時間：2022-10-25 05:52:54
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關鍵詞：鋼結構現場施工
1．前言
《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》公布以來已經快三年。這幾年，這類工程發展，《規程》起了很大推動作用，但也陸續聽到一些令人不安的情況。今冬雨水較大，降雪較多，有些地方雪特別大，結構壓壞恐怕很難避免，但有的地方雪不大房子也有垮的，漏水的更多。最近某廠屋頂漏水解決不了，找到鋼結構委員會來了，不是雨水，是冷凝水，以前還沒有碰到過。另外，也看到一些工程，有的框架梁太細，令人擔心，遇到大雪很可能出問題。有的骨架立起來搖搖幌幌，沒有支撐，說裝上墻板就好了，好象有了墻板就可以不要支撐。現在排架多起來。用鋼筋砼柱、輕鋼梁，造價較低，但有的嚴重不合規定。現在是市場驅動，有些企業搞承包能省就省，盡量壓低造價，管它是否符合規定。有的連規定也不清楚。利用開年會的機會，結合了解到的一些情況，就門式剛架房屋設計施工中的問題，作一個發言，拋磚引玉，希望和與會代表交流，取得一致看法。
2．設計方面
1）屋面活荷載取值
框架荷載取0.3kN/m2已經沿用多年，不打算修改。但屋面結構，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到0.5kN/m2。《鋼結構設計規范》征求意見稿規定不上人屋面的活荷載為0.5kN/m2，但構件的荷載面積大于60m2的可乘折減系數0.6。門式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kN/m2，與鋼結構設計規范保持一致。國外這類，要考慮0.15-0.5N/m2的附加荷載，而我們無此規定，遇到超載情況，就要出安全問題。現在有的框架梁太細，檁條太小，明顯有克扣荷載情況，今后應特別注意，決不允許在有限的活荷載中“挖潛”。
2）屋脊垂度要控制
框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規定為1/180，除驗算坡面斜梁撓度外，是否要驗算跨中下垂度？過去不明確，它可能講課時說過不包括屋脊點垂度。現在了解到，美國是計算的。他們作框架分析，一般是將構件分段，用等截面程序計算，每段都要計算水平和豎向位移，不能大于允許值，等于要驗算跨中垂度。跨中垂度反映屋面豎向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來就小，脊點下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過小，第一榀剛架與山墻間的屋面出現斜坡，使屋面變形。現在打算做個規定，剛架側移后，當山尖下垂對坡度影響較大時（例如使坡度小于1/20），要驗算山尖垂度，以便對屋面剛度進行控制。
3）鋼柱換砼柱
少數單位設計的門式剛架，采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節省鋼材和降低造價。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時梁柱只能鉸接，不能剛接。多高層建筑中，鋼梁與墻的連接也是如此。因為混凝土是一種脆性材料，雖然構件可以通過配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很并，在外力作用下很容易松動和破壞。還有的單位，在門式剛架設計好之后，又根據業主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。應當指出，砼柱加鋼梁作成排架是可以的，但將剛架的鋼柱換成砼柱，而鋼梁不變，是不行的。由于連接不同，構件內力也不同，要的工程斜梁很細，可能與此有關。建筑結構是一門科學，如果不按科學辦事，是要吃苦頭的。今后國家要執行建筑法，實行強制性條款，違反其中一項，出了工程事故，是要受罰的。
4）檁條計算不安全
檁條計算問題較大。檁要是冷彎薄壁構件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時要屈曲，強度計算應采用有效寬度，對原有截面要減弱，不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。有效寬度理論是在《冷彎薄壁型鋼構件技術規程》中講的，有的設計人員恐怕還不了解，甚至有些設計軟件也未考慮。但是，設計光靠軟件不行，還要能判斷。軟件未考慮的，自己要考慮，否則就不需要高級工程師了。再有，設計人員往往忽略強度計算要用凈斷面，忽略釘孔減弱。這種減弱，一般達到6-15%，對小截面窄翼緣的梁影響較大。剛架整體分析采用的是全截面，如果強度計算不用凈截面，實際應力將高于計算值。《規程》3.1.7條規定：“結構構件的受拉強度應按凈截面計算，受壓強度應按有效截面計算，穩定性應按有效截面計算，變形和各種穩定系數均可按毛截面計算”。曾有人問，這條規定是什么意思？如果有人再提這樣的問題，我想問他，鋼結構學過沒有？因為這是鋼結構的基本概念問題。如果這樣的問題都簽不出，說明他還不具備鋼結構的設計資格的。有的單位看到國外資料中檁條很薄，也想用薄的。國外檁條普遍采用高強度低合金鋼，但我國低合金鋼Q345的沖壓性能不行，只有用Q235的。人家是按有效截面計算承載力的。如果用Q235的，又想用得薄，計算時還不考慮有效截面，荷載稍大時檁條就要垮。
3．施工方面
1）柱子拔出
有的剛架在大風時柱子被拔起，這是實際中常出現的事故。主要原因不是剛架計算失誤，而且設計柱間支撐時，未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向尺度較小時，只設置少量柱間支撐來抵抗縱向風荷載，支撐傳給柱腳的拉力很大，而柱腳又沒有采取可靠的抗拔措施，很可能將柱子拔起。，因此，在風荷載較大的地區剛架柱受拉時，在柱腳應考慮抗拔構造，例如錨栓端部設錨板等。
2）沒有柱間支撐
這種情況最近較多，需要大聲疾呼，這樣不行。蒙皮作用雖然各國都在研究，但沒有任何一本規范允許不設支撐。蒙皮作用的影響因素太多，并非在任何情況多能發揮作用。特別是柱間支撐，受力較大，絕不能省略。蒙皮作用最多只能視為一種剛度儲備。
3）端板合不上
端板連接是結構的重要部位。由于加工要求不嚴，而腹板與端板間夾角又，有的工程兩塊端板完全對不上，合不起來。強行用螺栓拉在一起，仍留下很寬縫隙，嚴懲影響工程質量。
4）錨栓不鉛直
框架柱柱腳底板水平度差，錨栓不鉛直，柱子安裝后不在一條直線上，東倒西歪，使房屋外觀很難著，這種情況不少。錨栓安裝應堅持先將底板用下部調整螺栓調平，再用用無收縮砂漿二次灌漿填實，國外此法施工。最近在上海討論輕鋼施工驗收規程，不少專家強調了這種方法。
5）保溫材吸水超重
有些房屋雪不大就垮了，究其原因，是屋面防水施工太差，雪融化后水逐漸滲入，為保溫村所吸收。今年冬季落雪多次，遷延時間較長。屋面的設計荷載很小時，當吸水量達至一定程序，超過了結構的承載能力，就要倒塌。
6）保溫材料胡亂安裝
保溫材料一般采用玻璃棉，其厚度根據熱功計算確定。正規做法是采用背面帶鋁箔隔汽層的玻璃棉，有的不用鋁箔，用牛皮紙，我不清楚牛皮紙是否可作隔汽層，如果可以，也比不用任何隔汽層好。防止冷凝水向室內滴水，是房屋的使用要求之一。有人以為鋁箔只是為了美觀，或承受拉力，實際上它的主要作用是作隔汽層。承受懸掛時的拉力還可以用玻璃纖維布或鋼絲網。現在看到有些工程，玻璃棉不用任何隔汽層。另外，當采用內層鋼板吊頂時，不是將保溫卷材壓在檁條上，而是為了施工方便，將保溫材剪斷，放在檁條之間的吊頂上，形成冷橋。某工程在這樣處理的同時，又將吊頂鋼板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作業時，將周邊門窗關閉，由于室內外溫差大，大量水汽在屋頂凝集，由吊頂鋼板搭接處流下，形成了“外面不下里面下”的狀況，使工程不能交工。經驗告訴我們，當保溫卷材有隔汽層并保持接縫處密封時，卷材是干燥的，無隔汽層時卷材是濕的。在水份的長期浸泡下，隨著時間的推移，保溫棉將被逐漸壓實，最終失去應有的保溫作用，因此安裝方法是否對頭，關系很大。
4．其它
關鍵詞：廠房；大跨度結構；桁架結構；方案選擇
中圖分類號：TU393文獻標志碼：A文章編號：1006-6012（2015）12-0075-01
近年來，大跨度房屋鋼結構應用較為廣泛，按照剛性差異以及組合方式的不同，可以劃分為2種結構形式，一種是剛性結構，另一種是柔性結構。剛性大跨度房屋鋼結構一般由空間桁架、網架等鋼桿件構成。對于剛性大跨度房屋結構來講，其主要設計依據是所受荷載。
1工程概況
某兩連跨廠房，長300m，跨度70m，采用鋼結構方案，基礎采用混凝土獨立基礎。本工程屋頂形式采用張弦桁架構件，同時連接格構柱剛性，格構柱的柱腳主要采用鉸接的連接方式。
2結構方案的選定
根據建筑外形尺寸對項目結構方案進行對比與分析，以優選出最佳的結構方案，經過分析，本工程屋頂鋼結構方案選定了張弦桁架方案，并與格構柱剛性連接。這種方案具有以下幾方面的優點：一是張弦結構具有操作方便、重量輕、承載力好，有利于解決了結構剛度問題；二是屋頂構件與格構柱剛性連接，實現了地震作用下側向位移及風荷載的有效控制；三是柱腳采用鉸接連接，在地震作用下，上部結構不會產生彎矩，這樣能夠合理利用原有基礎。屋頂結構采用弦桿截面為219mm×10mm的張弦桁架，并與腹桿連接，其拉索采用￠15.2鋼絞線，其抗拉強度為1860MPa一共6束。同時，采用6孔夾片式錨具，將3道截面為180mm×8mm鋼管的立桿設置于張弦桁架與拉索之間。為了滿足錨固的作業需要，將315mm×40mm錨杯設置在下弦桿上，同時，確保弦桿與錨杯焊接。
3大跨度結構設計中注意問題
在進行大跨度鋼結構設計時，需要做好單榀主桁架的驗算工作，并對單榀主桁結構中墻面、屋頂的位置進行分析與確定。同時，本工程所受的結構荷載包括以下幾種：屋面荷載、雪荷載以及地震作用等。項目所處區域為50年一遇，屋面地震烈度為6度。本工程采用張弦桁架結構，這種結構的內力分布受到拉索預張力大小的影響。因此，在拉索預張力確定時，我們需要考慮到以下幾個方面的因素：
（1）單跨屋面在荷載作用時，其張弦桁架對格構柱不會產生水平推力，這樣有利于自平衡體系的形成。
（2）單跨屋面在荷載作用后，在正常使用下，其相對撓度值與反拱值相互抵消，滿足了使用極限狀態要求。
（3）在風荷載作用時，按照結構設計中相關規定，拉索要小于應力比。
（4）屋頂桁架在風荷載作用下，要確保其拉索具有足夠的拉力，以免造成拉索失去作用。在進行大跨度鋼結構分析時，要按照桿單元對桁架腹桿進行分析，同時要按照梁單元對弦桿進行分析。在結構計算的過程中，本工程采用SAP2000V1462軟件進行結構計算，并控制好拉索拉應力和最大應力比，一般來說，拉索拉應力為900MPa，最大應力比為0.48，以提升拉索材料的強度。經過結構分析，張弦桁架的拉索初始內力為198kN，初始反拱值為86mm。由此可見，在溫度荷載作用下進行結構分析，應選擇正溫，不能選擇負溫。但在負溫作用下，由于拉索拉力較大，所以拉索不會失去作用。屋頂張弦桁架具有一定的平衡性，所以其拉索可以提高屋頂桁架的剛度，在施加預張力的過程中，我們要充分考慮到屋頂桁架的剛度，當剛度滿足要求后，屋頂桁架要與格構鋼柱進行焊接。對于兩跨張弦桁架來說，要確保內力構造與尺寸的一致性。此外，我們還應對單跨屋頂張弦桁架結構的施工工況進行分析，旨在為了施工吊裝作業提供依據。在進行單榀結構模態分析時，應選用前5階周期的結構模態進行分析，經分析得知，結構側向的剛度不足。同時，張弦桁架結構是一種平面受力結構，這種結構平面的需要一定支撐體系，以確保結構的穩定性，為此，應將次桁架設置于桁架與立桿的相交位置，同時將交叉支撐設置于次桁架之間，這樣就可以形成一個穩定的結構空間體系。經過以下因素分析與比較，最終選擇了桁架桿件截面。
4施工過程控制
在張弦桁架結構安裝時，應按照建筑鋼結構設計規范要求進行施工，同時，在結構分析時，要對不同的施工工況進行模擬與分析。在本工程張弦桁架施工安裝的過程中，要結合現場結構特點，按照以下步驟進行施工。焊接屋頂拱形桁架；安裝鋼拉索，張拉反拱，以達到初始預張力值；焊接屋頂桁架與邊柱柱，從而形成兩連拱結構；將交叉支撐安裝于兩連拱結構之間，這樣有利于形成一個穩定的結構空間體系。安裝桁架。綜上分析得知，拉索張拉工作極其重要。在施工過程中，要確定好拉索節點的位置，盡可能地降低理論長度的偏差。在拉索張拉的過程中，要控制好屋頂反拱值，一般控制在87mm左右。拉索內力值為110kN，拉索軸向變形值為50mm。在施工監測時，我們要對拉索內力進行監控，確保監測結果滿足設計要求。在拉索張拉時，要先固定好立桿臨時支撐，待張拉完畢后，要采用U形夾將立桿下部與拉索夾緊，防止拉索出現串動。
5結束語
綜上所述，通過對某廠房大跨度鋼結構設計分析，得到了以下幾個方面的結論：
（1）本工程與其他大跨結構的不同之外在于大跨度設計是由結構剛度控制，需要考慮到結構整體側向的剛度，同時要對原有基礎進行利用。
（2）在施加預張力時，要控制好預張力的大小，確保張弦桁架結構的承載力及剛度。
（3）張弦桁架結構是一種平面受力結構，這種結構平面的需要一定支撐體系，因此，在張拉過程中要確保張弦桁架的穩定性。
（4）對于大跨度預應力結構，應采用專用連接構造，確保計算模型與實際結構的一致性，確保結構傳力的明確性。鋼結構作為房屋建筑結構形式之一，具有重量輕、安裝方便、強度高、施工周期短等優點。在房屋鋼結構設計的過程中，要結合工程實際情況，優選最佳的結構形式，在選擇鋼結構材料時，要充分考慮到房屋建筑結構的尺寸和受力形式。一般來說，由于建筑鋼結構都是采用現場拼裝的安裝方式，因此在設計時要考慮到鋼結構在運輸和起吊中的剛度，以確保結構的安全性和穩定性。
參考文獻：
[1]JGJ7－2010空間網格結構技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2010.
關鍵詞：鋼結構，住宅，發展
國務院文件明確提出:發展鋼結構住宅,擴大鋼結構住宅的市場占有率,將會加速住宅產業化過程,對我國建筑、冶金及相關產業的發展具有重大意義。為推動我國鋼結構住宅的快速發展，滿足人民群眾對鋼結構住房的需求,推進住宅產業現代化,中國鋼結構協會住宅鋼結構分會成立,并陸續召開了多次住宅鋼結構研討會,各地投入大量人力探索我國鋼結構住宅的發展途徑,并試驗性的建造了鋼結構住宅。新型的鋼結構住宅逐漸展現在人們面前。就我們國家的情況，鋼結構住宅必將有一個快速發展。
1.鋼結構的特點
鋼結構的特點與鋼材的特點相聯系，那就是強度高,因此,鋼結構自重輕,承載力高，鋼材的塑性和韌性好,因而鋼結構對動荷載的適應性強,使鋼結構住宅具有大空間和布置靈活的特點。鋼結構和傳統的混凝土結構相比較鋼材的強度為235N/mm2(A3),是混凝土強度的11倍;鋼材材質均勻,而混凝土的材質不均勻;尤其是混凝土的抗拉強度非常低,所以普通混凝土適筋梁的承載力設計階段均為帶裂縫工作階段;鋼材的容重為7850kg/m3,是混凝土容重的3.28倍;鋼材的彈性模量為206×103N/mm2,而混凝土,比如C30的混凝土變形模量為29.5×103N/mm2。因此,鋼結構住宅自重比傳統住宅結構要輕30%,構件小,便于工業化制作、運輸、安裝和現場裝配,大大降低了基礎施工的強度,施工場地也大為縮小,工期相對比傳統住宅縮短約40%左右,開發商更容易降低市場風險。從建造市場、客戶終端市場和外圍市場來看,都利于鋼結構住宅的未來發展。
2.鋼結構的設計原理
住宅建筑中的鋼結構一般指的是輕鋼結構,大致可分為兩類,即:以冷彎薄壁型鋼為承重構件的輕鋼龍骨建筑體系和以輕型鋼梁、鋼柱為承重體系的輕鋼框架建筑體系。如:取代格構式截面的H型鋼和用于樓蓋層中可代替模板和抗拉鋼筋作用的亞型鋼板的應用;結合跨度、高度和結構形式,選用網架、懸索、預應力鋼結構的應用;組合梁的應用,混凝土板和鋼梁在構造上形成整體,共同抗彎,充分發揮混凝土板的受壓和鋼梁的受拉作用;鋼管混凝土柱,受縱向壓力作用時,鋼管的應力狀態為異號應力場(縱向、徑向受壓,環向受拉),縱向應力比單向受力時屈服強度低,塑性好;混凝土處于三向受壓狀態,承載力比單向受壓棱柱體強度高,且極限變形大大增加,塑性提高,同時由于鋼管的約束又大大提高了混凝土的承載力。相對于其它材料結構,鋼結構的實際受力狀態符合力學計算的假設狀態,計算結果可靠,使用更安全,而且抗震性能好。
3.鋼結構在我國的應用
鋼結構在我國的應用最早見于上世紀九十年代初，1994年11月建于上海北蔡的8層鋼結構住宅,采用的就是冷彎成型矩形鋼管砼和U形冷彎薄壁組合梁組成框架,外墻采用稻草板。建造該試驗住宅的上海現代房地產公司,1999年還在新疆和上海分別建造了8層和5層鋼結構住宅,并試用錯列桁架體系的結構形式,使小開間取得了大開間的效果,引起了各界的重視。免費論文。期間較為引人注目的有長沙遠大公司,他們在1999年建成了8層H型鋼框架、壓型鋼板組合結構、配合整體浴室、中央空調等先進設備的集成住宅,全部工期為3個月結構,2個月裝修,充分體現了預制、集成、裝配的特色,展現了鋼結構住宅的良好前景。
20世紀80年代中期,隨著我國改革開放的深入,工業化的輕鋼別墅也進入我國,先后從日本引進幾百棟輕鋼結構低層別墅。之后幾年又從澳洲、加拿大引進了輕鋼龍骨住宅體系構件在國內組裝。免費論文。隨著國家《建設領域推廣應用新技術管理規定》和《鋼結構住宅建筑產業化技術導則》的出臺,鼓勵新技術、新體系的應用, 在理論上疏通了對鋼結構住宅的發展限制。相關規范和標準的出臺,為鋼結構住宅在我國的發展奠定了基礎。現在中國的鋼產量已躍居世界第一位,鋼結構在住宅中的應用必將有一個大的發展。
4.鋼結構住宅在我國快速發展應解決的問題
鋼結構住宅的快速發展，拋棄了原來難以逆轉的混凝土,采用可重復利用的建材,減少了對自然的破壞，而且施工場地小,對環境的破壞也少，如果大規模采用鋼結構,將很大程度上減少灰塵污染，符合可持續發展戰略。但是,我們也要看到到當前存在著幾個制約我國鋼結構住宅發展的問題。一是價格高的問題。我國的鋼產量雖有較大提高,但人均產量仍然較少,鋼材在我國國民經濟中仍屬較貴重材料,相比較而言,混凝土價格要比鋼材價格低。二是設計力量薄弱。設計中采用鋼結構時,應注意結構的功能要求是否屬于鋼結構的合理應用范圍。較高的承載力使鋼結構設計時,要考慮以不適合繼續承載的巨大變形為結構設計的極限狀態準則。鋼結構存在著許多節點,每個墊板、螺絲、焊縫都需要精確計算,各專業必須一次到位。因此,鋼結構的設計比混凝土結構設計要復雜,鋼結構的圖紙量也遠多于鋼筋混凝土結構。三是鋼結構生產體系還未形成,市場比較混亂，只有進行大規模生產,才能體現出鋼結構的優越性。免費論文。同時,鋼結構住宅采用的復合材料在國內還沒有大規模生產,復合材料的選擇余地很小。此外,目前進入國內的鋼結構生產商很多,產品的標準、價格和質量都不統一,而國家尚沒有統一的標準來制約,使得開發商、設計師還很茫然。四是鋼結構的使用年限。磚石混凝土號稱永不損壞,鋼結構不行,一般使用壽命只有50年。一想到自己要買的房子不能住一輩子,這會阻止一部分客戶的購買欲望。其實,磚石結構房屋的使用也很少超過50年,而且,隨著保險業的發展,房屋壽命問題應該很容易解決。
5.結束語 鋼結構住宅與鋼筋混泥土等住宅相比具有抗震、環保等諸多優點，是世界各國倡導，我們國家提倡和人們所迫切需要的，這些年經過實際應用也得到了人們的認同，隨著現代科學技術的高速發展以及人們對住宅的功能齊全、使用方便、居住舒適、安全節能、有益健康等方面的要求,鋼結構住宅在我國必將有一個飛躍式的發展。
參考文獻：
[1]建筑科學.
[2]建筑材料研究.
[3]探索.
關鍵詞：鋼結構 廠房設計 技術要求
中圖分類號：TU391文獻標識碼： A 文章編號：
隨著市場經濟的不斷發展以及我國綜合國力的提升，國內的大型鋼結構廠房的需求量不斷增加，鋼結構廠房在企業擴大生產經營規模中得到廣泛的應用，當前需要加強對鋼結構廠房設計的經驗進行總結，不斷創新技術。
一、工程簡介
某大型有色礦山生產用房主要從事銅鉬礦石選礦生產使用，為擴大生產規模決定興建面積35000平方米的鋼結構廠房，該工程于2012年4月完工，主要的鋼結構設計平面圖如下。該鋼結構體系采用彩鋼夾芯板等新型的墻體材料進行維護，突出了時代感。
二、廠房設計技術要點研究
該廠房工程的負荷量大，能否達到廠房使用的要求就必須重視鋼結構的設計，主要設計要點如下：
（一）廠房結構設計
一是加強處理了廠房的縱向伸縮縫問題，其縱向270m的設計于廠房的規范要求符合，設計時因為考慮了鋼結構產鋼的荷載較大以及跨度交款，根據《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）對廠房的多項參數進行控制和取用，在這一范圍內，又必須以《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）為依據減少鋼材的用量，即在廠房的98.4m處位置設縫，注意將縫分開，如此能降低工程造價，減少工程設計難度。
二是在進行結構布置時，無論是哪種類型鋼結構廠房，一定要重視縱向支撐體系以及鋼架體系的設計，構建穩定的鋼結構，一定要選取合理科學的布置信形勢以及廠房支撐形式，在可靠安全的基礎上設計使用功能，延長廠房使用壽命。
三是在對鋼結構的加工質量進行設計控制時，須重視鋼結構原材料從采購開始一直到成品出廠的把關，尤其重視廠房結構轉換梁的構件以及“十字形”截面柱的尺寸精度。
（二）廠房支撐體系設計
作為鋼結構廠房設計的關鍵部分，鋼結構廠房支撐體系主要是支撐廠房的各個平面框架，構成較為穩定的廠房鋼結構系統，兼有承擔傳遞地震力、風荷載以及溫度應力等，支撐體系還要提供一個穩定安全的支撐力，確保鋼結構系統的穩定。該廠房支撐體系還要在承擔100噸的縱向荷載力。在廠房的柱頂、屋梁以及各個梁祝的外側設計剛性系桿，在屋面以及有支撐的柱間設計系桿，另外設計支撐體系時，利用均衡布置法，沿鋼結構廠房縱向屋檐處，從水平位置設計三道支撐，橫面上的柱間以及屋面設計支撐，這樣建立起“三橫四縱”支撐系統，再通過系桿、支撐以及鋼架形成穩定體系。
（三）廠房屋面設計以及屋面支撐系統的設計
該工業廠房的支撐系統主要是以廠房的高度、跨度、屋面的結構、所在區域的地震設防度以及柱間布置為依據。該廠房在內無檁、有檁屋蓋體系都會設置垂直方向的支撐，無檁廠房含屋架焊接，有上弦支撐功能，鋼結構廠房的屋面須在天窗架以及屋架設計橫向支撐，一般屋架間距高于13m的廠房或者含有較大的振動設備的廠房則必須設置縱向的水平支撐。
大型鋼架結構的屋面防水、排水設計也是廠房屋面設計的重點。從《屋面工程技術規范》規定來看，廠房的屋面坡度最低為5%，該廠房處于冬天積雪較多區域，坡度設計適當進行了增加。通常單坡廠房屋面長度由該廠房所在地的降雨水頭高度情況以及最大溫差決定，從廠房設計的經驗來看，一般屋面的坡度長度應保持在70m范圍內。市場上的鋼結構廠房屋面存在2中做法，一是設計為剛性屋面，即該工業廠房使用的壓型鋼板內含保溫綿，另外一個是柔性屋面，即保溫層、鋼板內板以及防水層組成的屋面。
（四）構件吊裝工藝設計
大型鋼結構廠房的結構構件含屋架、支撐、檁條、梁柱、墻架以及天窗架等等，不同構件尺寸、形式安裝標高各有不同，為保證經濟合理，須應用不同的吊裝方法以及起重機械。
該廠房在吊裝廠房鋼柱時，由于占地面積大，設計時使用的是塔式以及自行式起重機安裝鋼柱，吊裝方法為滑行吊裝法以及旋轉式吊裝法。一般吊裝重型鋼柱則采用雙機抬吊法。在起吊鋼柱時雙機共同吊起鋼柱，達到一定的離地高度之后停止，接著主吊機單獨吊起鋼柱，當豎直吊起鋼柱時，拆掉另一臺機器的鋼絲繩，主機繼續吊起鋼柱達到指定位置，對鋼柱的垂直度進行校正，保證偏差在20mm范圍內。校正鋼柱、固定鋼柱過程中，須對鋼柱的垂直偏差程度進行檢查，一旦超出指定范圍，用千斤頂校正。
在設計大型鋼結構廠房時，如果有起重較重的吊車要求，在進行廠房設計時必須重視吊車荷載對廠房結構的影響，保證鋼結構的穩定安全，海牙控制鋼梁降低造價，如該廠房吊車荷載中的柱頂位移必須符合規范內容，在這一條件下，靈活控制綴條等構件的細長比。
三、結語
我國應用大型鋼結構廠房時間較短，還須加強設計經驗和技巧。鋼結構的設計在廠房總體設計中非常關鍵，需要堅持實用性、經濟型原則下，根據廠房所在地的氣候以及客觀條件下，因地制宜完成建筑結構的設計。
參考文獻：
[1] 谷民. 冶金工業鋼結構重防腐涂料的施工質量控制[J].山東冶金，2009：124-126；
關鍵詞: 豎縫抗剪抗剪承載力栓釘接合面
中圖分類號：TU37文獻標識碼： A
0 引言
鋼管混凝土邊框剪力墻結構是一種新型鋼-混凝土組合剪力墻，即利用抗剪連接鍵將鋼管混凝土邊框和剪力墻進行可靠連接。接合面連接的好壞是關系結構整體抗震性和穩定性的關鍵問題，目前國內外對該類結構豎縫抗震性能的研究并不多，各國規范對其抗剪強度的計算采用不同的破壞機理。
1 抗剪承載力計算公式
1.1栓釘連接件抗剪承載力計算公式
抗剪連接件的形式很多，一般按照變形能力可分為剛性連接件和柔性連接件兩大類。目前最常用的抗剪連接件是栓釘，對栓釘抗剪連接承載力的計算研究的比較多，但是各國對其計算公式沒有形成統一。
加拿大《鋼結構設計規范》SI6.1-1974規定
≤448Ast
日本規范亦采用式(1)，但規定Ec和fc的適用范圍為500～900 MPa，這是偏于保守。
Eurocode 4規定:當hst/dst≥4(hst和dst分別表示栓釘的高度和直徑)時，有
≤0.64Astfu
其中，Ast表示栓釘桿的橫截面面積，Ec表示混凝土的彈性模量，fck表示混凝土圓柱體抗壓強度標準值(=0.83fcu)，fu為栓釘的極限抗拉強度。
美國鋼筋混凝土房屋建筑規范（ACI318-83）基于摩剪理論給出保守計算公式
其中：Ac為抗剪混凝土面積；K1為系數，普通混凝土K1等于2.81MPa，全輕骨料混凝土K1等于1.41 MPa，輕砂混凝土K1等于1.76 MPa。
中國學者聶建國、沈聚敏、崔玉萍、胡夏閩等人對栓釘抗剪連接件進行了研究并取得一些成果。這些成果為制定我國《鋼結構設計規范》中有關剪力連接件計算的條文提供了依據。
《鋼-混凝土組合結構設計規程》(1997修訂稿)規定，當hst/dst≥4.0時，有
≤0.7Astf
其中，Ast表示栓釘桿的橫截面面積，Ec表示混凝土的彈性模量，fc表示混凝土軸心抗壓強度設計值，f表示栓釘抗拉強度設計值
我國現行的GB50017-2002鋼結構設計規范對鋼-混凝土組合梁設計條文進行了較大改進，其中給出的栓釘承載力公式為:
≤0.7Astfλ
其中，λ為栓釘材料抗拉強度最大值與屈服值之比，f表示栓釘抗拉強度設計值。
本次試驗栓釘的計算荷載采用美國鋼筋混凝土房屋建筑規范（ACI318-83）。
1.2銷鍵抗剪承載力計算公式
接縫處承載力驗算還需包括抗剪銷鍵的焊縫強度驗算和混凝土的局部承壓驗算，焊縫在剪力作用下按純剪切考慮，可按現行國家標準《鋼結構設計規范》GB50017的規定計算；驗算抗剪銷鍵上混凝土的受壓承載力時，局部承壓混凝土的垂直抗壓強度可取1.5fc。
2 試驗概述
本試驗共設計了5個試件，試件的配置方式是根據栓釘的配鋼率在1%左右進行設計。因此在試件配置時選擇6個栓釘（1.32%）和4個栓釘（0.88%）。試驗中鋼管采用120mm*120mm*4mm的普通Q345級方鋼管； 銷鍵為直徑20mm的螺紋鋼筋加工而成，長100mm，豎向間距225mm，焊接在鋼管壁上；栓釘為ML15標準尺寸，直徑13mm，長80mm，在豎向接合面上的水平間距均為60mm，豎向間距為200mm或250mm。通過栓釘抗拉強度試驗得到栓釘抗拉強度為355.78Mpa。
試件墻體部分采用C30自密實混凝土，經過試配最終確定配合比比值為：0.41:1: 2.54:2.75。鋼管內部混凝土為C50自密實混凝土，其配合比比值為：0.22:1:1.13:1.22。
本次試驗用MTS作動器完成，加載點取在鋼管與混凝土結合部鋼管壁上，管壁上焊接30*120*15mm厚的鋼條，以保證直剪面發生直剪破壞。試驗采用國內外常用的擬靜力加載方案以模擬地震作用，即對試件施加低周反復荷載直至破壞。
3 計算結果分析
本次試驗試件破壞形式全部為混凝土破壞，栓釘未剪斷。本次試驗試驗結果與各國規范計算值的比較見表1。
表1 豎縫抗剪試驗值與各國規范計算值的對比
注：試件編號中“6S2P”是指6個栓釘和2個銷鍵的組合連接方式，SP是指Shear Performance。
通過比較發現各國規范計算值均高于試驗結果，原因有以下幾點：
1）本次試驗的栓釘為直剪破壞，與推出試驗相似，各國規范是對組合梁中栓釘連接件的規定，而國內外的研究都表明，推出試驗得到的栓釘抗剪承載力比組合梁中栓釘的實際抗剪承載力要低。
2）由于栓釘布置較密集，在試驗時出現群釘效應導致每根焊釘承載力比普通單釘承載力要小。
4 抗剪承載力計算
各國的規范中有關于栓釘抗剪承載力的計算公式，但是對栓釘和銷鍵組合抗剪的計算公式未見報道，因此，在研究國內外相關規范基礎上，提出栓釘和銷鍵組合抗剪承載力計算公式：
（1）
式中：
Ast是栓釘的橫截面面積，Ec是混凝土的彈性模量，fck是混凝土圓柱體抗壓強度標準值，l是抗剪銷鍵長度，d為抗剪銷鍵高度，fc是混凝土抗壓設計強度，α為局部承壓有效面積調整系數，建議取0.9。
表2 試件抗剪承載力實測值和計算值
按該計算公式（1）得出各試件的豎向接合面抗剪承載力計算值和實測值見表2，計算值和實測值吻合較好，試件SP-6S和SP-6S2P相對誤差略微偏大原因可能是公式（1）中關于栓釘抗剪承載力計算的理論值偏大造成的。
結論
（1）鋼管混凝土邊框與墻板豎向接合面采用栓釘和銷鍵的組合連接方式能夠保證剪力有效傳遞，且能夠保證接縫的穩定性。
（2）本次試驗試件的破壞形式與推出試驗相似，且試件的實際壓力值均低于各國規范的計算值。
（3）對于采用栓釘和銷鍵組合連接方式的構件，按照公式（1）進行計算，其計算值與實測值吻合良好，可以應用到工程設計中。
參考文獻
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關鍵詞：方鋼管混凝土柱；多層輕鋼結構；優點；結構設計；技術難點
中圖分類號：TU391文獻標識碼： A 文章編號：
Abstract: this paper expounds the concrete filled square steel tubes structure system in light of the application of the steel structure housing situation and advantages, introduces the structure of the concrete-filled steel tube column party design analysis method and its future research prospect， and provides light steel structure housing or related design work for the staff technology reference.
Key words: square steel tube concrete column; Multi-layer light steel structure; Advantages; Structure design; Technical difficulties
0 概況
隨著人類對住宅要求越來越高，建筑房屋的絕熱、抗震及抗壓性能越來越理想。這一切都源于人類對房屋質量的舒適感與安全感的追求，鋼—混凝土組合的建筑結構就是人類追求建筑房屋舒適與安全的產物。鋼—混凝土結構早在19世紀就已開始被人類所注意，并對其展開一系列的研究開發，其綜合了鋼材的韌性與混凝土材料的較好的抗壓性能，更好地發揮了建筑材料的材質特點，而避免各自的缺點。
由于環保意識的不斷加強及材料短缺越來越嚴重，國外很多國家如澳大利亞、日本、美國等，都在在積極研發和設計更多鋼管混凝土結構的應用。而我國在近幾年內也開始研究開發、設計與制造、施工安裝輕鋼結構，也取得了很大的成就，如首都博物館新館的設計與施工[1]。
1 方鋼管混凝土柱結構體系的優點
1.1節約鋼材，降低造價
一般情況下，由于方鋼管混凝土加入鋼結構，降低了建筑物的自重，相當于混凝土結構的一半，而基礎荷載相對變小，經濟效益明顯提高，己成為公認的節材、經濟、施工簡捷的結構形式。
1.2抗震性能好
由于鋼管的材料的存在，提高了整體結構的強度、塑性和韌性，因此在同樣的震動條件下，其能更好地克服因超載而發生斷裂現象，更好地適應動力荷載的壓力，其良好的延展性在抗震性能方面表現得無可挑剔。
1.3防銹蝕和抗火性能優于鋼柱
方鋼管混凝土柱只是外表面需涂防銹漆，而鋼柱全周邊皆需防銹蝕，顯然，可以大大節省防銹漆。且方鋼管混凝土由于其管內設置有混凝土結構，可以吸收大量熱量，因而耐火時間比鋼柱更長。所用的防火涂料比鋼柱更少，造價也比鋼柱更低，性價比更高。
1.4抗扭、抗剪性能優越
方鋼管混凝土柱的抗扭和抗剪性能都很好，延性大，強度高。建筑物的一些邊柱和角柱，在地震作用下，將同時承受軸心壓力、彎矩、扭矩和剪力作用。對于方鋼管混凝土柱來說，在復雜應力作用下的承載力很高，并且其塑性和延性更好，安全而可靠[2]。
2 方鋼管混凝土柱的結構設計
2.1主要計算依據
方鋼管混凝土柱的機構設計過程應依據建筑設計單位提供的建筑設計方案、并參考有關的國家建筑設計規程、規范，如《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001）、《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）、《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）、《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）、《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）等等[3]。
2.2軸向受力構件計算
2.2.1軸心受壓構件的強度計算
根據鋼管和混凝同工作的機制，參照我國建筑結構設計統一標準的規定，軸心受壓構件的強度承載力設值的計算公式為：
Nu=α(fAs+fcAc)
上式中α是與鋼管對混凝土的約束效應和混凝土徐變對承載力影響等因素有關的系數，前者對混凝土的強度有所提高，后者則相反。考慮到α的影響因素比較復雜，對軸心受壓構件的強度承載力的提高有限，對于管壁較薄的構件更是如此，為方便使用，取α=1，即得到方鋼管混凝土軸心受壓構件的強度計算公式：
N≤Nu u= fAs+fcAc
2.2.2軸心受壓構件的穩定計算
根據試驗資料，方鋼管混凝土軸心受壓構件受力較接近于鋼構件，因此采用鋼結構類似的計算公式：
公式中的軸心受壓穩定系數也近似地采用現行國家標準《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）中的b曲線：
構件的長細比則按考慮鋼管和管內混凝同工作后的影響
2.2.3軸心受拉構件的強度計算
由于混凝土的抗拉強度相對于鋼管較小，在計算方鋼管混凝土軸心受拉構件時可不計入混凝土的作用，只考慮方鋼管抵抗所有拉力，由極限狀態即可得到方鋼竹混凝土的抗拉承載力計算公式：
N≤Asf
2.3彎、拉彎構件計算
其中包括a、彎矩作用在一個主平面內的方鋼管混凝土壓彎構件的強度計算；b、彎矩作用在一個主平面內的方鋼管混凝土壓彎構件的穩定計算；c、彎矩作用在一個主平面內的方鋼管混凝土拉彎曲構件計算；d、彎矩作用在兩個主平面內的雙軸壓彎方鋼管混凝土構件的強度計算；e、彎矩作用在兩個主平面內的雙軸壓彎方鋼管混凝土構件的穩定計算。但由于論文章節的安排，在本文就不詳細介紹。
2.4節點連接設計
梁-柱連接的性能是影響結構整體性能的關鍵，合理的連接節點應該有足夠的強度和適當的剛度，即滿足“強節點、弱桿件”原則。方鋼管混凝土柱與H型鋼梁的連接，按照連接處相對轉動約束作用的大小，可以分為：柔性連接、半剛性連接和剛性連接三種。其中半剛性連接可減少施工現場的焊接工程量，且節點外觀簡捷、傳力明確，鋼柱制作與混凝土的澆筑質量不受影響，柱兩側梁高不等構造容易處理，避免了內隔板與外環板由于焊接殘余應力影響，而在地震力的反復作用下節點處鋼材易發生分層或脆性破壞的缺點。
3方鋼管混凝土柱結構設計的研究方向
雖然鋼管混凝土住宅具有較多的優勢，但在實際中的應用時，還存在一些善待解決的難題。
3.1結構理論研究需進一步完善
對方鋼管混凝土構件來說，目前對構件動力性能的研究還是基于試驗結果，缺乏理論分析方法，不利于深入全面研究其動力特性，同時不利于對實用抗震設計方法的研究。
3.2設計理論需要進一步完善
目前國內的建筑規程雖然對圓鋼管混凝土構件和方鋼管混凝土構建的設計做了有關說明，但有些依據還不能非常準確地描述方鋼管混凝土柱體構件的性能，相差誤差還比較大，設計過程僅僅對混凝土和鋼管部分進行簡單的疊加，這樣降低了該結構的優勢。而采用研究理論進行計算時，公式卻顯得過于煩瑣，還需要結合實際的實驗數據進行大量簡化。
3.3結構形式需要進一步完善
由于鋼管混凝上構件的抗彎性能低于抗壓性能，因此鋼管混凝土框架抗側力性能比較弱，僅采用框架結構一般不能滿足抗震要求，需要增加抗側力體系，一般為柱間支撐。但是柱間支撐的增加限制了建筑開窗的靈活性。因此，進行該類型住宅設計需要建筑和結構有機結合。
3.4節點的優化設計
梁柱剛接節點，需要傳遞彎矩。在現場施工時，如果僅對鋼管進行節點拼接，由于略去混凝土部分的抗彎承載力，節點強度將低于構件強度，不符合“強節點，弱構件”的設計原則。而考慮節點處混凝土部分的作用，施工時不可避兔混凝土的二次澆注，不符合全裝配式住宅施工要求。因此對于梁柱端頭和節點均應另行設計，節點的優化設計和試驗將成為設計工作中的重要部分。
3.5結構防火處理
雖然鋼管混凝土具有較好的抗火災性能，并且通過理論計算和工程實例驗證。但目前的規程仍規定按照鋼結構防火要求處理，防火處理將大量增加工程造價，該問題已成為鋼管混凝土結構和輕鋼結構在工程應用中的瓶預問題。
4 結束語
多層輕鋼建筑中采用方鋼管混凝土結構可大大增加其結構的承載力和可靠度，提高建筑品位，縮短施工工期，提高了住宅的抗震性能，節省了建筑過程的有關材料費用，具有非常好的經濟效益和社會效益。對于目前木材、礦產資源缺乏的國情來說，方鋼管混凝土柱體構建是相當具有發展潛力結構形式。但是，由于國內建設設計人員對方鋼管混凝土構件的各種性能的研究分析工作才處于比較初級的階段，在其結構布置、設計方法、施工措施等方面的技術還需要進一步提高。
參考文獻
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關鍵詞： 冷彎薄壁輕型鋼結構； CAD/CAM； 軟件架構； 數據結構； 軟件開發
中圖分類號： TU392；TP317.4文獻標志碼： B
CAD/CAM software of cold-formed thin-wall lightweight
steel structure for residence buildings
YANG Huizhu1,2, CHANG Zhiguo1, WANG Xiaofeng1, ZHANG Qilin1
(1. College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;
2. Shanghai Tonglei Civil Engineering Technology Co., Ltd., Shanghai 200433, China)
Abstract： To develop a special CAD/CAM software for residence building structure system of cold-formed thin-wall lightweight steel structure, the constitution and construction characteristics of this kind of structure system and its typical connection joints are introduced and analyzed, and the function design and logical division of working flow are implemented according to the practical design work; the software framework and operation procedures are designed as starting from design model to calculation model then to detailing model. The structural design, calculation and installation of the structure system is based on assemblies, hereby basic software objects are determined as wall sheet, floor region, single sheet of planar roof truss. A hierarchy data structure of assembly-member object is designed to meet the different requirements of structural design and detailing design. The CAD/CAM software is developed based on AutoCAD graphics platform, and the kernel functions are realized for modeling, calculation, drawing, and so on.
Key words： cold-formed thin-wall lightweight steel structure; CAD/CAM; software framework; data structure; software development
0引言
冷彎薄壁輕型鋼結構住宅是一種以冷彎薄壁型鋼構件和輕型板材共同作為承重和維護結構的新型綠色住宅，見圖1.
冷彎薄壁輕型鋼結構住宅具有節能環保、質量輕、強度高、抗震性能好以及易于規模化與標準化生產等諸多優點，在國外已被大量使用，近年來國內也開始逐步推廣應用.
國外已經具備比較完善的輕型鋼結構住宅CAD/CAM軟件，已實現設計加工一體化、無紙化的自動數控加工；而在國內，由于這種軟件的復雜性以及國外對此類軟件的技術與商業壟斷，輕型鋼結構住宅CAD/CAM軟件成為國內各生產廠家普遍的技術瓶頸.
龍骨結構體系是冷彎薄壁輕型鋼結構住宅的主要結構形式.針對該結構體系，本文開發出三維可視化的CAD/CAM集成化軟件.
1結構體系與構造
龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構住宅由屋面系統、樓面系統和墻面系統等3部分組成，見圖2.
墻面系統由冷彎薄壁輕型鋼柱和內、外層結構覆面板組成，見圖3.墻體是主要的豎向和水平承重系統，起維護和承重的雙重作用.墻柱體系由C形鋼柱和導軌組成鋼骨架，并設置鋼拉帶支撐，墻體外側OSB板和內側石膏板通過自鉆螺釘與鋼骨架相連.樓面系統由冷彎薄壁輕型格柵鋼梁，上、下結構面板以及樓面細石混凝土等材料構成，柵格鋼梁間亦設置鋼拉帶等支撐構件，見圖4.屋面系統由冷彎薄壁輕型鋼桁架、屋面水平支撐及屋面板材料構成，見圖5.
豎向載荷由樓蓋和屋蓋分別傳遞到墻體，再傳遞到基礎；風和地震等水平向載荷全部由載荷方向的墻體承擔.
龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構住宅的所有部件均由薄壁的C形鋼、U形鋼及鋼帶拼裝而成，再用自攻螺釘連接.從功能和構造上看，連接節點可分為2類：一類是墻面、樓面及屋面各子系統中構件的連接節點；另一類是子系統之間的連接節點.典型的連接節點見圖6.
(a)墻體與基礎的連接(b)墻體構件的連接(c)上下層墻體的連接(d)樓蓋梁與基礎的連接(e)樓蓋梁與墻體的連接(f)屋蓋桁架的屋脊節點
2系統功能與架構組織設計
軟件功能［1］在總體上可分為2部分：建模以及圖紙繪制與數控加工CNC數據的輸出.由于軟件本身的專業性質是結構設計軟件，根據結構的設計流程，可劃分為結構布置設計、結構力學計算、結構深化設計以及圖紙與數據輸出等4個功能階段.
在結構布置設計階段，根據建筑設計圖布置與搭建墻體、樓蓋與屋蓋結構部件，形成住宅的主結構模型.在該階段中，忽略次構件以及構件的連接節點等細部構造，重點是形成整個主結構，為下一步的結構計算和規范驗算作準備.在此階段的模型上還要施加和編輯所有的外部載荷，包括恒載、活載、雪載、風載和地震作用等.
龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構住宅結構的力學計算方式不同于一般的房屋結構計算.通常的房屋結構計算，如多層鋼框架結構或磚混砌體結構進行包含墻、柱、梁和樓板在內的整體結構計算，而冷彎薄壁輕型鋼結構住宅是基于屋蓋、樓蓋及墻體等結構部件的計算.外載荷按受載荷面積進行分配，如屋面載荷分配到各榀屋面的桁架；然后按連接關系進行載荷傳遞計算，即屋蓋桁架與樓蓋的載荷傳遞到墻體，上層墻體載荷傳遞到下層墻體.各部件單獨形成計算模型，進行結構內力與位移計算，并按相關規范進行部件及其中各構件的驗算.一般情況下會將結構的計算結果返回結構布置設計階段，進行結構部件和構件的調整，然后再進行結構的力學計算.如此往復，直到各個結構指標均滿足要求.
深化設計階段是連接節點與構件細部的設計，并進行節點和構件的歸并與編號，為鋼結構施工圖、加工圖和CNC加工數控輸出進行模型和數據準備.繪圖及CNC數據的編制完全依據深化模型，并形成一一對應關系.
由上述可知，整個設計過程是模型由部件到構件、由構件到節點的逐步深入和細化過程，見圖7.其中，計算模型由結構模型映射而來，結構的構件將被映射為有限元計算模型的單元和節點，并根據結構模型的支撐情況在計算模型上設置正確的支座約束；結構模型上的載荷也被轉換為有限元計算模型上的單元或節點載荷.
3模型對象的數據結構設計
3.1模型對象的范圍劃分和界定
可獨立操作模型對象的范圍界定直接影響軟件內部的數據結構組織，同時也在很大程度上決定軟件在使用界面上的基本模式.［2］
龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構住宅全部由C形或U形構件搭建而成，如果以單根構件為基本操作對象，則各對象自身的數據結構簡單統一，對深化設計階段的節點和細部操作非常有利.但是，對于建立和維護對象間的邏輯關聯信息，基于構件的對象界定方法顯得非常復雜和繁瑣，而且這種結構體系是基于墻、樓板及榀架等部件的結構計算，單根構件的對象界定方式非常不利于部件計算模型和載荷的組織與信息關聯.
根據龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構住宅的建模和結構計算的特點看，結構的物理對象可分為2個層次：（1）部件層次，包括墻體、樓蓋區塊（由墻體圍成的平面封閉區域）和屋蓋的各榀平面桁架.其中，屋蓋桁架的上弦沿坡屋面的形狀轉折起伏，需通過一個“坡屋面”的虛擬對象用于桁架的建模，此外，還用于屋面載荷向各榀桁架的導算分配.（2）構件層次，即組成結構部件的C形、U形冷彎薄壁構件以及鋼拉帶和外覆面板等支撐構件.因此，建立以部件為基本操作對象的層次化數據結構是更好的組織方案.
3.2模型的層次化數據結構設計
構件對象內嵌在部件對象中.部件是多個構件的有機集成體，在部件對象中存儲并維護部件本身的總體信息和部件內各根構件對象之間的關聯信息，各根構件自身的信息存儲在構件對象內.該層次化數據結構［2］的統一描述見圖8.
將上述層次化的參數描述關系具體到墻體、樓蓋和屋架等3個子系統，則有如圖9所示的邏輯組織關系.構件集成體（子系統）內部各構件之間連接節點內置為子系統內部的連接功能，構件集成體之間的連接節點（如連接板與抗拔錨栓等）則由外部的連接零件對象和連接功能予以表示和實現.
(a)墻體對象的層次化數據結構
(b)樓蓋對象的層次化數據結構
(c)屋架對象的層次化數據結構
(d)單根構件對象的數據結構
4程序設計
在AutoCAD三維圖形平臺［3］上，以二次開發接口ObjectARX［4］和VC++為工具，用普通PC機開發該CAD/CAM軟件系統.軟件的開發和運行環境的層次結構［1］見圖10.
墻體、樓蓋和屋架的數據結構拓樸具有很大的相似性，應用C++的“繼承”和“多態”特性，建立基類和繼承類的派生關系，見圖11.多構件集成體類從ObjectARX的AcDbEntity類派生，構件類從AcDb3dSolid類派生.AcDb3dSolid是三維實體類，具有C形和U形截面構件的三維造型與編輯操作.
軟件的主要功能模塊組織［5-6］見圖12，結構三維實體模型是系統核心數據庫.
5軟件核心功能
墻體和樓蓋的建模示例見圖13，軟件根據門窗和樓蓋洞口的位置進行構件的布置調整以及周邊構件的加強處理.結構外周墻體形成一個封閉的平面邊界，軟件根據此邊界以及指定的坡度自動生成坡屋面，然后再依據坡屋面的形狀自動排列生成各榀屋蓋桁架，見圖14.平面桁架腹桿的劃分布置按對稱與不對稱區域，三角區域、梯形區域及任意形狀區域進行優化.
屋蓋上的載荷按受載荷面積經導算后分配到各榀桁架.作用在結構設計模型上的恒載、活載、雪載及風載等經導算后有不同的方向和分布模式，見圖15.但是，當設計模型映射為有限元計算模型后，所有載荷都歸為統一形式的有限元載荷.
樓蓋對象以每個單連通的平面區域（即房間）為單位，樓蓋上的均布載荷也需經過分配和傳遞后導算到每根構件上，見圖16.
通過對話框的交互方式進行模型的深化設計，見圖17.軟件根據深化設計三維實體模型進行圖紙繪制和數控加工CNC數據的輸出，圖18為樓蓋施工圖示例.
6結論
（1）根據結構設計流程進行軟件功能階段和模型深化過程的劃分和組織，一方面符合實際設計工作的要求，另一方面也實現從結構設計到深化設計，從建模到結構計算以及繪圖的功能集成一體化.
（2）基本模型對象的范圍界定直接決定軟件的內部數據結構設計，也在很大程度上影響軟件在界面上的使用模式.
（3）與常規的框架和剪力墻結構體系相比，龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構住宅的構造和設計模式有較大不同.多集合體的層次化模型設計方法同時兼顧結構部件設計的宏觀性和構件深化設計的細節性.
（4）龍骨式低層冷彎薄壁輕型鋼結構住宅不是整體結構計算，而是基于部件的結構分析，各部件的外載荷需經多次傳遞和分配導算后確定.由于實際工程結構布置的復雜性，載荷導算的正確性顯得尤為重要.
（5）基于三維深化模型進行圖紙繪制和CNC數據的編制，是該軟件與常規參數化直接二維繪圖的重要區別.該方式的最大優點是結果表達的正確性和精確性，需要進一步改善的是二維圖紙的可讀性和美觀性.
(本文獲計算機輔助工程及其理論研討會2011(CAETS 2011)優秀論文獎.)參考文獻：
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關鍵詞 ：輕鋼結構；單層廠房；設計；
中圖分類號： TU391 文獻標識碼： A 文章編號：
引言
隨著國家經濟的快速發展，鋼結構在建筑領域起到了舉足輕重的作用，扮演著越來越重要的角色，無論在工業還是民用建筑中，鋼結構以其突出的特點迅速地占領著越來越廣的市場。其特點有：其整體剛度和抗震性能好、施工速度快、自重輕、承載力高，在大跨度及超高層建筑中代替了鋼筋混凝土結構，但也存在著防火性能差、易腐蝕等缺點，在設計中根據其特點揚長避短才能更好地發揮鋼結構的作用。
一、鋼結構廠房空間結構解析
為了使本論文的鋼結構廠房分析設計更具有針對性和信服力，這里以實際的煉鋼廠房鋼結構廠房為具體研究對象進行分析討論。由于鋼鐵工業是國民經濟的支柱產業，煉鋼廠就成了一個重要的生產場所，屬于抗震規范中的乙類設防建筑。由于工藝布置的特殊性和生產設備的需要，煉鋼廠主廠房往往具有質量、剛度分布嚴重不均勻的特點。又基于建設周期及抗震性能等的綜合考慮，這類廠房大都采用全鋼結構建造。本文中以某設計生產能力為50噸的轉爐煉鋼廠為研究對象。
由于工藝要求的復雜性，該廠房由爐渣跨、加料跨、爐子跨、鋼水接收跨、連鑄澆鑄跨、連鑄出坯跨共六跨組成，核心設備布置在爐子跨中部的塔樓內。該轉爐煉鋼廠房主要由塔樓、散狀料上料系統、柱子系統、屋蓋系統和吊車梁系統幾大部分組成，各部分的結構大都是由型鋼和鋼板焊接或螺栓連接而成。
二、輕鋼結構單層廠房設計的要點
2.1結構體系
1) 門式剛架分為單跨、雙跨、多跨以及帶挑檐的和帶毗屋等多種形式。多跨剛架中柱與剛架梁的連接可采用鉸接。
2) 輕型鋼結構工業廠房結構體系中，屋面常采用有檁體系，檁條間距為1． 5 m，屋面板為壓型鋼板或夾芯板，檁條采用冷彎C 型鋼或高頻焊接薄壁H 型鋼; 外墻采用有墻梁體系，墻梁間距為1.5 m ～ 2.1 m，墻面板為壓型鋼板或夾芯板，墻梁采用冷彎C 型鋼或高頻焊接薄壁H 型鋼。主剛架梁下翼緣和主剛架柱內側翼緣平面外的穩定性，可通過在剛架梁下翼緣和檁條間或剛架柱內側翼緣和墻梁之間設置的隅撐來保證。主剛架之間的水平支撐可采用張緊的圓鋼或角鋼。
3) 根據跨度、高度和荷載不同，門式剛架的梁柱可采用變截面或等截面實腹焊接工字鋼或成品H 型鋼截面。單層廠房中當設有橋式起重機時，柱截面宜采用等截面構件。
4) 輕鋼結構工業廠房剛架柱基礎，剛架柱柱腳與鋼筋混凝土基礎的連接可按鉸接或剛接，當廠房內設有橋式起重機時按剛接連接，其他情況按鉸接連接。
焊接實腹式工型截面門式剛架承重結構由剛架和基礎兩部分組成。門式剛架承重結構體系的剛架、檁條( 或墻梁) 以及壓型鋼板間通過可靠的連接和支撐相互依托，體系受力更趨向于空間化。
2.2 結構布置
1) 屋面結構平面布置
單層廠房輕剛結構房屋伸縮縫的設置: 當房屋縱向長度不小于300 m，橫向長度不小于150 m 時需要設置溫度伸縮縫。溫度伸縮縫的做法有兩種: 檁條連接處的螺栓孔采用橢圓孔或設置雙排柱，使結構有足夠的伸縮空間; 吊車梁與柱的連接處宜采用橢圓孔。
屋面檁條的布置，應考慮天窗、通風屋脊、采光帶等因素的影響，屋面壓型鋼板厚度和檁條間距應按計算確定。
2)墻面墻梁布置
單層廠房輕剛結構房屋墻面墻梁的布置，應根據門窗的位置、大小確定墻梁的位置，另外設有挑檐、雨篷時還應增設墻梁等構件，墻梁的規格尺寸應由計算確定，同時還應考慮墻面板的規格，考慮到廠房的美觀，一般墻面梁設在主剛架柱的外側。
3) 支撐布置
橫向水平支撐和豎向柱間支撐可提高剛架的整體剛度，并能承擔和傳遞水平力，防止桿件產生過大的振動，避免壓桿的側向失穩，可保證結構安裝時的穩定。
當設有溫度伸縮縫時，在每個溫度伸縮單元應分別同時設置橫向水平支撐和豎向柱間支撐以形成幾何不變、穩定的空間結構體系。
橫向水平支撐一般設置在溫度伸縮單元兩端第一開間剛架梁上翼緣，在水平支撐交叉的節點處應設置剛性系桿。橫向水平支撐的間距不大于45 m。橫向水平支撐既可以采用十字交叉圓鋼，又可以采用雙角鋼作支撐。
當溫度伸縮單元長度不超過90 m 時，在溫度伸縮單元兩端第一開間的上柱處設置上柱柱間支撐，在溫度伸縮單元中間的柱開間內分別設置上下柱柱間支撐。上柱柱間支撐為單片角鋼，連接在柱腹板的中間，下柱柱間支撐為雙片角鋼，連接在下柱兩側翼緣。值得注意的是在溫度伸縮單元的端部不設下柱柱間支撐。
在剛架轉折處應沿房屋全長設置剛性系桿。
三、輕鋼結構廠房鋼構件的設計
3.1 主要承重構件( 剛架) 內力計算方法
剛架的內力計算方法分彈性分析和塑性分析方法，變截面門式剛架通常采用彈性分析方法，等截面門式剛架通常采用塑性分析方法，同時還應滿足現行《鋼結構設計規范》的相關要求。
3.2 門式剛架位移( 側移) 計算
當屋面坡度不大于1 ∶ 5 時，柱頂在水平力H 作用下的位移( 側移) u，可按下列公式計算:
柱腳鉸接剛架:
柱腳剛接剛架:
其中，h，L 分別為剛接柱高度和剛架跨度; Ic，Ib分別為柱和橫梁的平均慣性矩; H 為剛架柱頂等效水平力; ζt為剛架柱與剛架梁的線剛度比。
3.3 構件強度計算
工型截面受彎構件在剪力、彎矩共同作用時，強度按下式進行計算:
當
當截面為雙軸對稱時:
其中，Mf為兩翼緣所承擔的彎矩; Me為構件有效截面所承擔的彎矩，Me = We f，We為構件有效截面最大受壓纖維的截面模量;Af為構件翼緣的截面面積; Vd為腹板抗剪承載力設計值，Vd =hw tw fv '。
3.4 構件穩定計算
軸心受壓構件( 工型截面) 局部穩定計算:
受壓翼緣:
腹板:
其中，b 為受壓翼緣自由外伸寬度; t 為受壓翼緣的厚度; fy為鋼材屈服強度; hw為腹板的計算高度; tw為腹板的厚度。
3.5剛架柱基礎的設計
3.5.1基礎形式
門式剛架輕型房屋鋼結構常用的基礎形式有:
1) 鋼筋混凝土獨立基礎，一般用于地基承載力比較大，土質比較均勻的情況。
2) 柱下條形基礎多用于加固工程中，在處理新舊建筑物基礎時，可以避免對舊建筑物基礎造成不利的影響。
3) 樁基礎一般用于深基礎，地基回填土較多、持力層較深的情況。
3.5.2 基礎的設計
1) 輕鋼結構廠房門式剛架柱基礎通過鋼板與鋼筋混凝土基礎之間連接采用鉸接或剛接柱腳。
2) 柱腳錨栓應采用Q235 鋼或Q345 鋼制作。錨栓的錨固長度應符合GB 50007-2002 建筑地基基礎設計規范的規定，為抵抗上拔力錨栓端部設置彎鉤或錨板，錨栓的直徑不小于24 mm，且應采用雙螺母或采取防止螺帽松動的有效措施; 柱腳錨栓按下柱柱間支撐傳遞的縱向風荷載和吊車剎車力或縱向地震作用的上拔力計算。剛架柱底部的水平力由柱腳底板與鋼筋混凝土基礎頂面之間的摩擦力來承擔，若還不滿足須設置槽鋼或角鋼抗剪鍵。計算柱腳錨栓的受拉承載力時，應采用螺紋處的有效截面面積。
結束語
輕鋼結構具有自重輕、工廠化和商品化程度高、施工周期短、節能環保等明顯的優點。輕鋼結構門式剛架設計在單層工業廠房中越來越得到人們的青睞，但它畢竟還是一個新生事物，需要我們設計人員在工程設計中不斷的探索、改進、回訪中積累經驗，進而解決在工程設計中遇到的新技術、新問題。新技術、新材料的應用給設計人員提供了鍛煉的機會，帶來了新的挑戰，只要對不斷出現的新技術、新材料、新問題勇于探索、勇于創新，就能攻克難關，從而使新技術、新材料得到廣泛應用，我們的設計水平也會有較大的提高。
參考文獻
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關鍵詞：房屋建筑；鋼筋混凝土；框架結構；設計措施
Abstract: according to the author in recent years practice, the housing the advantages of the reinforced concrete frame mainly reflects in: flexible space space, it is light weight, saving material, etc. The article to the housing construction steel reinforced concrete frame structure characteristics, the scope of application, this paper expounds the design principle, the combination of case and discuss the specific construction measures.
Keywords: housing construction; Reinforced concrete; Frame structure; Measures designed
中圖分類號：TU375文獻標識碼： A 文章編號：
0. 概 述
框架結構又統稱為構架式結構。目前，房屋的框架按跨數分有單跨、多跨；按層數可以分有單層、多層；按立面構成可以分有對稱、不對稱；按所用材料分有鋼框架、混凝土框架、膠合木結構框架或鋼與鋼筋混凝土混合框架等。其中最常用的是鋼筋混凝土框架，它包括現澆整體式、裝配式、裝配整體式等。其中這里面的裝配式、裝配整體式混凝土框架和鋼框架適合大規模工業化施工，效率較高，工程質量較好，其余的適合房屋建筑使用。
1. 房屋建筑鋼筋混凝土框架結構特點
根據筆者近年來實踐來看，房屋建筑鋼筋混凝土框架結構的優點主要體現在：空間分隔靈活，它自重輕，節省材料；具有可以較靈活地配合建筑平面布置的優點，利于安排需要較大空間的建筑結構；框架結構的梁、柱構件易于標準化、定型化，便于采用裝配整體式結構，以縮短施工工期；采用現澆混凝土框架時，結構的整體性、剛度較好，設計處理好也能達到較好的抗震效果，而且可以把梁或柱澆注成各種需要的截面形狀。
2. 房屋建筑鋼筋混凝土框架結構應用范圍
根據現在建筑的使用性質來看，房屋建筑鋼筋混凝土框架結構廣泛用于住宅、學校、辦公樓等地方，也有根據需要對混凝土梁或板施加預應力，以適用于較大的跨度；框架鋼結構常用于大跨度的公共建筑、多層工業廠房和一些特殊用途的建筑物中，如劇場、商場、體育館等。但總體來說，現在施工框架結構種類比較多，在選擇起來應靈活多變。
3.房屋建筑鋼筋混凝土框架結構設計原則一般地，房屋建筑鋼筋混凝土框架結構設計應遵循一定的原則，這樣方能確保房屋的建筑質量。
3.1遵循有抗震性能的原則。在結構設計中，對框架結構來說有足夠的承載能力和變形能力是兩個同時需要滿足的條件。不僅要求結構具有足夠的承載能力，還要求其有適當的剛度。房屋建筑結構的使用功能和安全與其側移的大小密切相關，過大的側向變形會使隔墻、維護墻及其飾面材料出現裂縫或損壞。結構分別按考慮5%的偶然偏心和雙向地震力作用的不利情況計算出各結構體系層間位移角，剪力墻結構小于框剪結構，但均小于規范要求，且富裕量較大，說明兩種結構體系滿足剛度要求。
3.2遵循經濟性原則。 在房屋建筑結構體系中，在保障節約資金的情況下確保工程質量是關鍵。根據筆者工作實踐，通過對短肢剪力墻結構、框架一剪力墻結構、大開間剪力墻結構三種鋼筋混凝土住宅結構直接費的計算，發現三種鋼筋混凝土住宅結構單位面積直接費相差不是很多，其中短肢剪力墻結構的單位面積直接費最大，框架一剪力墻結構的單位面積直接費最小，其中短肢剪力墻結構的單位面積直接費比框架一剪力墻結構的單位面積直接費高出12.5%，比大開間剪力墻結構的單位面積直接費高出7.3%，大開間剪力墻結構的單位面積直接費比框架一剪力墻結構的單位面積直接費高出4.9%。
4. 房屋建筑鋼筋混凝土框架結構設計注意事項
房屋建筑鋼筋混凝土框架結構設計是個復雜多變的過程，筆者在此建議在設計中要注意以下幾方面：
4.1抗震設計問題。房屋在抗震設計框架結構設計時，一般不要采用單跨框架。如果不可避免的話，建議可設計為框架-剪力墻結構，多層建筑也可僅在單跨方向設置剪力墻。但是，后者框架結構部分的抗震等級應按框架結構選用，而剪力墻部分的抗震等級應按框架-剪力墻結構選用。
4.2框架結構選擇。在目前的小高層結構體系里比較適合采用框架結構，筆者建議首先盡可能將過于狹長的結構用伸縮縫脫開。如果建筑專業不允許，可通過加大端部開間的抗側剛度達到限制結構扭轉效應的目的。具體可將邊框架的角柱斷面增大，加大框架梁的高度，如條件允許，中間增加框架住，既增加框架的跨數。這些方法可以顯著增加結構的抗扭剛度。
5.房屋建筑鋼筋混凝土框架結構設計措施
根據筆者實踐，結合案例來簡單闡述下這方面的措施。某小區工程為6-8層鋼筋混凝土框架結構體系，按8度抗震設防，場地土類別為Ⅲ類，各建筑單體設計基準期為70年，建筑安全等級為2級，建筑抗震類別為丙類。根據有關要求，柱混凝土強度等級:一～三層為C25,三層以上為C20;樓面為C20,屋面板、為C25密實性混凝土。
5.1計算分析。根據工程建筑要求，在房屋建筑結構設計時要考慮建筑結構的強度、剛度、穩定性三個基本指標。我們一般采用彈性設計方法，即在正常使用情況下，建筑結構構件處于彈性受力狀態中，結構具有較大的剛度，這一點施工人員要做好這方面的計算分析。
5.2防雷主要措施。我們可以采取該工程住宅屋面采用φ12鍍鋅圓做避雷帶，組成不大于20m×20m的網格。所有突出屋面的金屬構件均應與避雷帶可靠焊接。
這其中引下線利用柱內的兩根直徑大于φ16的對角主筋通長焊接作為避雷引下線，上端與避雷帶連接，下端與地梁兩根主筋焊接。
5.3梁、柱節點的設計。我們在房屋設計梁柱節點時，通常出現多根梁交叉在一起的現象，主次梁的負彎矩鋼筋多層也會疊加在一起，這樣會對梁截面截面造成較大的影響。這也是房屋在建時它的成本很難控制的一方面。在此，筆者建議可采取降低次梁底面的標高和降低主梁底面標高的有關措施來加以控制。
5.4變形的分析。一旦結構產生了過度變形，就會產生對之相對應的裂縫。一般來說，結構的過度變形是結構穩定性不足或者剛度不足的標志，它并沒有直接反映出結構強度。導致結構變形的因素有跨度、截面的尺寸、支座的形式、材料的質量和荷載等，結構變形是鑒定房屋安全的重要內容。所以在進行房屋安全鑒定時，需要對房屋的綜合情況進行考慮。
參考文獻
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