導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇剛架結構設計論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

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一。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，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》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。設計時可適當提高至0.5kN/m2.現在有的框架梁太細，檁條太小，明顯有人為減少荷載情況，應特別注意，決不允許在有限的活荷載中“偷工減料”。

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，可能不包括屋脊點垂度。現在應該是計算的。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。本人有此想法，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。有些設計，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。

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范》（GB50018－2002）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。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。《規范》4.1.8、9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”。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。國外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。二。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，這樣肯定不行。目前沒有任何一本規范允許不設支撐。特別是柱間支撐，受力較大，絕不能省略。

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。

5.保溫材吸水超重

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中圖分類號：TU391文獻標識碼： A

引言

從傳統意義上來說，輕質鋼結構都是一些小角鋼和圓鋼組成的鋼架或小型或小跨度屋架結構，一般是用作倉庫或小型的廠房。隨著新型鋼材的出現，相繼出現了冷彎薄壁型鋼和彩色壓型鋼板，這使得輕型鋼結構發生了根本性的變革。這種新型的鋼材不僅具有傳統鋼結構的優勢，對于輕的優勢很是明顯，具體優勢表現在：造型新穎，即外觀造型輕巧美觀，對于建筑的表現力強，對于一些單多層工業、民用建筑和大中小跨度尤為適合，同時可以配合間距柱網，使得布置更加靈活；勞動強度比較輕，即在施工時可以使用小型機吊裝，這樣降低了勞動強度，減少了施工時間；構件輕，即通過設計后，這種高強度鋼材承受相同重量時截面積小，用鋼量相對較低；恒荷載較輕，即由于鋼材較輕，所以恒載荷和地震作用減少明顯，同時對地基的要求也較低。

此外，輕型鋼結構符合環保和可持續發展的要求，還可以代替磚石和木材結構。但是輕型鋼材是一種技術新、科技含量高的材料，所以對于施工和設計人員的要求就相對較高，還要進行一些專業的培訓。這樣一來，在生產線的建立上就會投入很大。此外，這種剛才還需要防火和防腐的處理。

大概在20世紀初期才開始形成裝配式輕質鋼房屋體系，當時主要應用于車庫的建設。到了20年代，定型化生產的廠房開始出現在人民的視野。在二戰期間，輕質鋼房屋的建設如噴井之勢飛速發展，那是多用于軍事飛機庫的建設。二戰結束后，面臨著重建的問題，輕質鋼房屋需求量更大，這進一步的刺激了輕質鋼房屋的發展。到40年代時，門式鋼結構開始出現，60年代得到了大批量的應用。就目前來講，一些發達國家也是使用輕質鋼結構進行建設。美國在門式鋼架上的設計不僅在理論上，而且在制造工藝上都比較先進。

2.門式鋼架房屋機構存在的問題

2.1 屋面活荷載取值

根據2008年《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規程》的規定：在使用壓型鋼板輕型房屋時，按照水平投影的面積來算，在屋內的豎向均布活載的標準值應為0.5kN/m2。但是并不是所有都是這個要求，當鋼架構件的受荷水平投影的面積是60m2時，豎向均布活載的標準值為0.3kN/m2。對于載荷效應來說，必須符合以下原則：a、將雪載荷、積灰載荷或屋面均布載荷同時考慮，得到最大值；b、雪載荷和屋面均布載荷不能同時考慮，把兩者比較選出最大值；c、當使用多臺吊車時，應當符合《建筑結構荷載規范》的國家標準規定來執行；d、不能把地震作用和風載荷同時考慮；e、由施工或者檢修帶來的載荷不和屋面材料及檁條自重以外的其它荷載一塊考慮。在應對各種載荷的計算時，應該把各種載荷按照載荷的組合原則進行計算，這樣能夠避免因重復計算帶來的浪費問題。

2.2 斜梁設計時,計算長度取值的問題:

a、對于屋面坡度較小的情況，根據GB50018的規定，在鋼架平面內計算其強度時，按照壓彎構件計算。但是對斜梁軸力小的情況時，把鋼架的計算長度近似為豎向支撐點間的距離。b、對于屋面坡度較大的情況，不論是在鋼架的平面內還是在平面外，軸力的穩定性都不能被忽略；c、從原則上來講，平面外計算長度一般是側向支撐點間的距離。但是，鋼梁的上下翼的邊緣都會有約束，一般有以下約束：①屋面系桿的支撐系統對其的約束作用；②檁條和屋面板對上翼緣約束作用；③檁條和隅撐的共同作用對下翼邊緣的約束。在計算時，我們一般把隅撐的設置作為鋼梁平面外長度，并不是將檁條的間距作為鋼梁平面外長度。然而，隅撐的位置設置又得根據鋼梁平面外長度作為量度。然而有些設計師將鋼梁的平面外長度定位3m，但是在制造的過程中卻省去了隅撐位置，最終造成了整個設計具有安全隱患。

2.3 構件的撓度問題

根據門式鋼架規程的規定，當鋼架斜梁只用于支撐冷彎型鋼檁條和壓型鋼板屋面時，則鋼架構件的豎向撓度限制是L/180；對于有吊頂的構件，豎向撓度限制是L/240；對于有懸掛起重機的構件，豎向撓度限制取L/400。對于具有一定載荷并且跨度較大的輕型鋼結構廠房的設計，撓度值將控制著構件的截面積的大小。很多的設計師在進行這方面的設計時，往往會忽略撓度對結構的控制，僅僅為了能夠滿足強度的設計做法是不對的。然而，在實際應用中，梁撓度的影響是非常大的，它不僅會影響到建筑物的正常使用，還會造成屋內積水，甚至出現漏水的情況，這些都會加大屋面的載荷，給整個結構帶來很大的安全隱患。我們可以加設搖擺柱的方法來應對那些跨度大、撓度難控制的鋼架，這樣做可以使撓度起不到控制的作用，而且還能把因撓度控制造成的截面過大的問題降到最低。

2.4 鋼梁高厚比問題

門式鋼架一般都是全鋼結構的，由于檐口位置和鋼柱的連接位置的彎矩較大，所以一般將鋼梁做成變截面型鋼梁。由于使用了這種變截面的鋼梁，所以在設計的過程中可能會造成高厚比招標的問題，所以對設計結構的就算需要最終檢查。根據2008年版CECS102:第6.1.1條規定，對于腹板高度的變化高于60mm/m時，將不考慮受剪板幅屈曲后強度對腹板高度比的控制，所以計算時不能將幅屈曲后強度考慮進去。具體的解決辦法如下：a、可以在構件的腹板設置一個橫向加勁肋，這樣做可以更加不考慮屈曲后強度，還可以提高其容許的高厚比；b、為了滿足高厚比，可以增加腹板的厚度，但是這樣可能會較大的使用鋼量；c、通過調節構件端部的高度和調整梁的變截面長度來使腹板的高度變化不超過60mm/m。

2.5 結構形式及布置方面

對于門式鋼結構房屋，冷彎薄壁型鋼檁條和壓型鋼板屋面板作為屋蓋和外墻最合適，而變截面實腹鋼架作為主鋼架最合適。同時我們還可以根據載荷、跨度和高度的不同，而采用等截面或變截面的焊接工字型或軋制H型的截面來設計門式鋼架的柱和梁。在設計吊車梁時，最好把等截面作為門式鋼架的柱。對于門式鋼架的柱腳，我們通常采用支撐設計來鉸接，一般用一對或兩對螺栓作為平板支座。這樣設計柱腳鉸接，不僅可以避免彎矩過大的問題，而且還可以減少基礎混凝土的造價問題。鋼接柱腳通常用于有吊車的廠房，這樣設計有利于吊車的平穩運作。采用一些隔熱卷材作保溫層和隔熱層，還可以用具有隔熱效果的板材做屋面來解決對房屋或廠房的隔熱要求。

2.6 屋蓋鉸接問題

在進行鋼結構屋蓋廠房的設計中，有些設計人員會把鋼梁和砼柱相連接的位置用剛接的計算方法來計算，所以在施工之后，連接處的受力是不是真正的剛接，這會帶來很大的安全隱患。為了安全起見，我們把砼柱面和鋼梁的鏈接用鉸接的形式來計算。

2.7 抽柱問題

有時由于空間原因，在某些廠房的設計中往往采用抽柱的屋架形式，即通過一些托或支撐來架梁。有些設計人員在對抽柱進行計算時，認為抽柱榀屋架就是直接把標準榀屋架刪掉柱子，然后加上托梁和鉸接的接點這么簡單。如此做法會出現梁截面嚴重不足的現象，這是由于彎矩是靠鋼梁在檐口的鋼柱約束傳遞的，而對于托梁，托梁和屋面梁是按鉸接的形式受力的，所以這樣會造成屋脊的彎矩最大，而截面卻最小的問題。此外，在對抽柱屋架進行計算時，托梁對屋架的彈性約束是必須要考慮的，具體的說就是把托梁和屋面梁的連接作為彈性支座，然后計算其對鋼梁的約束作用，并非是簡單的按照鉸接來進行計算。對廠房的抽柱計算時，建議從整體上把握，利用整體建模計算，結構的受力情況，最后選出最優截面。

2.8 有吊車設計圖紙的標識問題

對于有吊車的廠房設計，設計的圖紙中不僅要有構架的設計，還要表明吊車的型號、臺數、吊重重量和跨度能數據。防止因為標注不明確帶來安全隱患的問題。

2.9 其他

除以上問題外，可能還會有焊縫質量、涂裝、保溫隔熱防水的問題。其中，《鋼結構設計規范》中對焊縫質量做出了明確規定，值得注意的是要把評定等級，檢驗等級和焊縫質量等級區分開來。對于涂裝，對于鋼材都需要做一些防火或防銹涂層，《建筑設計防火規范》( GBJ16—87)第 7.2.8 條做出了規定。對于保溫隔熱防水問題，室內的溫度要求可能會比較高，所以要對冷橋接點做一些處理，例如選用一些高檔保溫材料能夠較好的減輕結露和冷凝的現象。

3. 結語

由于現階段鋼結構廠房的日益增多和廣泛使用，對其安全問題提出了更高的要求。所以在門式鋼架設計中要避免以上問題的同時，做到規范、實用和美觀相結合。

參考文獻

[1] 趙建成 ,周觀根 ,魯永貴.輕鋼結構中屋面撓度對屋面防水影響[J].第三屆全國現代結構工程學術研究會,2003,3.

[2] 仝迅 .抽柱門式鋼架的設計計算[J].工程建筑與設計,2004,12.

[3] 陳章洪.建筑結構選型手冊.北京.中國建筑工業出版社.2000.

篇3

中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：

工程設計是復雜并且艱巨的任務，作為設計人員應該做到：對工作認真，有強烈的責任心和精益求精的工作態度；熟悉操作與規范，了解規范的真正含義；在實際工作中的靈活運用，從而保證工程施工的安全性。而鋼筋混凝土框架的結構作為一種廣泛運用的結構形式，具有明確的傳力、靈活的結構布置、整體性與抗震性等集聚一身的優點。已被廣泛的運用在各種多層的工業與民用的建筑中。隨著計算機不斷的發展，框架結構也由人工的轉為計算機來進行計算，憑著對高科技的依賴性，計算精度逐漸提高，設計人員工作的強度卻在逐漸的降低，但框架結構的設計依然存在一些實際性或者理念性的重要問題，需要引起設計人員的重視，保證設計的質量得到提高。

一、設計構造時出現的問題

（一）對框架結構而言，柱是保證豎向承載和結構抗側力工作的重要構件，其重要性遠大于梁，在框架柱相對完整的情況下框架梁即使呈酥碎狀態也不會引起惡性倒塌，要做到強柱弱梁，讓框架的塑性鉸首先出現在框架梁上，框架節點核心區的設計就尤為重要，在《建筑抗震設計規范》中（GB50011―2010第6.3.10中有明確的規定“一、二以及三級框架的節點核心區配箍的特征值分別不能＜0.08、0.10、0.12，并且由體積配箍率不能＜0.4%、0.5%、0.6%”。這樣的規定常常被設計人員忽略，尤其在柱的軸壓力比不大的時候，要求常常不得到滿足。這樣的規定能保證節點核心區的延性構造，應當嚴格遵守。

（二）底層的框架柱的箍筋加密區的范圍應該滿足《建筑抗震設計的規范》（GB50011―2011）中有明確的規定了：“凈柱身高的1/3不能超過底層下端的身高”這是設計中的重點說明。

（三）框架梁縱向的配筋率應當注意遵守《建筑抗震設計規范》（GB50011―2010）6.3.3中有明確的規定：梁端箍筋的最大間距、最小直徑以及加密長度的都必須使用表6.3.3中的數據，當縱向的鋼筋配筋率＞2%的時候，箍筋的最小直徑應該增加2mm。這個問題在目前的設計中常常被設計人員忽略，造成梁端的延性不足。

（四）梁柱節點處框架梁上部縱筋伸入節點的錨固長度應滿足《混凝土結構設計規范》（GB50010―2010）中9.3.4規定：“梁上部縱向鋼筋也可采用90°彎折錨固的方式，此時梁上部縱向鋼筋應伸至柱外側縱向鋼筋內邊并向節點內彎折，其包含彎狐在內的水平投影長度不應小于0.4Lab,彎折鋼筋在彎折平面內包含彎弧段的投影長度不應小于15d”。當截面的尺寸小于400×400mm的時候應注意上部縱筋直徑的選擇，否則這一項的要求極不容易得到保障。

二、結構抗震的等級

在工程的設計中，大部分的房屋建筑按其《建筑防震設計規范》的分類屬于丙類的建筑，例如住宅以及辦公樓等的一般建筑，其抗震的等級可以根據結構的類型和房屋的高度來按照《抗震規范》的6.1.2來確定。而電訊、能源和醫療、交通等類型的建筑物以及大型商場和體育館等公共建筑，首先，根據《建筑抗震設防分標準》（DB50223―95）來確定哪些是哪一類的建筑。乙丙類的建筑按照本地區抗震的設防烈度進行計算。一般的情況下，當抗震的設防烈度在6~8度的時候，乙類建筑應符合本地區設防的烈度提高一度，應根據《抗震規范》表中6.1.2來進行抗震等級的確定。如：位于8度地震區的乙類建筑，應當按照9度由《抗震規范》確定抗震等級提高一級。當8度的建筑高度超過表6.1.2的范圍時，應當進行針對性的研究后再采取措施，但在一般情況下，設計人員會錯當成丙類建筑來進行設計，使其建筑的扛著能力下降，必須對設計計算做出修改。

三、框架計算簡圖的合理性

在沒有地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋的情況下，獨立基礎應該埋置較深，為了減小計算高度和底層側位的左移，應在標準以下的某個適當的位置設置基礎拉梁。如果按三層的設計來進行計算，首層層高為3.6m,這樣的簡圖是不合理的，假定房屋嵌固在基礎拉梁的頂面，這樣的底層的配筋就應該由基礎拉梁頂面的截面進行控制，而實際上房屋底層的配筋是基礎頂面出的截圖所控制的。所以在計算時，應將基礎層1輸入，層高實際為3.2m。

四、基礎拉梁的設計以及計算應符合實際的情況

（一)基礎拉梁的設計：

多層框架的房屋單獨的柱基埋置較深，或者柱基承受重力荷的能力差別較大，或著在受力層范圍之類，根據抗震的要求，應該沿主軸看、兩個不同方向設置基礎拉梁。基礎拉梁的設計應該要大一些，梁的高度應在柱中心距的1/10~1/15，截面的寬度應取梁高1/2~1/3.這樣可以使底柱彎曲的距離平衡，減少底層的位移。

（二）基礎拉梁的計算應符合實際情況：

用TAT或者SATWE等電算程序進行框架整體的計算時，在基礎拉梁層無樓板的情況下，樓板厚度應取零，并且定義彈性節點，采用總剛分析的方法進行分析以及計算。雖然樓板厚度取零，也定義為彈性節點，但未使用總剛分析，程序的分析會自動按照地面假定來進行計算，與實際的情況不符合。

五、框架梁、柱箍筋的間距處理

《抗震規范》第6.3.3條以及6.3.8條對不同抗震等級的框架梁，柱箍筋加密區的最小值以及最大值都做出了明確的決定。根據規定，工程在習慣上取梁、柱箍筋加密區的最大間距是100mm，非加密區的為200mm。從電算程序信息中得知內定梁、柱箍筋加密區的間距是100mm，并以此條件算出加密區箍筋的面積，再由設計人員根據箍筋的直徑與數量。但在程序的內定條件下，框架梁跨中的部位有次或者有較大的集中荷載作用卻用來支配兩肢箍筋的情況下，非加密區的間距采用200ram會導致非加密區的配箍不足，為此建議改成間距為200mm，這樣不但可以保證非加密區的抗剪承載力，還能增加梁端箍筋加密區的抗剪能力。

六、結構周期折減數數值的問題

框架結構因為充墻的原因，使結構的實際的剛度大于計算的剛度，計算是周期大于實際的周期。得出了地震剪力偏小，使結構不安全。因此對結構的周期進行折減是必要的。當采用磚砌體作為填充時，周期折減系數一般取0.6~0.7，當磚砌填充墻較少的情況下或使用輕質空心砌塊的時候，周期折減系數應該在0.7~0.8，當采取全部用輕質空心砌塊的時候，周期折減系數可取0.9。

七、結構方面需要注意的問題

（一）當雨篷梁、樓梯平臺梁的過梁支撐在框架上的時候容易形成短柱，所以應把短柱全長的箍筋進行加密。

（二）當縱向受拉筋的框架梁端的配筋率大于2%的時候，按照規定應該使其直徑增加2mm。

總結：

本文主要講述了鋼筋混凝土框架結構設計中存在的基本問題，設計框架結構，設計人應首先判斷實際工程中結構方案的可行性，以及可能碰到的所有問題，提前采取預防措施給予解決，并對計算的結果進行認真的分析、判斷，等處準確無誤的答案后方可用于實際工程的建設中去。

參考文獻：

[1] 劉雙慶.鋼筋混凝土結構設計常見問題解析[J].四川建材,2009,35(4):124,126.

[2] 楊新.淺談鋼筋混凝土高層結構設計常見問題[J].中華民居,2011,(6):46-47.

篇4

2停車場主要單體結構設計總結

停車場內房屋結構安全等級為二級，結構設計使用年限為50年。根據《建筑工程抗震設防分類標準》GB50223－2008，除變電所為重點設防類外，其余均為標準設防類建筑［7］。根據《建筑抗震設計規范》GB50011－2010，本實例工程屬于抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度0.05g，地震設計分組為第一組［8］，結合地方管理規定和場地地震安全性評價報告，場區特征周期0.35s，地震影響系數最大值0.0765，場地土類別為Ⅲ類。工程材料選擇:主體結構混凝土等級采用C30，地下室結構采用P6抗滲等級防水混凝土，二次澆搗構件(如構造柱和圈梁等)混凝土等級采用C25，鋼梁鋼柱采用Q235B鋼材。主要建筑單體結構布置和基礎選型如下:綜合樓建筑面積約7000m2，總高度為22.35m，五層鋼筋混凝土框架結構，局部有地下室，柱網布置開間7.8m，進深7.2m，抗震等級四級，主要柱截面600×600，主要梁截面300×700。選用直徑500預應力混凝土管樁樁承臺基礎，持力層粉質粘土。

運用庫建筑面積2萬平方米單層工業廠房，采用門式剛架結構，鋼柱鋼梁抗震等級四級，柱網跨度15m+28m+26.4m+26.8m，柱距離6m，主要柱截面H600×350×8×16，主要梁截面H(1000～700)×350×12×20。柱下基礎選用直徑400預應力混凝土管樁樁承臺基礎，軌道道床基礎選用直徑400預應力混凝土管樁樁筏基礎，持力層粉質粘土。洗車庫和污水處理站為一層鋼筋混凝土框架結構，局部兩層，抗震等級四級，主要柱截面500×500，主要梁截面300×800。選用直徑400預應力混凝土管樁樁承臺基礎，持力層粉質粘土。變電所為兩層鋼筋混凝土框架結構，其中一層為半地下室電纜夾層，抗震等級三級，主要柱截面400×400，主要梁截面300×900。選用直徑400預應力混凝土管樁樁承臺基礎，持力層粉質粘土。人行天橋獨柱鋼筋混凝土框架結構，柱網布置跨度7m+13m+12m+8.5m，抗震等級四級，主要柱截面500×1200，主要梁截面400×1200。選用直徑600鉆孔灌注樁樁承臺基礎，持力層粉質粘土。

3結構設計難點分析

(1)根據場地地質概況的描述，本場地淤泥及淤泥質土較厚，新填土達4m深，場地地面沉降不穩定，柱下基礎和庫房內無砟整體現澆道床，對基礎沉降極其嚴格，選用何種加固處理措施，是結構設計難點之一。

(2)運用庫為大跨度工業廠房，采用何種結構體系，是本工程結構設計難點之二。考慮施工周期和經濟指標，本工程采用鋼梁鋼柱門式剛架結構體系。

(3)剛架梁梁連接節點計算時，高強螺栓計算中和軸位置的確定是本工程結構設計難點之三。查閱相關資料，中和軸位置的確定有兩種假定:①中和軸在受壓翼緣中心，假定模型:在彎矩作用下，把梁根部截面彎矩簡化為作用于梁上、下翼緣的力偶，同時把梁受拉翼緣和端板作為獨立的T形連接件看待，忽略腹板的扶持作用。此假定螺栓受力與端板厚度關系很大，設計計算較為繁瑣;②中和軸在端板形心，假定模型:高強螺栓外拉力總是小于預拉力，在連接受彎矩而使螺栓沿栓桿方向受力時，被連接構件的接觸面一直保持緊密貼合，認為中和軸在螺栓群的形心軸上。根據《端板連接高強度螺栓群中和軸位置研究》試驗論文結果，螺栓群中和軸介于其端板形心與受壓翼緣內側中心線之間，當所受彎矩越小，則中和軸越接近端板形心軸，越大則越接近受壓翼緣［9］。

4配合施工遇到的問題分析

(1)圍墻開裂。分析原因:新填土4m高，圍墻距離護坡邊僅1m，施工工期較緊，施工單位無法用大型機械分層碾壓，填土密實度達不到設計要求。解決措施:①圍墻基礎選用剛性較大條形基礎，防止不均勻沉降，此方案施工較快，造價便宜。②選用換填處理或水泥攪拌樁加固圍墻基礎下新填土，減小不均勻沉降量，此方案施工周期較長，造價偏貴。綜上所述，本工程選用第一種解決措施。

(2)運用庫庫內柱式檢查坑，軌道下混凝土短柱出現偏柱、歪柱等現象。分析原因:短柱設計由結構和軌道兩個專業，施工也分別由兩家單位施工。解決措施:①混凝土短柱設計為鋼柱，直接安裝。②混凝土短柱由一家施工單位施工。建議日后設計采用第一種解決措施。

(3)人行天橋柱下管樁無法施工。分析原因:人行天橋跨軌道設置，場地內軌道區域下被地路專業設計水泥攪拌樁加固。解決措施:①天橋柱下基礎改為鉆孔灌注樁;②檢驗水泥攪拌樁加固后地基承載力，如不夠采用，采用CFG樁加固后采用柱下獨立基礎。結合現場工期需要，本工程采用鉆孔灌注樁基礎方案。綜上所述，結構設計時，充分運用結構設計難點分析結果，指導結構設計;配合施工時，遇到以上問題，經分析原因，采取我們選用的處理措施，得到明顯改善效果，保質保量，按時完成土建施工。目前，本工程已投入使用2年，沒有出現任何問題，得到業主單位一致認可。

5結構設計建議

(1)運用庫庫房內軌道道床為無砟整體現澆道床，對基礎沉降極其嚴格，鐵路規范要求控制在20mm以內，如果道床下地質情況不好，建議采用預應力混凝土管樁樁筏基礎。

(2)運用庫為一層鋼結構工業廠房，采用何種結構形式，需根據結構計算和經濟比較。結合本工程實例，試算比較后，得出如下經驗:柱跨28m，采用混凝土柱+鋼梁排架結構和鋼梁鋼柱門式剛架結構較經濟，綜合考慮施工工期，選鋼梁鋼柱門式剛架較適用。

(3)剛架梁梁連接節點設計時，綜合考慮各種因素，高強螺栓群計算中和軸宜選端板形心。

(4)場地平整有大量新填土，新填土下有較厚的淤泥和淤泥質土，計算單樁承載力時一定要考慮樁側負摩阻力。

(5)結合配合施工中的問題，建議結構設計時改進以下措施:①場地內高填方區圍墻應做剛性較大的條形基礎，以避免圍墻不均勻沉降開裂;②運用庫庫內柱式檢查坑，軌道下混凝土短柱出現偏柱、歪柱等現象，影響傳力和結構安全，建議混凝土短柱設計為鋼柱，直接安裝即可;③被其他專業加固的場地區域，柱下基礎結構設計時，建議選用鉆孔灌注樁。

篇5

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

1 工程概況

某工業廠房位于湖南長沙星沙經濟開發區東二路，廠房長度144 m，跨度為26+26 m，兩側檐口高分別為12 m和15 m，建筑面積8414 m2。兩臺15t中級工作制吊車，吊車軌頂標高為7.93 m和11.3 m(詳見圖1)。柱腳采用剛接，采用門式剛架結構，主剛架采用熱軋H型鋼， Q345級。屋面坡度采用1/10和0.85/10，基礎選取PHC預應力管樁。計算軟件采用鋼結構STS軟件和廣廈GSCAD。

圖1

2 基礎設計

2.1 地質條件及單樁承載力計算

本工程地質條件及PHC管樁系數詳見表1。

表1

單樁承載力根據《建筑大家基礎設計規范》(GB50007-2002)第(8.5.5-1)公式:Ra=qpaAp+up∑qsiali和《預應力混凝土管樁基礎技術規程》(DBJ/T15-22-98)第(5.2.8)公式:Uk=∑ξsiλiqsikuli進行估算。

2.1.1樁側阻力特征值計算(選取PHC壁厚90 mm,樁徑400 mm預應力管樁) 樁端端阻力特征值qpaAp=502kN；單樁豎向承載力特征值Ra=1297kN；總拔極限承載力標準值Uk=448kN；再根據《預應力混凝土管樁基礎技術規程》(DBJ/T15-22-98)第(5.2.9)公式Rpl=σpcA=328kN

2.1.2分析

根據工程地質條件及電算結果,由于業主工期要求快,故采用PHC預應力高強管樁,取單樁豎向承載力特征值R=1200kN,由于柱腳固接,吊車作用下,柱底彎矩較大,樁可能會現拉力,而形成抗撥樁,因此必須采用雙樁,而且需要驗算樁抗撥力,由于Uk>Rpl,故應按Rpl考慮樁的抗拔力。本工程邊柱最大軸壓力N=621kN, M=-444kN, V=-21kN。根據廣廈計算結果,樁距取3.5d:樁最小反力Nmin=-15kN

3上部結構設計

本工程為兩跨26m,兩臺15t重級工作制吊車,柱距8m,共有18跨固接的門式剛架,為保證吊車正常運轉,廠房穩定,滿足位移變形要求加強支撐設計和吊車制動桁架來增加廠房的整體空間剛度,全長144 m,墻體采用壓型鋼板。選用熱軋變截面H型鋼經STS電算定下,用鋼量最低的剛架尺寸(詳見圖1)。

3.1柱間支撐設計

若支撐設置不當,吊車行走時,就會造成剛架晃動,存在安全隱患,因此支撐的設置非常關鍵,又因選用用鋼量小的窄翼緣H型鋼,因此柱平面外計算長度僅能取4m,在高4m處設置一道焊接鋼管側向水平支撐。交叉支撐采用角鋼,在廠房的頭、尾跨設置柱間支撐,中間跨每隔4跨設置一道。在設置柱間支撐的同一跨并設屋面支撐,為能更好傳遞風荷載在屋面每隔4m設一道水平鋼管剛性系桿。

3.2抗震措施

工程地處設防烈度6度區,房屋自重小,承載力不受地震作用效應組合控制,可不進行抗震計算。僅針對輕鋼結構的特點采取抗震構造措施。構件之間的連接均采用螺栓連接,斜梁下翼緣與剛架柱的連接均加腋,柱腳底板設抗剪鍵。增設吊車制動桁架。

3.3隅撐的設計

隅撐可以用來提高屋面梁式柱的受壓翼緣穩定能力,因此在檐口位置,剛架斜梁與柱內翼緣交接點附近的檁條和墻梁處,各設置一對隅撐。在斜梁下翼緣受壓區隔一檁條設隅撐,并使其間距不大于相應受壓翼緣寬度的16倍(詳見圖2)。

圖2

3.4高強螺栓連接設計

由于屋面荷載很輕,在設計荷載作用下,斜梁與柱的連接部位主要承受彎矩作用,剪力很小,高強螺栓以受拉為主。剪力由連接構件間的摩擦力傳遞剪力。本工程建筑大量采用陽光板,開窗面積少,風順力大減少,相應剪力也小,選用摩擦型高強螺栓,因此表面可不作專門處理。不必進行摩擦而抗滑移試驗,這有助于提高效益和降低成本。

3.5檁條設計

檁條的設計計算是最為困難的。首先,在目前設計規范或規程中尚無簡單實用的計算公式供設計人員采用,其次,為節省鋼材,輕鋼結構中的檁條除用于承擔梁的功能外往往兼作支撐體系中的壓桿,同時還通過隅撐對門式剛架的梁和柱提供側向支承。如果考慮門式剛架房屋中的蒙皮效應,則檁條的構造和受力計算更為復雜。檁條通常由薄鋼板冷彎成型,計算中還需考慮屈曲后的有效截面等問題,因此,精確計算檁條的承載力非常困難。在豎向荷載作用下,檁條的自由翼緣受拉,受壓翼緣由于和屋面有可靠的連接面不存在穩定問題。

由于Z型連續檁條是拱接而成的連續檁條,其內力分布較均勻剛度大,能節省用鋼量,同時在制作、運輸、安裝諸方面都很便利,因此本工程采用Q345Z型檁條,內力計算按如下一種簡單通用的模式考慮:按等截面連續梁計算模式,考慮活荷載按不利分布作用,光按50%活載均勻滿布得到一個效應值S1,再用50%活荷載按最不利隔跨分布得到一個效應S2。兩者相加即為最不利活荷載所產生的效應S。另外再考慮在支座處因搭接嵌套松動所產生的彎矩釋放10%。

在風吸力作用下,檁條的自由翼緣受壓。因此,當檁條下翼緣無面板側向支撐時,必須對檁條的下翼緣進行穩定性驗算。開平地區基本風壓為0.6 kN/m2,按門式剛架技術規程附錄E公式計算結果得知,是風吸力作用下穩定計算起控制作用。選用Z220×75×20×2.0 Q345,檁距1.2m,可以滿足要求。

4采用預應力門式鋼架的構想

為了進一步提高門式鋼架輕鋼結構的剛度和承載力，降低鋼耗，筆者認為可在門式鋼架的不同部位，有針對性的施加預應力。如通過強迫上升或下降中間柱的柱腳標高，可調整跨中彎矩和中柱負彎矩的峰值。施加預應力的方法，可通過預先計算好的提升量，用千斤頂升高中柱或邊柱，再塞墊板，進行錨固。

在門式鋼架橫梁上的中下部位置，直接布置預應力索，并在跨中四分之一的位置，以一對栓鉤拉住鋼索，擰緊栓鉤螺母，下拉鋼索，索內產生拉力（預應力），栓鉤處產生上壓力，是附加的卸載力，栓鉤處可視作鋼架橫梁的中間彈性支點。這種橫向張索法用于鋼架立柱，立柱則視為增加了中間支座，改變立柱邊界條件，提高臨界荷載力。

對于屋面檁條，可在檁條中間二分之一處，先將檁條與蒙皮固定，再在檁條與檁條連接處，強力釘入碶塊，拉伸蒙皮，引入預應力，再栓接固定檁條 ，最后將蒙皮與檁條固定成整體。

5結語

門式輕鋼結構的優點是節材高效,耗鋼少,自重輕,制造安裝運輸簡便,工期短,可拆遷,定型批量生產易于實現商品化等。近年來發展迅速,應用領域日益廣泛。本工程采用剛接柱腳和Q345鋼使用鋼量減少了許多,經對比驗算采用Q345鋼的用鋼量比采用Q235鋼的用鋼量下降16%左右,采用較平緩坡度(1/10)的門式剛度也可節約鋼材。

在本工程的設計實踐中，未能充分引入預應力技術，但筆者認為在門式鋼架輕鋼結構中應用預應力技術以加強結構剛度和承載力，提高結構穩定性，若能在檁條中張拉板材可以防止風吸力下的局部失穩和提高彈性受力幅值，將可大大減少檁條的用鋼量，這也是完全可行的。為此，在謀求改進方面希望本文能起到拋磚引玉的作用，期待著與專家同行的合作，請大家共同關注與探討并指正。

參考文獻

篇6

中圖分類號：TU33+7文獻標識碼：A 文章編號：

Abstract：Frame instability has two modes, respectively, lateral instability and no lateral instability. Correct understanding of lateral displacement and lateral instability, is the application of member effective length method conditions. At present domestic to frame instability mode comparison across studies, put forward a variety of relevant frame stability concept, especially in the lateral shift problems. This article briefly summarizes the stability of rigid frames in sideway questions related concepts, the lateral displacement and lateral displacement were compared systematically. The full text of the understanding of rigid frame instability have a very good help.

Key words：Frame stability; Lateral instability; Strong support frame; Sway frames

1引言

目前在剛架穩定設計中，國內外應用比較廣泛的方法就是構件計算長度法。就是先將作用有荷載的剛架按一階彈性分析的方法確定內力，再利用按照彈性理論得到的剛架柱的計算長度系數，把柱轉化為具有如此計算長度的壓彎構件作彎矩作用平面內的穩定計算[3]。顯然，在剛架穩定設計中，確定構件的計算長度非常重要，在規范中對有側移失穩和無側移失穩采用不同的計算公式，得出的計算長度系數相差很大，那么如何確定剛架失穩是無側移失穩還是有側移失穩就顯得首當其沖了。本文介紹剛架失穩問題中有關側移問題的概念解析，清晰明了的闡述剛架側移問題。

2有側移失穩和無側移失穩

2.1 基本概念

剛架穩定分析中一個很重要的問題就是確定剛架的失穩模態，這對于計算剛架的穩定承載力是很重要的。同一個結構在相同的荷載作用下發生不同形式的失穩，其穩定承載力存在巨大差異[1]。

設計工作所用的單層剛架柱計算長度，是以荷載集中于柱頂的對稱單跨等截面框架為依據的[2]。我們以單層單跨剛架為例說明剛架的失穩形式。

圖1 剛架的失穩形式

圖1 (a)所示單跨對稱剛架，受兩相同的柱頂集中荷載，可能發生圖1 (b)所示的對稱性變形失穩，也可能發生圖1 (c)所示的非對稱性失穩。發生對稱性失穩時，變形大致呈左右對稱形狀，剛架節點無側移但有轉角，通常稱之為無側移失穩；發生非對稱性失穩時，變形大致呈左右反對稱形式，剛架同層節點向同一個方向發生相等側移并有轉角，這種失穩形式稱為有側移失穩。

3有側移失穩和無側移失穩的判斷

3.1 判斷失穩模式的框架分類

目前國內在判斷剛架失穩形式時，都是將框架分為無支撐的純框架和有支撐框架，其中有支撐框架根據抗側移剛度的大小分為強支撐框架和弱支撐框架[4]。在文獻[4]中，框架的定義如下：

純框架：依靠構件和節點連接的抗彎能力，抵抗側向荷載的框架。

強支撐框架：在支撐框架中，支撐結構（支撐桁架、剪力墻、電梯井等）抗側移剛度較大，可將該框架視為無側移的框架。

弱支撐框架：在支撐框架中，支撐結構抗側移剛度較弱，不能將該框架視為無側移的框架。

這樣的定義比較模糊，而且沒有和剛架穩定聯系起來。而在文獻[5],[6]中對這種分類給出了直接與穩定相關的定義。其中分類的前提是當內力采用線性彈性分析，采用計算長度法計算框架柱的穩定性時，才采用上述分類。即

(1) 強支撐框架：當框架―支撐結構體系中，支撐的抗側剛度足夠大，使得框架以無側移的模式失穩時，這個框架稱為強支撐框架。

(2) 弱支撐框架是支撐架的抗側剛度不足以使框架發生無側移失穩的框架。

(3) 純框架是未設置任何支撐的框架結構，它的整體失穩是有側移失穩[6]。

3.2 強支撐框架和弱支撐框架的判斷

文獻[4]（鋼結構設計規范）中5.3.3給出了設計中判斷強支撐框架和弱支撐框架的判斷公式。內容總結下來就是，當支撐結構的側移剛度 滿足公式

（1）

式中 ， ――第i層層間所有框架柱用無側移框架和有側移框架柱計算長度系數算得的軸壓桿穩定承載力之和，則為強支撐框架。框架柱的計算長度系數 按規范中的無側移框架柱的計算長度系數確定。

當支撐結構的側移剛度 不滿足公式（1）的要求時，為弱支撐框架，框架柱的軸壓桿穩定系數 按公式（2）計算。

（2）

式中 ， ――分別是框架柱用文獻[4]的附錄中無側移框架柱和有側移框架柱計算長度系數算得的軸心壓桿的穩定系數。

上述的判斷方法是在實際應用中的簡化方法，當考慮到實際結構的支撐體系（剪切型支撐、彎曲型支撐、彎剪型支撐）不同時，強支撐框架的判定準則會產生變化。文獻[5],[6]對雙重抗側力體系的框架進行了全面的分析，也給出了更全面的強弱支撐框架的判斷準則。

3.3 有側移失穩的本質

結構（構件）失穩表示其不再能承受附加的水平力或豎向力，代表了其水平抗側剛度或豎向抗壓剛度的喪失（剛度=0）[10]。軸心壓桿受壓失穩的本質是壓力使受壓構件的彎曲剛度減小，直至消失的過程[2]。這是穩定分析中一個很重要的概念。那么對于框架有側移失穩，就是表明框架的抗側剛度消失。

框架每一層的抗側剛度可以從結構的線性分析直接得到。例如 是第 層的總剪力， 為這一層的層間位移，得到的層抗側剛度為

是什么使這個框架層從抗側剛度 變為等于0？顯然是豎向荷載，豎向荷載就像是一種負剛度的因素，抵消了框架的正剛度[6]。怎么得到框架豎向荷載的負剛度呢?

我們從最簡單的結構受力情況說起。

圖2 豎向荷載的負剛度

如圖2(a)所示桿件沒有抗側剛度，作用了壓力P之后，因為豎向荷載是負剛度，桿件很快就會垮掉（幾何可變）。必須給以側向支撐才能保持穩定（圖2(b)）[10]。側向支撐的剛度 時才能使桿件穩定。反過來可以推論：P的負剛度為 。側移失穩時

即負剛度+抗側剛度=0.

對于懸臂柱，臨界荷載為 ，當作用的豎向荷載 時，抗側剛度 ，記 為P的等效負剛度，要求 得到 。參照 的形式可以假定：

得到 ，此時。

再對如圖2(c)的柱上下端均為彈性轉動約束的情況，可以推導出 式中 在1.0～1.216之間變化，絕大多數在1.1～1.16之間變化，偏安全可以取 [10]。

應用到多層多跨框架中，文獻[6]給出了說明。根據規范查表得到框架柱的計算長度系數，求得各柱子的臨界荷載 之后，從而得到豎向荷載的等效負剛度，即

（3）

因此框架有側移失穩時

（4）

式中， 即層間抗側剛度， 是第 層的總剪力， 為這一層的層間位移，通過線性分析可以得到。 是這一層的第 個柱的軸力； ，這個系數變化非常小，從工程實際的角度來看，取1.1的情況下，得到的臨界荷載最大值誤差為10%，如果換算到計算長度系數，則最大的誤差只是5%[6]。

這樣得到的公式（4）有非常重要的實際應用價值，在幫助我們理解框架愛有側移失穩本質的基礎上，能解決框架中各柱子軸力分布不均時的臨界荷載及計算長度，也能分析框架各層的穩定性。

4有側移框架和無側移框架

文獻[3]中在4.1節中提到：按規定，對于有支撐的剛架，當其抗側移的剛度大于或等于同類無支撐剛架抗側移剛度的5倍時，方認為支撐系統有效，否則仍按無支撐剛架計算其穩定性。但又在4.9節中拋棄了這種說法，采用了文獻[4]的規定。這里面涉及到一個概念性的問題，就是有側移框架和無側移框架到底指的是什么？它們與框架有側移失穩和無側移失穩有什么區別和聯系？

4.1 有側移框架和無側移框架的概念解析

《鋼結構設計規范》(GBJ17-88) [7] 第5.2.2條最末尾有這樣一個注釋：無側移框架系指框架中設有支撐架、剪力墻、電梯井等支撐結構，且其抗側移剛度等于和大于框架本身抗側移剛度的5倍者。有側移結構系指框架中未設上述支撐者，或支撐結構的抗側移剛度小于框架本身抗側移剛度的5倍者。

這樣的概念讓人困惑。因為稍有結構常識的人都清楚的知道，所有的結構及框架-支撐結構中的框架在水平風力或地震力作用下，都會產生側移。那么文獻[7]中的分類又是什么意思呢，或者具有什么用途呢？

實際上，文獻[7]中的準則是對國外規范誤解的結果。5倍關系最早由歐洲鋼結構協會于1977年提出，提出5倍關系的最早本意是對支撐部分和框架部分分擔水平力的比例進行界定，當支撐抗側剛度大于純框架抗側剛度的5倍時，框架分擔的水平力可以忽略不計，框架因不承擔水平力而無側移，并不是框架發生無側移失穩[8]。

那么，對于有側移框架和無側移框架的定義，其實是針對雙重抗側力結構體系中的框架，根據其水平力的分擔比例來劃分的。

(1) 在雙重抗側力結構中，框架承受的總水平力小于等于總剪力的20％，則可以以足夠的精確度假設所有的水平力都由支撐架（剪力墻）承受，框架本身不承受水平力，從而這個框架可以看作無側移框架。

(2) 不滿足上述規定的框架―支撐結構體系中的框架，是有側移框架。

這樣的區分，在沒有計算機的時代，可以帶來計算上的簡化，在計算機時代，實用上已經沒有必要。但是仍然可以根據這個分類，對結構的受力特性有一個初步的總體上的了解：有側移框架是要承擔水平力的，而無側移框架依靠其他剛度更大的子結構來承擔水平力[6]。

4.2 兩種框架分類的區別

有側移框架和無側移框架的區分，不涉及到框架的穩定性計算，只是通過了解建筑物各子結構在承受水平力上的相對比例，對框架進行一個分類。在框架分擔的水平力小到一定程度時可以進行簡化的力學分析。

強支撐框架和弱支撐框架的區分是用于判斷雙重抗側力結構中框架部分的失穩模式的。根據框架結構是發生有側移失穩還是無側移失穩，或者介于兩者之間，選擇和計算對應的框架柱的計算長度及承載力。

5結語

本文從整體上對剛架穩定中側移問題進行了闡述，據此可以更好地學習剛架穩定內容，理解鋼結構穩定性設計的有關規定，更準確地選擇鋼結構穩定計算的圖表或公式。

參考文獻：

[1] 郭耀杰.鋼結構穩定設計[M].武漢:武漢大學出版社,2003.

[2] 陳紹蕃，顧強.鋼結構上冊：鋼結構基礎(第二版)[M].北京:中國建筑工業出版社,2007.

[3] 陳驥.鋼結構穩定理論與設計（第三版）[M].北京:科學出版社,2006.

[4] 鋼結構設計規范（GB50017-2003）[S].北京,2003.

[5] 童根樹.鋼結構平面內穩定[M].北京:中國建筑工業出版社,2005.

[6] 童根樹.鋼結構設計方法[M].北京:中國建筑工業出版社,2007.

[7] 鋼結構設計規范（GBJ17-88）[S].北京,1989.

[8] 季淵.多高層框架-支撐結構的彈塑性穩定分析及其支撐研究[D].浙江大學博士學位論文，2003.

篇7

1.工程概況。此工程位于煙臺市某地，根據市交通局規劃和城市人行地道的交通流量，本設計采用單孔5m框架橋結構。施工時采用暗挖施工主通道，出入口和主通道凈空2700mm另加裝修層50mm，底板厚度為500mm，頂板厚度500mm，側墻厚度500mm，出入口底板厚30cm。箱涵主體結構和洞門混凝土強度等級為C35，基礎墊層混凝土強度等級為C15，支護結構錨噴混凝土為C20，防水保護層混凝土為C30，主要受力鋼筋為HRB335.地基為粘土。主通道荷載等級為城-B級，出入口設計荷載3.5kN/m2.

2.恒載計算

2.1材料特性。根據《城市人行天橋和人行地道技術規范》本地道橋框架結構采用C35混凝土，材料特性依據《混凝土結構設計規范》（GB 50010--2002）：

2.2 橋跨自重。計算尺寸： 計算寬度 L=5.0m+0.50m=5.5m，計算高度 H=2.7m+0.05m+0.50m=3.25m

2.3 結構荷載

2.3.1板頂均布恒載

2.3.3混凝土收縮影響

根據《城市人行天橋和人行地道技術規范》規定，對于剛架結構，混凝土收縮的影響系假定用降低溫度的方法來計算。對于整體灌注的鋼筋混凝土結構，相當于降低溫度15？莓，線膨脹系數？琢=0.00001，頂板收縮t′=（？琢·l·t）

＼3.活載計算3.1汽車活載標準值

3.2人群荷載標準值

4.截面彎矩檢算

根據《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2002）規定，按照極限狀態法進行框架結構截面檢算，取框架單位寬度1m作為計算單元。分別取跨中，鋼筋彎起點和端部進行計算。

計算參數：

式中：M --彎矩設計值；？琢1 --系數取1；fc --混凝土軸心抗壓強度設計值； A？琢、AS′--受拉區、受壓區縱向鋼筋的截面積； b--矩形截面的寬度；h0 --截面有效高度； ？孜b--界限相對受壓區高度； ？琢′--受壓區鋼筋合力點至截面受壓邊緣的距離。

對于邊墻的截面計算，由于受力鋼筋截面沒有變化，所以取彎矩絕對值最大的截面進行計算，采用了與底板和頂板相同的計算原理，其中上側鋼筋指相對于左側，下側鋼筋相對于右側。經計算各截面均符合要求。

5.截面剪力檢算

根據《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2002）規定，矩形截面受彎構件，其受剪截面滿足條件。

參考文獻：

篇8

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

引言：

輕型門式剛架房屋結構在我國的應用大約始于20世紀80年代初期，以其質量輕、柱網布置比較靈活、工業化程度高、施工周期短、綜合經濟效益高等特點，近年來得到迅速的發展，已廣泛應用于輕型的廠房、倉庫、體育館、展覽廳及活動房屋、加層建筑等工程。但因忽視支撐設置以及安裝質量不規范等因素，導致質量事故甚至失穩破壞的案例時有發生，因此，本文針對輕型門式鋼架支撐系統的種類、布置和作用，以及該體系常見問題作一系統歸納與分析。

1、輕型門式剛架結構的特點

1.1、質量輕

輕型門式剛架結構的圍護結構一般都采用輕型材料，屋檁和墻檁一般采用冷彎C形鋼或Z形鋼，屋面板和墻面板多采用壓型金屬板，因而結構自重較輕。即使是在工業廠房中，因為《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程(2012年版)》(CECS102:2002)中規定輕型門式剛架結構中僅可設置起重量不大于20t的A1－A5工作級別的橋式吊車或3t的懸掛式起重機，結構所承受的總荷載相對也較小。根據國內工程實例統計，單層輕型門式剛架房屋承重結構的用鋼量一般為10～30kg/m2，自重約為同等條件下鋼筋混凝土結構的1/20～1/30。由于荷載較小，基礎所用材料也較少，地基處理難度相應降低，結構地震反應也較小。

1.2、工業化程度高，施工周期短

輕型門式剛架結構的主要構件和配件均為工廠制作，質量更能夠保證。將構件運到施工現場后，構件間的連接多采用高強度螺栓連接，安裝迅速。

1.3、結構布置靈活，不受模數限制

傳統的鋼筋混凝土結構由于受屋面板等尺寸限制，柱距多為6m，當采用12m或其他柱距時，需設置托架等，較為麻煩。而輕型門式剛架結構的維護體系采用壓型金屬板，故柱網布置靈活，一般僅需考慮使用要求和用鋼量。

1.4、綜合經濟效益高

輕型門式剛架結構設計周期短，原材料種類單一，構件采用自動化設備成批量生產，單位價格相對較低，且門式剛架結構施工周期短，資金周轉率高，發揮投資效益快。

2、輕型門式鋼支撐系統概述

2.1、支撐布置及作用

橫向水平支撐一般設置在房屋兩端或橫向溫度伸縮縫區段兩端的第一柱間的屋蓋系統上，有時也可設在第二個柱間；一般由十字交叉斜腹桿（拉桿）和豎腹桿（壓桿）組成；橫向支撐的間距不宜大于60m。所以，當溫度區段較長時，在區段中間尚應增設橫向水平支撐作用以承受地震荷載或由山墻傳來的縱向風荷載，保證屋蓋系統的整體性，提高空間剛度，是構成空間穩定結構體系的基礎之一。

2.2、柱間支撐

2.2.1、布置

設置部位同橫向水平支撐，一般與橫向水平支撐對應地布置在同一柱間距內；可分為柔性（圓鋼）和剛性（型鋼）兩種，當設有起重量不小于5t的橋式吊車時，應采用剛性柱間支撐；當鋼柱高度相對于柱距較大或設有吊車時，柱間支撐應分層設置。

2.2.2、作用

它的主要作用是與橫向水平支撐共同形成穩定的空間結構體系，提高廠房縱向剛度和穩定性，可承受和傳遞廠房縱向的各種荷載與作用。

2.3、剛性系桿

布置剛性系桿一般設置在剛架轉折處(邊柱柱頂、屋脊及多跨剛架的中柱柱頂)，應沿房屋全長設置；當端部橫向水平支撐設在端部第二個開間時，在第一個開間的相應位置也應設置剛性系桿。剛性系桿一般采用鋼管或型鋼。

作用主要有兩個方面：①承受山墻傳遞到屋面上的水平荷載（風載或地震荷載）；②形成一個穩定空間結構體系的重要支撐之一。

3、輕型門式剛架結構設計中需注意的問題

由于輕鋼結構自身的特點與普通鋼結構有較大區別，設計中應采取一些有針對性的措施，以保證結構的受力性能。已有許多專家、學者和工程技術人員對此問題進行過分析研究，因此，本文僅對一些設計中常出現的問題進行總結。

3.1、應合理設置支撐體系

單榀門式剛架在剛架平面內剛度較大，能有效抵抗水平荷載，但是在剛架平面內剛度則較差，需通過設置支撐來保證縱向水平荷載的傳遞。支撐設置時需注意將屋面橫向水平支撐和柱間支撐布置在同一跨間，以構成穩定的空間結構體系，既可承受和傳遞房屋縱向的各種荷載和作用，又便于結構的施工和安裝。在房屋的各溫度區段內，均需設置能獨立構成空間穩定結構的支撐體系。屋面橫向水平支撐一般布置在溫度區段端部第一開間，也可以布置在第二開間，但此時需在第一開間相應于屋面橫向水平支撐豎腹桿位置布置剛性系桿。屋面橫向水平支撐的豎腹桿需按剛性壓桿設計，才能組成幾何不變體系。屋面橫向水平支撐的節點應與抗風柱布置相協調，將節點布置在抗風柱處，以直接傳遞抗風柱柱頂反力，避免剛架斜梁受扭。在剛架轉折處，如邊柱柱頂、屋脊處、多跨房屋中間柱柱頂等位置，需沿房屋縱向全長設置剛性系桿，既可承受和傳遞縱向水平荷載，還能在安裝過程中增加剛架的側向剛度，保證結構安全。支撐的常見布置見圖1。

圖1支撐布置

3.2、柱腳

柱腳部分未采用混凝土包裹防護，容易鋼材銹蝕而產生安全隱患；柱腳錨栓未采用雙螺帽；柱腳與基礎頂面二次灌漿未采用灌漿料填實。

3.3、 梁柱節點常見問題有：①摩擦面涂漆；②頂緊接觸面積偏小（小于75%）；③邊緣最大間隙過大（大于0.8mm）；④高強螺栓絲扣未外露；⑤端板厚度偏小（小于16mm）。上述存在問題可能會導致節點不能有效形成剛性連接而產生安全隱患。

3.4、屋面

為鋼結構斜梁、立柱為混凝土排架結構該結構體系與門式剛架不同；由于主鋼架斜梁與混凝土柱很難形成剛接，立柱存在水平推力，可能導致結構嚴重不安全。

3.5、隅撐缺失

主剛架斜梁下翼緣和剛架柱內側翼緣未設置與檁條或墻梁相連接的隅撐，可能會導致鋼梁平面外失穩。鋼梁變截面處鋼梁在翼緣轉折處（變截面處）未設置橫向加勁肋；由于該處應力復雜，設置橫向加勁肋主要對腹板予以加強。

3.6、錨栓不鉛直

錨栓不鉛直會嚴重影響房屋的外觀。由于框架柱柱腳的水平度差錨栓又不夠鉛直經常使柱子安裝后東倒西歪不在一條直線上。影響外觀的同時還容易造成安全隱患使房屋經不住長時間的考驗。最近國對輕鋼施工的驗收規程進行了討論許多專家都強調了一種比較嚴謹的方法。就是在安裝錨栓時堅持先將底板用下部調整螺栓調平再用無收縮砂漿二次灌漿填實。這種方法的應用將明顯減少錨栓不鉛直對房屋構架的影響。25門式剛架的安裝。有些剛架在大風時柱子被拔起因此在風荷載較大的地區剛柱受拉時在柱腳更應考慮抗拔構造例如錨栓端部設錨板等。另外預埋地腳螺栓與混凝土短柱邊距離過近在剛架吊裝時經常不可避免的會人為產生一些側向外力而將柱頂部混凝土拉碎或拉崩。在預埋螺栓時鋼柱側邊螺栓不能過于靠邊應與柱邊留有足夠的距離。同時混凝土短柱要保證達到設計強度后方可組織剛架的吊裝工作。另外施工時遺忘抗剪槽的留置和抗剪件的設置柱腳螺栓按承受拉力設計計算時不考慮螺栓承受水平力。若未設置抗剪件所有由側向風荷載水平地震荷載吊車水平荷載等產生的柱底剪力幾乎都由柱腳螺栓承擔從而破壞柱腳螺栓。有些工程地腳螺栓位置不準確為了方便剛架吊裝就位在現場對地板進行二次打孔汪意切割造成柱腳底板開孔過大使得柱腳固定不牢螺栓最小邊距不能滿足規范要求。

3.7、模條計算不安全

《冷彎薄壁型鋼構件技術規程》中提到有些設計軟件并沒有考慮到與檀條相關的有效寬度理論。因此在進行設計時不能單純依賴軟件軟件沒有考慮到的內容要自己考慮。如檀條特有構件應采用有效寬度理論計算強度,這就需要自己熟悉理解規范結合規范和軟件做出正確判斷后在計算。《規程》封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。而實際設計中常常會忽略掉應用凈截面計算強度如果不用凈截面進行計算,實際應力將高于計算值。也容易忽略針孔減弱。而當這種減弱達到6%一巧%時就會對對小截面窄翼緣的梁產生較大影響。14鋼柱換鹼柱。為了節省鋼材降低造價肩少數單位在設計門式剛架時將鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成斜梁用豎放式端板與鹼柱中的預埋螺栓相連形成剛接。但廠房中符合設計的框架的梁柱不能用剛接只能用鉸接。因混凝土是一種脆性的材料抗拉、抗沖切的陛能很差在外力作用下容易出現松動和破壞。在實際施工中采用鹼柱加鋼梁作成排架是可以的但由于連接不同構件內力不同可能造成工程斜梁過細安全隱患增加可見將剛架的鋼柱換成鹼柱而鋼梁不變是不可以的。

3.8、注意風吸力的影響

輕型門式剛架結構由于采用了輕型屋面材料，自重較輕，當屋面坡度在一定范圍時，風荷載的作用方向會向上，即為風吸力。在普通鋼結構中，風吸力會抵消部分重力荷載，起有利作用，因而不考慮。但對于輕型門式剛架結構來說，風吸力的大小可能超過屋面結構自重，疊加后產生向上作用的荷載，使結構構件中產生反向內力，如不考慮風吸力，可能導致結構不安全。2.4不得隨意改變結構材料和體系部分設計人員在設計門式剛架結構時，根據業主要求或其他考慮，將剛架柱改為鋼筋混凝土柱，剛架斜梁仍為鋼梁，仍按照門式剛架結構體系進行設計，這樣做可能會產生工程事故。因為門式剛架結構中剛架斜梁與剛架柱必須做成剛接，而鋼結構斜梁與鋼筋混凝土柱較難實現剛接，做出來更接近與排架結構，與剛架結構是完全不同的兩種結構體系，這樣設計出來的結構可能會嚴重不安全。

4、結論

①應充分重視支撐系統的設置，合理完善的支撐系統是形成穩定的空間結構體系的重要保證。②應嚴格按照規范標準精心施工，以消除因細節重視不夠而導致工程質量事故的發生。

參考文獻：

[1]張亞江.門式鋼剛架火災升降溫作用全過程響應分析[D].長安大學,2012.

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中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

1.建筑設計與結構設計的概念

1.1建筑設計的概念

建筑設計指的是建筑工程在建造之前，建筑設計師充分按照工程任務，把可能在工程施工過程中或者使用過程中出現的問題作好通盤的設想，并擬定好解決問題的方案。建筑設計的主要內容包括：初步方案、初步設計、搜集資料、技術設計施工圖、技術設計施工詳圖等。隨著科學技術的不斷發展，建筑設計中越來越深入廣泛的利用各種科學技術的成果。

1.2結構設計的概念

結構設計指的是建筑工程的結構設計，主要包括建筑工程的基礎設計和上部結構設計。建筑工程的上部結構設計的主要內容和步驟包括：(1)根據建筑工程設計來確定建筑物的結構體系和結構的主要材料；(2)建筑物的結構平面布置；(3)初步篩選建筑材料的類型和強度等級，并根據以往經驗初步確定建筑物構件的截面尺寸；(4)建筑物的結構內力分析、各種荷載作用分析、結構荷載計算；(5)建筑物結構荷載效應組合；(6)建筑物構件的截面設計。

2.現代建筑設計與結構設計存在的問題

2.1現代建筑結構設計中的扭轉和共振問題

在現代建筑工程的結構設計中要求建筑三心要盡量匯于一個中心點，建筑三心指的是建筑物的結構重心、剛度中心和幾何形心。現代建筑結構設計中的扭轉問題主要是指在建筑物的結構設計過程中沒有做到三心匯于一點，在建筑物的水平荷載作用下建筑結構出現了扭轉振動效應。所以，為了避免建筑工程因水平荷載作用而出現的扭轉破壞，就必須在對建筑物的結構設計時盡量選擇合理的平面布局和結構形式，讓建筑物的三心盡量匯于一點。還有現代建筑結構設計中出現的共振問題，如果發生地震，而建筑場地的特征周期與建筑物的自振周期又很接近，那么建筑物和建筑場地就有可能發生共振。所以，在設計建筑工程方案時，必須要針對預估建筑場地的特征周期，選擇合適建筑結構體系和結構類型，并通過調整建筑物結構的層數，擴大建筑場地特征周期與建筑物的自振周期之間的差別，從而避免共振問題的發生。

2.2現代建筑結構的水平側向位移問題

現代建筑工程設計的水平側向位移即便能夠滿足建筑工程結構規程的要求，也不能代表該建筑結構設計是合理的，因為這其中還要充分考慮到地震力的大小和周期等因素。在對建筑工程進行抗震結構設計時，建筑物的結構剛度和地震力的大小有著直接的關系。當建筑物結構剛度小，而建筑工程的結構設計并不合理，但由于地震力比較小，所以結構位移也比較小，位移也就控制在規范允許的范圍內，但是這并不是合理的結構設計。因為地震力小、結構周期長是很不安全的，并且位移的曲線變化應該具有連續性，除了沿著豎向發生剛度突變之外，不能夠有其他明顯的折點或者拐點。在一般情況下位移曲線有三種類型：(1)剪力墻結構的建筑工程發生的位移曲線應該是彎曲型；(2)框架結構的建筑工程發生的位移曲線應該是剪切型；(3)框一筒結構和框一剪結構的建筑工程發生的位移曲線應該是彎剪型。

3.建筑設計與結構設計的關系

3.1建筑設計與結構設計的相互配合

在建筑工程的建設過程中，無論是公共建筑、工業建筑還是民用建筑大致可以分為分為兩類：(1)擁有完善的使用功能，優美的建筑造型，通過專業化的施工工藝和制造技術與先進的結構體系有機地結合，創造出經濟適用的、新穎的、技術先進的建筑物；(2)主要追求新奇的藝術效果為主，沒有合理的建筑結構方案，創造出奇特的建筑物。在現代建筑物中主要實施和提倡第一類建筑。以具體的工廠廠房設計來談結構設計和建筑設計相互配合。工廠廠房的設備較大，車間要求十分寬敞，防火要求比較高，并且不改隔墻。以往的設計大都采用的是排架結構，廠房的墻體為240磚墻，廠房的屋蓋為薄腹梁鋼筋混凝土大板結構，這樣的廠房才能滿足使用要求。但這種排架結構的設計不足之處施工周期長、跨度受限制、不經濟。

根據結構設計必須要考慮到廠房施工方便和經濟合理的條件，在現代的工廠設計中可以采用門式剛架輕型房屋鋼結構，在標離1米以下的地方為磚砌體，而墻體則用壓型彩鋼板，屋蓋也一樣。這樣的設計不但能克服上述廠房結構形式的不足，而且還滿足了廠房的使用要求。比如在對棉花加工廠這類廠房進行結構設計時，要充分滿足廠房的生產工藝要求，在廠房的功能布局上要充分考慮運輸活動和生產活動的方便，要為工廠創造良好的工作環境，這是這類廠房的設計原則。所以，在滿足基本要求的前提下，施工最方便、最經濟、施工周期最短的設計方案必然成為首選方案。對于公共建筑來說，建筑的設計不能離開具體的設計對象。一個優秀的建筑必然是結構設計和建筑設計之間密切配合的結果，同時還要分清配合的側重點。一個好的建筑設計能夠將建筑物完善的使用功能和優美的建筑造型與結構設計充分地結合在一起。

3.2建筑設計與結構設計之間的密切聯系

在建筑設計過程中，有少數的建筑設計師把結構總是放在第二位，并一直強調結構必須服從建筑，這種觀念不但忽略了最基本的力學規律，還分割了科學的完整性。這種最大滿足使用功能和片面地追求建筑藝術與建筑技術結合的要求，往往會給建筑工程的質量帶來嚴重的隱患。在建筑設計過程中，任何一個建筑設計方案都會對建筑具體的結構設計產生一定的影響，并且建筑結構設計的技術水平也制約著建筑設計得層次。所以，在建筑工程的設計過程中，建筑設計師必須要具備一定的結構方面的基礎，并且能夠與結構設計相互協調，適當的結合，讓二者互相統一，從而創作出優秀的、完美的建筑設計作品。

有的建筑設計師在設計中過分強調創作的標新立異、新穎、美觀，從而不能與結構設計有效的結合。而建筑物本身承受著巨大的地震力、自重荷載與活載、扭矩力、水平風力等，要是建筑設計師不按照建筑的結構受力特征和基本的結構技術原理進行豎向設計和平面設計，也不征詢結構設計師的意見，這樣就會導致結構設計師不能合理的選擇結構體系，從而出現建筑結構不穩定問題發生。比如可以講建筑物的截面設計成為三角形，這樣建筑物的抗側能力和抗彎矩力就會小很多。還有些建筑設計師經常忽視結構力學的基本規律。比如：對于需要抗震設防的地方，建筑的高層電梯設置在建筑物的一側，不能與建筑物的剛度中心相互重合，電梯筒就會受到很大的剛度，從而造成結構偏正，產生扭轉。

結束語：

從建筑結構效益的角度來看，片面追求建筑物的藝術表現，忽視結構原理，設計出來的建筑作品往往只能作為雕塑作品或者是虛假的造型。只有符合正確的結構邏輯的建筑，充分發揮結構本身造型特點，充分融合結構設計構思和建筑設計構思去實踐個性的建筑，才能算得上是成功的建筑作品。同時，建筑設計師要不斷提高自身的藝術修養，勇于創新，充分利用結構設計原理來完善建筑設計。而建筑結構設計師也要充分了解建筑設計師的意圖，促進結構設計和建筑設計的有機融合和密切配合，從而設計出更高水平的建筑作品。

參考文獻：

[1]霍小董.綜論建筑設計與結構設計的關系問題[U]．四川建材，2007

[2]王立新,王立軒.淺談建筑設計與結構之間的關系[J].中華民居,2010,(12):31-31.

篇10

金屬結構故障診斷成為工程機械領域的一個重要的研究課題，對大型化、老齡化的門座起重機而言，其金屬結構的故障時有發生，嚴重地影響生產的安全。本論文以SDMQ1260/60E型門座起重機為研究對象，采用大型有限元結構分析軟件ANSYS對其模態進行分析，得出相應的結果。為今后的維修提供可靠的數據。

1. 門座起重機建模

該起重機的轉柱、門架和起重臂等構成一空間桿系結構，可簡化成剛架結構，主要用梁單元進行分析計算；大平衡架為鋼板焊接而成的箱體結構，應采用三維實體單元進行分析計算。

1.1 有限元網格

門座起重機結構主要是由無縫鋼管和鋼板組成，根據SDMQ1260/60E型門座起重機的結構特點和受力特點，可把起重機的轉柱結構、門架結構和起重臂一起簡化成空間桿系結構，采用ANSYS提供的空間梁單元BEAM188進行離散化，整個結構共劃分了9920個單元，18717個節點。

1.2 材料物理參數

該起重機的型材選用兩種材料，分別為Q235-A和16MnR，這兩種材料在常溫下的屈服極限分別為235MPa和325MPa，彈性模量為2.1×105MPa，材料的泊松比取為0.3，密度為7800kg/m3。

1.3 載荷工況

根據該起重機的運行狀況，在考慮自重的情況下，研究起重臂處于起吊重量為60t的位置，但是空載的工況。取重力加速度g=9.8m/s2：

1.4 邊界條件

門架上四個與大平衡架相連的絞點采用固定端約束形式，即6個自由度全部約束。

2. 模態分析

模態分析，也叫特征值的提取，用以求解多自由度系統自由振動的固有頻率和相應振型。模態分析用于確定設計中的結構或機器部件的振動特性(固有頻率和振型)。它是承受動態載荷結構設計中的重要參數，同時也可以作為其它更詳細的動力學分析的起點。

本文通過分析計算，得到了起重機在工況位置時的固有頻率和模態振型。表1為起重機起重臂處于起吊重量為60t的位置（工況1）時整機的固有頻率，由考慮篇幅問題，出圖1～圖3，其分別為在工況1時整機的前三階模態振型。

圖1 起重機工況1第一階模態振型圖

圖2 起重機工況1第二階模態振型圖

圖3起重機工況1第三階模態振型圖

表1 在工況1時起重機的固有頻率（Hz）

3.總結

1.通過上述 模態分析結果可知，其整體結構動剛度較好，各階振型主要表現為塔式起重機的塔臂上下、水平和轉扭運動的耦合。

2.本文計算所得結果可以為進一步研究門座起重機的動力響應分析和使用條件的合理選用奠定了技術基礎，也為今后的維修提供可靠的數據。

參考文獻：

[1]黃大巍，李風，毛文杰，等．現代起重運輸機械[M].北京：化學工業出版社，2006.

[2]徐克寧，束志明，徐克晉，等．起重運輸機金屬結構設計[M].北京：機械工業出版社，1995.