時間：2023-04-18 17:46:13
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工
1．前言
《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》公布以來已經(jīng)快三年。這幾年，這類工程發(fā)展，《規(guī)程》起了很大推動作用，但也陸續(xù)聽到一些令人不安的情況。今冬雨水較大，降雪較多，有些地方雪特別大，結(jié)構(gòu)壓壞恐怕很難避免，但有的地方雪不大房子也有垮的，漏水的更多。最近某廠屋頂漏水解決不了，找到鋼結(jié)構(gòu)委員會來了，不是雨水，是冷凝水，以前還沒有碰到過。另外，也看到一些工程，有的框架梁太細，令人擔(dān)心，遇到大雪很可能出問題。有的骨架立起來搖搖幌幌，沒有支撐，說裝上墻板就好了，好象有了墻板就可以不要支撐。現(xiàn)在排架多起來。用鋼筋砼柱、輕鋼梁，造價較低，但有的嚴重不合規(guī)定。現(xiàn)在是市場驅(qū)動，有些企業(yè)搞承包能省就省，盡量壓低造價，管它是否符合規(guī)定。有的連規(guī)定也不清楚。利用開年會的機會，結(jié)合了解到的一些情況，就門式剛架房屋設(shè)計施工中的問題，作一個發(fā)言，拋磚引玉，希望和與會代表交流，取得一致看法。
2．設(shè)計方面
1）屋面活荷載取值
框架荷載取0.3kN/m2已經(jīng)沿用多年，不打算修改。但屋面結(jié)構(gòu)，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到0.5kN/m2。《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》征求意見稿規(guī)定不上人屋面的活荷載為0.5kN/m2，但構(gòu)件的荷載面積大于60m2的可乘折減系數(shù)0.6。門式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kN/m2，與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范保持一致。國外這類，要考慮0.15-0.5N/m2的附加荷載，而我們無此規(guī)定，遇到超載情況，就要出安全問題。現(xiàn)在有的框架梁太細，檁條太小，明顯有克扣荷載情況，今后應(yīng)特別注意，決不允許在有限的活荷載中“挖潛”。
2）屋脊垂度要控制
框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規(guī)定為1/180，除驗算坡面斜梁撓度外，是否要驗算跨中下垂度？過去不明確，它可能講課時說過不包括屋脊點垂度。現(xiàn)在了解到，美國是計算的。他們作框架分析，一般是將構(gòu)件分段，用等截面程序計算，每段都要計算水平和豎向位移，不能大于允許值，等于要驗算跨中垂度。跨中垂度反映屋面豎向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來就小，脊點下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過小，第一榀剛架與山墻間的屋面出現(xiàn)斜坡，使屋面變形。現(xiàn)在打算做個規(guī)定，剛架側(cè)移后，當(dāng)山尖下垂對坡度影響較大時（例如使坡度小于1/20），要驗算山尖垂度，以便對屋面剛度進行控制。
3）鋼柱換砼柱
少數(shù)單位設(shè)計的門式剛架，采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預(yù)埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節(jié)省鋼材和降低造價。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時梁柱只能鉸接，不能剛接。多高層建筑中，鋼梁與墻的連接也是如此。因為混凝土是一種脆性材料，雖然構(gòu)件可以通過配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很并，在外力作用下很容易松動和破壞。還有的單位，在門式剛架設(shè)計好之后，又根據(jù)業(yè)主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。應(yīng)當(dāng)指出，砼柱加鋼梁作成排架是可以的，但將剛架的鋼柱換成砼柱，而鋼梁不變，是不行的。由于連接不同，構(gòu)件內(nèi)力也不同，要的工程斜梁很細，可能與此有關(guān)。建筑結(jié)構(gòu)是一門科學(xué)，如果不按科學(xué)辦事，是要吃苦頭的。今后國家要執(zhí)行建筑法，實行強制性條款，違反其中一項，出了工程事故，是要受罰的。
4）檁條計算不安全
檁條計算問題較大。檁要是冷彎薄壁構(gòu)件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時要屈曲，強度計算應(yīng)采用有效寬度，對原有截面要減弱，不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。有效寬度理論是在《冷彎薄壁型鋼構(gòu)件技術(shù)規(guī)程》中講的，有的設(shè)計人員恐怕還不了解，甚至有些設(shè)計軟件也未考慮。但是，設(shè)計光靠軟件不行，還要能判斷。軟件未考慮的，自己要考慮，否則就不需要高級工程師了。再有，設(shè)計人員往往忽略強度計算要用凈斷面，忽略釘孔減弱。這種減弱，一般達到6-15%，對小截面窄翼緣的梁影響較大。剛架整體分析采用的是全截面，如果強度計算不用凈截面，實際應(yīng)力將高于計算值。《規(guī)程》3.1.7條規(guī)定：“結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受拉強度應(yīng)按凈截面計算，受壓強度應(yīng)按有效截面計算，穩(wěn)定性應(yīng)按有效截面計算，變形和各種穩(wěn)定系數(shù)均可按毛截面計算”。曾有人問，這條規(guī)定是什么意思？如果有人再提這樣的問題，我想問他，鋼結(jié)構(gòu)學(xué)過沒有？因為這是鋼結(jié)構(gòu)的基本概念問題。如果這樣的問題都簽不出，說明他還不具備鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計資格的。有的單位看到國外資料中檁條很薄，也想用薄的。國外檁條普遍采用高強度低合金鋼，但我國低合金鋼Q345的沖壓性能不行，只有用Q235的。人家是按有效截面計算承載力的。如果用Q235的，又想用得薄，計算時還不考慮有效截面，荷載稍大時檁條就要垮。
3．施工方面
1）柱子拔出
有的剛架在大風(fēng)時柱子被拔起，這是實際中常出現(xiàn)的事故。主要原因不是剛架計算失誤，而且設(shè)計柱間支撐時，未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向尺度較小時，只設(shè)置少量柱間支撐來抵抗縱向風(fēng)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(fēng)荷載較大的地區(qū)剛架柱受拉時，在柱腳應(yīng)考慮抗拔構(gòu)造，例如錨栓端部設(shè)錨板等。
2）沒有柱間支撐
這種情況最近較多，需要大聲疾呼，這樣不行。蒙皮作用雖然各國都在研究，但沒有任何一本規(guī)范允許不設(shè)支撐。蒙皮作用的影響因素太多，并非在任何情況多能發(fā)揮作用。特別是柱間支撐，受力較大，絕不能省略。蒙皮作用最多只能視為一種剛度儲備。
3）端板合不上
端板連接是結(jié)構(gòu)的重要部位。由于加工要求不嚴，而腹板與端板間夾角又，有的工程兩塊端板完全對不上，合不起來。強行用螺栓拉在一起，仍留下很寬縫隙，嚴懲影響工程質(zhì)量。
4）錨栓不鉛直
框架柱柱腳底板水平度差，錨栓不鉛直，柱子安裝后不在一條直線上，東倒西歪，使房屋外觀很難著，這種情況不少。錨栓安裝應(yīng)堅持先將底板用下部調(diào)整螺栓調(diào)平，再用用無收縮砂漿二次灌漿填實，國外此法施工。最近在上海討論輕鋼施工驗收規(guī)程，不少專家強調(diào)了這種方法。
5）保溫材吸水超重
有些房屋雪不大就垮了，究其原因，是屋面防水施工太差，雪融化后水逐漸滲入，為保溫村所吸收。今年冬季落雪多次，遷延時間較長。屋面的設(shè)計荷載很小時，當(dāng)吸水量達至一定程序，超過了結(jié)構(gòu)的承載能力，就要倒塌。
6）保溫材料胡亂安裝
保溫材料一般采用玻璃棉，其厚度根據(jù)熱功計算確定。正規(guī)做法是采用背面帶鋁箔隔汽層的玻璃棉，有的不用鋁箔，用牛皮紙，我不清楚牛皮紙是否可作隔汽層，如果可以，也比不用任何隔汽層好。防止冷凝水向室內(nèi)滴水，是房屋的使用要求之一。有人以為鋁箔只是為了美觀，或承受拉力，實際上它的主要作用是作隔汽層。承受懸掛時的拉力還可以用玻璃纖維布或鋼絲網(wǎng)。現(xiàn)在看到有些工程，玻璃棉不用任何隔汽層。另外，當(dāng)采用內(nèi)層鋼板吊頂時，不是將保溫卷材壓在檁條上，而是為了施工方便，將保溫材剪斷，放在檁條之間的吊頂上，形成冷橋。某工程在這樣處理的同時，又將吊頂鋼板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作業(yè)時，將周邊門窗關(guān)閉，由于室內(nèi)外溫差大，大量水汽在屋頂凝集，由吊頂鋼板搭接處流下，形成了“外面不下里面下”的狀況，使工程不能交工。經(jīng)驗告訴我們，當(dāng)保溫卷材有隔汽層并保持接縫處密封時，卷材是干燥的，無隔汽層時卷材是濕的。在水份的長期浸泡下，隨著時間的推移，保溫棉將被逐漸壓實，最終失去應(yīng)有的保溫作用，因此安裝方法是否對頭，關(guān)系很大。
4．其它
關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性能工程造價優(yōu)化設(shè)計
1、引言
由于國家政策、鋼材生產(chǎn)、構(gòu)件制作、設(shè)計研發(fā)、標準規(guī)范修訂等方面的有利因素，近幾年我國的建筑鋼結(jié)構(gòu)進入了一個全新的發(fā)展時期。新材料、新部品、新結(jié)構(gòu)體系不斷出現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計研發(fā)、制作安裝能力日益強大，建筑鋼結(jié)構(gòu)向多樣性、適用性、經(jīng)濟性方向發(fā)展。
建筑鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性能一直是大家最為關(guān)注的一個問題。如何控制工程造價，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)經(jīng)濟上的綜合優(yōu)勢，工程設(shè)計階段是關(guān)鍵階段。據(jù)權(quán)威資料統(tǒng)計分析，在初步設(shè)計階段，影響工程造價的可能性為75%-95%；在技術(shù)設(shè)計階段，影響工程造價的可能性為35%-75%；在施工圖設(shè)計階段，影響工程造價的可能性為5%-35%。因此設(shè)計質(zhì)量的好壞、設(shè)計是否優(yōu)化對工程造價將產(chǎn)生直接的影響。下面以門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)廠房和多、高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計為例，在材料選用、結(jié)構(gòu)體系等方面進行簡要分析，探討在設(shè)計階段控制工程造價，提高建筑經(jīng)濟性能的可行性。
2、材料選用方面工程造價控制
由于我國鋼產(chǎn)量已經(jīng)突破兩億噸，鋼材品種更趨于多樣化。各種新型建材，如輕質(zhì)保溫墻板、彩涂壓型鋼板、樓承板等不斷開發(fā)出來并推廣應(yīng)用。建筑鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計階段材料的選擇上有了更大的空間。材料選擇不同，工程直接費不同，總造價不同。設(shè)計階段合理選擇建筑材料，控制材料單價或工程量，是控制工程造價的有效途徑。試舉例如下：
（1）彩涂鋼板：彩涂鋼板一般用于輕鋼廠房屋面板和墻面板，有不同板型、不同基板厚度和鋼號、不同鍍鋅板類別和鍍鋅層厚度以及不同的彩涂層類別，在形式上又可選用單板、保溫復(fù)合板、單板加內(nèi)保溫層等，其中保溫層又有超細玻璃絲棉、硬質(zhì)巖棉、聚苯乙烯等類別及厚度的不同，這些不同都造成單方材料價格的差異，從而影響廠房工程總造價。所以設(shè)計時要根據(jù)廠房性質(zhì)、大氣環(huán)境等因素綜合考慮，合理選用板材，控制工程造價。
（2）多、高層住宅鋼結(jié)構(gòu)體系的墻體材料：墻體材料造價一般占土建工程造價的15%-25%。對于多、高層住宅鋼結(jié)構(gòu)體系來說，選用配套、經(jīng)濟、節(jié)能的墻體材料至關(guān)重要。目前，設(shè)計選用的外墻材料主要有水泥保溫外墻板、輕質(zhì)加氣混凝土砌塊、NALC板等；內(nèi)墻材料主要有改性石膏板、GRC內(nèi)墻板、水泥保溫復(fù)合板等。萊鋼集團自主研發(fā)的LCC-A系列、LCC-B系列和LCC-C系列輕質(zhì)保溫復(fù)合墻板也已應(yīng)用于在建鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能住宅工程中，逐步使鋼結(jié)構(gòu)住宅體系走向標準化、定型化和工業(yè)化，為降低綜合造價創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。
（3）多、高層鋼結(jié)構(gòu)建筑樓（屋）面的樓承板：設(shè)計時，根據(jù)在樓（屋）蓋結(jié)構(gòu)體系中的作用，樓承板可采用兩種形式，即①樓承板只作為永久性模板，一般采用普通鍍鋅壓型鋼板即可，對最小鍍鋅量和耐火時間要求較低，價格較便宜；②施工時作為模板，在使用階段則替代受拉鋼筋，即組合樓板。由于在設(shè)計中考慮樓承板作為受拉筋，其使用壽命必須與主鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命保持一致，所以對其最小鍍鋅量和耐火時間要求較高，單方價格相對較高。
（4）鋼材規(guī)格及材質(zhì)：由于鋼材品種的增多，結(jié)構(gòu)設(shè)計時可選擇的構(gòu)件形式也多了。比如框架柱，可采用熱軋H型鋼、焊接H型鋼、螺旋焊接圓鋼管、焊接方鋼管以及組合截面等形式，鋼梁可采用等截面、變截面等形式。材質(zhì)可采用Q235普碳鋼，也可采用Q345低合金鋼。設(shè)計時應(yīng)盡可能采用高強度等級的材料，比如采用Q345鋼比采用Q235鋼就可節(jié)約鋼材15%-25%，用于受拉或受彎構(gòu)件節(jié)約比例較大。設(shè)計時要選用經(jīng)濟截面型材，比如熱軋H型鋼、T型鋼等。在某些情況下，采用熱軋H型鋼柱、梁可能比采用焊接H型鋼用鋼量稍多，但從加工成本、施工進度等方面綜合考慮，其造價可能更有優(yōu)勢。
3、結(jié)構(gòu)體系方面工程造價控制
不同的結(jié)構(gòu)體系和平、立面布置對工程造價的影響較明顯。在設(shè)計階段只有根據(jù)建筑物的使用功能要求，確定合理的平、立面布置和結(jié)構(gòu)體系，才能有效控制工程造價，做到經(jīng)濟適用。列舉如下：
（1）根據(jù)有關(guān)資料測算分析，對于多層建筑，不同層數(shù)對土建工程造價的影響為10%-25%；不同層高對土建工程造價的影響為1.5%-12%。
（2）門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計，同樣存在經(jīng)濟跨度和剛架最優(yōu)間距。在工藝要求允許的情況下，盡量選擇小跨度的門式剛架較為經(jīng)濟。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，經(jīng)濟柱距一般為7m-9m,不宜超過9m，超過9m時，屋面檁條、吊車梁與墻架體系的用鋼量也會相應(yīng)增加，造價并不經(jīng)濟。下表（表3.3）是按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102:98）進行設(shè)計的廠房主鋼用鋼量，通過橫向、縱向比較，可以看出各影響因素在設(shè)計階段合理確定的意義。設(shè)計荷載取值：恒載0.3KN/m2、活載0.5KN/m2、基本風(fēng)壓0.55KN/m2、不考慮吊車及懸掛荷載。
柱距7.5m
檐高6.0m
用鋼量
（kg/m2）
柱距7.5m
檐高6.0m
用鋼量
（kg/m2）
柱距7.5m
檐高6.0m
用鋼量
（kg/m2）
跨度
Q345
Q235
跨度
Q345
Q235
跨度
Q345
Q235
1×18.0m
7.20
8.72
2×18.0m
7.16
8.92
3×18.0m
7.38
8.95
1×21.0m
8.41
9.90
2×21.0m
8.45
10.28
3×21.0m
8.43
10.12
1×24.0m
9.22
11.43
2×24.0m
9.68
11.75
3×24.0m
9.29
11.36
1×27.0m
10.54
12.72
2×27.0m
10.86
13.12
3×27.0m
10.35
12.96
1×30.0m
11.57
13.95
2×30.0m
11.92
14.53
3×30.0m
11.35
13.54
1×33.0m
12.86
15.10
2×33.0m
13.21
16.58
3×33.0m
12.46
15.61
（3）在多、高層鋼結(jié)構(gòu)中，樓板結(jié)構(gòu)體系的工程量占有較大比重，對結(jié)構(gòu)的工作性能、造價都有重要影響。在確定樓板結(jié)構(gòu)方案時，主要考慮要保證樓板有足夠的平面整體剛度，能減輕結(jié)構(gòu)的自重及減小結(jié)構(gòu)層的高度，有利于現(xiàn)場安裝方便及快速施工，還要有較好的防火、隔音性能，并便于管線的敷設(shè)。常用樓板做法有：壓型鋼板組合樓板、預(yù)制樓板、疊合樓板和普通現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板等。目前最常用的做法為壓型鋼板組合樓板和普通現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。當(dāng)采用這兩種做法時，考慮現(xiàn)澆板與鋼梁組合成為共同受力的組合梁，能有效降低鋼梁高度，較多地節(jié)約鋼材。
（4）在高層鋼結(jié)構(gòu)中，框架柱采用圓形鋼管混凝土柱，梁、板采用鋼-砼組合結(jié)構(gòu)，總用鋼量比普通鋼結(jié)構(gòu)用鋼量有大幅度減小，能有效降低工程造價。
4、結(jié)束語
鋼結(jié)構(gòu)建筑所具有的優(yōu)點決定其必將具有強大的生命力。設(shè)計階段技術(shù)創(chuàng)新、選材配套、設(shè)計優(yōu)化是控制造價、促進建筑鋼結(jié)構(gòu)走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵階段。為此，強調(diào)以下幾點：
（1）提高設(shè)計人員的素質(zhì)，重視設(shè)計人員的繼續(xù)教育和業(yè)務(wù)知識的更新培訓(xùn)。同時，要強調(diào)技術(shù)與經(jīng)濟相結(jié)合，設(shè)計中注重價值工程的運用，要做多方案比較，把控制工程造價放到重要位置。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)計
1、引言
穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)的一個突出問題。在各種類型的鋼結(jié)構(gòu)中，都會遇到穩(wěn)定問題。對于這個問題處理不好，將會造成不應(yīng)有的損失。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。而美國哈特福特城的體育館網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，平面92m×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年加拿大一停車場的屋蓋結(jié)構(gòu)塌落，1985年土耳其某體育場看臺屋蓋塌落，這兩次事故都和沒有設(shè)置適當(dāng)?shù)奈膿斡嘘P(guān)[1]。在我國1988年也曾發(fā)生l3.2×l7.99m網(wǎng)架因腹桿穩(wěn)定位不足而在施工過程中塌落的事故。從上可以看出，鋼結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定問題是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中以待解決的主要問題，一旦出現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)事故，不但對經(jīng)濟造成嚴重的損失，而且會造成人員的傷亡，所以我們在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一定要把握好這一關(guān)。目前，鋼結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)過的失穩(wěn)事故都是由于設(shè)計者的經(jīng)驗不足，對結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的穩(wěn)定性能不夠清楚，對如何保證結(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)計者對其如何設(shè)計還沒有完全的了解。本文針對這些問題提出了在設(shè)計中應(yīng)該明確在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計中的一些基本概念，以及對新型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究應(yīng)該了解的一些問題并且應(yīng)該懂得如何解決這些問題。只有這樣我們在設(shè)計中才能更好處理鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題。
2、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計的基本概念
2.1強度與穩(wěn)定的區(qū)別[2]
強度問題是指結(jié)構(gòu)或者單個構(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）是否超過建筑材料的極限強度，因此是一個應(yīng)力問題。極限強度的取值取決于材料的特性，對混凝土等脆性材料，可取它的最大強度，對鋼材則常取它的屈服點。穩(wěn)定問題則與強度問題不同，它主要是找出外荷載與結(jié)構(gòu)內(nèi)部抵抗力間的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，即變形開始急劇增長的狀態(tài)，從而設(shè)法避免進入該狀態(tài)，因此，它是一個變形問題。如軸壓柱，由于失穩(wěn)，側(cè)向撓度使柱中增加數(shù)量很大的彎矩，因而柱子的破壞荷載可以遠遠低于它的軸壓強度。顯然，軸壓強度不是柱子破壞的主要原因。
2.2鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的分類[1]
(1)第一類穩(wěn)定問題或者具有平衡分岔的穩(wěn)定問題（也叫分支點失穩(wěn)）。完善直桿軸心受壓時的屈曲和完善平板中面受壓時的屈曲都屬于這一類。
(2)第二類穩(wěn)定問題或無平衡分岔的穩(wěn)定問題（也叫極值點失穩(wěn)）。由建筑鋼材做成的偏心受壓構(gòu)件，在塑性發(fā)展到一定程度時喪失穩(wěn)定的能力，屬于這一類。
(3)躍越失穩(wěn)是一種不同于以上兩種類型，它既無平衡分岔點，又無極值點，它是在喪失穩(wěn)定平衡之后跳躍到另一個穩(wěn)定平衡狀態(tài)。
區(qū)分結(jié)構(gòu)失穩(wěn)類型的性質(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)定問題研究的逐步深入，上述分類看起來已經(jīng)不夠了。設(shè)計為軸心受壓的構(gòu)件，實際上總不免有一點初彎曲，荷載的作用點也難免有偏心。因此，我們要真正掌握這種構(gòu)件的性能，就必須了解缺陷對它的影響，其他構(gòu)件也都有個缺陷影響問題。另一方面就是深入對構(gòu)件屈曲后性能的研究。
2.3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則
根據(jù)穩(wěn)定問題在實際設(shè)計中的特點提出了以下三項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)計中構(gòu)件不會喪失穩(wěn)定。
(1)結(jié)構(gòu)整體布置必須考慮整個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)是按照平面體系來設(shè)計的，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)整體布置來解決，亦即設(shè)計必要的支撐構(gòu)件。這就是說，平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的出平面穩(wěn)定計算必須和結(jié)構(gòu)布置相一致。就如上述的1988年加拿大一停車場的屋蓋結(jié)構(gòu)塌落，1985年土耳其某體育場看臺屋蓋塌落，這兩次事故都和沒有設(shè)置適當(dāng)?shù)奈膿味斐沙銎矫媸Х€(wěn)。
由平面桁架組成的塔架，基于同樣原因，需要注意桿件的穩(wěn)定和橫隔設(shè)置之間的關(guān)系。
(2)結(jié)構(gòu)計算簡圖和實用計算方法所依據(jù)的簡圖相一致，這對框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計算十分重要[3]。
目前任設(shè)計單層和多層框架結(jié)構(gòu)時，經(jīng)常不作框架穩(wěn)定分折而是代之以框架柱的穩(wěn)定計算。在采用這種方法時，計算框架柱穩(wěn)定時用到的柱計算長度系數(shù)，自應(yīng)通過框架整體穩(wěn)定分析得出，才能使柱穩(wěn)定計算等效于框架穩(wěn)定計算。然而，實際框架多種多樣，而設(shè)計中為了簡化計算工作，需要設(shè)定一些典型條件。GBJl7—88規(guī)范對單層或多層框架給出的計算長度系數(shù)采用了五條基本假定，其中包括：“框架中所有柱子是同時喪失穩(wěn)定的，即各柱同時達到其臨界荷載”。按照這條假定，框架各柱的穩(wěn)定參數(shù)桿件穩(wěn)定計算的常用方法，往往是依據(jù)一定的簡化假設(shè)或者典型情況得出的，設(shè)計者必須確知所設(shè)計的結(jié)構(gòu)符合這些假設(shè)時才能正確應(yīng)用。在實際工程中，框架計算簡圖和實用方法所依據(jù)的簡圖不一致的情況還可舉出以下兩種，即附有搖擺拄的框架和橫梁受有較大壓力的框架。這兩種情況若按規(guī)范的系數(shù)計算，都會導(dǎo)致不安全的后果。所以所用的計算方法與前提假設(shè)和具體計算對象應(yīng)該相一致。
(3)設(shè)計結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計算必須相互配合，使二者有一致性。
結(jié)構(gòu)計算和構(gòu)造設(shè)計相符合，一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計中大家都注意的問題。對要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點連接，應(yīng)分別賦與它足夠的剛度和柔度，對桁架節(jié)點應(yīng)盡量減少桿件偏心這些都是設(shè)計者處理構(gòu)造細部時經(jīng)常考慮到的。但是，當(dāng)涉及穩(wěn)定性能時，構(gòu)造上時常有不同于強度的要求或特殊考慮。例如，簡支梁就抗彎強度來說，對不動鉸支座的要求僅僅是阻止位移，同時允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。然而在處理梁整體穩(wěn)定時上述要求就不夠了。支座還需能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)，同時允許梁在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)動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。
2.4鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計特點
（1）失穩(wěn)和整體剛度:現(xiàn)行規(guī)范通用的軸心壓桿的穩(wěn)定計算法是臨界壓力求解法和折減系數(shù)法。
（2）穩(wěn)定性整體分析：桿件能否保持穩(wěn)定牽涉到結(jié)構(gòu)的整體。穩(wěn)定分析必須從整體著眼。
（3）穩(wěn)定計算的其它特點：在彈性穩(wěn)定計算中，除了需要考慮結(jié)構(gòu)的整體性外，還有一些其他特點需要引起重視，首先要做的就是二階分析，這種分析對柔性構(gòu)件尤為重要，這是因為柔性構(gòu)件的大變形量對結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生了不能忽視的影響，其次，普遍用于應(yīng)力問題的迭加原理[4]．在彈性穩(wěn)定計算中不能應(yīng)用。這是因為迭加原理的應(yīng)用應(yīng)以滿足以下條件為前提：
1）材料服從虎克定律變成正比；
2）結(jié)構(gòu)的變形很小。
而彈性穩(wěn)定計算一般均不能滿足第2）個條件，非彈性穩(wěn)定計算則兩個前提都不符合。
了解了一些在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)該明確的一些基本概念，有助于我們在設(shè)計中更好地處理穩(wěn)定方面的問題，隨著新型鋼結(jié)構(gòu)體系地不斷發(fā)展，我們對穩(wěn)定問題的研究要求也不斷地提高，之所以在設(shè)計中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題，另一個重要原因就是我們對新型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定知之甚少，也就是目前鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定研究中存在的問題。
3、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究中存在的問題
鋼結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性研究雖然取得了一定的進展，但也存在一些不容忽視的問題[5]：
(1)目前在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究中，梁-柱單元理論已成為主要的研究工具。但梁-柱單元是否能真實反映網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)還很難說，雖然有學(xué)者對梁-柱單元進行過修正[3]。主要問題在于如何反映軸力和彎矩的耦合效應(yīng)。
(2)在大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計中整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定的相互關(guān)系也是一個值得探討的問題，目前大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計中取一個統(tǒng)一的穩(wěn)定安全系數(shù)，未反映整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性。
(3)預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定設(shè)計理論還很不完善，目前還沒有一個完整合理的理論體系來分析預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。
(4)鋼結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性研究中存在許多隨機因素的影響，目前結(jié)構(gòu)隨機影響分析所處理的問題大部分局限于確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)、隨機荷載輸入這樣一個格局范圍，而在實際工程中，由于結(jié)構(gòu)參數(shù)的不確定性，會引起結(jié)構(gòu)響應(yīng)的顯著差異。所以應(yīng)著眼于考慮隨機參數(shù)的結(jié)構(gòu)極值失穩(wěn)、干擾型屈曲、跳躍型失穩(wěn)問題的研究。
從上面可以看出，我們的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論還是不夠完善，我們在設(shè)計中一般都是把鋼結(jié)構(gòu)看成是完善的結(jié)構(gòu)體系，針對上述問題（4），我們可以看出在設(shè)計中我們沒有考慮一些隨機因素的影響。但是我們在考慮這些因素之前，應(yīng)該弄清楚這些隨機因素的來源，一般情況下把影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性隨機因素分為三類：
(1)物理、幾何不確定性：如材料（彈性模量，屈服應(yīng)力，泊松比等）、桿件尺寸、截面積、殘余應(yīng)力、初始變形等。
(2)統(tǒng)計的不確定性：在統(tǒng)計與穩(wěn)定性有關(guān)的物理量和幾何量時，總是根據(jù)有限樣本來選擇概率密度分布函數(shù),因此帶來一定的經(jīng)驗性。這種不確定性稱為統(tǒng)計的不確定性，是由于缺乏信息造成的。
(3)模型的不確定性：為了對結(jié)構(gòu)進行分析，所提的假設(shè)、數(shù)學(xué)模型、邊界條件以及目前技術(shù)水平難以在計算中反映的種種因素，所導(dǎo)致的理論值與實際承載力的差異，都歸結(jié)為模型的不確定性。
以上都是鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計中存在的問題，只有我們進一步地深入研究這些穩(wěn)定，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論將會進一步完善，如對于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計中涉及到隨機因素的影響，國外已經(jīng)引入了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的可靠度設(shè)計，這也表明了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計理論也在不斷的完善。
4、結(jié)束語
鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題區(qū)別于強度問題。在實際設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)該明確知道結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性能，以免在設(shè)計過程中發(fā)生不必要的失穩(wěn)損失。針對上述問題，本文提出了在設(shè)計過程中設(shè)計人員應(yīng)該明確的一些基本概念；其次，隨著新型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，設(shè)計人員對其性能認識的不足，從而導(dǎo)致構(gòu)件的失穩(wěn),本文就這個問題闡述了新型結(jié)構(gòu)現(xiàn)存的一些問題，并且針對一些問題論述了產(chǎn)生的原因。總之，只有深入了解這些問題，才會使得鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論設(shè)計不斷地完善。
參考文獻
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盡管結(jié)構(gòu)形式的選擇通常是結(jié)構(gòu)工程師的工作，建筑師也必須對影響結(jié)構(gòu)和連接設(shè)計的因素有一定的了解；即使國內(nèi)絕大多數(shù)鋼連接構(gòu)件的設(shè)計由制造商完成，建筑師也必須對于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接方法、控制性原則和導(dǎo)致因素有一個清醒的認識。
一、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及特點
鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的另外一個特點是截面多樣性：一方面，鋼材的各向勻質(zhì)性使得它可以被加工成各種形狀，這與木材的各向非勻質(zhì)性區(qū)別顯著：同為線性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，鋼結(jié)構(gòu)的截面多樣性是木結(jié)構(gòu)所無法比擬的，這也是有工字鋼而沒有“工字木”的原因，桿件結(jié)構(gòu)中連接構(gòu)件幾乎全部是鋼也說明了這一點；另一方面，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面形狀也對連接設(shè)計也產(chǎn)生強烈的影響。在受力范圍允許的情況下，不同型鋼的選擇可以導(dǎo)致不同形式的連接。
二、連接設(shè)計受到的約束
鋼材種類繁多，耐受力也不盡相同，連接設(shè)計通常受到以下因素的制約：
1．構(gòu)件的來源：理論上鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或是連接構(gòu)件具有任意加工性，但在各具體項目中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件與連接構(gòu)件總會受到現(xiàn)實條件的制約。有經(jīng)驗的設(shè)計師通常選擇容易獲得，方便安裝的型鋼，并設(shè)計出簡單有效的連接方式與連接構(gòu)件。
2．連接手段的限制：鋼結(jié)構(gòu)的施工特點之一是采用工廠加工、現(xiàn)場裝配。這是區(qū)別于傳統(tǒng)砌筑方式而產(chǎn)生大量節(jié)點的原因。各種型鋼之間的連接，主要有三種手段：鉚接、焊接和栓接。鋼結(jié)構(gòu)建筑的早期多采用鉚接，施工簡單但需要在構(gòu)件上挖出洞口而降低了斷面性能，容易在節(jié)點處產(chǎn)生集中應(yīng)力，近來較少采用。采用焊接的節(jié)點，外觀簡潔而荷載傳遞效率連續(xù)，但施工作業(yè)要求較高。后期出現(xiàn)的高強度螺栓連接，同樣可以達到類似焊接的強度要求，在現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)中大量采用。
3．連接構(gòu)件具有層級性：鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)體系之間存在復(fù)雜而邏輯的層級關(guān)系，在連接層面，這種層級關(guān)系反映為構(gòu)件尺寸與安裝先后的差異。連接的目的是實現(xiàn)層級轉(zhuǎn)換，也是實現(xiàn)力由三維向二維轉(zhuǎn)化、最終傳遞到一維構(gòu)件的關(guān)鍵。復(fù)雜的連接通常由立體連接構(gòu)件、平面連接構(gòu)件組合完成。
4．連接構(gòu)件所處的平面：兩個線性結(jié)構(gòu)構(gòu)件總是處在一個平面內(nèi)，該平面為構(gòu)件應(yīng)力的發(fā)生平面，連接構(gòu)件為了有效抵抗這個平面內(nèi)的應(yīng)力、彎矩或剪力，常常設(shè)計在此平面內(nèi)，如鋼管與拉索的焊片總處在這兩者構(gòu)成的平面中；在多個構(gòu)件的連接情況下，組合的平面構(gòu)件可以與立體的受力情況相對應(yīng)。
三、連接對象的原型與連接的分類
鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)建包括桿件與索兩種基本類型，由此產(chǎn)生的連接方式可分作索與索的連接，桿件與桿件的連接，索與桿件的連接。無論平面結(jié)構(gòu)或是空間結(jié)構(gòu)，由于構(gòu)件單體的線性特質(zhì)，結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜與否并不會導(dǎo)致更多類型的連接，而復(fù)雜的連接可看作由這三種基本類型組合而成。
1．索與索的連接
索在結(jié)構(gòu)體系中只承受拉力，內(nèi)力沿索的軸線不變，索的截面不會因長度變化而變化。其連接特點如下：
a.位于端部的連接必須通過索套來實現(xiàn)。（圖1）
b.位于索中部的連接可由各類夾具來完成。
c.多根索的連接需要設(shè)計新的節(jié)點，根據(jù)索與索結(jié)合方式的不同而各有差異：如常見的單層或雙層索結(jié)構(gòu)，根據(jù)布置方式的不同又可以出現(xiàn)平行或輻射等形式。索網(wǎng)的輕質(zhì)有效，迎合了人們對輕巧與透明的普遍追求。皮亞諾設(shè)計的位于意大利的BancaPopolarediLodi總部室外廣場的玻璃頂（圖2），受力結(jié)構(gòu)由上下兩組索網(wǎng)相互拉接而成，玻璃夾在結(jié)構(gòu)中間，并由水平向的聯(lián)系索加強穩(wěn)定，固定于四周混凝土墻體之上，所有節(jié)點均為索－索連接，輕盈而透明的屋頂表現(xiàn)了索在特定場合的優(yōu)勢。
2．桿件與桿件的連接
桿件較索更早出現(xiàn)，應(yīng)用也更廣泛，由于桿件既可受拉也可受壓，這使得桿件之間的連接設(shè)計也較索更為復(fù)雜多變。決定桿件連接設(shè)計的因素主要有以下兩個方面：a．桿件之間的交角，b．桿件各自的截面形式。前者由結(jié)構(gòu)體系決定，后者可以在連接設(shè)計階段選擇不同型鋼或進行組合，以方便連接構(gòu)件的設(shè)計。
在交角非垂直的情況下應(yīng)該謹慎選擇構(gòu)件截面，降低節(jié)點設(shè)計難度。在柏林某信息中心（圖3）的梁柱連接中，圓鋼管柱被突兀地截斷，然后與多塊鋼板焊接于工字鋼梁，交接顯得十分機械而僵硬。與之形成對比，赫佐格設(shè)計的漢諾威展覽大廳（圖4）屋頂處梁柱連接設(shè)計中，一方面，選擇拉索避免了桿件間的非垂直交接；另一方面，方形鋼管柱在連接處的分解與圓形變化，使其與圓形鋼管梁之間的連接過渡的自然合理。
在貝聿銘設(shè)計的美秀博物館（圖5）屋頂構(gòu)架中，多根桿件的立體交接沒有采用常規(guī)球形節(jié)點做法，而是設(shè)計了一個多方向板式鑄鋼節(jié)點構(gòu)件，橫向鋼管貫穿其間且保持截面不變，其余構(gòu)件在節(jié)點處轉(zhuǎn)化為鋼板與節(jié)點構(gòu)件用螺栓連接，從而保證了結(jié)構(gòu)面與屋頂面平行，取得簡潔平整的效果。如若用普通球形節(jié)點，那么龐大的節(jié)點勢必使屋頂構(gòu)架顯得沉重，也無法反映傳統(tǒng)木構(gòu)建筑中榫卯連接的簡潔，更難以取得這樣的藝術(shù)效果。
3．索與桿件的連接
雖然索最符合鋼材的材料性能，但由于它是只具備單向抗拉性能的柔性構(gòu)件，所以索與桿件結(jié)合組成的結(jié)構(gòu)體系可以取得輕盈與穩(wěn)定的雙重優(yōu)勢，如近年來在大跨領(lǐng)域十分流行的張拉弦結(jié)構(gòu)。即使在較小跨度建筑中，索與桿件組合的方式也相當(dāng)普遍。
連接設(shè)計根據(jù)索的連續(xù)與否，須采用不同的連接件以對應(yīng)：位于索端部的連接，需要通過索套、螺栓、焊片一系列構(gòu)件與桿件固定，此種連接程序構(gòu)造簡單合理，應(yīng)用也十分普遍，同時可以選擇索套夾焊片或是焊片夾索套兩種不同的方式。如意大利熱那亞舊海港的重新開發(fā)項目中（圖6），索膜與桿件的連接在分別涂以灰色和白色的不同的層級中采用了上述兩種方式。但也可以通過索套的特殊設(shè)計與桿件直接結(jié)合，需要注意的是焊片的省略意味著索套必須承擔(dān)轉(zhuǎn)化索與桿件所成角度的功能，如吉芭歐文化中心（圖7）拉索與基座的連接：尺度夸張有力且旋轉(zhuǎn)了一定角度的索套整合了焊片的功能，使得這一節(jié)點在此類連接中獨樹一幟。位于索中部的連接，可以采用索夾，索卡（少數(shù)情況下也可采用焊接的辦法）來固定索與桿件的位置。漢諾威貿(mào)易交易大廳（圖8）魚腹梁中，上弦桿與下弦索的連接設(shè)計采用了索卡固定。
四、連接設(shè)計的方法
在相當(dāng)一部分的鋼結(jié)構(gòu)建筑中，結(jié)構(gòu)對于構(gòu)件形式與尺寸的要求并不十分苛刻，這就給構(gòu)件與連接設(shè)計帶來相當(dāng)大的設(shè)計余地。建筑師對于構(gòu)件形式與尺寸的選擇與連接設(shè)計或者說連接形式息息相關(guān)。對國內(nèi)設(shè)計師而言，實際情況常常是有限的型鋼選擇與為數(shù)不多的成型連接構(gòu)件，所以設(shè)計方法就顯得尤為重要，即使這些方法或手段常常帶有純粹表現(xiàn)的色彩。
1.分解分解的對象是結(jié)構(gòu)概念中抽象的單一構(gòu)件，在實際連接中常表現(xiàn)為構(gòu)件數(shù)量的分解或截面形式的分解。這一手法在包括了鋼結(jié)構(gòu)的桿件體系的連接設(shè)計中頗為常見，如懸掛結(jié)構(gòu)中的受壓桿常分解成幾根桿的組合；柱子常分解為束柱等等。這些分解有的是出于結(jié)構(gòu)受力的需要，有的僅僅是為了在構(gòu)件中制造間隙，方便連接。復(fù)雜節(jié)點采用分解設(shè)計有利于提煉出連接的基本形式，從而達到簡化連接概念，整合節(jié)點設(shè)計的目的。
位于美國休斯敦名為CyTwombly畫廊（圖9，圖10）的鋼結(jié)構(gòu)屋頂連接設(shè)計中，大量運用了分解的概念，巧妙地將多層的屋頂結(jié)構(gòu)與遮陽系統(tǒng)結(jié)合起來。首先是由工字鋼組成的網(wǎng)格狀遮陽結(jié)構(gòu)，天窗結(jié)構(gòu)懸掛在遮陽結(jié)構(gòu)之下。由于受拉構(gòu)件更符合鋼材力學(xué)性質(zhì)而尺寸較小，因此懸掛的拉桿沒有分解，而鋼梁受力較為復(fù)雜（受彎、剪），故尺寸較大且由一根分解作兩根。整個屋頂設(shè)計邏輯清晰，與屋頂功能上的分層概念相得益彰。
2.轉(zhuǎn)化截面形式的考量與尺寸的轉(zhuǎn)化也是連接設(shè)計的主要問題。轉(zhuǎn)化的目的是為了縮小構(gòu)件截面，方便連接設(shè)計。構(gòu)件截面一般可分為兩大類：管狀類截面（如圓鋼管）及非管狀類截面（如工字鋼）。前者之間的連接往往需要縮小截面，如網(wǎng)架球節(jié)點處的縮小了的實心鋼管。后者之間的連接通常對構(gòu)件做簡化處理，如去掉寬翼，只保留型鋼的高度部分，而且常與分解設(shè)計相結(jié)合。除了改變構(gòu)件截面形狀外，沿垂直于構(gòu)件軸線的面將構(gòu)件切斷后，再設(shè)計新的節(jié)點去連接也是經(jīng)常使用的方法。如前面討論過的美秀博物館（圖2）屋頂構(gòu)架節(jié)點中，鋼管截面的轉(zhuǎn)化不僅帶來連接的便利，也使得節(jié)點設(shè)計的靈活性得以體現(xiàn)，在表達傳力的同時，利用雕塑似的造型設(shè)計將力的流動視覺化、藝術(shù)化。
3.整合整合設(shè)計立足于減少構(gòu)件種類及數(shù)量，簡化連接方式，強調(diào)結(jié)構(gòu)形式方面的整體性，使得這類設(shè)計作品往往具有優(yōu)雅的形象。這種方法有兩個前提：1）各節(jié)點受力方式相同。2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面形狀類似、尺度近似。受力方式相同保證了選擇相似截面的科學(xué)性，截面形式相似、尺度近似則保證了視覺的整體性。
福斯特設(shè)計的由鋼和玻璃組成的英國劍橋法律系樓（圖11）的外表皮，模糊了窗、墻、屋頂之間的概念，構(gòu)件間的連接采用整合設(shè)計正好表達了這一思想。編織狀的表皮是由許多高度極小的拱型空腹梁交織而成的結(jié)構(gòu)，所有構(gòu)件皆為圓形鋼管焊接，整個結(jié)構(gòu)顯得勻質(zhì)而典雅。無獨有偶，OMA設(shè)計的西雅圖中央圖書館（圖12）的表皮設(shè)計運用了同樣原理。為了達到整合的效果，整個建筑的所有表面完全由相交成菱形的工字鋼組成，工字鋼截面形狀、尺度大小完全一致，聯(lián)結(jié)方式也統(tǒng)一采用鉚接，經(jīng)過受力分析計算，在受力較大、需要加大截面高度的地方采用了兩根或三根工字鋼疊加完成，手法理性而又浪漫，成就了圖書館安靜祥和的氣氛。
結(jié)語
盡管類型可以分析歸納，方法可以分類總結(jié)，但這并不意味著設(shè)計成了教條，也不意味著獲得優(yōu)秀設(shè)計有了方程式。由于對鋼材性能的挖掘與對形式極致的追求，導(dǎo)致連接設(shè)計包含了大量的技術(shù)性因素，即使這樣，連接構(gòu)件的設(shè)計也不應(yīng)成為工程師或構(gòu)件商的責(zé)任，因為技術(shù)的扎實儲備始終是建筑師獲得優(yōu)秀連接設(shè)計的無法超越的漸進步驟。雖然符合鋼材性質(zhì)的連接方式（鉚接、焊接、拴接）必須要遵循這些定律并在鋼材的允許范圍內(nèi)進行設(shè)計，但是優(yōu)秀的設(shè)計仍然能夠找到優(yōu)美的連接的形式而不會因為受到約束而產(chǎn)生刻板的機械產(chǎn)品。即使美觀在各個時代的評價標準存在差異，但一種內(nèi)在的、符合材料邏輯的吸引力必然會突破風(fēng)格或理論的限定而達到美的真諦。
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本項目型鋼混凝土梁（以下簡稱鋼骨梁）內(nèi)鋼骨采用焊接H型鋼，鋼材材質(zhì)為Q345B。根據(jù)構(gòu)造圖集規(guī)定，鋼骨梁與鋼骨梁的連接應(yīng)保證主梁貫通。當(dāng)主梁與次梁為剛接時，連接節(jié)點處，主梁上下翼緣連接板應(yīng)根據(jù)次梁角度做好擴散角以避免應(yīng)力集中。梁翼緣的連接采用全熔透坡口焊，焊縫質(zhì)量等級為二級；腹板的連接可根據(jù)腹板所承受的剪力進行螺栓等強連接計算，以確定所需高強螺栓的數(shù)量。鋼梁的翼緣或腹板處，應(yīng)按照施工圖要求焊好剪力釘，綁扎鋼筋時次梁的縱向鋼筋應(yīng)深入主梁內(nèi)并彎起，彎起高度符合鋼筋的錨固長度。
2不等高梁與柱的剛性連接
不等高梁與柱剛性連接時，如圖2所示，當(dāng)兩端梁的高差不大于150mm，根據(jù)《多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造詳圖》規(guī)定，截面高度度較小一側(cè)的鋼梁，其與柱的連接牛腿應(yīng)按1:3進行放坡，并在轉(zhuǎn)折處設(shè)置加勁板。當(dāng)兩端梁的高差大于150mm時，如圖3所示，對應(yīng)于每個梁翼緣的位置，均應(yīng)設(shè)置水平加勁板。截面高度較小一側(cè)的梁還應(yīng)在牛腿腹板下方設(shè)置豎直加勁板。
3梁上起柱
根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，鋼桁架的部分鋼柱需在主梁上生根，也就是所謂的梁上起柱。這種節(jié)點在深化設(shè)計之前應(yīng)先建立三維模型或進行桁架放樣，以便確立鋼柱的準確定位。鋼柱的柱腳應(yīng)做靴梁，將柱腳應(yīng)力均勻擴散至鋼梁上翼緣。鋼梁上對應(yīng)鋼柱靴梁的位置處也應(yīng)設(shè)置加勁板，使力的傳遞均勻擴散。
4三維建模在深化設(shè)計階段的應(yīng)用
本工程由于建筑造型復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)桿件大多高低起伏，各連接節(jié)點均為三個方向連接構(gòu)件且角度不一。因此，在鋼結(jié)構(gòu)部分深化設(shè)計的同時，應(yīng)根據(jù)施工圖首先建立三維模型。模型中，應(yīng)將各構(gòu)件及連接節(jié)點按照1:1的比例輸入模型。待模型建立完畢后，整個工程的結(jié)構(gòu)桿件便全部呈現(xiàn)于模型當(dāng)中。三維模型除了能直觀的反映各構(gòu)件之間的連接關(guān)系外，還能校核深化設(shè)計的準確性。若節(jié)點設(shè)計出現(xiàn)問題，能立刻從模型中反映出來，避免了傳統(tǒng)的二維放樣出現(xiàn)錯誤只能在構(gòu)件現(xiàn)場安裝時才發(fā)現(xiàn)的失誤，從而大大提高了深化設(shè)計的準確性。
5結(jié)束語
關(guān)鍵詞: 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題；建議
Abstract: this article is the author of the work experience in recent years, mainly discusses the design of the steel structure in the choice of the form of structure, section design, the support design, node design problems, and put forward some reference and Suggestions.
Keywords: steel structure design; Problem; suggest
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
近幾年隨著建筑物越來越向著大跨度、大空間方向發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已不能完全滿足建筑結(jié)構(gòu)的多樣化，鋼結(jié)構(gòu)彌補了混凝土結(jié)構(gòu)的種種不足之處，且受到廣泛的重視。與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)一般具有如下的特點:
1) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重輕。鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比要30% ～ 50% ，結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重輕，因此相應(yīng)的基礎(chǔ)、地基處理費用也較低。此外，在相同地震烈度下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)較小。2) 結(jié)構(gòu)布置靈活。鋼材結(jié)構(gòu)組織均勻，而且強度、彈性模量高，可采用大開間布置，使建筑平面能夠合理分隔，靈活方便。如單層工業(yè)廠房，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 m，而鋼結(jié)構(gòu)的圍護體系可采用金屬壓型板，所以柱網(wǎng)不受模數(shù)限制，柱距大小主要根據(jù)使用要求和經(jīng)濟合理的原則考慮。3) 施工周期短。鋼結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件和配件多為工廠制作，易于保證質(zhì)量，除基礎(chǔ)施工外，基本沒有濕作業(yè); 構(gòu)件之間的連接多采用高強度螺栓連接，安裝迅速，施工周期短。4) 經(jīng)濟效益高。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用先進自動化設(shè)備制造，運輸方便，因此工程周期短，資金回報快，投資效益相對較高。5) 由于鋼材本身的材質(zhì)問題，鋼結(jié)構(gòu)耐候性、耐火性、耐腐蝕性，還存在著一些缺陷。6) 構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)的突出問題。鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面相對較小，造成了結(jié)構(gòu)容易失穩(wěn)。因此我們在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工時，應(yīng)采取相應(yīng)的提高穩(wěn)定的措施。
1 結(jié)構(gòu)布置
鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系包括框架結(jié)構(gòu)、框架—支撐結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、平面桁架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架( 殼) 結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)、塔桅結(jié)構(gòu)等。選擇結(jié)構(gòu)體系時，應(yīng)考慮它們不同的特點，如在輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中，當(dāng)有較大懸掛荷載時，可考慮放棄門式剛架結(jié)構(gòu)而采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu); 建筑設(shè)計允許的情況下，可在框架中布置支撐來提高結(jié)構(gòu)剛度，一般能取得比簡單的剛性連接節(jié)點框架更好的經(jīng)濟性; 對屋面覆蓋跨度較大的建筑，可選擇懸索或索膜結(jié)構(gòu)體系，其構(gòu)件以受拉為主; 高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，常采用鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)，來彌補鋼結(jié)構(gòu)本身的缺陷，提高結(jié)構(gòu)性能。
結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的特征、建筑物荷載分布的情況及性質(zhì)等因素綜合考慮。一般說來，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)剛度均勻，力學(xué)模型清晰，使荷載以最直接的路徑傳遞到基礎(chǔ)。此外，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)根據(jù)具體情況靈活多變。如框架結(jié)構(gòu)中次梁的布置，一般為減小截面而沿短向布置次梁，但會使主梁截面加大，因此減小了樓層凈高。為避免這一問題，可根據(jù)需要調(diào)整其荷載傳遞方向，以滿足不同的設(shè)計要求。應(yīng)特別注意的是結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應(yīng)有多道防線，如有框架—支撐結(jié)構(gòu)體系，框架柱至少應(yīng)能單獨承受 1/4 的總側(cè)向荷載。
2 截面設(shè)計
構(gòu)件截面設(shè)計是否合理直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性，工程的造價及施工是否方便。結(jié)構(gòu)形式確定后，可根據(jù)經(jīng)驗對構(gòu)件截面作初步估算。主要包括梁、柱和支撐等構(gòu)件截面形狀與尺寸的假設(shè)，一般鋼梁可選擇槽鋼、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)向支撐的間距按我國現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范限值確定，盡量回避鋼梁整體穩(wěn)定的計算。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)造來初步確定。柱截面根據(jù)長細比來估計，通常 50≤λ≤80，然后考慮不同的受力情況，選擇鋼管或 H 型鋼等截面形式。
在進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)在確保結(jié)構(gòu)安全，滿足使用要求的前提下，使結(jié)構(gòu)用鋼量最省、造價最低。因此，如何選擇合理截面的桿件，使其在滿足強度、剛度、穩(wěn)定性等要求的前提下，用鋼量最小就是優(yōu)化設(shè)計的最終目標。
在進行截面優(yōu)化時，必須綜合考慮以下幾點: 1) 構(gòu)件強度、穩(wěn)定驗算。截面尺寸的優(yōu)化必須滿足強度、穩(wěn)定性的要求，從而滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性要求。2) 剛度要求。截面尺寸在優(yōu)化時，結(jié)構(gòu)的整體剛度必須滿足有關(guān)規(guī)范規(guī)定的變形控制要求，即橫梁的最大撓度、柱頂?shù)淖畲笏轿灰啤⒌踯囓夗斕幹淖畲笏轿灰票仨殱M足有關(guān)規(guī)范規(guī)定的變形限值。3) 構(gòu)造要求。優(yōu)化截面尺寸必須滿足有關(guān)規(guī)范的構(gòu)造要求及使用要求。如柱翼緣的寬厚比、腹板的高厚比等截面尺寸都必須滿足有關(guān)規(guī)定。4) 制作、安裝控制條件。優(yōu)化構(gòu)件截面尺寸必須滿足常規(guī)的制作、安裝要求。
3 支撐設(shè)計
在鋼結(jié)構(gòu)中通常利用支撐提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的穩(wěn)定性。合理布置支撐體系可有效優(yōu)化主要承重構(gòu)件內(nèi)力分布情況，可有效改善整體剛度分布，加強結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，使結(jié)構(gòu)整體共同抵御水平荷載，尤其是地震作用。支撐體系的設(shè)計一般遵從以下原則:
1) 明確、合理地傳遞縱向荷載。2) 保證結(jié)構(gòu)體系平面外的穩(wěn)定，對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的整體穩(wěn)定提供側(cè)向支點。3) 結(jié)構(gòu)安裝方便。4) 滿足必要的強度、剛度要求，具有可靠的連接。
柱間支撐通常采用十字交叉式。在柱間有運輸、通行域、放置設(shè)備等要求時，可采用門架式柱間支撐和單斜式柱間支撐。此外，還有人字形、K 形、L 形等支撐形式，對于常用的支撐體系，在相同用鋼量下，十字支撐體系和人字支撐體系對提高結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的作用相對顯著。
4 節(jié)點設(shè)計
連接節(jié)點的設(shè)計是整個設(shè)計過程中極其重要的環(huán)節(jié)，節(jié)點設(shè)計得當(dāng)與否，對保證結(jié)構(gòu)的整體性、可靠度以及建設(shè)周期和成本有著直接影響。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，在結(jié)構(gòu)分析過程中就應(yīng)該想好用哪種節(jié)點形式，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選用，傳力特性不同判斷是選用剛節(jié)點、鉸節(jié)點還是半剛節(jié)點。
對于焊接節(jié)點，焊縫的尺寸及形式應(yīng)符合我國現(xiàn)行規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。如焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)強度相適應(yīng)，E43 對應(yīng) Q235，E50 對應(yīng) Q345。此外，焊接設(shè)計中應(yīng)考慮焊縫的重心盡量與被連接構(gòu)件重心接近。對于栓接節(jié)點，普通螺栓由于其抗剪性能差，只能在結(jié)構(gòu)次要部位使用。高強螺栓的使用相對廣泛，常用 S8． 8 和 S10． 9 兩個強度等級，高強螺栓連接根據(jù)受力特點分承壓型和摩擦型兩種連接，在設(shè)計時應(yīng)注意兩者計算方法的差別。連接板可簡單取其厚度為梁腹板厚度加 4 mm，然后按我國現(xiàn)行規(guī)范進行相應(yīng)驗算。
此外，節(jié)點設(shè)計應(yīng)考慮制造廠的工藝水平、施工空間及構(gòu)件吊裝順序等，盡可能讓工人方便進行現(xiàn)場定位與臨時固定。
關(guān)鍵詞： 輕鋼結(jié)構(gòu) 工業(yè)廠房 材料選擇 設(shè)計 注意事項
隨著我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的迅速發(fā)展，輕鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展也是如火如荼，特別在工業(yè)廠房的建設(shè)中則更為迅猛。其特點有：其整體剛度和抗震性能好、施工速度快、自重輕、承載力高，在大跨度及超高層建筑中代替了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，本文擬就輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點、材料選擇和設(shè)計中的注意點、在設(shè)計中根據(jù)其特點揚長避短才能更好地發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的作用，就鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在設(shè)計中的幾個問題作簡單闡述。
一、輕鋼結(jié)構(gòu)及其適用范圍
所謂輕鋼結(jié)構(gòu)通常是指由下列鋼材所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)：①冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)；②熱軋輕型鋼結(jié)構(gòu)；③焊接或高頻焊接輕型鋼結(jié)構(gòu)；④輕型鋼管結(jié)構(gòu)；⑤板壁較薄的焊接組合梁及焊接組合柱而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。
1. 適用范圍
根據(jù)我國目前情況來看，這種結(jié)構(gòu)由于其用度廣、優(yōu)勢明顯，已大量應(yīng)用于單層工業(yè)廠房、多層工業(yè)廠房、辦公樓以及高層建筑中的非承重構(gòu)件等。對單層工業(yè)廠房而言，通常以H型鋼，采用焊接連接作為梁柱，以C形或Z形輕鋼板作檁條，屋蓋系統(tǒng)或樓面系統(tǒng)用壓型彩色鋼板作面層，上面可澆混凝土，壓型鋼板既可作為鋼筋，必要時也可以再配鋼筋。墻面圍護也可采用單層或夾層壓型鋼板，夾層板內(nèi)部可充填各種保溫層。
2. 主要優(yōu)點
⑴施工周期短：輕鋼結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點是所有構(gòu)件均可以由工廠制作現(xiàn)場拼接安裝，對一般規(guī)模較小的工業(yè)廠房僅需2個月左右。
⑵綜合經(jīng)濟效益好：由于施工周期短，可以提前投入使用，提前獲取投資效益；更由于采用色彩鮮艷的彩色壓型鋼板，美觀華麗，改善了周邊環(huán)境的動態(tài)感；因為建筑物本身的自重輕，一般情況下不需要做樁基，可以節(jié)省投資；由于采用了聚苯已烯泡沫夾心板或單板加保溫棉等措施后，使保溫、隔熱和隔章等效果良好。彩色鋼板是以鍍鋅為基板又用硅酮作為表面，經(jīng)兩除兩烘加工而成，耐久性也較好，根據(jù)目前我國的市場價格，輕鋼結(jié)構(gòu)的造價已經(jīng)低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)廠房的跨度越大時，其優(yōu)勢更為明顯，這也是它賴以競爭的一大優(yōu)勢。
⑶抗震性能好：由于鋼結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)、自重輕，因而能有效地降低地震響應(yīng)及災(zāi)害影響程度，極有利于抗震。我國是一個多地震區(qū)國家，在地震區(qū)建筑中應(yīng)多多推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，必可大大減少地震災(zāi)害和人員傷亡。唐山地震的慘痛教訓(xùn)應(yīng)予記起。目前，天津市已正式啟動輕鋼結(jié)構(gòu)住宅。
⑷宜于拆卸搬遷：一旦業(yè)主對所造廠址不滿意或外界環(huán)境發(fā)生意想不到的變化，則整個建筑可在很短時間內(nèi)拆遷，損失極小，而所有這些是鋼筋混凝土建筑所無法具備的。
正是由于輕鋼結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點，而且隨著近年來防火、防腐新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，已較好地解決了輕鋼結(jié)構(gòu)抗腐蝕性差的缺點，使得它在工業(yè)廠房以及民用設(shè)施中獲得了廣泛的應(yīng)用。
二、材料選擇和設(shè)計中的注意事項
輕鋼結(jié)構(gòu)作為普通鋼結(jié)構(gòu)的衍生結(jié)構(gòu)，以提高構(gòu)件的截面剛度和整體穩(wěn)定承載力，為此，不得不突破鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中對板件寬厚比限值的規(guī)定，允許板件產(chǎn)生局部失穩(wěn)，進而利用屈曲后強度的提高。
輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架是主要的承重結(jié)構(gòu)，一般是采用實腹型變截面的柱和梁組成。門式剛架的形成可以單坡、雙坡和多坡，多跨建筑的中間柱多采用較接的搖擺柱。門式剛架工字截面鋼構(gòu)件中腹板以受剪為主，抗彎作用不如翼緣有效，增大腹板的高度，可使翼緣抗彎能力發(fā)揮得更為充分。但是，在增大腹板高度的同時，如果厚度增之過大，則腹板耗鋼量太多，也是不經(jīng)濟的。因此，先進的設(shè)計方法是采用高而薄的腹板，而是還有相當(dāng)可觀的屈曲后強度可以利用。在主要為均布荷載起控制作用的結(jié)構(gòu)中，在允沖擊、疲勞、振動等荷載的條件下，可充分利用結(jié)構(gòu)受力板件的屈曲有效截面來分析壓彎桿件腹板的穩(wěn)定性，從而使其腹極高厚比限值可以大幅度提高。根據(jù)天津大學(xué)所作的試驗證明，當(dāng)荷載超過理論計算的屈曲臨界載限多時腹板才呈現(xiàn)凸曲變形，且凸曲變形都不大，故適當(dāng)利用屈曲后強度是可行的。
當(dāng)前，我國鋼結(jié)構(gòu)（含輕鋼結(jié)構(gòu)）發(fā)展的形勢很好， 21世紀是鋼結(jié)構(gòu)快速發(fā)展時期，長期以來，由混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)一統(tǒng)天下的格局將被打破，從事鋼結(jié)構(gòu)制造、施工企業(yè)前景寬闊，建筑設(shè)計技術(shù)人員也面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)。筆者認為，以下幾點仍需我們加以重視。
1．鋼材的保溫隔熱與防火
鋼材具有很高的導(dǎo)熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)為50w(m.℃)，當(dāng)受熱達到100℃以上時，其抗拉強度就會降低，塑性增大；溫度達到250℃時，鋼材抗拉強度會稍提高，但塑性卻降低，出現(xiàn)藍脆現(xiàn)象；溫度達到500℃時，鋼材強度降至很低，會致使鋼結(jié)構(gòu)塌落。所以當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)所處環(huán)境溫度達到150℃以上時，就必須做隔熱防火設(shè)計。其做法一般為：鋼結(jié)構(gòu)外側(cè)包耐火磚、混凝土或硬質(zhì)防火板材。或者鋼結(jié)構(gòu)刷厚涂型防火涂料，厚度按《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料技術(shù)規(guī)程》計算。
2．屋面支撐系統(tǒng)及屋面設(shè)計
屋蓋支撐系統(tǒng)的布置應(yīng)根據(jù)廠房跨度、高度、柱網(wǎng)布置、屋蓋結(jié)構(gòu)形式、吊車噸位和所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度等條件來決定。一般情況下無論有檁或無檁體系的屋蓋結(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)置垂直支撐；在無檁體系中，大型屋面板有三點和屋架焊接，可起到上弦支撐作用，但考慮到施工條件的限制和安裝需要。無論有檁或無檁體系屋蓋均應(yīng)在屋架上弦和天窗架上弦設(shè)置上弦橫向支撐。對于屋架間距不小于12m的廠房或廠房內(nèi)設(shè)有特重級橋式吊車或廠房內(nèi)有較大振動設(shè)備的均應(yīng)設(shè)置縱向水平支撐。
屋面的排水及防水設(shè)計在屋面設(shè)計中需重點考慮，根據(jù)《屋面工程技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，屋面坡度最小為5％，在積雪較大的地區(qū)，坡度應(yīng)適當(dāng)加大。單坡屋面的長度主要取決于所在地區(qū)的溫差以及降雨所形成的最大水頭高度。根據(jù)工程設(shè)計經(jīng)驗，單坡屋面長度宜控制在70m以內(nèi)。目前，市場上鋼結(jié)構(gòu)屋面的做法常用的有兩種：①剛性屋面：雙層彩色壓型鋼板內(nèi)夾保溫棉；②復(fù)合柔性屋面：由屋面彩鋼板內(nèi)板、隔氣層、保溫層、卷材防水層組成。
3．溫度伸縮縫的設(shè)置
溫度變化將引起鋼結(jié)構(gòu)廠房的變形，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)廠房平面尺度較大時，為避免產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，應(yīng)在廠房縱橫兩個方向設(shè)置溫度伸縮縫，區(qū)段的長度可以根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范來執(zhí)行。溫度伸縮縫一般采用設(shè)置雙柱的方法來處理，對縱向溫度伸縮縫可在屋架支座處設(shè)置滾動支座。
4．防銹處理
鋼結(jié)構(gòu)表面直接暴露在大氣中就會銹蝕，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)廠房空氣中有侵蝕性介質(zhì)或鋼結(jié)構(gòu)處在潮濕環(huán)境中時，鋼結(jié)構(gòu)廠房銹蝕就會更加明顯和嚴重。鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕不僅會使構(gòu)件截面減小，還會使鋼構(gòu)件表層局部產(chǎn)生銹坑，當(dāng)構(gòu)件受力時將引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，使結(jié)構(gòu)過早破壞。因此，對鋼結(jié)構(gòu)廠房構(gòu)件的防銹蝕問題應(yīng)予以足夠的重視，并應(yīng)根據(jù)廠房侵蝕介質(zhì)情況和環(huán)境條件在總圖布置、工藝布置、材料選擇等方面采取相應(yīng)對策和措施，以確保廠房結(jié)構(gòu)的安全。一般鋼結(jié)構(gòu)的防腐常采用防銹底漆和面漆，涂裝層數(shù)及厚度常根據(jù)其使用環(huán)境和涂層性質(zhì)來決定。一般室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)在自然大氣介質(zhì)作用下，要求涂層厚度100μm，即底漆兩道，面漆兩道。露天鋼結(jié)構(gòu)或在工業(yè)大氣介質(zhì)作用下的鋼結(jié)構(gòu)，要求漆膜總厚度為150μm～200μm。且在酸環(huán)境中的鋼結(jié)構(gòu)要求使用氯磺化防酸漆。鋼柱柱腳在地面以下部分要用不低于C20的混凝土包裹，其保護層厚度不小于50mm。
5．立面設(shè)計
輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑主要有把握以下4個方面的特征：規(guī)模、線條、色彩、變化。鋼結(jié)構(gòu)廠房的立面主要由工藝布置來決定，在滿足工藝的要求下力求立面簡潔恢宏同時使節(jié)點盡量簡單統(tǒng)一。彩色壓型鋼板使得輕鋼廠房的建筑表現(xiàn)得體形輕盈色彩豐富，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的沉重單一。在輕鋼廠房的設(shè)計中常采用跳躍性色彩和冷色調(diào)，重點突出主要出入口、外天溝、收邊泛水等地方，既體現(xiàn)了現(xiàn)代化廠房的恢宏氣勢，又豐富了立面效果。
關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性 設(shè)計
一、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的原則
1、結(jié)構(gòu)整體布置必須必須兼顧整個體系以及組成部分的穩(wěn)定性要求
我國目前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計大多都是以平面體系設(shè)計為主,設(shè)計中的結(jié)構(gòu)體系是結(jié)構(gòu)各組成部分構(gòu)件構(gòu)成的。因此在大跨度結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中,結(jié)構(gòu)局部穩(wěn)定性是保證整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵前提。在設(shè)計中需要注意結(jié)構(gòu)各組成部分構(gòu)件的整體布置,設(shè)計有針對性的支撐構(gòu)件,來保證平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)布置與平面穩(wěn)定計算之間的一致性。
2、結(jié)構(gòu)計算簡圖和實用計算方法所依據(jù)的簡圖保持一致
目前設(shè)計單層和多層框架結(jié)構(gòu)時,一般以框架柱的穩(wěn)定計算為準,而不作框架穩(wěn)定分折。在采用這種方法時,必須通過框架整體穩(wěn)定分析計算框架柱穩(wěn)定時用到的柱計算長度系數(shù),才能使柱穩(wěn)定計算等效于框架穩(wěn)定計算。但是在實際設(shè)計工程中,這種操作方法簡便。GBJl7-88規(guī)范對單層或多層框架給出的計算長度系數(shù)采用了五條基本假定中包括:“框架中所有柱子是同時喪失穩(wěn)定的,即各柱同時達到其臨界荷載”。根據(jù)這條假定,當(dāng)設(shè)計單層或多層框架結(jié)構(gòu)時,框架各柱的桿件穩(wěn)定和穩(wěn)定參數(shù)計算的常用方法是依據(jù)一定的簡化假設(shè)或者典型情況得出的,保持結(jié)構(gòu)參數(shù)計算方法與前提假設(shè)和具體計算對象一致,設(shè)計者需確認所設(shè)計的結(jié)構(gòu)符合這些假設(shè)時才能正確應(yīng)用。
3、設(shè)計結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計算必須相互配合
設(shè)計者處理構(gòu)造細部時要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點連接,應(yīng)分別賦與它足夠的剛度和柔度,對桁架節(jié)點應(yīng)盡量減少桿件偏心。但是,當(dāng)涉及穩(wěn)定性能時,構(gòu)造上時常有不同于強度的要求或特殊考慮。例如,簡支梁就抗彎強度來說,對不動鉸支座的要求僅僅是阻止位移,同時允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。然而在處理梁整體穩(wěn)定時上述要求就不夠了。支座還需能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn),同時允許梁在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)動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。
二、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的特點
鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的重點在于找出結(jié)構(gòu)內(nèi)部抵抗力與外荷載間的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)。主要從下面幾個特點進行設(shè)計:
1、計算臨界荷載:臨界荷載是理想構(gòu)件平衡路徑分支點所對應(yīng)的載荷。鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題中有一類分支點失穩(wěn)問題,即完善平板中面受壓時的屈曲以及完善直桿軸心受壓時的屈曲。這一問題是由建筑鋼材做成的偏心受壓構(gòu)件在彈縮性變形時喪失穩(wěn)定的能力造成的。因此在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中要求得鋼結(jié)構(gòu)的臨界荷載,避免分支點失穩(wěn)。根據(jù)臨界荷載的定義,通常按以下兩個基本原理求得臨界荷載:①建立構(gòu)件在微曲狀態(tài)下屈曲位移與荷載間的微分方程,求其在滿足邊界條件下的臨界載荷解。②在構(gòu)件微曲狀態(tài)下建立以屈曲位移和載荷的總勢能式:E=U+V(U為變形體應(yīng)變能;V為外力勢能,它等于外力功的負值),然后根據(jù)能量法原原理,由總勢能一次微分為零,即E0=0的條件可求得臨界荷載。
2、失穩(wěn)和整體剛度:現(xiàn)行規(guī)范通用的軸心壓桿的穩(wěn)定計算法是臨界壓力求解法,臨界壓力是由著名歐拉公式給出的:
,式中E為鋼材料特性,I為截面特性,L 為桿的長度。它表明軸心受壓的桿件,壓力使桿件的彎曲度下降,而當(dāng)壓力達到臨界值NE時,桿的彎曲度就會消失。
3、對穩(wěn)定性進行整體分析:必須從整體著眼進行穩(wěn)定分析,因為桿件的穩(wěn)定性來自結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。
4、二階彈性分析:這種分析對柔性構(gòu)件尤為重要,這是因為柔性構(gòu)件的大變形量對結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生了不能忽視的影響。可按照以下步驟完成:
(1)根據(jù)《規(guī)范》得,應(yīng)在每層柱頂附加考慮由下式計算的假想水平力Hni:
其中,Qi為第i樓層的總重力荷載設(shè)計值; ns為框架總層數(shù),當(dāng)0.2+1/ns>1時,取此根號值為1.0;αy為鋼材強度影響系數(shù),Q235鋼為1.0,Q345鋼為1.1,Q390鋼為1.2。
(2)①對有側(cè)移的純框架結(jié)構(gòu),當(dāng)采用二階彈性分析時,各桿桿端的彎矩MⅡ可按下式近似計算:其中MⅠb為假定框架無側(cè)移時按一階彈性分析求得的各桿端彎矩;MⅠs為各節(jié)點側(cè)移時按一階彈性分析求得的各桿端彎矩;
為考慮二階效應(yīng)第i層的側(cè)移彎矩增大系數(shù)。
②對于有側(cè)移的純框架,當(dāng)采用二階彈性分析方法計算內(nèi)力,且在每層柱頂附加假想水平力Hni時, P―Δ效應(yīng)已在內(nèi)力分析中計入,柱計算長度系數(shù)取1.0,因此柱穩(wěn)定計算的計算長度就可取其幾何長度。
(3) 在解決了以上問題的基礎(chǔ)上,根據(jù)壓彎構(gòu)件穩(wěn)定性驗算公式進行穩(wěn)定性設(shè)計驗算:
三、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中的難點
1、目前梁-柱單元理論已成為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究中的主要研究工具,但是梁-柱單元并不能確保真實反映網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),因此如何反映軸力和彎矩的耦合效應(yīng)是目前網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中的主要問題。
2、目前結(jié)構(gòu)隨機影響分析所處理的問題大部分局限于確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)、隨機荷載輸入這樣一個格局范圍,而在實際工程中,由于如材料(彈性模量,屈服應(yīng)力,泊松比等)、桿件尺寸、截面積、殘余應(yīng)力、初始變形等不確定性會引起結(jié)構(gòu)響應(yīng)的顯著差異。所以應(yīng)著眼于考慮隨機參數(shù)的結(jié)構(gòu)極值失穩(wěn)、跳躍型失穩(wěn)、干擾型屈曲等問題的研究。
3、在統(tǒng)計與穩(wěn)定性有關(guān)的幾何量和物理量時,一般只是根據(jù)有限樣本來選擇概率密度分布函數(shù),帶有很大程度上的統(tǒng)計信息局限性,造成對穩(wěn)定性設(shè)計的數(shù)據(jù)依據(jù)不夠準確。因此在統(tǒng)計時,要結(jié)合實踐經(jīng)驗和相關(guān)規(guī)范確定統(tǒng)計信息的準確性。
四、總結(jié)
在實際設(shè)計中,設(shè)計人員應(yīng)把握鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的原則,明確知道結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性能,完善設(shè)計方案,達到穩(wěn)定性要求。同時針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失穩(wěn)的問題進行研究,不斷完善鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計理論。
參考文獻:
