度螺栓連接。為了評估栓焊混合連接的有效性，曾進(jìn)行過一系列試驗(yàn)，這種由翼緣焊縫抗彎和腹板螺栓連接抗剪的節(jié)點(diǎn)，美國以前規(guī)定其塑性轉(zhuǎn)角應(yīng)達(dá)到O．015rad(≈1／65)，但大量試驗(yàn)表明，塑性轉(zhuǎn)角的試驗(yàn)結(jié)果很離散，且出現(xiàn)了早期破壞，總的說來性能很不穩(wěn)定。北嶺地震前，德州大學(xué)教授Engelhardt就曾對這種連接在大震時(shí)的性能產(chǎn)生疑問，指出在大震時(shí)要密切注意，對它的的設(shè)計(jì)方法和連接構(gòu)造要進(jìn)行改進(jìn)[7]。
北嶺地震證實(shí)了這一疑慮，為此SAC通過柏克萊加州大學(xué)地震工程研究中心(EERC)等4個(gè)試驗(yàn)場地，進(jìn)行了以了解震前節(jié)點(diǎn)的變形響應(yīng)和修復(fù)性能為目的的足尺試驗(yàn)和改進(jìn)后的節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)。對北嶺地震前通常做法的節(jié)點(diǎn)及破壞后重新修復(fù)節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)表明全部試驗(yàn)都觀察到了與現(xiàn)場裂縫類似的早期裂縫，試驗(yàn)的特性曲線亦與以前的試驗(yàn)結(jié)果相同，梁的塑性轉(zhuǎn)動能力平均為0.05弧度，是SAC經(jīng)過研究后確定的目標(biāo)值0．03弧度的1／6，說明北嶺地震前鋼框架節(jié)點(diǎn)連接性能很差，這與地震中的連接破壞是吻合的。而且破壞前沒有看到或很少看到有延性表現(xiàn)，與設(shè)想能發(fā)展很大延性e6鋼框架設(shè)計(jì)意圖是違背的。焊接鋼框架節(jié)點(diǎn)的破壞，主要發(fā)生在梁的下翼緣，而且一般是由焊縫根部萌生的脆性破壞裂紋引起的。裂紋擴(kuò)展的途徑是多樣的，由焊根進(jìn)入母材或熱影響區(qū)。一旦翼緣壞了，由螺栓或焊縫連接的剪力連接板往往被拉開，沿連接線由下向上擴(kuò)展。最具潛在危險(xiǎn)的是由焊縫根部通過柱翼緣和腹板擴(kuò)展的斷裂裂縫。從破壞的程度看，可見裂縫約占20-30％，大量的是用超聲波探傷等方法才能發(fā)現(xiàn)的不可見裂紋。裂紋在上翼緣和下翼緣之間出現(xiàn)的比例為1：5-1：20，在焊縫和母材上出現(xiàn)的比例約為1：10到1：100。一般認(rèn)為，混凝土樓板的組合作用減小了上翼緣的破壞，也有人認(rèn)為上翼緣焊縫根部不象下翼緣那樣位于梁的最外側(cè)，因此焊根中引起的應(yīng)力較低，減少了上翼緣破壞的概率[1]。
美國斯坦福大學(xué)Krawinkler教授對北嶺地震中幾種主要連接破壞形式作了歸納，由下翼緣焊縫根部開始出現(xiàn)的這樣或那樣的破壞，最多的是沿焊縫金屬的邊緣破壞，另有沿柱翼緣表面附近裂開的剝離破壞，也有沿腹板板切角端部開始的梁翼緣斷裂破壞，或從柱翼緣穿透柱腹板的斷裂破壞。
北嶺地震雖然沒有使鋼框架房屋倒塌，也沒有因鋼框架節(jié)點(diǎn)破壞引起人身傷亡，但使業(yè)主和保險(xiǎn)公司支付了大量的修復(fù)費(fèi)用。僅就檢查費(fèi)用而言，不需挪動石棉時(shí)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)800-1000美元，需挪動石棉時(shí)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)1000-2000美元，對于有石膏抹灰和吊頂?shù)母呒壸≌?，每個(gè)節(jié)點(diǎn)達(dá)2000-5000美元，修復(fù)費(fèi)用更高211。更重要的當(dāng)然是對過去長期沿用的節(jié)點(diǎn)在抗震中的安全問題提出了疑問，必須認(rèn)真研究和解決。
2．2日本販神地震后對鋼框架節(jié)點(diǎn)破壞的調(diào)查
阪神地震后，日本建設(shè)省建筑研究所成立了地震對策本部，組織了各方面人士多次參加的建筑應(yīng)急危險(xiǎn)度和震害的調(diào)查，民間有關(guān)團(tuán)體也開展了各類領(lǐng)域的震害調(diào)查，但因鋼結(jié)構(gòu)相對于其它結(jié)構(gòu)的震害較少，除新發(fā)現(xiàn)了鋼柱脆斷或柱腳拔起外，鋼框架節(jié)點(diǎn)的破壞主要表現(xiàn)在扇形切角(scallop)工藝孔部位，但因結(jié)構(gòu)體被內(nèi)外裝修所隱蔽，一般業(yè)主、設(shè)計(jì)或施工人員對此震害調(diào)查不太積極，對鋼框架系統(tǒng)震害的調(diào)查遇到一定困難。僅管如此，日本學(xué)者還是就腹板切角工藝孔方面的問題進(jìn)行了探索，如日本建筑學(xué)會結(jié)構(gòu)連接委員會和鋼材俱樂部等單位，專就工藝孔破壞狀態(tài)等問題作了系統(tǒng)深入的研究。
日本對于混合連接的研究，早在1978年以后的石油危機(jī)中，就曾利用建筑處于低潮機(jī)會結(jié)合自屏蔽電弧焊的出現(xiàn)和應(yīng)用，系統(tǒng)地開展過。進(jìn)入90年代后，隨著高層、超高層和大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑的增多，梁柱截面增大，若采用過去的梁懸臂段形式，由于運(yùn)輸尺寸上的限制，懸臂長度大致不能超過1m；另一方面，由于梁翼緣板厚增大，拼接螺栓增多，結(jié)果梁端至最近螺栓的距離只有500mm左右，截面受到很大削弱，對保證梁端塑性變形很不利。這樣，在大型鋼結(jié)構(gòu)工程中，現(xiàn)在較多采用梁與柱的混合連接。圖1是采用箱形柱時(shí)的混合連接示意圖梁翼緣與箱形柱隔板直接焊接[7]。
日本在美國北嶺地震前不久，曾對此種連接進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，梁端翼緣焊縫處的破壞幾乎都是在梁下翼緣從扇形切角工藝孔端開始的，沒有看到象在美國試驗(yàn)中和地震中出現(xiàn)的沿焊縫金屬及其邊緣破壞的情況，通過試驗(yàn)和版神地震觀察到的梁端工藝孔處的裂縫發(fā)展情況。
日本鋼材俱樂部研究了扇形切角工藝孔帶襯板及底部有焊縫的兩種節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)。
美、日兩國鋼框架在地震中的梁柱節(jié)點(diǎn)破壞形式是有區(qū)別的，北嶺地震中的裂縫多向柱段范圍擴(kuò)展，而阪神地震中的裂縫則多向梁段范圍發(fā)展。對兩國節(jié)點(diǎn)破壞情況的這種差異與其與構(gòu)造差異的關(guān)系，還有待進(jìn)一步探討。
3．節(jié)點(diǎn)破壞原因與分析
北嶺地震后，美日兩國學(xué)者就節(jié)點(diǎn)破壞原因，通過現(xiàn)場調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場檢驗(yàn)，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析、有限元分析、斷裂力學(xué)分析等，還作了很多補(bǔ)充試驗(yàn)，結(jié)合震前研究，對節(jié)點(diǎn)破壞原因提出了一些看法。首先認(rèn)為節(jié)點(diǎn)破壞與加勁板、補(bǔ)強(qiáng)板腹板附加焊縫等的變動，并沒有什么直接關(guān)系，也并不是僅由設(shè)計(jì)或施工不良所能說明的，而是應(yīng)從節(jié)點(diǎn)本身存在根本性缺陷方面去找原因。有以下幾方面因素，被認(rèn)為是決定和和影響節(jié)點(diǎn)性能而導(dǎo)致了破壞。
3．1焊縫金屬沖擊韌性低[3]轉(zhuǎn)美國北嶺地震前，焊縫多采用E70T-4或E70T-7自屏蔽藥芯焊條施焊，這種焊條提供的最小抗拉強(qiáng)度480MPa，恰帕沖擊韌性無規(guī)定，試驗(yàn)室試件和從實(shí)際破壞的結(jié)構(gòu)中取出的連接試件在室溫下的試驗(yàn)表明，其沖擊韌性往往只有10-15J，這樣低的沖擊韌性使得連接很易產(chǎn)生脆性破壞，成為引發(fā)節(jié)點(diǎn)破壞的重要因素。在北嶺地震后不久所作的大型驗(yàn)證性試驗(yàn)，對焊縫進(jìn)行十分仔細(xì)的操作，做到了確保焊接質(zhì)量，排除了焊接操作產(chǎn)生的影響。焊縫采用E70T-4型低韌性焊條，盡管焊接操作的質(zhì)量很高，連接還是出現(xiàn)了早期破壞，從而證明了焊接縫金屬沖擊韌性低,是焊接破壞的因素之一。
3．2焊縫存在的缺陷[3]
對破壞的連接所作調(diào)查表明，焊接質(zhì)量往往很差，很多缺陷可以看出明顯違背了規(guī)范規(guī)定的焊接質(zhì)量要求，不但焊接操作有問題，焊縫檢查也有問題。很多缺陷說明，裂縫萌生在下翼緣焊縫中腹板的焊條通過孔附近，該處的下翼緣焊縫是中斷的，使缺陷更為明顯。該部位進(jìn)行超聲波檢查也比較困難，因?yàn)榱焊拱宸恋K探頭的設(shè)置。因此，主要的連接焊縫中由于施焊困難和探傷困難出現(xiàn)了質(zhì)量極差的部位。上冀緣焊縫的施焊和探傷不存在梁腹板妨礙的問題，因此可以認(rèn)為是上翼緣焊縫破壞較少的原因之一。
3．3坡口焊縫處的襯板和引弧板造成人工縫[4]
實(shí)際工程中，往往焊接后將焊接襯板留在原處，這種做法已經(jīng)表明，對連接的破壞具有重要影響。在加州大學(xué)進(jìn)行的試驗(yàn)表明，襯板與柱翼緣之間形成一條未熔化的垂直界面，相當(dāng)于一條人工縫，在梁翼緣的拉力作用下會使該裂縫擴(kuò)大，引起脆性破壞。其它人員的研究也得出相同結(jié)果。
1995年加州大學(xué)Popov等所作的試驗(yàn)，再現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的脆性破壞，破裂的速度很高，事前并無延性表現(xiàn)，因此破壞是災(zāi)難性的。研究指出,受拉時(shí)切口部位應(yīng)力最大，破壞是三軸應(yīng)力引起的，表現(xiàn)為脆性破壞，外觀無屈服。他們還通過有限元模擬計(jì)算，得出最大應(yīng)力集中系數(shù)出現(xiàn)在梁緣焊接襯板連接處中部，破壞時(shí)裂縫將從應(yīng)力集中系數(shù)最大的地方開始,此一結(jié)論已為試驗(yàn)所證實(shí)。研究表明：大多數(shù)節(jié)點(diǎn)破壞都起源于下部襯板處。引弧板同樣也會引發(fā)裂縫。
3.4梁翼緣坡口焊縫出現(xiàn)的超應(yīng)力[3]
北嶺地震后對震前節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的分析表明，當(dāng)梁發(fā)展到塑性彎矩時(shí),梁下翼緣坡口焊縫處會出現(xiàn)超高應(yīng)力。超應(yīng)力的出現(xiàn)因素有：當(dāng)螺栓連接的腹板不足以參加彎矩傳遞時(shí)，柱翼緣受彎導(dǎo)致梁翼緣中段存在著較大的集中應(yīng)力；在供焊條通過的焊接工藝孔處，存著附加集中應(yīng)力；據(jù)觀察，有一大部分剪力實(shí)際是由翼緣焊縫傳遞，而不是象通常設(shè)計(jì)假設(shè)的那樣由腹板的連接傳遞。梁翼緣坡口焊縫的應(yīng)力很高，很可能對節(jié)點(diǎn)破壞起了不利影響。Popov[4]采用8節(jié)點(diǎn)塊體單元有限元模擬分析發(fā)現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布的最高應(yīng)力點(diǎn)，是在梁的翼緣焊縫處和節(jié)點(diǎn)板域，節(jié)點(diǎn)板域的屈服從中心開始，然后向四周擴(kuò)散。嶺前進(jìn)行的大量試驗(yàn)表明,當(dāng)焊縫不出現(xiàn)裂紋時(shí)，節(jié)點(diǎn)受力情況也常常不能滿足坡口焊縫近處梁翼緣母材不出現(xiàn)超應(yīng)力的要求。日本利用震前帶有工藝孔的節(jié)點(diǎn)，在試驗(yàn)荷載下由應(yīng)變儀測得的工藝孔端點(diǎn)翼緣內(nèi)外的應(yīng)變分布，應(yīng)變集中傾向出現(xiàn)在翼緣外側(cè)端部，內(nèi)側(cè)則在工藝孔端部，最大應(yīng)變發(fā)生在工藝孔端點(diǎn)位置上.應(yīng)變集中的原因,不僅大于工藝孔造成的不連續(xù)性，還在于工藝孔部分梁腹板負(fù)擔(dān)的一部分剪力由翼緣去承擔(dān)了，使翼緣和柱隔板上產(chǎn)生了二階彎曲應(yīng)力。這些試驗(yàn)與分析均指出，今后對節(jié)點(diǎn)性能的改進(jìn)，不僅應(yīng)改善焊縫，而且還應(yīng)降低梁翼緣坡口焊縫處的應(yīng)力水平。
3．5其它因素[3]
有很多其它因素也被認(rèn)為對節(jié)點(diǎn)破壞產(chǎn)生潛在影響，包括：梁的屈服應(yīng)力比規(guī)定的最小值高出很多；柱翼緣板在厚度方向的抗拉強(qiáng)度和延性不確定；柱節(jié)點(diǎn)域過大的剪切屈服和變形產(chǎn)生不利影響；組合樓板產(chǎn)生負(fù)面影響。這些影響因素可能還需要一定時(shí)間進(jìn)行爭論,才能弄清楚
4．改進(jìn)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的途徑
4．1將塑性鉸的位置外移
在北嶺地震之前，美國UBC和NEHRP兩本法規(guī)對節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的規(guī)定，都是根據(jù)在柱面產(chǎn)生塑性鉸的假定提出的。由于在北嶺地震中發(fā)現(xiàn)梁在柱面并沒有產(chǎn)生塑性變性，卻出現(xiàn)了裂縫。切口處的破壞是由三軸應(yīng)力引起的，從而導(dǎo)致了脆性破壞。過去采用的焊接鋼框架節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造，不能提供可靠的非彈性變形。試驗(yàn)表明，其節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動能力不超過O．005rad，大大小于SAC建議的最小塑性轉(zhuǎn)動能力0．03rad。另一方面，從受力情況看，塑性鉸出現(xiàn)在柱面附近的梁上，還可能在柱翼緣的材料中引起很大的厚度方向應(yīng)變，并對焊縫金屬及其周圍的熱影響區(qū)提出較高的塑性變形要求，這些情況也可能導(dǎo)致脆性破壞。因此，為了取得可靠的性能，最好還是將梁柱連接在構(gòu)造上使塑性鉸外移。將塑性位置從柱面外移有兩種方法，一種是將節(jié)點(diǎn)部位局部加強(qiáng)，一種是在離開柱面一定距離處將梁截面局部削弱。鋼梁中的塑性鉸典型長度約為梁高的一半，當(dāng)對節(jié)點(diǎn)局部加強(qiáng)時(shí)，可取塑性鉸位置為距加強(qiáng)部分的邊緣處梁高的1／3。節(jié)點(diǎn)局部加強(qiáng)固然也可使塑性鉸外移，但應(yīng)十分注意不要因此出現(xiàn)弱柱，有背強(qiáng)柱弱梁的原則。
也有一部分專業(yè)技術(shù)人員認(rèn)為，在構(gòu)造上采取某些措施仍可使塑性鉸出現(xiàn)在柱面附近，這些措施包括限制構(gòu)件的截面，控制梁柱鋼材的有關(guān)強(qiáng)度，使母材和焊縫金屬有足夠的沖擊韌性，在節(jié)點(diǎn)構(gòu)件上消除缺口效應(yīng)等。但是由于沒有足夠的研究來肯定這些建議，使得這種建議在美國遲遲未能落實(shí)。而將塑性鉸自柱面外移的建議，試驗(yàn)已表明是可行的和行之有效的。目前，美國對節(jié)點(diǎn)局部加強(qiáng)及梁截面減弱，都已提出了若干構(gòu)造方案。實(shí)際上，將梁截面減弱使塑性鉸外移的方法，早在北嶺地震以前即有學(xué)者提出過，北嶺地震后又作了研究，在技術(shù)上己較成熟[4]，從近期在美國鹽湖城建造的25層辦公樓中采用的犬骨式(dog-bone)連接，就可以看到它的構(gòu)造細(xì)節(jié)。目前，美國雖未提出今后在抗震框架中推薦采用何種節(jié)點(diǎn)形式，但從實(shí)際情況看，上述犬骨式連接已成為主導(dǎo)形式[3]。因它制作方便、省工，由美國公司設(shè)計(jì)的我國天津國貿(mào)大廈鋼框架中也已采用了這種節(jié)點(diǎn)形式。
日本阪神地震后，沒有象美國采用將塑性鉸外移的方案。日本1996年發(fā)表的《鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)指針》和1997年發(fā)表的《鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)指針》JASS6等，僅提出了鋼框架梁柱連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造改進(jìn)形式，對節(jié)點(diǎn)構(gòu)造特別是扇形切角工藝孔作了不少規(guī)定，目的也是消除可能出現(xiàn)的裂縫，保證結(jié)構(gòu)的非彈性變形。也就是說，日本與美國分別采用了不同的避免脆性破壞的途徑。
4.2梁冀緣焊縫襯板缺口效應(yīng)的處理
在北嶺地震前，美國鋼框架節(jié)點(diǎn)施工中，通常將襯板和引弧板焊接后留在原處，這種做法，如前所述存在缺口效應(yīng)，會導(dǎo)致開裂，現(xiàn)在則在焊后將下翼緣的襯板和引弧板割除，同時(shí)對焊縫進(jìn)行檢查[11]。正如前面曾指出的，在下翼緣的焊縫中部由于焊條通過切角困難，焊接和探傷操作都要被迫中斷，通常存在缺陷，割除襯板后可以目視觀察，從而減少在此部位不易查看到的裂紋。襯板和引弧板可用氣刨割除后再清根補(bǔ)焊，但費(fèi)用較高，操作不慎還可能傷及母材。研究表明，襯板也可不去除，而將襯板底面邊緣與柱焊接，缺點(diǎn)是無法象去除襯板后能對焊縫進(jìn)行仔細(xì)檢查。
由于上翼緣焊縫處襯板的缺口效應(yīng)不嚴(yán)重，而且它對焊接和超探也沒有妨礙，出于費(fèi)用考慮，割除上翼緣襯板可能不合算，如果將上翼緣襯板邊緣用焊縫封閉，試驗(yàn)表明并無利影響，因此美國現(xiàn)時(shí)做法是上翼緣襯板仍然保留并用焊縫封口。
坡口焊縫的引弧板，在上下翼緣處通常都切除，因?yàn)橐『蜏缁√幫ǔ６加泻芏嗳庇脷馇星谐筮€需打磨，才能消除潛在的裂縫源。
在消除襯板的缺口效應(yīng)方面，日本是非常重視的。在阪神地震后發(fā)表的技術(shù)規(guī)定中,對采用H型鋼梁、組合梁，以及采用組合梁時(shí)梁預(yù)先焊接或與襯板同時(shí)裝配，不論是否切角，均采用襯板，對其構(gòu)造包括引弧板，分別作了詳細(xì)規(guī)定。
4．3扇形切角構(gòu)造的改進(jìn)[8][9]
在日本阪神大地震中，由于扇形切角工藝孔的端部起點(diǎn)存在產(chǎn)生裂縫的危險(xiǎn)，是否設(shè)置形切角以及如何設(shè)置，已成為關(guān)系到抗震安全的一項(xiàng)重要問題。日本震后發(fā)表的技術(shù)規(guī)范中，對扇形切角的設(shè)置也提出一系列規(guī)定，包括不開扇形切角和開扇形切角兩大類，并規(guī)定扇形切角可采用不同形狀；對于柱貫通形和梁貫通形節(jié)點(diǎn)分別規(guī)定了不同的構(gòu)造形式。柱貫通型節(jié)點(diǎn)的扇形切角形式有兩種，其特點(diǎn)是將扇形切角端部與梁翼緣連接處圓弧半徑減小，以便減少應(yīng)力集中。日本早就研究不設(shè)扇形切角以提高梁變形能力的方案，在最近公布的技術(shù)規(guī)定中，根據(jù)目前的焊接技術(shù)水平已將此種方案付諸實(shí)施[8][9]。
4．4選用有較高沖擊韌性的焊縫[2][6]
如前所述，焊縫沖擊韌性不足會引起節(jié)點(diǎn)破壞。那么焊縫究竟要有多大的沖擊韌性才能防止裂紋出現(xiàn)呢?美國提出，焊縫的恰帕沖擊韌性(CVN)最小值取-29℃時(shí)27J(相當(dāng)于-200F時(shí)20ft-1bs)是合適的，可以發(fā)展成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。在最近美國的實(shí)際工程中，采用E71T-8型和E70TG-K2型焊條的普通手工焊電弧焊已表明焊縫最小沖擊韌性可滿足上述要求，而采用E7018型藥芯焊條的''''貼緊焊''''焊縫沖擊韌性值更高，但都必須按AWS規(guī)定的焊接和探傷方法操作。
4．5將梁腹板與柱焊接[3]
美國SAC在采用犬骨式連接時(shí)建議：將以往的腹板栓接改為焊接，用全熔透坡口焊縫將梁腹板直接焊在柱上或通過較厚連接板焊接。在北嶺地震前，就已有很多研究指出腹板焊接比栓接性能好，它能更好地傳力，從而減小梁冀緣和翼緣坡口焊縫的應(yīng)力。日本在阪神地震前的研究也已指出，梁端腹板用高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)，與焊接相比抗彎能力變小，塑性變形能力有明顯差異，但在日本新規(guī)定中尚未看到與美國提出的相類似的要求。
5.美、日節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的比較、根據(jù)美、日鋼框架梁-柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及震后的改進(jìn)情況，可以看到下列差異
1)美國認(rèn)為梁端不能產(chǎn)生塑性變形，采取了將塑性鉸外移的基本對策，提出將節(jié)點(diǎn)局部加強(qiáng)或?qū)⒘壕植肯魅醯姆椒ǎm然目前尚無定論，但從實(shí)際發(fā)展情況看，因削弱梁截面的方法省工、效果好，已在某些工程中采用。但日本卻沒有采用將塑性鉸外移的方法，而是采取在原構(gòu)造的基礎(chǔ)上消除裂縫的病灶的方法。
2)兩國都注意到了梁翼緣坡口焊縫的焊接襯板邊緣存在的缺口效應(yīng)所帶來的嚴(yán)重后果，在北嶺地震和阪神地震后都采取了相應(yīng)對策。美國SAC建議，下翼緣焊縫的襯板宜割除，然后清根補(bǔ)焊；考慮上翼緣焊縫缺陷一般較少，受力條件較有利以及費(fèi)用等原因，可對襯邊緣用焊縫封閉。而日本則對H型鋼梁和焊接組合梁(包括梁先焊好和梁與襯板同時(shí)裝配兩種情況)以及節(jié)點(diǎn)為柱貫通型或梁貫通型時(shí)襯板的設(shè)置，作了詳細(xì)規(guī)定。
3)美國在梁腹板端部襯板通過處采用矩形切角(端部呈半圓形)，而不象日本采用圓弧形切角，由于腹板受彎矩較大時(shí)將連接板與腹板焊接，從有關(guān)震害情況報(bào)導(dǎo)看，沒有發(fā)現(xiàn)這種形式的切角引發(fā)多少裂縫。日本為消除梁端扇形切角端部的應(yīng)力集中，作出一系列規(guī)定，包括不作扇形切角、梁腹板用直線切剖不設(shè)扇形切角的方法以及允許采用不同形式的切角等，如在與梁翼緣連接處將曲率半徑變小和采用類似美國采用的切角形式。
4)美日兩國都規(guī)定，節(jié)點(diǎn)按翼緣連接受彎矩和腹板連接受剪力的要求設(shè)計(jì)。美國附加規(guī)定了當(dāng)梁翼緣的受彎承載力小于截面受彎承載力的70％或梁腹板受彎承載力大于截面受彎承載力的30％時(shí)，在柱連接板角部應(yīng)將梁腹板與連接板焊接。日本過去在梁端混合連接中，采用彎矩由翼緣連接承受，剪力由腹板連接承受的設(shè)計(jì)方法，螺栓一般配置一列。在94年的文獻(xiàn)[5]中指出，"現(xiàn)在該處的連接必需滿足保有耐力連接的條件，考慮腹板高強(qiáng)螺栓連接也要部分地承受彎矩，要求布置2列到3列，與以前的連接相比，抗彎承載力儲備提高了，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的一個(gè)特點(diǎn)。"這些都是北嶺和阪神地震前的情況，震后基本上沒有改變。只是北嶺地震后，美國建議將梁腹板直接與柱焊接或與連接板焊接，以便減小梁翼緣焊縫處的焊縫應(yīng)力，日本則尚無此規(guī)定。5)與梁翼緣對應(yīng)位置的柱加勁肋(美國叫做連續(xù)板)，日本一貫規(guī)定應(yīng)比對應(yīng)的梁翼緣厚度大一級，認(rèn)為這是關(guān)鍵部位，為此多用一點(diǎn)材料是很值得的。美國過去根據(jù)傳遞梁翼緣壓力的需要確定，考慮一部分內(nèi)力由柱腹板直接傳遞，加勁肋厚度顯著小于梁翼緣厚度。而且曾有一些設(shè)計(jì)規(guī)定，例如可取厚度等于梁翼緣厚度的一半。有的文獻(xiàn)認(rèn)為，太厚了可能產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力，最好用試驗(yàn)確定。北嶺地震中，有些加勁肋屈曲了，有的學(xué)者己提出改為與梁翼緣等厚的建議。
6)美國強(qiáng)調(diào)焊縫沖擊韌性的重要性，規(guī)定了節(jié)點(diǎn)翼緣焊縫的沖擊韌性指標(biāo)，嚴(yán)格焊接工藝的探傷要求。日本一貫重視焊接質(zhì)量，還沒有看到在這方面有什么新的規(guī)定。
7)美國認(rèn)為，鋼材屈服點(diǎn)高出標(biāo)準(zhǔn)值較多是鋼框架震害的重要原因之一，這也許在美國特別突出。美國鋼材屈服點(diǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)值很多，過去就有報(bào)導(dǎo)，如低碳鋼A36的屈服強(qiáng)度可高達(dá)48ksi，抗拉強(qiáng)度可高達(dá)701Csi，它使連接實(shí)際要求的承載力大大提高，當(dāng)按設(shè)計(jì)不能滿足時(shí)，就要出現(xiàn)破壞。根據(jù)美國型鋼生產(chǎn)商研究會所作調(diào)查和建議，AISC于97年規(guī)定將框架連接計(jì)算中的強(qiáng)度增大系數(shù)由過去的1.2提高到1.5(對A36)和1.3(對A572)，其它鋼號仍保留1.2，強(qiáng)柱弱梁條件式中柱的抗彎承載力也作了相應(yīng)提高。
6．我國采取的對策
我國早期的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)基本上都是國外設(shè)計(jì)的，我國的設(shè)計(jì)施工規(guī)程是在學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上制訂的。由于日本設(shè)計(jì)的我國高層鋼結(jié)構(gòu)建筑較多，我國的設(shè)計(jì)、制作和安裝人員對日本的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造方法比較熟悉，設(shè)計(jì)規(guī)定特別是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，大部分是參照日本規(guī)定適當(dāng)考慮我國特點(diǎn)制訂的，部分規(guī)定吸收了美國的經(jīng)驗(yàn)。美國北嶺地震和日本阪神地震后所發(fā)表的報(bào)導(dǎo)，對我們有很大啟示，在我國抗震規(guī)范中對高層鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)擬提出如下建議：
1)將梁截面局部削弱，可以確保塑性鉸外移，這種構(gòu)造具有優(yōu)越的抗震性能。根據(jù)美國報(bào)導(dǎo)，梁翼緣削弱后可將受彎承載力降至0．8Mp，因鋼材用量要增多，結(jié)合我國情況作為主要形式推廣將難以接受，可將此方案列入了條文說明，必要時(shí)可參考采用。
2)參考日本新規(guī)定，將混合連接上端扇形切角的上部圓弧半徑改為10-15mm，與半徑35mm的切角相接；同時(shí)，規(guī)定圓弧起點(diǎn)與襯板外側(cè)焊縫間保持10-15mm的間隔，以減小焊接熱影響區(qū)的相互影響。至于日本采用的不開切角以及直通式不設(shè)切角的構(gòu)造，因?yàn)槲覀儧]有經(jīng)驗(yàn)，不敢貿(mào)然采用，有持今后對其性能進(jìn)行驗(yàn)證后再作取舍。
3)在消除襯板的缺口效應(yīng)方面，考慮割除襯板弄得不好會傷及母材，且費(fèi)用較高，故采用角焊縫封閉襯板邊緣的方法。上翼緣襯板影響較小，暫不作處理。下翼緣襯板邊緣建議用6mm角焊縫沿下翼緣全寬封閉。因仰焊施工不便，角焊縫最多只能做到6mm；為了更好地消除缺口效應(yīng)，應(yīng)要求焊沿翼緣全寬滿焊。
4)在翼緣焊接腹板栓接的混合連接中，按照彎矩僅由翼緣連接承受和剪力僅由腹板連接承受的原則設(shè)計(jì)時(shí)，在某些情況下是不安全的，因?yàn)楫?dāng)腹板的截面模量較大時(shí)，腹板要承受一部分彎矩?？拐鹨?guī)范修訂草案除規(guī)定腹板螺栓連接應(yīng)能承受梁端屈服時(shí)的剪力外，還規(guī)定當(dāng)梁翼緣截面模量小于梁截面模量70％時(shí)，腹板螺栓不得少于2列，每列的螺栓數(shù)不得少于采用一列時(shí)的數(shù)量。
5)我國在梁翼緣對應(yīng)位置設(shè)置的柱加勁肋，從一開始就注意到了日本的經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定了與梁翼緣等厚，北嶺地震表明這樣規(guī)定是適合的。
6)翼緣焊縫的沖擊韌性要滿足-30℃時(shí)27J的要求，這種試驗(yàn)我國過去沒有做過，對于我國鋼結(jié)構(gòu)制作單位是否可以做到，需待調(diào)查后再確定是否列入。
這時(shí)要附帶說明，美國SAC的有關(guān)規(guī)定是適用于美國3、4類地區(qū)，大體相當(dāng)于7度強(qiáng)、8、9度地區(qū)，我國6度地區(qū)可適當(dāng)放寬。新晨：