時間：2022-09-16 13:04:50
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇鋼結構設計規范，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞: 建筑鋼結構設計問題發展前景
中圖分類號：S611文獻標識碼： A 文章編號：
近年來我國建筑鋼結構發展迅猛，一些項目的建設使我國鋼結構的設計水平得到很大提高。其中不少項目的建筑設計方案新穎，結構受力合理，節省鋼材，符合我國國情的好作品。但值得注意的是我們的設計體制、設計理念、設計水平、設計質量、設計人員素質還遠遠不能適應，還有許多有待解決的問題。尤其是當前的執行的《鋼結構設計規范》中一些標準滯后于形勢的發展和市場的需要，致使設計與鋼材新產品間的矛盾日益突出。
一、當前建筑鋼結構設計存在的問題
1、市場不規范，導致項目設計質量下降
當前各大設計院的設計任務相當繁重，所承攬的工藝及綜合專業部分設計收費較高，而鋼結構部分卻是費工費力收費低，不愿意承接鋼結構設計任務，或者缺乏鋼結構的設計經驗，故往往將鋼結構部分分包給另一單位。層層轉包的另一表現為借用“資質”或者叫“買圖標”，一些無資質的單位，拿到工程后，用買來的圖標搞設計，使設計質量存在重大隱患。如不規范市場，嚴格資質管理，會造成嚴重后果。
2、設計深度不夠，存在嚴重的質量隱患
一些設計單位將自己的設計任務轉駕給加工企業，造成質量下降。而且不少設計單位，鋼結構的設計水平比較低，承擔工程的設計者多為剛畢業不久的學生，缺乏實踐經驗，更缺乏鋼結構的設計知識，盲目照搬規范，套程序，對關鍵技術不進行研究，對關鍵的節點設計不分具體情況一律采用全焊接節點或“全鑄鋼節點，至于這種節點是否安全、構造是否合理、是否能做出來心中一概無底，將應該設計的節點構造、支座詳圖和施工安裝等都交給加工企業，設計院只做到了方案設計或初步設計的深度，將施工圖交給加工廠，加工廠缺乏計算軟件，又將施工圖任務轉包出去，存在嚴重的質量隱患。有的加工廠為了節約鋼材，降低造價，盲目進行鋼材優化，結果造成工程質量事故，給國家程造成重大損失?！笆┕D設計”由設計單位完成，這是建設部早有規定的，也是設計院義不容辭的責任。
3、盲目追求高標準，造成設計過于保守
過于保守或過于‘先進’，不恰當的任意提高設計標準或降低設計安全等級一些設計人員對復雜工程缺乏經驗，心中無底，盲目追求高標準，造成設計過于保守，任意加大安全等級，對結構構件不分主次，重要性系數取值任意加大，桿件“應力比”取值太低；焊縫等級不分區別一律取一級全熔透焊縫；鋼材等級不分使用條件和部位也一律取c級或d級；鋼材強度級別不管是否必要隨意采用高強度420Mpa、490Mpa鋼材；在不了解“焊接殘余應力”分布規律的情況下，錯誤的提出消除“焊接殘余應力”。一些設計人員互相攀比，層層加馬。由于上述原因往往造成結構構件過大，投資大量增加，這都是設計方案不合理造成的。這種設計體制不適應市場經濟的狀況必另外，也要特別注意的另外一種傾向是：在某些工程的招標過程中，為中標壓價，承包方盡量減少鋼材用量，致使構件安全系數太低，受壓構件的長細比太大，沿海地區鋼管壁厚太小，致使構件在安裝過程中造成桿件彎曲，由于安裝誤差太大造成大量桿件超過設計應力，最后不得采取現場加固措施。
4、現行的《鋼結構設計規范》滯后，不能滿足設計需要
隨著我國鋼結構應用的迅速發展，鋼鐵行業已研制開發出優質中厚鋼板，目前可大量供應工程應用，這種牌號的Q235GJ、Q345GJ優質厚鋼板有著良好的綜合性能，如低厚板效應、良好的延性和沖擊韌性、焊接性能和抗撕裂性能，能滿足抗震設計鋼結構用厚板的各種需要，其性能已優于日本SN50鋼、美國A572-50級鋼。新的國標《GB/T19879-2005》新增加了390MPa、420MPa、460MPa三個強度級別，當前的《鋼結構設計規范》都一直未對上述鋼材新標準變化做出積極的反應，也未為提出任何修改補充條文。致使設計與鋼材新產品間的矛盾日益突出，許多設計人員不敢采用新品種鋼材，為此建議著手修訂補充有關規范以滿足設計急需。
二、隨著規范的修訂完善，鋼結構設計市場前景廣闊
當前，我國鋼結構發展的形勢很好。我國加快對《鋼結構設計規范》修訂工作，并積極組織高等院校、學術團體等舉辦鋼結構技術講座、規范設計研討等，同時重視加強和提高各級設計人員的設計水平，努力實現理論與實踐相結合，與日俱進，以促進我國鋼結構市場的蓬勃發展。
關鍵詞：鋼結構 規范 節點 焊縫
1、概述
隨著建筑工藝的不斷革新和建筑理念的日益轉變，鋼結構在建筑領域中占有越來越重要的地位，而鋼結構連接節點設計是鋼結構設計中的十分重要環節。近年來，我國與世界上其他國家合作的工程建設項目的不斷增加，工程設計人員有越來越多的機會接觸到國外的設計規范。在中國工程領域中，很多項目原設計按美國規范設計，而因建造在中國，所有的鋼結構設計都必須同時滿足中國規范和美國規范，這就迫切需要我國工程設計人員學習和運用中國和美國鋼結構設計規范。
本文對中國鋼結構規范GB50017-2003《鋼結構設計規范》及美國的鋼結構設計規范“Specification for Structure Steel Building-Allowable Stress Design and Plastic Design-1989”（簡稱ASD89）節點設計中的角焊縫構造要求及承載力進行了對比，找出兩國規范之間的共同之處及差異，得出包絡的設計方法，為工程設計人員提供參考。
2、中美鋼結構設計規范概述
鋼結構根據設計理念的不同，共存在兩種設計方法，一種是容許應力法（ASD法），另一種是基于概率和可靠度的極限狀態設計，也稱為荷載分項系數法。美國的ASD89采用的是容許應力法，而中國的GB50017-2003采用的是荷載分項系數法。
容許應力法要求結構在荷載作用下，其構件和節點應力不超過規范規定的容許應力，容許應力是指材料強度除以安全系數，彎剪扭受力狀態下安全系數各不相同。荷載分項系數法是在設計過程中，設置反映各荷載的不確定性并與結構可靠度概念相關聯的一個數值，稱為組合系數，對荷載工況進行組合，荷載組合下結構的應力不大于材料的名義抗力。
3、構造
角焊縫設計中的構造措施主要包括焊縫最小焊腳高度，最大焊腳高度，最小長度和斷續焊縫的長度四個方面：
3.1、角焊縫高度最小限值
如果板件厚度較大而焊縫焊腳尺寸過小，施焊時焊縫冷卻速度過快，可能產生淬硬組織，易使焊縫附近主體金屬產生裂紋。因此，應對角焊縫的焊腳的尺寸需規定其最小限值。
中國規范規定： ，當 時，取 ；對埋弧自動焊 可減少1mm； T形連接的單面角焊縫 可增加1mm （ 為較厚焊件厚度）。
美國規范ASD89根據較厚鋼板的厚度分段規定焊縫最小尺寸限值，見表1。表1同時列出相應厚度范圍內根據中國規范計算出的最小焊腳高度做對比。
表1 美國規范角焊縫最小限值
連接較厚部件的材料厚度 ASD89角焊縫最小尺寸 中國規范相應計算值
≤4mm 3mm 1～4mm
4～6mm 3mm 3～3.7mm
6～13mm 5mm 3.7～5.4mm
13～19mm 6mm 5.4～6.5mm
≥19mm 8mm >6.5mm
中國規范是按照不同焊件的厚度計算取值，美國規范是按照不同板厚的區間分段取值。在較薄板件之間相連接時，最小焊腳高度限值差不多，而厚板相連時，中國規范最小焊腳高度限制要嚴格很多。
3.2、角焊縫高度最大限值
角焊縫的焊腳尺寸過大，易使焊件產生燒傷、燒穿的現象，且使焊件產生較大的殘余應力和較大的焊接變形，所以，對角焊縫還應規定其最大焊腳尺寸。
中國規范規定： 不宜小于 （鋼管結構除外）， 為較薄焊件厚度。 對于板件端部的角焊縫，當板厚 時， ；當板厚 時， 。
ASD89中規定：當焊件板厚 時， ；當焊件板厚 時， 。
從角焊縫最大焊腳尺寸的限值來看，中國規范的限值與美國規范基本一致。
3.3、角焊縫最小長度
角焊縫焊腳尺寸大而長度較小時，焊件局部加熱嚴重，焊縫起滅弧所引起的缺陷相距太近，以及焊縫上可能產生的其他缺陷（氣孔、非金屬夾渣等），也使焊縫不夠可靠。對搭接連接的側面角焊縫而言，如果焊縫長度過小，由于力線彎折大，也會造成嚴重的應力集中.因此，為了使焊縫能夠具有一定的承載能力，根據經驗，最小焊縫計算長度的限值為：
中國規范規定：側面角焊縫或正面角焊縫的計算長度 ，且≥40mm。
美國規范規定： ，，且大于等于兩側焊縫之間的間距。若焊縫長度不滿足此要求，按實際焊縫長度的1/4計算焊縫承載力。
中國規范在焊縫最小長度方面比美國規范嚴格很多，但美國規范對于不滿足最小長度的焊縫計算規定更為詳細。
3.4、斷續焊縫
在次要焊縫連接或次要構件中，可采用斷續焊縫。但斷續焊縫容易引起應力集中，且斷續角焊縫的距離過大會使構件連接不夠緊密，焊件容易受潮并且銹蝕，因此對于斷續角焊縫中美規范提出如下要求：
中國規范規定：斷續焊縫的長度 ，且≥50mm。其凈距不應大于15t（受壓構件）或30t（受拉構件）。
美國ASD89規范規定：一般情況下， ，且≥38mm。
在斷續焊縫的限值來說，中國規范要求比美國規范相對寬松，但美國規范對焊縫的凈間距未做要求。
4、計算
對于中、美規范，承載能力極限狀態設計的方程表達可按如下公式：
（1）
本文以考慮恒荷載+活荷載的荷載組合為代表對兩種規范進行對比，其方程可表達為：
（2）
其中：
S-荷載效應組合的設計值；
R-結構構件抗力的設計值
， -恒荷載和活荷載標準值
， -恒荷載和活荷載荷載分項系數
-鋼結構材料強度標準值
-材料分項系數
為方便比較中美鋼結構焊縫節點計算的安全度差異，本了對以下幾個方面規定：（1）本文僅對國內常用的Q235和Q345鋼材對應的焊材進行對比，兩種材料 ， 為焊材的強度設計值， 為焊材的抗拉強度值（2）假定恒荷載與活荷載的比值 ，（3）中國鋼結構規范分別考慮恒荷載效應控制的組合和活荷載效應控制的組合，中美規范的荷載分項系數見表2。
表2 荷載分項系數表
規范 恒荷載分項系數 活荷載分項系數
中國GB50017-2003 1.2 1.4
1.35 0.98
美國ASD89 1 1
4.1 正面角焊縫
在荷載標準值相同的情況下，正面角焊縫的設計安全度差異可通過不同規范計算所需的焊縫截面積比值來進行對比：
GB50017的極限狀態方程為
（3）
（4）
ASD89的極限狀態方程為
（5）
ASD89和GB50017的正面角焊縫安全度差異可表達為：
（6）
（7）
當活荷載和恒荷載的比值x取不同的值時，可得到中美鋼結構規范對于正面角焊縫的計算的安全度差異，見圖1。
圖1 正面角焊縫中美規范設計安全度差異
由圖1可看出，對于正面角焊縫設計，在可變荷載控制效應組合下，安全度隨著活荷載的增大而減??；在永久荷載控制效應組合下，安全度隨著活荷載的增大而增大。但無論哪種荷載控制效應組合，按美標規范設計所需的焊縫面積均大于中國規范，美標規范設計的安全度大于中國規范。
4.2 側面角焊縫
在荷載標準值相同的情況下，側面角焊縫的設計安全度差異可通過不同規范計算所需的焊縫截面積比值來進行對比：
GB50017的極限狀態方程為
（8）
（9）
ASD89的極限狀態方程為
（10）
ASD89和GB50017的正面角焊縫安全度差異可表達為：
（11）
（12）
當活荷載和恒荷載的比值x取不同的值時，可得到中美鋼結構規范對于側面角焊縫的計算的安全度差異，見圖2。
圖2 側面角焊縫中美規范設計安全度差異
由圖2可看出，對于側面角焊縫設計，在可變荷載控制效應組合下，安全度隨著活荷載的增大而減?。辉谟谰煤奢d控制效應組合下，安全度隨著活荷載的增大而增大。在活荷載小于2倍恒荷載時，按美標規范設計所需的焊縫面積均大于中國規范，美標規范設計的安全度均大于中國規范。在活荷載大于2倍恒荷載時，可變荷載效應控制荷載組合下中國規范的設計安全度大于美標規范，但在實際工程中，這種情況較少見，因此總體來說美標規范設計的安全裕度大于中國規范。
5、結語
1. 中、美兩國鋼結構設計規范的理論基礎有所不同，美國規范采用的是基于安全系數的容許應力法，中國規范采用的是基于概率和可靠度理論的荷載分項系數法，設計方法不盡相同。
2. 對于焊縫的構造，美國規范起步較早，較為成熟，中國規范在制定的過程中部分參照了美國規范，因此構造要求大體上與美國規范差不多，但又在美國規范的基礎上有所創新和發展，總體比較中國規范除了斷續焊縫，構造要求要高于美國規范。
3. 對于焊縫的承載力計算，僅在活荷大于兩倍恒荷載時的可變荷載控制工況下，中國規范略保守，這種情況工程中應用雖然不多，但設計時需考慮對此種情況的包絡。總體來說美標規范角焊縫的設計安全裕度大于中國規范。
參考文獻
[1] GB 50017-2003 鋼結構設計規范 [S].
[2] Manual of Steel Construction-Allowable Stress Design，9th Edition， 1989.
關鍵詞：鋼結構；廠房；結構設計
Abstract: combining with a production workshop chongqing steel plant design simple introduction to this kind of plant the structural design features, from the main load, the main structure layout analyzed the heavy steel structure plant structure design, puts forward the heavy steel structure plant structure design problems should be paid attention to.
Keywords: steel structure; Workshop; Structure design
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
引言
在工業建筑中，鋼結構以其獨特的性能被廣泛采用，為滿足生產需要，跨度大、高度大以及大噸位行車重型鋼結構廠房不斷涌現。隨著鋼結構的發展，重型鋼結構廠房在工業建筑中的比重越來越大，主要領域用于冶金、機械、船舶等工業建筑。本文結合浙江寧波地區某生產車間的結構設計，重點介紹重型鋼結構廠房結構特點及結構設計中一些注意事項和要點，供類似設計中參考。
1重型鋼結構廠房結構特點
重型鋼結構廠房結構相對于輕型門式剮架結構具有以下特點：
1.1結構用鋼量大。該類廠房柱距、跨度、高度一般較大。且吊車工作級別、荷載較大，因此導致構件超長、超寬、超重現象，用鋼量一般超過60kg/m2。由于該類廠房結構構件重量較重，且上部荷載較大，相應基礎費用也較高，同時地震反應也較為敏感。
1.2軸網布置不規則。受工藝條件限制，廠房柱距一般為9~12m，局部柱距由于抽柱，柱距達到24m甚至更大。
1.3結構整體剛度要求高。因吊車沖擊荷載對結構的影響，在結構的縱向及橫向應提高結構整體剛度，以減小整體結構的震動。
1.4節點構造復雜。節點設計應考慮超大、超寬、超重構件的制造、運輸、安裝的工藝要求，并滿足抗震構造措施及剛性假定的規定。
2結構設計
結構設計按《鋼結構設計規范》、《建筑抗震設計規范》和《建筑結構荷載規范》等相關規范設計。
2．1主要荷載
廠房結構所受到的荷載主要有豎向荷載：包括結構自重、吊車豎向荷載、屋面活荷載及走道板活荷載；水平荷載：包括風荷載、廠房積灰荷載，吊車水平荷載、地震荷載等。上述荷載中除一般輕型屋面自重按0.50kN/m2輸入外，其它結構自重由程序自動計算。風荷載按《建筑結構荷載規范》選用風荷載體形系數后，由程序自動布置。屋面活荷載取0.3kN/m2，屋面積灰荷載在水平投影面，距高爐中心50m內取1.0kN/m2，距高爐中心50~100m時取0.5 kN/m2，走道板活荷載取2.0kN/m2?；撅L壓0.4 kN/m2。吊車荷載按照廠家提供的數據進行輸入。
2．2主要結構布置
排架柱為單階柱，上階柱采用工字型實腹焊接截面柱。下階柱除承受上柱荷載外，還需承受噸位較大的吊車荷載，如果采用實腹工字型截面柱．則柱截面會很大，不經濟，下柱采用格構式鋼管混凝土柱設計方案。充分利用了鋼管和混凝土兩種材料的力學性能，減少了柱子截面尺寸，且外形美觀。肩梁采用單腹壁肩梁。
2．3屋面斜梁設計
(1)撓度控制：屋面斜梁撓度限值按《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）附錄A規定，[Vt]
(2)腹板高厚比控制：當屋面梁軸力相對較小時?？砂础朵摻Y構設計規范》(GB50017-2003)4.3.1款規定，承受靜力荷載和間接承受動力荷載的組合粱宜考慮腹板屈曲后強度，并滿足第4.4節相關要求?？紤]腹板屈曲后強度的屋面斜梁腹板可以設計的較薄，且無需設置中間橫向加勁板，但考慮到腹板的焊接變形往往難以得到保證，因此重型鋼結構廠房的屋面斜梁腹板厚度不宣設計過薄，一般最小取6.0mm，且h/t不大于150。
2．4柱子系統設計
排架柱以邊柱為例。如圖1所示。
鋼柱為單階柱。上柱采用實腹式柱，下柱采用格構式鋼管混凝土柱。鋼管材料選用Q345B鋼，管內用C45混凝土填充，綴條采用空心鋼管。澆灌混凝土的孔開在肩梁以下，孔徑約200mm，可在工廠開孔，但不宜將孔板割掉，以免雜物掉進管內．待管內混凝土被振搗密實并達設計強度的50％以后，方可焊接孔板。鋼管中混凝土應采用壓力灌漿法澆筑，為使管內混凝土密實，在肩梁上翼緣板各開有直徑為30mm的泄氣孔:，灌漿時應振搗密實，直到泄氣孔冒漿為止。鋼管中的混凝土必須在吊車及墻架系統安裝前澆灌，待混凝土強度達到70％以上，方能安裝吊車及墻架系統。下柱長15.18m，在柱腳處和下柱的中部分別設置了一道橫隔(橫隔間距不宜大于柱長邊的9倍和8m)。
柱腳采用插入式柱腳。
肩梁采用單壁式肩梁，腹板高度為1800mm。與鋼管相交的加勁做成一塊整板，下柱的鋼管切口，將加勁板插入鋼管的切口內，這樣的構造做法使吊車梁傳來的豎向荷載有效的傳遞至下部鋼管混凝土柱內，提高了節點的整體受力性能。
圖1：排架柱
2.5柱間支撐設計
為保證廠房的縱向剛度和空間剛度，承受山墻風力、吊車縱向剎車荷載、溫度應力和地震作用，沿廠房縱向設置上、下柱間支撐。下柱柱間支撐設兩道，原則上應該布置在溫度區段中間三分之一處，但是工藝要求，有些位置不能布置柱間支撐，將其位置做適當的調整以滿足工藝要求。上柱支撐設四道，上柱支撐除在設有下柱支撐的柱間布置外，在溫度區段的兩端另設兩道。
2．6吊車梁與柱的連接
吊車梁下翼緣與柱的連接，一般采用普通螺栓固定。吊車梁上翼緣與柱的連接通常采用板鉸連接，因為板鉸連接的縱向約束效應小，適用于重級工作制吊車梁，板鉸及其連接應能保證傳遞梁端最大水力．鉸板孔徑較栓徑大1mm，其加工應按照精制螺栓要求進行，鉸板栓孔的受力方向端距不得小于1.5d。由于吊車的起重量較大，在吊車梁的高度中部增設與排架柱相連的垂直隔板，此隔板為構造加強，無需計算。
3廠房各系統設計中應特別注意的問題
3.1鉸接屋架上承及下承做法對柱的影響
上承式屋架優點：屋架支座處傳力好。屋架在安裝時的穩定性好,而且基本上可不必考慮屋架受力后弦桿彈性伸長的影響。上弦在豎向荷載作用下的壓縮變形可補償屋架下撓時(坡度變直時)支座向外的位移。其總位移量的消長情況與屋面坡度有關,當屋面坡度i≥1/6,柱頂仍將向外推移。當i≤1/10柱頂非但不會向外推移，甚至有向里移動的可能，這個優點在多跨廠房中更為重要。
上承式屋架缺點:上承屋架端支座底部至端節點中心的距離較大,約為下承式屋架的2~3倍。因此,在柱頂水平剪力作用下對支座節點的偏心彎矩較大,設計時應引起注意。一般可采取以下兩種方式解決:①采用側接法與柱頂相連,以減少甚至消除偏心彎矩;②在與支座節點相連的屋架桿件設計中,考慮此偏心彎矩的影響,下承式屋架做法優缺點正好與上承式相反。
3.2柱
柱截面選用時,為了經濟,宜優先選用鋼管混凝土柱或型鋼格構柱。為了經濟,在工藝允許的情況下可增加縱向系桿,以減小廠房柱的平面外計算長度。
3.3柱間支撐
支撐桿件采用單拉桿設計或一拉一壓桿件設計,應根據受力大小及桿件長度確定。目前流行采用單桿既在前后片桿件之間不打綴條設計,便于中間穿行管道、鋼梯及參觀走道。
3.4吊車梁系統
國標圖集與鋼結構設計規范對吊車梁中間加勁肋板與上翼緣的焊縫處的要求不同(鋼結構設計規范要求刨平頂緊后焊接,國標圖集僅采用焊縫)，建議采用刨平頂緊后焊接。平板支座處加勁肋國標圖集中是上下刨平頂緊,為了便于施工,建議改為上端坡口焊,下端刨平頂緊后焊接。
結語
隨著我國工業建設的發展，尤其是沿海、沿江地區冶金、機械、船舶及海洋工程類建設項目，由于生產工藝的需要以及建設用地的允許 ,建造大跨度和大面積的鋼結構廠房越來越多 ,而隨著我國鋼產量的增加和建筑設計、 施工技術的不斷進步 ,這種需求得到滿足也變得越來越容易。設計人員要熟悉規范，靈活把握，使得工程結構設計更加經濟合理。
參考文獻
[1]鋼結構設計手冊編委會．鋼結構設計手冊[M]．北京：中國建筑工業出版社，2004．
[2]GB 50017--2003鋼結構設計規范[S]．
關鍵字：鋼結構廠房框排架；STAWE；結構設計
中圖分類號：TU391文獻標識碼： A 文章編號：
前言
在工業廠房設計過程中，很多情況下因為使用空間和節約材料的要求，廠房要求被設計成下面是框架結構上面是排架結構或者左邊是框架結構右邊是排架結構的框排架結構。這樣的結構在設計過程中，既要滿足框架結構的要求，排架部分同時也要滿足排架結構的要求。
工程實例
2.1工程概況
某工程位于鄭州市二七區，為二層結構，底層層高15米，有15T橋式吊車，位于11米標高處，樓面活荷載5.0KN/M2,二層層高8.1米，距樓面6.0米處設置5T單梁吊車，屋面采用輕鋼屋面。跨度21米，兩跨，開間7米，共17個開間。廠房長X寬為42米X119米。除此之外，屋面從第2個開間至第16個開間還設置天窗架采光。根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2012008版）（項目為2009年設計）鄭州市二七區抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g。房屋抗震設防類別為丙類。根據《抗震規范》第8.1.3條，房屋高度
2.2結構選型
該工程二樓樓面荷載比較大，故采用組合樓板，由此底層采用框架結構，屋面是輕鋼屋面，故二樓無需采用框架結構，采用排架結構即可，所以我們的廠房結構形式采用下部框架上部排架的結構形式。兩個方向的跨度差別較大，所以剛度差別也會比較大，因此框架采用框架-支撐結構?！督ㄖ拐鹪O計規范》8.1.6條規定抗震等級四級且高度不大于50m的鋼結構宜采用中心支撐，中心支撐框架宜采用交叉支撐，支撐的軸線宜交匯于梁柱構件軸線的交點。房屋總長119米，總長大于60米且小于120米，底層框架設置兩道支撐。支撐均勻布置，布置于第5個開間和第13個開間，采用H型鋼支撐。二層排架結構，根據《抗震規范》第H.2.3條，多層鋼結構廠房的支撐布置應符合，支撐布置在同一柱間上下貫通。所以在二層排架同樣在第5開間和第13開間設置支撐，支撐順著底層布置部位設置。支撐采用L型角鋼。同時由于天窗架的設置，為了傳遞天窗架的荷載在第1開間和第17開間同樣設置屋面水平支撐和豎向支撐。
2.3柱截面選型
結構跨度21米，跨度較大，開間7米，底層層高15米，荷載又比較大，若采用焊接“工”字型鋼，很難滿足長細比要求，現采用焊接“十”字鋼柱。二層層高8.1米，屋面采用輕鋼屋面，荷載比較小，而且受力方面為一個方向，故采用焊接“工”字鋼。
2.4模型計算
框排架結構既要滿足框架結構的計算結果，排架結構部分同時還要滿足排架的計算結果，因此該建筑的結構模型首先在PKPM鋼結構模塊的框架三維模型與荷載輸入中建立整體模型，屋面板按照實際的剛度折減成相應的屋面厚度輸入模型中，然后用結構模塊中的STAWE整體計算。在SATWE前處理的特殊構件補充定義中，設置二層的樓面為彈性膜，這樣的模型設置更接近于事實。參數都定義好后，進行計算，整體結構要滿足《抗震規范》及《鋼結構設計規范》中的多、高層結構設計要求。二層的排架結構既要滿足框架的整移角要求，同時也要滿足排架的長細比，應力比等要求。所以，要另外選取不同的每一品排架用鋼結構模塊中的框排架PK交互輸入與優化計算進行排架計算。在二維排架計算模型中，底層的梁柱采用規范是《鋼結構設計規范》，二層的梁柱采用《門式鋼架設計規范》計算。得出的結果底層的焊接“十”字型鋼柱和焊接“工”字型鋼梁按鋼框架要求，二層的焊接“工”字鋼柱和鋼梁按鋼排架要求。根據《建筑抗震設計規范》第5.5.1多、高層鋼結構彈性層間位移角限制1/250，彈塑性層間位移角限值1/50。該項目用PKPM中的SATWE計算，最大位移角：X方向地震力作用下的樓層最大位移1/404；X雙向地震作用下的樓層最大位移1/403；Y方向地震力作用下的樓層最大位移1/392；Y雙向地震力作用下的樓層最大位移1/392。
彈塑性層間位移角在SATWE中不能直接計算出來，多遇地震影響系數最大值為0.08，罕遇地震影響系數最大值為0.5，即得罕遇地震與多遇地震的影響系數比值為6.25（0.5/0.08），根據上表能簡化得出最大的彈塑性層間位移角：X方向的樓層彈塑性最大位移1/65；Y方向的樓層彈塑性最大位移1/63。
2.5節點設計
框架部分經過STAWE整體計算后，連接STS接口，進行全樓節點連接設計。工字形梁與十字形柱剛接連接采用連接類型為：懸臂梁段與鋼柱剛性連接。梁懸臂段與柱應采用全焊接連接，梁的現場拼接采用翼緣焊接腹板螺栓連接。梁的拼接節點STS節點設計中會考慮設計。為了材料的節約，柱截面相對于跨度較大的框架梁來說，截面翼緣相對取得較薄，使得懸臂梁與鋼柱焊接連接的計算結果通常會不滿足結果。如：按抗震規范8.2.8條進行梁柱連接的極限承載力驗算： Mu=487.664 >1.3Mp=473.311 滿足，加強需要的蓋板厚度Tgb=6，（蓋板厚+梁翼緣厚）>柱翼緣厚！滿足設計要求！
3 結束語
框排架結構是工業廠房建筑中越來越常見的結構形式，無論是框架與排架側向連接組成的側向框排架結構廠房，還是下部為框架上部頂成為排架的豎向框排架結構廠房。框排架結構需要進行整體結構計算。同時排架也需要進行排架結構計算。整體計算框排架的所有構件都要滿足框架結構的抗震要求，側向或者頂層的排架部分要滿足排架結構的抗震要求。
參考文獻：
[1] 陳驥.鋼結構穩定理論與設計(第5版).科學出版社;第5版，2011-4
鋼筋混凝土多層、多跨框架軟件開發
2.項目研究背景：
所要編寫的結構程序是混凝土的框架結構的設計，建筑指各種房屋及其附屬的構筑物。建筑結構是在建筑中，由若干構件，即組成結構的單元如梁、板、柱等，連接而構成的能承受作用(或稱荷載)的平面或空間體系。
編寫算例使用建設部最新出臺的《混凝土結構設計規范》gb50010-xx,該規范與原混凝土結構設計規范gbj10-89相比，新增內容約占15%，有重大修訂的內容約占35%，保持和基本保持原規范內容的部分約占50%，規范全面總結了原規范實施以來的實踐經驗，借鑒了國外先進標準技術。
3. 項目研究意義：
建筑中，結構是為建筑物提供安全可靠、經久耐用、節能節材、滿足建筑功能的一個重要組成部分，它與建筑材料、制品、施工的工業化水平密切相關，對發展新技術。新材料，提高機械化、自動化水平有著重要的促進作用。
由于結構計算牽扯的數學公式較多，并且所涉及的規范和標準很零碎。并且計算量非常之大，近年來，隨著經濟進一步發展，城市人口集中、用地緊張以及商業競爭的激烈化，更加劇了房屋設計的復雜性，許多多高層建筑不斷的被建造。這些建筑無論從時間上還是從勞動量上，都客觀的需要計算機程序的輔助設計。這樣，結構軟件開發就顯得尤為重要。
一棟建筑的結構設計是否合理，主要取決于結構體系、結構布置、構件的截面尺寸、材料強度等級以及主要機構構造是否合理。這些問題已經正確解決，結構計算、施工圖的繪制、則是另令人辛苦的具體程序設計工作了，因此原來在學校使用的手算方法，將被運用到具體的程序代碼中去，精力就不僅集中在怎樣利用所學的結構知識來設計出做法，還要想到如何把這些做法用代碼來實現，
4.文獻研究概況
在不同類型的結構設計中有些內容是一樣的，做框架結構設計時關鍵是要減少漏項、減少差錯，計算機也是如此的。
關鍵詞鋼結構;用鋼量;剛度;穩定性;耐火保護層
中圖分類號TU2文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2010)042-0095-01
隨著我國城市化進程加快及鋼產量快速提高,鋼結構在建筑結構的應用日益廣泛,鋼結構設計隊伍逐步擴大。特別是近年建筑行業的高速發展和原材料匱乏,長期在多層建筑領域占統治地位的粘土磚逐漸退出歷史舞臺。但與此同時,鋼結構建設資源的合理利用及可持續發展問題日益突出。
當前,制約我國鋼結構建筑發展的主要因素是:鋼結構建筑的造價高于鋼筋混凝土結構。因此,在滿足鋼結構建筑規范的前提下,對鋼結構建筑進行優化設計,減少結構用鋼量,降低工程造價有重要意義。
1鋼結構概述
1.1鋼結構的含義及特點
鋼結構是由型鋼和鋼板等組成的結構,形式多樣:桁架、框架、網架、門剛等等;各構件或部件之間采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。
鋼結構的特點:鋼材的組織結構均勻,接近于各向同性勻質體,因而鋼結構的理論計算結果比較符合實際受力情況;鋼材強度和彈性模量也高,因此與同強度才來相比,體積輕便:鋼結構塑性和韌性好、適宜于承受振動和沖擊荷載;鋼結構便于機械化制造,精確度較高,安裝方便,是工程結構中工業化程度最高的一種結構;施工較快,可盡快地發揮投資的經濟效益。鋼結構的密封性較好,但耐銹蝕性和耐火性較差,需采取防腐防銹及防火措施。
1.2鋼結構的適用范圍
基于以上優點,鋼結構通常用于跨度大、高度大、荷載大、動力作用大的各種工程結構中,如工業廠房的承重骨架和吊車梁、大跨度的屋蓋結構、高層建筑的骨架、大跨度的橋梁、起重機結構、塔架和桅桿結構、石油化工設備的框架、工作平臺和海洋采油平臺、管道支架、水工閘門等;也常用于可裝拆搬遷的結構,如臨時性展覽館、建筑工地用房、混凝土模板等。輕型鋼結構常用于小跨度輕屋面的各類房屋、自動化高架倉庫等。此外,容器結構、爐體結構和大直徑管道等也常用鋼材制成。
2影響鋼結構用鋼量的主要因素
在鋼結構設計中,影響用鋼量的因素主要有以下三點:
1)剛度條件。一般來講,設計時要求變形越小則用鋼量越大。變形與構件的長度密切相關,即與工程結構的高度、跨度、柱距等方面有關。如單層輕鋼結構廠房若控制跨度≤30m、檐口高度≤9m、柱距≤9m,則用鋼量一般是比較節省的。
2)整體穩定條件。過去傳統鋼結構設計往往采用拉壓桿體系解決穩定性,現在設計中則較多采用拉桿體系支撐,現行的國家標準該問題規定不明,部分設計人員對結構件間在互相連接作用下約束效果考慮不夠,易造成了為增加穩定性而加寬構件翼緣,使得實際用鋼量比設計所需有所增加。筆者認為:設計時應適當考慮構件的相互約束(如設計剛架梁時考慮檁條對梁的約束),就可以把為解決整體穩定而多用的鋼材節省下來。
3)局部穩定條件。國標GBJl7-88《鋼結構設計規范》用于輕鋼結構設計是偏于安全的。國家標準CECSl02:98《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》及上海、北京等地制訂的有關輕鋼結構設計方面的技術規程在剛度和穩定性條件等方面也未作出具體規定,設計時,我們應綜合考慮其結構安全性和用鋼量,來確定結構設計。
3基于輕鋼結構設計的具體過程
3.1剛度設計
國標GBJl7-88《鋼結構設計規范》對多層框架和有重級工作制吊車的廠房變形控制的要求作了較明確的規定。對普通單層結構,國標CECSl02:98《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》做出了具體的規定。
結構變形主要涉及到適用性的問題,一般對結構的安全性涉及并不太深。而單層輕鋼結構屋面一般是不上人的。筆者認為,設計時對單層輕鋼結構廠房的變形控制是可以適當放寬的。放寬變形對于那些主要由變形控制的建筑有非常重要的經濟意義。根據上海市已建成投入使用的輕鋼結構單層廠房、倉庫等實踐經驗,對于檐口高度不超過9m的單層輕鋼廠房,設計時可以只考慮強度條件,而不必考慮剛度變形要求。這種做法與歐美等國標準的規定也是比較接近的。
3.2整體穩定設計
3.2.1框架構件設計
整體穩定系數計算公式:
式中:――梁整體穩定系數;
――梁整體穩定等效彎矩系數;
――梁側向支撐點間對接弱軸的長細比;
――按受壓纖維確定的梁毛截面抗矩;
――梁毛截面面積;
――梁截面全高;
――梁受壓翼緣厚。
由上式(1)可知,構件整體穩定承載能力與成反比。由于與受壓翼緣的自由長度成正比,故解決整體穩定最經濟有效的辦法是對受彎構件的受壓翼緣增加側向支撐以減少。因為在輕鋼結構設計中,由于檁條彩板屋蓋結構的檁條的側向支撐作用(檁條間距一般為l200-1500mm),梁的整體穩定往往有保證。這樣就可以不必為整體穩定而加寬翼緣,增加用鋼量。
設計時還應注意,檁條只能約束屋面梁上翼緣和柱外翼緣。但是由于輕鋼結構屋面往往較輕,風荷的改變往往會改變內力的方向,因此梁下翼緣及柱內翼緣也都存在受壓的可能。對于這種情況,設計時通過設置隅撐來解決。隅撐連接梁下翼緣(或柱內翼緣)與檁條,使之形成側向約束,來解決梁下翼緣(或柱內翼緣)的整體穩定。
3.2.2檁條設計
采用Z型、C型檁條時,設計成搭接的連續性檁條而成為連續梁計算模式比以簡支梁為模式的效果好。因為連續梁模式比簡支梁模式的剛度大,穩定性優于簡支梁。在筆者查閱的歐美等國鋼結構圖紙與技術中,他們計算穩定的自由長度取值是連續梁跨中反彎點之間的長度。這比我國現在一般取的自由長度要小,因此穩定性也優于簡支梁。接照連續梁模式設計成的檁條,其檁條的拼接處一般都在跨度的五分之一處。
3.3局部穩定設計
據彈性理論,四邊簡支板的臨界剪應力為:
由式(2)知:板的局部失穩臨界剪應力與(h/tw)2成反比,故h/tw越小越好,設計時為了節省鋼材就須增大h/tw值以提高構件的抗彎模量。這時解決局部失穩往往可以不必增大腹板厚tw,一般是通過設加勁肋的方法來解決。在國標CBJl7-88《鋼結構設計規范》中,h/tw ≥ 80設加勁肋的規定就是基于臨界剪應力與抗剪屈服應力相等定出的。這個規定對于普通鋼結構是合適的。但對于輕鋼結構,因為荷載較小,往往剪應力也很小,要遠遠低于抗剪屈服應力。在低剪應力下,即使h/tw ≥ 80也不會產生局部失穩現象。因此,設計時若剪應力未達屈服剪應力,可不設加勁肋,這一點在輕鋼設計中可適時考慮
3.4焊縫設計
在設計規范中受力焊縫已有明確的規定。此處所講的焊縫指的是梁、柱腹板與翼緣板之間的焊縫。因為這些焊縫在輕鋼結構的制作中占了絕大部分的焊接工作。梁柱腹板與翼緣之間的焊縫主要是傳遞翼緣與腹板之間的剪應力。翼緣與腹板之間剪力很小,因此所需焊縫亦可很小。在美國鋼結構施工圖中,這些焊縫的處理廣泛地采用了單面焊縫,這使得焊接工作量大大地減少了。用自動焊機的生產能力提高了一倍左右。國內未能采用單面焊縫原因大致有:①目前國內大多數輕鋼結構生產廠家還沒有解決單面焊縫的非對稱變形;②長期以來設計人員已形成習慣。筆者認為,若解決非對稱變形問題,對梁翼緣與腹板之間的焊縫可以使用單面焊。至于那些受力大的重要部位仍須雙面焊,如吊車梁、牛腿等。
4鋼結構耐火保護層設計
鋼結構或鋼構件存在耐火性能差會導致嚴重的安全隱患,這使得完善和充實鋼結構規范中的防火設計顯得愈來愈迫切。
現有的研究結果表明,經過保護后構件的升溫規律除時間滯后外,其溫度場分布規律與未保護時相同。因此,耐火保護層的厚度計算可采用如下假設:在要求的耐火極限時間內,使被保護的構件吸收的熱量及鋼表皮所達到的溫度與未保護時構件的耐火極限內構件中吸收的熱量及鋼表皮所達到的臨界溫度相等。對于鋼構件的防火保護層厚度可根據國家標準《高層民用建筑鋼結構技術規程》JGJ99-98的附錄7“鋼構件防火保護層厚度計算”。
受保護的鋼結構的耐火性能受其保護方式、保護材料類型及其厚度、施工質量等影響。不同的鋼結構保護材料具有不同的特性和用性,選用時應根據保護結構的形式、環境條件、建筑內主動消防設施情況、當地消防管理水平等具體情況,通過經濟分析綜合確定。要保護這些保護方法在火災時發揮預定功能,還應加強施工中產品質量、施工質量和日常維護管理的控制。采用水泥砂漿保護時,由于其附著力差且容易開裂剝落,在施工時建議采用鋼結構外加焊鋼絲網,再在鋼絲網上進行抹水泥砂漿或高壓噴槍噴射水泥砂漿成型。
參考文獻
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[7]吳云.高烈度地區多層鋼結構住宅的計算分析[J].甘肅科技,2007,03.
您好，根據作者的專業，這篇論文我把電氣內容放在前邊，結構內容放后邊了
關鍵詞：高層；鋼結構建筑；消防；電氣；結構；設計要點
中圖分類號：S611文獻標識碼： A
前言：高層鋼結構建筑的電氣消防設計水平和結構設計的安全、可靠，直接關系到高層建筑物和民用建筑建筑物的安全使用性能，建筑行業在進行建筑結構設計和消防電氣設計中應該根據國家標準和規范，做好建筑工程的消防電源及配電設計、火災自動報警系統設計、鋼結構設計等方面的設計工作,通過優化建筑工程結構設計和消防電氣設計不僅可以有效避免安全隱患的出現,防止重大安全事故的發生保障人員的人生安全。
一、高層鋼結構建筑消防電氣設計的特點
高層鋼結構建筑的結構本身在高溫下容易失去承載力，室內裝修的材料也是可燃的，加上存在人員及貨物過于密集、樓層過多的問題，高層建筑存在著嚴重的安全隱患。高層鋼結構建筑容易發生的“煙囪模式”是由于豎井內電氣管線多、管道敷設彎曲、電梯間通風設備多等多種原因造成的。煙囪模式在遇到明火的時候，會加快火勢的增大和蔓延。經過對許多火災事故和現場的分析，相關部門發現火災發生十五分鐘之后，火勢會不斷加大并以極快的速度蔓延，煙霧的擴散程度也會迅速加快。所以，高層鋼結構建筑的火災撲救十分困難，假如發生火災，就會對人民的身體健康和財產安全造成極大的損害。
二、高層鋼結構建筑的消防電氣設計要點
1、供配電設計
高層建筑的防火規范必須按《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-95執行。國家標準《供配電系統設計規范》GB50052-2009規定了供電負荷等級和供電要求。一級負荷應由獨立的雙重電源供電，當一電源發生故障時，另一電源不應同時受到損壞。許多高層鋼結構的建筑為一類高層建筑，所以它的供電負荷等級也應該是一級。一類高層鋼結構的消防控制室、消防水泵、消防電梯、防煙排煙設施、火災自動報警、漏電火災報警系統、自動滅火系統、應急照明、疏散指示標志和電動的防火門、窗、卷簾、閥門等消防電氣的負荷應該是一級負荷別重要的負荷供電。
2、火災事故照明和疏散指示照明
高層鋼結構建筑的樓梯間、前室、配電室、消防控制室、消防水泵房、防煙排煙機房、供消防用電的蓄電池室、自備發電機房、電話總機房以及發生火災時仍需堅持工作的其它房間、人員密集的場所、公共建筑內的疏散走道和居住建筑內走道長度超過20m的內走道應設置應急照明。疏散用的應急照明，其地面最低照度不應低于0.5Lx，疏散照明最少持續供電時間為30min。
3、先進可靠的火災自動報警控制系統
高層鋼結構建筑的火災報警系統按《火災自動報警系統設計規范》GB50116-98的要求執行，將火災報警系統分為三種基本形式：區域報警系統，集中報警系統和控制中心報警系統?；馂淖詣訄缶到y的保護對象應根據其使用性質、火災危險性、疏散和撲救難度等分為特級、一級和二級。鋼結構的高層建筑的火災自動報警系統基本上采用控制中心報警系統?？刂浦行膱缶到y中至少應設置一臺集中火災報警控制器、一臺專用消防聯動控制設備和兩臺及以上區域火災報警控制器；或至少設置一臺火災報警控制器、一臺消防聯動控制設備和兩臺及以上區域顯示器，應能集中顯示火災報警部位信號和聯動控制狀態信號，系統中設置的集中火災報警控制器或火災報警控制器和消防聯動控制設備在消防控制室內的布置應滿足規范要求，宜用于特級和一級保護對象。
4、火災漏電探測報警系統
高層鋼結構建筑內火災危險性大、人員密集，根據《火災自動報警系統設計規范》GB50116-98的要求需設置漏電火災報警系統?；馂穆╇娞綔y報警系統主要探測線路的漏電電流、過電流等信號，發出聲光信號報警，準確報出故障線路地址，監視故障點的變化，并儲存各種故障和操作試驗信號不應少于12個月?；馂穆╇姷奶綔y模塊安裝在供配電的每一個回路的空氣開關下端，探測每一路需要檢測回路的漏電電流、過電流情況。每一個探測回路只發出聲光信號報警，準確報出故障線路地址，監視故障點的變化，不切斷回路的電源?；馂穆╇娞綔y報警系統的主機安裝在消防控制中心的墻上，給值班人員提供準確的報警信號和故障點位置。
5、做好建筑物的防雷與接地
高層建筑的火災中，由雷擊造成的原因占一定的比例。所以建筑設計時必須計安全可靠的防雷和接地裝置 ，防止直擊雷、側擊雷的直接破壞和雷電波的浸入造成的破壞。鋼材是良好的導電體，鋼結構的高層建筑像一個導電的鐵籠子，所以更要做好建筑物的防雷和接地，還應及時與結構等專業溝通，合理確定位置，使其滿足規范要求，減少和預防由于雷擊造成的安全事故。
三、高層鋼結構建筑的結構設計應注意的問題
1、鋼結構設計要安全可靠
鋼結構要做到安全合理、符合電氣專業相關要求、節點構造方便可靠，并為構件生產、運輸、安裝提供保障。 結構方案盡可能節約鋼材，減輕鋼結構重量；鋼結構設計生產盡可能縮短制造、安裝時間，節約勞動工日；鋼結構必須有足夠的強度、剛度和穩定性，保證整個結構安全可靠，符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；結構構件應便于運輸、便于維護。而且還要注意鋼結構使用價值和觀賞價值兼備。
2、鋼結構建筑設計要實用、安全
鋼結構建筑設計要發揮鋼結構的優勢，滿足電氣消防設計規范，建筑鋼結構的平面布置應力求規則、對稱，而且避免鋼結構帶來的建筑平、立面單調呆板；注意設計深度，保證達到有關的規定要求；注意解決鋼結構建筑建筑防腐蝕、防火、防震問題。做好鋼結構防銹、防腐處理，使結構布置符合規則性要求，提高防震能力，保證鋼結構建筑的實用安全性統一。
四、高層鋼結構建筑結構設計技術要點
1、判斷鋼結構在建筑設計中的適用性
在進行鋼結構建筑設計、選用結構設計方案之前，要充分考察建筑項目建設是否適合用鋼結構 。鋼結構通常用于大跨度、高層、荷載、體型復雜或有較大振動、密封性要求高、吊車起重量大、要求能便于安裝拆卸的結構。為了避免不必要的經濟損失，要認真考察鋼結構在建筑設計中的適用性。
2、確定結構選型與結構布置
“概念設計”這一理念應貫穿于在鋼結構設計的整體過程中，運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇，它在結構選型與布置階段尤其重要。國內常見的鋼結構類型主要有：框架、塔桅索膜、網架、平面架、輕鋼等。在鋼結構選型環節，要注意依據結構設計中主體系與分體系之間試驗現象、破壞機理、工程經驗、力學關系與震害等因素的綜合深入分析，從而全面性整體性的選擇最為科學、合理的結構，并且注意合理布置細節。
3、分析結構、預估截面
建筑設計在確定鋼結構選型和布置后要注意對鋼結構進行分析，以便鋼結構于在實際設計中的合理應用，例如利用線彈性分析鋼結構。另外還需對構件截面作初步估算，包括梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。設計時應及時與電氣等專業溝通，使設計更加優化，這些也是鋼結構建筑設計的重要環節。
結語：綜上所述，在高層鋼結構建筑的消防電氣設計以及結構設計過程中，深入了解其消防電氣的設計特點以及結構設計特點是關鍵，做好電氣和結構兩個專業間的相互配合工作，這既是現代化高層建筑物得到安全保障的體現，也是建筑火災得到有效控制的體現，極大地保障了人們的生命財產安全。并且隨著現代科學技術的快速發展的同時，促進人們不斷在建筑電氣消防技術中引入了很多新型的現代化設備，不斷的完善結構優化設計，進而大幅度地提升了超高層建筑物的安全穩定功能，使其更加符合現代化超高層建筑設計的新要求。
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關鍵詞:天橋 鋼箱梁 大跨度 結構設計 豎向自振頻率
中圖分類號: TU74 文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2010)06-008-02
火車站進站天橋是乘客從站房候車室進入站臺的便捷通道,因其人流量大,需要跨越多個站臺的特點,火車站進站人行天橋具有橋面寬,跨度大的特點。鋼材因其強度高,塑性韌性好、抗震性能高,易于加工運輸組裝的特點,廣泛應用到火車站大跨度進站天橋的設計中。
1工程概況
本工程屬于某中型城市火車站改擴建工程的一部分,該天橋橫跨4個站臺,7條股道,全長93.88m,寬12.6m,梁高1.0m,共5跨,跨長分別為20.4m、20.75m、21.75m、22.7m、5.5m,兩端分別懸挑0.35m,2.43m,下設6排12座橋墩,上設小型雨篷。橋身采用Q345鋼材,橋墩為直徑800mm鋼管混凝土柱,箱梁通過盆式橡膠支座與橋墩相連。此類型多跨鋼箱梁橋型正廣泛應用于火車站設計中,具有外觀張弛有力,大氣磅礴,視野通透的優點(見圖1)。
2結構設計
2.1建模與計算
由于橋面寬度為12.6m,考慮到運輸及吊裝的問題,天橋箱梁采用兩廂五室,方便剖分運輸。頂板厚度為14mm,腹板及橫隔板厚度為12mm,隔板設置孔洞,方便安裝維修及減輕自重,支座處橫隔板應力較大設為實腹板,厚度為20mm,面板及底板均設置加勁(見圖2)。
結構設計參考《鐵路橋梁鋼結構設計規范》及《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》。橋面采用橡膠面層鋪面,二期恒載為:1.2KN/m2;活載為人群荷載4.0kN/m2;溫度荷載:設計基準溫度20℃,同時考慮正負20℃的溫差。
考慮到天橋橋面較寬,跨站臺處兩側又有牛腿與站臺樓梯相接,受力比較復雜,故采用空間計算軟件對結構進行計算分析。本工程采用Midas Gen建筑結構通用有限元分析和設計軟件進行設計分析。用薄板單元模擬鋼箱梁的頂板、底板及腹板,用點支撐模擬盆式橡膠支座,桿單元模擬橋墩。整體模型如圖3:
空間計算結果顯示,除采用點支承模擬支座處有局部應力集中的現象外,鋼箱梁各處應力處于較低水平,滿足規范要求。因此有必要在支座對應處設置加勁肋分散應力集中現象。圖4給出了箱梁頂板的應力:
2.2自振頻率
為確保天橋使用時行人行走舒適,設計時對結構的豎向自振頻率進行了分析。按《城市人行天橋與人行地道技術規范》,為了避免行人過橋時發生共振而產生不安全感,天橋上部結構豎向自振頻率不應小于3Hz。影響天橋豎向自振頻率主要因素是跨中截面綜合剛度。當豎向自振頻率頻率不滿足要求時,可以通過調整梁高來提高結構自振頻率。
雖然鋼箱梁截面應力水平較低,但是如果減小梁高,豎向自振頻率將不能滿足規范要求,這說明豎向自振頻率為本天橋結構設計的控制性因素,通過加大截面剛度能很好提高豎向自振頻率,見表1。
2.3構造要求
構造處理及焊縫施工質量也是影響鋼箱梁天橋安全的至關重要的因素。焊縫的要求應為:腹板與頂、底板相連應開坡口,采用埋弧自動焊,做全熔透焊縫;與頂、底板連接的橫隔板也應開坡口與頂、底板做全熔透焊;頂板與底板上的縱向加勁與頂、底板的連接采用雙面角焊縫,縱向加勁貫穿橫隔板但必須在支座橫隔板處截斷。
3結語
(1)鋼箱梁有造型大氣簡潔,跨越能力大,剛度高等特點在火車站進站天橋中的應用中具有很強的優勢性。
(2)通過建立板單元模型分析,除采用點支承模擬支座處有局部應力集中的現象外,鋼箱梁各處應力處于較低水平,因此必須加大支座處橫隔板板厚,并在橫隔板上設置加勁肋分散支座處應力集中現象。
(3)大跨度鋼箱梁人行天橋設計的主要控制因素為截面剛度,在條件允許的情況下,采用較高的梁高和較小的板件厚度可以取得較好的經濟性能。
參考文獻:
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關鍵詞： 鋼柱外露式鋼柱柱腳 素混凝土基礎柱鋼筋混凝土基礎普通柱 鋼筋混凝土基礎短柱
中圖分類號：TU37文獻標識碼： A
引言
在工業與民用建筑結構設計中，鋼結構已廣泛應用到多層鋼框架、鋼管架、門式鋼架等建構筑物。這些建構物的上部鋼結構設計理論較成熟，其相應的設計規范規定全面，內容也易于理解和應用。在這些鋼結構中外露式柱腳應用廣泛，鋼柱腳與混凝土基礎之間的混凝土柱的結構設計較復雜，現行規范還沒有明確的規定，相關的文獻也沒有系統的闡述。在工程設計中，設計人員往往由于該柱長度較短，而全部按短柱進行設計，應該是不全面的。下面就個人的一些工作經驗，談談外露式鋼柱柱腳下基礎之上混凝土柱（以下稱基礎柱）的設計方法，供結構設計同行參考。
作者：高海麗 ，陳胡 工程師
2003年畢業于合肥工業大學 土木工程專業
1.鋼柱下混凝土基礎柱的分類
根據文獻【1】，可知根據地腳螺栓長度L與基礎柱長度H的相對關系(H>L時為有柱基礎)，把鋼柱下基礎柱的基本形式分為兩大類（見圖1），即有基礎柱和無基礎柱。無基礎柱的設計方法和構造措施等同一般基礎，不再論述。根據是否需要配置鋼筋，分為素混凝土基礎柱和鋼筋混凝土基礎柱。根據鋼柱腳底的受力（M、V）的大小，計算基礎柱的剪跨比λ=M/Vh0，當剪跨比λ≤2時，為短柱；當剪跨比λ＞2時，為普通柱。下面主要分析有基礎柱的設計。
2.素混凝土基礎柱
在結構設計中，尤其是工業結構設計中，常會遇到獨立“T”型鋼管架的設計，其中一部分獨立T”型鋼管架，管架頂部僅受較小的垂直荷載和水平方向的管道風荷載，以及作用到鋼柱表面的風荷載。而管
（圖 1 鋼柱基礎）
架高度相對較高，這時鋼管架的鋼柱斷面尺寸主要由長細比控制，鋼柱的柱腳一般為剛接柱腳，因此鋼柱和柱腳底板尺寸都較大，從而導致基礎柱斷面尺寸較大。這種情況下的獨立T”型鋼管架的混凝土基礎柱，首先應考慮按素混凝土結構構件設計。下面大致闡述一下如何進行素混凝土結構設計。
根據《混凝土結構設計規范》GB50010-2010附錄D，基礎柱應該按受壓構件進行受壓承載力計算，基礎柱可以認為上端自由，計算長度L=2H(H為基礎柱的高度)。計算簡圖見圖2，具體計算方法見上述規范條文，不再詳細闡述。
（圖2 矩形截面的素混凝土受壓構件的受壓承載力計算）
設計實例為4.5m高的獨立“T”型鋼管架，作用到柱頂的垂直荷載標準值為38KN，作用到柱頂水平方向的管道風荷載標準值為0.3KN,作用在鋼柱表面上的風荷載標準值為0.1KN/m。鋼柱采用Q235B的等級鋼材，斷面尺寸為HW250x250x9x14。該構件計算結果如下：
①柱構件強度驗算結果
柱構件強度計算最大應力(N/mm2): 10.75 < f=215.000
柱構件強度驗算滿足。
②柱構件平面內穩定驗算結果
柱平面內長細比：λx=85 < [λ]= 150.000
柱構件平面內穩定計算最大應力(N/mm2): 12.9 < f=215.000
柱構件平面內驗算滿足。
③柱構件平面外穩定驗算結果
柱平面外長細比：λy=142< [λ]= 150.000
柱構件平面外穩定計算最大應力(N/mm2):21.5 < f=215.000
柱構件平面外驗算滿足。
由以上計算結果可知：鋼柱的斷面尺寸主要由長細比控制。
該鋼柱柱腳采用剛接柱腳，柱腳底板詳圖見圖3。基礎柱尺寸根據構造要求為650x750（b=650mm，h=750mm），柱高取1.0m，混凝土強度等級為C30。根據程序計
算結果鋼柱腳的受力為N=41.88KN，M=3.31KN.m，V=1.05KN。對該基礎柱按素混凝土受壓構件進行設計，計算結果如下：
fcc=fcx0.85=14.3x0.85=12.16N/mm2
fct=ftx0.55=1.43x0.55=0.79 N/mm2
（圖3 柱腳底板詳圖）
e0=M/N=79mm
L0=2x1.0=2.0m，L0/h=2.7，φ=1.0
φfctb(h-2 e0)=1.0x12.16x650x(750-2x79)=4679.17KN
則 N
因為該柱為偏心受壓構件，根據規范要求，還須按軸心受壓構件驗算垂直于彎矩作用平面的受壓承載力。
L0/b=3.1，φ=1.0
φfctbh=1.0x12.16x650x750=5928.0KN
則 N
V=1.05KN
故該基礎柱只須按素混凝土結構構件設計即可，不需要配置受力鋼筋。
3.鋼筋混凝土基礎柱
在民用和工業結構設計中，鋼框架，復雜的鋼管架和門式鋼架等一些建構筑物結構設計中，傳至基礎柱頂部的荷載相對較大，當采用外露式鋼柱柱腳時，一般都需要對基礎柱進行配筋設計。鋼筋混凝土基礎柱，根據剪跨比λ，將鋼筋混凝土基礎柱分為普通柱和短柱。當鋼柱腳與基礎柱為鉸接時，混凝土柱頂只有剪力和軸力時，也可以根據H/h0（H/h0≤2時為短柱,h0為混凝土柱的截面有效高度）區分普通柱和短柱。
4.1 普通基礎柱的計算
普通柱的計算均按鋼筋混凝土受壓構件考慮，柱承受上部鋼結構柱腳傳至基礎柱頂部的力，包括軸力N、彎矩M、剪力V和直接作用到柱頂的外力，并需考慮基礎柱自重。計算時取基礎柱與基礎交接處為最不利計算截面進行強度計算。根據《混凝土結構設計規范》GB50010-2010分為軸心受壓柱和偏心受壓柱兩大類，計算簡圖見圖3。進行正截面受壓承載力計算時，采用工程設計中常用的對稱配筋，即As=As’，fy=fy’,a=a’。 具體計算方法見上述規范條文，不再詳細闡述。
4.2基礎短柱的設計
基礎短柱設計除按普通柱進行計算外，還要按《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）和《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）的有關規定，滿足抗震構造措施。對短柱設計時需要注意的幾個方面的主要構造要求列舉如下：
①.四級框架柱剪跨比不大于2時，箍筋直徑不應小于8mm。
①.四級框架柱剪跨比不大于2時，箍筋直徑不應小于8mm。
（圖4矩形截面偏心受壓構件正截面受壓承載力計算）
②.剪跨比不大于2的一級框架的柱，每側縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%。
③.剪跨比不大于2的柱，箍筋加密范圍取全高。
④. 剪跨比不大于2的柱宜采用復合螺旋箍或井字符合箍，其體積配箍率不應小于1.2%，9度一級時不應小于1.5%。
4.基礎柱的抗震等級
在地震區，基礎柱的抗震等級的確定比較困難，困難在于基礎柱的身份認定，若按混凝土框架結構，抗震等級明顯偏高；若等同基礎，它畢竟還是高出地面的柱子。建議借鑒《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）的6.1.3條等3款，基礎柱的抗震等級同上部鋼結構建構筑物的抗震等級一致。
下面就鋼筋混凝土基礎柱的設計列舉兩個實例：
①設計實例一為典型的柱腳鉸接的雙跨門式剛架，層高為8.05m，抗震等級為四級，采用Q235B等級鋼材。邊柱的斷面尺寸為H(400~600)X200X8X10。傳至基礎柱頂的荷載基本組合為：
Mmax=0.00N=32.49V=-4.70
Mmin=-0.00N = 32.49V=-4.70
M=0.00 Nmax=78.05 V=27.33 M=0.00Nmin=-7.43V=-2.66
M=0.00N=13.15Vmax=5.18
M=-0.00N=61.46Vmin= -36.41
由上面的荷載組合可知，基礎柱頂只有軸力和剪力，則只須通過H/h0來判斷基礎柱的類別?；A柱尺寸根據構造要求為450x650, 根據基礎埋深和基礎高度，柱的高度為H=1.7m。
h0=650-35=615mm，H/h0=2.62>2
可知該基礎柱為普通柱，采用工程設計中常用的對稱配筋，即As=As’，fy=fy’,a=a’。具體計算過程和結果不再贅述。
②設計實例二為雙跨四層鋼結構管架，總高為15.0m，抗震等級為四級，采用Q235B等級鋼材，混凝土等級采用C30，縱筋采用HRB400，箍筋采用HRB335。程序計算結果顯示，鋼柱的斷面尺寸為HW400x400x13x21，傳至基礎柱頂的荷載基本組合見圖5。對圖中柱頂軸向力N=1769.2KN的基礎柱進行分析。
（圖5）
基礎柱的斷面尺寸為1100x1100，柱高為1.0m。作用在柱底的彎矩和剪力為：
Mx=-1.3Vx=1.2
My=-14.8Vy=-2.3
X方向的剪跨比：M/Vh0=1.3/1.2x1.065=1.01
Y方向的剪跨比：M/Vh0=14.8/2.3x1.065=6.04>2
從以上的計算結果可以看出，柱的X方向為短柱，Y方向為普通柱。這種情況下，應該按最不利情況來考慮，即兩個方向均按短柱進行設計。依據該上部結構的抗震等級，短柱的抗震等級應為四級。程序計算結果：As=As’=1064.28mm2，配筋率為0.88%，滿足柱截面縱向鋼筋的最小配筋率不小于0.75%的要求；箍筋的體積配箍率為1.74%，滿足柱體積配箍率不應小于1.2%的要求。具體配筋見圖6.
（圖6）
結語
外露式鋼柱柱腳下的基礎柱根據受力分別按素混凝土基礎柱、鋼筋混凝土普通基礎柱和鋼筋混凝土短柱進行設計。受力較小的獨立“T”型鋼管架、支架、操作平臺的柱腳基礎柱可以采用素混凝土或按最小配筋率要求只配構造鋼筋。在抗震設防區的多層鋼框架、多層管架及一些門式鋼架，根據鋼筋混凝土基礎柱的剪跨比區分是短柱還是一般普通柱，短柱除按一般普通柱的計算外，還要滿足相應抗震措施的要求。
關于基礎柱的抗震等級同上部鋼結構建構筑物的抗震等級的觀點僅供參考。
參考文獻
1.簡明鋼筋混凝土構造手冊 /國振喜編.第2版 機械工業出版社，2004.9
2.建筑抗震設計規范GB50011-2010
3.混凝土結構設計規范 GB 50010-2010
【關鍵詞】鋼結構設計；輕鋼結構；廠房設計；門式剛架
對于鋼結構設計方法，我國自《鋼結構設計規范》（GBJ17-87）和《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》（GBJ18-88）頒布起，采用極限狀態設計方法，而在《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》（CECS102-98）中直接參照國內外輕鋼結構設計規范采用極限狀態設計法。輕型鋼結構廠房設計要點有設計布置、構件設計、節點設計等。
1 工程概況
某鋼結構工業廠房采用輕型門式剛架結構體系，廠房跨度42m，長度90m，柱距6m，檐口高度9m，屋面坡度為1：20，屋面墻面均采用鍍鋅鋼板。廠房主體鋼結構設計合理使用年限為50年，抗震設防烈度為八度，地震分組為第一組；建筑抗震設防類別為丙類，結構安全等級為二級；場地類別為Ⅱ類；地面粗糙度為B類。鋼架采用Q345B鋼材，焊條采用E50。
2 輕鋼結構廠房設計布置
2.1 柱網布置
由于本廠房荷載較小，故選用質量較輕、工業化程度較高、施工周期短、結構形式較簡單的輕型門式剛架結構。確定柱距應該與跨度相協調，跨度較大可以擴大柱網，這樣可以滿足廠房的通用性，擴大生產面積，節約用地，加快建設速度，提高吊車的服務范圍。因此本廠房剛架采用兩跨，每跨21m的跨度，柱距7.5m。
2.2 屋面布置
根據屋面壓型鋼板的規格，檁條沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根據《門式剛架輕型房屋結構技術規程》CECS102-2002中6.3.5和6.3.6的規定，應在檁條三分點處設置一道拉條，拉條采用Φ10圓鋼，圓鋼拉條設在距檁條上翼緣1/3腹板高度范圍內，屋脊拉條為剛性。
2.3 柱間支撐布置
根據《門式剛架輕型房屋結構技術規程》規定應在廠房兩端第一柱間設置柱間支撐，并應在中間一個柱間設置柱間支撐，柱間支撐分為上柱柱間支撐和下柱柱間支撐布置。兩端設上柱支撐，中間設上下柱支撐。在設置柱間支撐的開間，宜同時設置屋蓋橫向支撐，以組成幾何不變體系。當有起重量不小于5t的吊車時，柱間宜采用型鋼支撐。
2.4 屋蓋支撐布置
由于本廠房長90m，寬42m，根據《門式剛架輕型房屋結構技術規程》規定，將整個廠房可劃分為一個溫度區段。因此在廠房兩端第一個柱間支撐設置橫向水平支撐。此外，還應在廠房中間柱間內設置屋蓋橫向水平支撐，并應在上述相應位置設置剛性系桿。
2.5 墻面結構布置
根據墻板的板型和規格，墻梁的布置沿高度方向間距每隔1.5m布置一道，根據《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》規定，本廠房跨度7.5m>6m，應在跨中三分點處各設置一道拉條，拉條承擔的墻體自重通過斜拉條傳至承重柱和墻架柱，且應每隔5道拉條設置一對斜拉條，以分段傳遞墻體自重，拉條為Φ10圓鋼。根據《門式剛架輕型房屋結構技術規程》規定，設置門柱窗柱，且由于門柱、窗柱需承受墻板重及自重，所以應考慮為雙向受彎構件。
3 輕鋼廠房結構設計
3.1 構件設計
構件設計時首先是選擇材料，為了施工時工程管理方便通常主結構使用單一鋼種，但從經濟角度考慮又會選取不同強度鋼材的組合截面。設計實踐表明，當構件強度起控制作用時，適宜選取Q345，當穩定控制時則適宜選取Q235。但實踐經驗表明采用軟件進行構件設計時，要注意以下一些問題：（1）軟件在做構件的截面驗算時，計算長度系數的取定有時會不符合規范的規定，特別是對于節點連接情況復雜或變截面的構件，結構工程師應該逐個檢查。（2）對于構件強度不滿足時，一般會加大組成截面的板件厚度，如抗彎不滿足加大翼緣厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。（3）對于變形超限，通常不應加大板件厚度，而應加大截面的高度，這樣設計就比較經濟。
3.2 節點設計
連接節點的設計是輕型鋼結構廠房設計重要步驟，在結構分析前，應該對鋼結構節點的形式預先確定，應避免最終設計的節點與結構分析模型中使用的形式不完全一致。在設計時根據傳力特性不同，節點分剛接、鉸接以及半剛接。連接的不同對結構影響較大，例如剛接節點雖然承受彎矩但不會產生較大轉動，不符合結構分析中的假定，會造成計算數據的變形小于實際工程變形，因此合理地選取節點連接方式是一個關鍵問題。節點設計必須考慮安裝螺栓、現場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。構件運到現場無法安裝是初學者長犯的錯誤。此外，還應盡可能使工人能方便的進行現場定位與臨時固定。
4 鋼結構廠房現場安裝連接
門鋼的安裝需根據設計圖紙的要求精心施工，安裝程序應保證結構形成穩定的空間體系，且不能使結構永久變形。運輸存放安裝以及后續的結構的涂裝和隔熱均應符合相應的質量驗收標準。本工程現場安裝連接主要采取以下措施：（1）鋼柱與基礎錨栓的連接采用雙螺母加焊。（2）壓型板與檁條采用自攻螺栓連接。（3）屋面檁條與檁托采用M12永久螺栓連接；屋面支撐采用M16安裝螺栓加焊；鋼架安裝時先做好臨時支撐，屋面檁條安裝好后，將支撐花籃螺絲擰緊；各構件之間必須保證連接可靠。
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近年來，隨著我國綜合國力的增強，工業廠房設計正向著大跨度、大柱距和大噸位吊車的重型復雜工業廠房發展。本文結合近幾年我院設計的沈陽北方重工(集團)有限責任公司冷加工及熱加工整體搬遷改造項目生產廠房、沃得重工（沈陽）有限公司年產萬臺高性能壓力機械生產線建設項目生產廠房為案例。談談對鋼結構廠房設計中需注意的地方和簡要分析。
1鋼結構廠房的特點
1.1從建筑上講，要求構成較大的空間
鋼結構廠房是冶金、機械等車間的主要型式之一。為了滿足在車間中放置尺寸大、較重型的設備生產重型產品，要求廠房適應不同類型生產的需要，構成較大的空間。
1.2從結構上講，要求廠房的結構構件要有足夠的承載能力
由于產品較重且外形尺寸較大。因此作用在鋼結構廠房結構上的荷載、廠房的跨度和高度都往往比較大，并且常受到來自吊車、動力機械設備的荷載的作用，要求廠房的結構構件要有足夠的承載能力。
2結構體系的選擇
重型廠房的設計多采用普通鋼結構格構式柱和實腹式屋面梁體系，屋面和墻面均采用彩鋼板；這種結構的自重輕，強度高，抗震性能好，施工速度快。在滿足工藝布置要求的前提下，應根據計算比較選擇合適的柱距；
3荷載的合理取值
荷載取值應按照《建筑結構荷載規范》確定。一般情況下，屋面恒載應按照實際情況計算取值，屋面活荷載、風荷載、雪荷載和積灰荷載等按規范，其它附加荷載應按實際情況輸入。需要說明的是，屋面活荷載和雪荷載在計算時應取二者的大值作為活荷載輸入，有積灰的還應考慮積灰荷載。廠房屋面的通風器由于其高度和寬度都較大，計算時應按照實際情況轉化為集中載荷輸入。在廠房的高低屋面處，還應考試積雪的堆積影響，防止由此產生的屋面結構的破壞。同樣局部風荷載的增大也會使屋面板和檁條的連接被撕壞，從而將屋面板掀起來。
對于柱距較大的多層吊車多跨廠房，計算吊車豎向荷載時，應按實際情況以及荷載的作用效應，合理確定不同工況、不同效應下參與組合的吊車臺數，不能完全按照荷載規范，也不能一味取大。
4構件的整體穩定及局部穩定
通過對鋼結構失穩破壞原因分析發現，鋼結構中出現過的失穩事故往往都是由于設計者的經驗不足，對結構及構件的穩定性能不夠清楚，對如何保證結構穩定缺少明確概念，造成結構設計中產生不應有的薄弱環節。
對于平面彎曲的鋼梁，由于鋼梁整體失穩的主要原因是在彎曲壓應力作用下，受壓翼緣發生側向失穩所致，因此，可以把軸心受壓構件整體穩定性的概念運用到鋼梁受壓翼緣在彎矩作用平面外的穩定性上。即通過設置側向支撐以減小梁受壓翼緣的側向自由長度或加大受壓翼緣的寬度以減小側向的回轉半徑。
一般在鋼梁截面設計中，考慮強度時，腹板宜既高又??；考慮整體穩定時，翼緣宜既寬又薄。在荷載作用下。若板件寬厚比太大，受壓翼緣和腹板有可能發生波形屈曲，稱為梁的局部失穩。梁喪失局部穩定后，梁的部分區域退出工作，將使梁的有效截面面積好剛度減小，強度承載力和整體穩定性降低。因此，必須限制梁的寬厚比，對于中大跨度梁的腹板，可從失穩現象（出現凸凹屈曲）入手，采取布置腹板加勁肋防止其凸凹變形的措施，以解決局部穩定問題。
而對于壓彎構件即與梁剛接的鋼柱，防止其整體失穩的措施就是加強構件的側向支撐，增大構件的抗彎及抗扭剛度。壓彎構件的局部失穩措施與平面彎曲的鋼梁相似。
5板件的寬厚比
《建筑抗震設計規范》中，限制截面板件寬厚比計算的目的，是期望截面應力進入非彈性范圍后，有抵抗局部屈曲的能力，使塑性鉸區域有一定的轉動能力，從而保證在地震反復作用下結構具有足夠的延性，通過塑性變形耗散輸入的地震能量。
對于7度及以上抗震設防的鋼結構廠房，通常使用“強柱弱梁”的原則，即梁先于柱出現塑性鉸，而且要求塑性有一定的轉動能力，所以此時對梁的塑性區段板件的局部穩定要求比較嚴格，通常不允許發生局部失穩，而且也要求控制彈塑性局部屈曲的發生。
對于剛架柱而言，一般不會出現塑性鉸，但是考慮到材料的變異性和尺寸偏差及大震下的塑性內力重分布，柱子也有可能出現塑性鉸。因此也需要按照考慮塑性發展來對板件寬厚比進行控制。不過即使柱子出現塑性鉸，也不會有過大的轉動，因此對柱子的局部穩定限制不如梁嚴格。
當梁腹板寬厚比不滿足時，按照《鋼結構設計規范》可加橫向及縱向加勁肋或利用腹板屈曲后強度進行計算；柱腹板寬厚比不滿足時，可利用縱向加勁肋或考慮有效截面進行計算。但是《建筑抗震設計規范》規定對于單層鋼結構廠房只能通過加縱向加勁肋進行計算，而且寬厚比控制很嚴，往往其它方面都滿足，就寬厚比不滿足，加厚腹板就失去經濟性，此時使用Q345鋼，雖單價高于Q235鋼，但強度高，較經濟。
6柱間支撐
廠房的縱向剛度主要由鋼柱、柱間支撐和其它縱向構件來保證。
從歷次地震中所發生的單層鋼結構廠房的實際震害來看，廠房柱間支撐結構的震害主要表現為：上下柱斜撐的平面內屈曲，下柱支撐與柱連接節點的破壞和桿件拼接處的斷裂。柱間支撐作為廠房縱向的主要抗震構件，其設計尤為重要，應進行嚴格的計算和采用合理的節點構造。
7柱腳設計
鋼結構的柱腳主要有以下幾種：外露式剛接柱腳、插入式柱腳、埋入式柱腳和外包式柱腳等。一般情況下，工業廠房設計通常采用外露式剛接柱腳和插入式柱腳。
外露式鋼柱柱腳支座連接破壞特征是柱腳底座的錨固螺栓剪斷或拉壞，甚至拔出。柱腳連接的破壞使鋼柱失去穩定，導致廠房因柱傾斜而倒塌。插入式柱腳的破壞均發生在基礎杯口內側面與二次澆灌層之間，而鋼柱與二次澆灌層的黏結面不論鋼柱底部有無底板，均未見破壞。外露式柱腳在輕鋼結構廠房和6度、7度時可采用，其它情況應采取保證能傳遞柱身承載力的插入式柱腳。
8其它
對于寒冷地區，設計中還應重視鋼結構可能發生脆斷。鋼材不宜太厚，結構形式和加工工藝的選擇上，應盡量減少結構的應力集中和焊接殘余應力，以提高結構的抗脆斷能力。
參考文獻
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關鍵詞：建筑加固 技術處理 結構設計
1結構概念設計的重要性
概念設計的關鍵：是在規定的建筑空間和地理環境下，充分認識并利用結構總體系與分體系間的力學特性和關系，用整體概念設計建筑加固總方案，對于現行的結構設計與計算理論，存在一定的缺陷和不可計算性。例如：運用混凝土結構設計時，塑性理論極限狀態的截面設計方法與彈性理論計算方法的內力計算方法，計算結果和結構實際受力狀態在這些矛盾的影響下相差甚遠。強調結構設計的重要性，就是為了彌補此類計算理論缺陷以及設計中許多難以計算的結構構件。
2房屋建筑結構需要加固的幾種原因
（1） 如何先確定房屋建筑結構的重要性，才能加強房屋建筑的耐久性。在過去我國的房屋建筑上一直都只是滿足負荷強度而沒有既滿足負荷強度又滿足耐久度的設計思路，設計上缺乏對房屋建筑耐久度的理解，這就不符合現在對房屋建筑的耐久度的使用要求。
（2） 由于房屋建筑在建造和使用過程中飽經風吹雨打，日曬雨淋，還有自然災害等侵蝕，導致房屋建筑材料的性能退化，造成建筑不同程度的損害。所以我們在房屋建筑結構的耐久度問題上應高度重視，完善房屋建筑構造上的缺陷。
3改造加固工程的步驟
（1）改造鑒定的標準和依據現行的規范規程
主要有《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001）、《建筑抗震設計規范》（GB50011- 2001）、《混凝土結構設計規范》（GB50010- 2002）、《砌體結構設計規范》（GB50003- 2001）、《鋼結構設計規范》（GB50017- 2001）、《鋼結構加固技術規程》（CECS77：96）、《混凝土結構加固技術規程》（CECS25：90）、《多層磚房結構加層技術規范》（CECS78：96）
（2）改造加固鑒定步驟
已建工程在改造加固前均需要由專業技術人員對其進行調查鑒定。一般步驟是：
1）收集資料。調查了解該項目的狀況（包括：設計圖紙、竣工資料、使用維護日志、使用環境等）和準備改造的內容（使用功能、條件等）。
2）現場調查、測試。在現場收集建筑材料資料（主體結構和維護結構材料的損傷情況等）和建筑結構（結構變形、裂縫等）資料。
3）根據項目實際情況和要求的改造加固方案進行結構驗算分析，以及進行相應的構件或模型試驗，對改造加固方案加以驗證。
4）改造加固工程一般應由具備相應資質并有經驗的單位來施工完成，在這期間設計、監理單位應嚴格審查施工方案，并配合相關部門做好質檢工作。
（3）改造加固設計中的工具軟件
對改造加固工程，在進行現場調查和資料收集完畢后，應對提出加固方案進行結構驗算。對于變動較大的工程項目須采用結構軟件對其改造前后的結構模型進行計算分析以避免出現改造加固后給原結構帶來新的結構安全隱患。砌體結構和混凝土結構可采用 PKPM、TBSA；鋼結構采用 3D3S、Xsteel、PS2000（門式鋼架）、STS；網架結構采用 MST2000、SFCAD2000。對于其它一些軟件使用時需注意構件參數和荷載組合的設置等。
（4）改造加固設計中需注意的一些問題
在改造加固工程中界面處理好壞，將直接影響加固設計效果，如果出現空鼓、脫落、兩層皮等質量問題，這將關系到結構改造的安全性問題。為此設計的構造措施、施工過程中應對此加以重視，適當增大安全儲備。針對不同界面，采用植筋、增設抗剪件等系列界面處理技術，務必使加固面結合接觸緊密，達到設計及安全使用要求。改造加固工程中屋頂改造、加層等往往會加大基礎荷載，在設計時應根據實際情況對地基基礎采取加固措施，注意減輕構件自重和調整受力體系。對于增加荷載不大的情況可考慮利用剩余的地基容許承載力。事實上地基在長期荷載作用下，其容許承載力相應也會提高。
4施工實施中要掌握的技術要點和施工方法
（1） 對原有舊鋼結構的考察、取樣、實驗、評定工作一定要做好做細，必須要由權威的專業實驗室對原舊鋼結構和加固用的新鋼材進行取樣實驗，并出具評定報告，確定需采購新鋼材的材質和焊條規格型號、焊接連接工藝的技術要求 。
（2） 根據現場對原有舊鋼結構進行除銹、清除表面覆蓋的所有腐蝕氧化層，與設計一起討論確定實用可靠的處理、加固、改造方案。
（3） 原有舊鋼結構的除銹、清除表面覆蓋的腐蝕氧化層及渣物要徹底，必須用空壓機連接專用的噴砂除銹機進行，個別腐蝕嚴重的部位要人工用鋼鑿、榔頭、砂輪機鑿或磨。噴砂除銹的砂子采用中細黃砂，需曬干，因高空作業污染很大，一定要搭設周圍環境防護設施和做好操作人員的防護。
5結束語
目前的加固基本上是針對構造和承載能力不足的構件，而在結構總體上的把握與判別上相對較弱。改造加固要注意局部構件加強后對相鄰構件乃至對整體結構的影響。否則有時改造加固后會適得其反。例如：對連續梁某一段采取增大截面法進行加固后由于剛度的變化會引起相鄰跨梁、柱的內力重分布；對多層磚混結構的某一層墻體采取夾板墻加固，使得該層墻體的剛度大幅度增加，形成與相鄰樓層的剛度差，對結構的抗震不利。此外還有加固后構件的承載能力提高，防火等級大幅度下降等問題。對改造要求和加固方案在設計要從總體上把握，滿足結構設計理論和現行規范規程的要求。
參考文獻：
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