刚架结构设计论文大全11篇

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2加建工程的现状

我国加建设计起步比较晚，与世界先进国家之间存在着一定的差距。随着社会的不断发展与进步，科学技术水平的不断提高，加建工程得到了很大的发展空间，并且在我国各地都开展了一些旧房挖潜、改造、加建等工程，并且在上海、重庆、广州、贵阳、昆明等地都将旧房改造工程列入到了城市规划项目当中，颁布了相应的文件与规章制度。由此可以看出，我国加建工程得到了很大的发展空间。1)由以往的单个房屋加建发展为成片住宅区的加建工程;2)各种新材料、新工艺应用到了加建工程当中;3)轻钢结构加建技术得到了深入的分析与研究，并且在加建工程中得到了广泛的应用。

3钢结构加建的优缺点

开展钢结构加建工程的时候，具有以下优点:1)节约土地，提高土地面积的使用效率，缩短建设工期;2)因为钢结构的自重比较轻，因此，加建部分的荷载作用对原结构的影响非常小，不需要单独对地基进行加固处理，这样不仅可以减少工作量，还可以缩短工期，节省部分施工成本;3)钢结构具有较强的多样性，在进行加建的时候，可以充分发挥空间的优势，降低对原建筑结构的影响;4)钢结构加建的适用范围比较广，不仅可以对房屋建筑进行加建，还可以对工业建筑进行加建，因此，在建筑加建工程中得到了广泛的应用。当然，其也存在着一些缺点:1)在进行钢结构加建之后，其整体建筑结构就会呈现一种上柔下刚、上轻下重的质量与刚度分布，导致建筑整体性较差，缺乏一定的抗震性能;2)钢结构耐久性较差，在进行加建的时候，需要进行防腐、防火等措施的考虑，这样就会增加一些建筑材料的使用，此时不仅会涉及到原材料的质量问题，还要考虑原材料的成本问题，因此，存在着一定的不足。

4混凝土框架顶层加建钢结构设计

1)楼板设计。在设计楼板的时候，现阶段一般选用的都是现浇灌技术。目前，现浇灌技术是楼板设计中最为常用与有效的方法，在采用此种方式进行钢结构施工的时候，可以有效提高建筑结构整体的稳定性、牢固性与安全性。同时，在钢结构施工中，此种方法可以对出现的问题进行灵活的处理与调整，根据实际情况，提出有效的解决办法，保证楼板设计与施工的顺利进行，确保建筑工程的整体施工质量。2)梁设计。在进行梁设计的时候，一定要结合国际设计标准与实际设计情况，制定合理、科学的钢构设计要求:首先，在进行梁设计的时候，一定要保证其截面宽度不会低于200mm，同时宽度与高度之间的比值不要超过4。其次，在梁设计中必然要使用一些钢筋，对其使用钢筋也要进行一定的规定，保证梁结构具有一定的硬度与抗震性能，进而确保建筑工程整体结构的牢固性与安全性。最后，在设计扁梁的时候，一定要保证梁中线和柱中线重合，采用双向布置结构。同时对扁梁进行严格的计算与设计，保证其结构的合理性与科学性，增强建筑工程整体结构的稳定性。3)柱设计。在进行柱设计的时候，一定要保证其截面符合设计标准:通常情况下，柱截面宽度与高度均不可低于300mm，柱直径一定要超过350mm，截面短边与长边的比值不可以超过3，柱纵向钢筋配比不可以低于0．2%等。在设计柱的时候，一定要严格遵照以上要求，这样才可以保证柱设计的合理性与科学性，同时增强钢结构的稳定性，保证建筑工程施工的顺利完成。4)基础承载重量构件设计。在进行基础承载重量构件设计的时候，一定要综合考虑各方面的因素，结合建筑负荷、结构形式、施工状况等，加强基础设计的合理性与科学性，使其达到建筑工程整体设计要求。针对设计不合理、不符合要求的部分，一定要进行相应的修改，保证其设计的合理性与科学性，这样才可以保证建筑工程整体的施工质量。

篇（2）

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

工程设计是复杂并且艰巨的任务，作为设计人员应该做到：对工作认真，有强烈的责任心和精益求精的工作态度；熟悉操作与规范，了解规范的真正含义；在实际工作中的灵活运用，从而保证工程施工的安全性。而钢筋混凝土框架的结构作为一种广泛运用的结构形式，具有明确的传力、灵活的结构布置、整体性与抗震性等集聚一身的优点。已被广泛的运用在各种多层的工业与民用的建筑中。随着计算机不断的发展，框架结构也由人工的转为计算机来进行计算，凭着对高科技的依赖性，计算精度逐渐提高，设计人员工作的强度却在逐渐的降低，但框架结构的设计依然存在一些实际性或者理念性的重要问题，需要引起设计人员的重视，保证设计的质量得到提高。

一、设计构造时出现的问题

（一）对框架结构而言，柱是保证竖向承载和结构抗侧力工作的重要构件，其重要性远大于梁，在框架柱相对完整的情况下框架梁即使呈酥碎状态也不会引起恶性倒塌，要做到强柱弱梁，让框架的塑性铰首先出现在框架梁上，框架节点核心区的设计就尤为重要，在《建筑抗震设计规范》中（GB50011―2010第6.3.10中有明确的规定“一、二以及三级框架的节点核心区配箍的特征值分别不能＜0.08、0.10、0.12，并且由体积配箍率不能＜0.4%、0.5%、0.6%”。这样的规定常常被设计人员忽略，尤其在柱的轴压力比不大的时候，要求常常不得到满足。这样的规定能保证节点核心区的延性构造，应当严格遵守。

（二）底层的框架柱的箍筋加密区的范围应该满足《建筑抗震设计的规范》（GB50011―2011）中有明确的规定了：“净柱身高的1/3不能超过底层下端的身高”这是设计中的重点说明。

（三）框架梁纵向的配筋率应当注意遵守《建筑抗震设计规范》（GB50011―2010）6.3.3中有明确的规定：梁端箍筋的最大间距、最小直径以及加密长度的都必须使用表6.3.3中的数据，当纵向的钢筋配筋率＞2%的时候，箍筋的最小直径应该增加2mm。这个问题在目前的设计中常常被设计人员忽略，造成梁端的延性不足。

（四）梁柱节点处框架梁上部纵筋伸入节点的锚固长度应满足《混凝土结构设计规范》（GB50010―2010）中9.3.4规定：“梁上部纵向钢筋也可采用90°弯折锚固的方式，此时梁上部纵向钢筋应伸至柱外侧纵向钢筋内边并向节点内弯折，其包含弯狐在内的水平投影长度不应小于0.4Lab,弯折钢筋在弯折平面内包含弯弧段的投影长度不应小于15d”。当截面的尺寸小于400×400mm的时候应注意上部纵筋直径的选择，否则这一项的要求极不容易得到保障。

二、结构抗震的等级

在工程的设计中，大部分的房屋建筑按其《建筑防震设计规范》的分类属于丙类的建筑，例如住宅以及办公楼等的一般建筑，其抗震的等级可以根据结构的类型和房屋的高度来按照《抗震规范》的6.1.2来确定。而电讯、能源和医疗、交通等类型的建筑物以及大型商场和体育馆等公共建筑，首先，根据《建筑抗震设防分标准》（DB50223―95）来确定哪些是哪一类的建筑。乙丙类的建筑按照本地区抗震的设防烈度进行计算。一般的情况下，当抗震的设防烈度在6~8度的时候，乙类建筑应符合本地区设防的烈度提高一度，应根据《抗震规范》表中6.1.2来进行抗震等级的确定。如：位于8度地震区的乙类建筑，应当按照9度由《抗震规范》确定抗震等级提高一级。当8度的建筑高度超过表6.1.2的范围时，应当进行针对性的研究后再采取措施，但在一般情况下，设计人员会错当成丙类建筑来进行设计，使其建筑的扛着能力下降，必须对设计计算做出修改。

三、框架计算简图的合理性

在没有地下室的钢筋混凝土多层框架房屋的情况下，独立基础应该埋置较深，为了减小计算高度和底层侧位的左移，应在标准以下的某个适当的位置设置基础拉梁。如果按三层的设计来进行计算，首层层高为3.6m,这样的简图是不合理的，假定房屋嵌固在基础拉梁的顶面，这样的底层的配筋就应该由基础拉梁顶面的截面进行控制，而实际上房屋底层的配筋是基础顶面出的截图所控制的。所以在计算时，应将基础层1输入，层高实际为3.2m。

四、基础拉梁的设计以及计算应符合实际的情况

（一)基础拉梁的设计：

多层框架的房屋单独的柱基埋置较深，或者柱基承受重力荷的能力差别较大，或着在受力层范围之类，根据抗震的要求，应该沿主轴看、两个不同方向设置基础拉梁。基础拉梁的设计应该要大一些，梁的高度应在柱中心距的1/10~1/15，截面的宽度应取梁高1/2~1/3.这样可以使底柱弯曲的距离平衡，减少底层的位移。

（二）基础拉梁的计算应符合实际情况：

用TAT或者SATWE等电算程序进行框架整体的计算时，在基础拉梁层无楼板的情况下，楼板厚度应取零，并且定义弹性节点，采用总刚分析的方法进行分析以及计算。虽然楼板厚度取零，也定义为弹性节点，但未使用总刚分析，程序的分析会自动按照地面假定来进行计算，与实际的情况不符合。

五、框架梁、柱箍筋的间距处理

《抗震规范》第6.3.3条以及6.3.8条对不同抗震等级的框架梁，柱箍筋加密区的最小值以及最大值都做出了明确的决定。根据规定，工程在习惯上取梁、柱箍筋加密区的最大间距是100mm，非加密区的为200mm。从电算程序信息中得知内定梁、柱箍筋加密区的间距是100mm，并以此条件算出加密区箍筋的面积，再由设计人员根据箍筋的直径与数量。但在程序的内定条件下，框架梁跨中的部位有次或者有较大的集中荷载作用却用来支配两肢箍筋的情况下，非加密区的间距采用200ram会导致非加密区的配箍不足，为此建议改成间距为200mm，这样不但可以保证非加密区的抗剪承载力，还能增加梁端箍筋加密区的抗剪能力。

六、结构周期折减数数值的问题

框架结构因为充墙的原因，使结构的实际的刚度大于计算的刚度，计算是周期大于实际的周期。得出了地震剪力偏小，使结构不安全。因此对结构的周期进行折减是必要的。当采用砖砌体作为填充时，周期折减系数一般取0.6~0.7，当砖砌填充墙较少的情况下或使用轻质空心砌块的时候，周期折减系数应该在0.7~0.8，当采取全部用轻质空心砌块的时候，周期折减系数可取0.9。

七、结构方面需要注意的问题

（一）当雨篷梁、楼梯平台梁的过梁支撑在框架上的时候容易形成短柱，所以应把短柱全长的箍筋进行加密。

（二）当纵向受拉筋的框架梁端的配筋率大于2%的时候，按照规定应该使其直径增加2mm。

总结：

本文主要讲述了钢筋混凝土框架结构设计中存在的基本问题，设计框架结构，设计人应首先判断实际工程中结构方案的可行性，以及可能碰到的所有问题，提前采取预防措施给予解决，并对计算的结果进行认真的分析、判断，等处准确无误的答案后方可用于实际工程的建设中去。

参考文献：

[1] 刘双庆.钢筋混凝土结构设计常见问题解析[J].四川建材,2009,35(4):124,126.

[2] 杨新.浅谈钢筋混凝土高层结构设计常见问题[J].中华民居,2011,(6):46-47.

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1 前言

20世纪90年代以后，随着我国钢材量的不断提高，钢一混凝土组合结构在建筑行业得到了迅速发展，随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化，无论是工业建筑还是民用建筑，在结构设计中遇到的各种难题也日益增多，因而作为一个结构设计者需要在遵循各种规范下大胆灵活的解决一些结构方案上的难点、重点。

2 框架结构方案构思时应考虑以下几点

2.1 结构的传力路线应简捷明了。在荷载作用下，结构的传力路线越短、越直接，结构的工作效能越高，'所耗费的建材也就越少。

2.2 从力学观点看，在民用和公共建筑的平面布局中，应当尽量使柱网按开间等跨和进深等距(或近似于等距)布置，这样可以相应减少边跨柱距，也可以充分利用连续梁的受力特点以减少结构中的弯距，可以使各跨梁截面趋于一致，而提高结构的整体刚度。

2.3 结构方案还应结合工程地质情况和建筑功能要求综合考虑。

3 应从概念设计上着手注意几个问题

3.1 关于强柱弱梁节点。这是为了实现在罕遇地震作用下，让梁端形成塑形铰，柱端处于非弹性工作状态，而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁措施的强弱，也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小，是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力，而且不致形成"层侧移机构"，从而使柱不被压溃的关键控制措施。柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小，以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。因此，当建筑许可时，尽可能将柱的截面尺寸做得大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。验算截面承载力时，人为地将柱的设计弯距按强柱弱梁原则调整放大，加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意节点构造，让塑性铰向梁跨内移。

3.2 关于"强剪弱弯"措施：强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。

3.3 注意构造措施。

3.3.1 对于大跨度柱网的框架结构，在楼梯间处的框架柱由于楼梯平台梁与其相连，使得楼梯问处的柱可能成为短柱，应对柱箍筋全长加密。这一点，在设计中容易被忽视，应引起重视。

3.3.2 对框架结构外立面为带形窗时，因设置连续的窗过梁，使外框架柱可能成为短柱，应注意加强构造措施。

3.3.3 对于框架结构长度略超过规范限值，建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝(规范规定裂缝宽度小于0.3mm)，建议采用补偿混凝土浇筑。采用细而密的双向配筋，构造间距宜小于150mm，对屋面宜设置后浇带，后浇带处按构造措施宜适当加强。

3.3.4其它构造措施限于篇幅，这里不再赘述，请详见新规范。

4 结构计算方面的问题

4.1 计算简图的处理

结构计算中，计算简图选取的正确与否，直接影响到计算结果的准确性，其中比较典型的是基础梁的处理。一般情况下，基础梁设置在基础高度范围内，作为基础的一部分，此时结构的底层计算高度应取基础顶面至一层楼板顶面的高度。基础梁仅考虑承担上部墙体荷载，构造满足普通梁的要求即可。当按规范要求需设置基础拉梁时，其断面和配筋可按构造设计，截面高度取柱中心距的1／12～1／18，纵向受力钢筋取所连接的柱子的最大轴力设计值的10％作为拉力来计算。但是，当基础埋深过大时，为了减少底层的计算高度和底层的位移，设计者往往在±0．000以下的某个适当位置设置基础拉梁。此时，基础拉梁应作为一层输入，底层计算高度应取基础顶面至基础拉梁顶面的高度，二层计算高度应取基础拉梁顶面至一层楼板顶面的高度。拉梁层无楼板，应开洞处理，并采用总刚分析方法进行计算。基础拉梁截面及配筋按实际计算结果采用。若因此造成底层框架柱形成短柱，应采取构造措施予以加强。另一个需要注意的是，当框架结构的电梯井道采用钢筋混凝土井壁时(设计时应尽量避免)，计算简图一定要按实际情况输入，否则可能会造成顶部框架柱设计不安全。

4.2 结构计算参数的选取

4.2.1 设计基本地震加速度值

《建筑抗震设计规范》(GB50011一2001)中规定：抗震设防烈度为7度时，设计基本地震加速度值分别为0.1g和0.15g两种，抗震设防烈度为8度时，设计基本地震加速度值分别为0.2g和0.3g两种，这与89规范差别较大。计算中应严格注意地震区的划分，选取正确的设计基本地震加速度值，这一项对地震作用效应的影响极大。

4.2.2 结构周期折减系数

框架结构由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震作用效应偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的。折减系数可根据填充墙的材料及数量选取0.7～0.9。

4.2.3 梁刚度放大系数

SATWE或TAT等计算软件的梁输入模型均为矩形截面，未考虑因存在楼板形成T型截面而引起的刚度增大，造成结构的实际刚度大于计算刚度，算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全。因此计算时应将梁刚度进行放大，放大系数中梁取2．0、边梁取1．5为宜。

4.2.4 活荷载的最不利布置

多层框架，尤其是活荷载较大时，是否进行活荷的最不利布置对计算结果影响较大。即使选用程序中给定的梁设计弯矩放大系数，也不一定能反映出工程的实际受力情况，有可能造成结构不安全或过于保守。考虑目前的计算机计算速度都比较快，作者建议所有工程都应进行活荷载的最不利布置计算。

4.3 独立梁箍筋计算结果需复核

《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中规定：对集中荷载作用下的独立梁，应按公式进行计算，且集中荷载作用点至支座间的箍筋，应均匀配置。但SATWE软件计算梁箍筋时，未考虑独立梁这一情况，都按公式 进行计算，有时会造成计算结果偏小，设计中若遇到有独立梁存在的情况，应对梁箍筋的计算结果进行手算复核。

5 设计构造方面的问题

5.1 框架节点核芯区箍筋配置应满足要求对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求，绝大部分设计人员都能给予足够的重视，但对于《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中规定的"一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6％、0.5％ ，0.4％。"设计中经常被忽视，尤其是柱轴压比不大时，常常不满足要求。这一规定是保证节点核芯区延性的重要构造措施，应严格遵守。

5.2 底层框架柱箍筋加密区范围应满足要求建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中规定："底层柱，柱根处箍筋加密区范围为不小于柱净高的1/3"这是新增加的要求，设计中应重点说明

5.3 框架梁的纵向配筋率应注意

《建筑抗震设计规范》(GB50011一2001)中规定："当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2％时，梁箍筋最小直径的数值应比表6.3.3中规定的数值增大2mm。"在目前设计中，这一规定常被忽视，造成梁端延性不足。

5.4 框架梁上部纵筋端部水平锚固长度应满足要求

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中图分类号：S611文献标识码： A

1、前言

山东某重型数控压力机制造联合厂房钢结构工程，为重钢结构厂房，最大吊车起重吨位为200t。其中A、B、C轴线为H型钢柱，D、E、F轴线为双圆管钢混结构柱。本工程建筑面积35474.9，主厂房纵向长度264.580米，横向长度132米，共5跨，各跨跨度由南至北依次为24m、24m、27m、27m、30m。 南四跨的最大吊车吨位由南至北依次为10t、32t、50t、75t。北一跨， 1～13轴为100t,13～23轴线间为200t（吊车使用过程中，200t吊车严禁运行到使用范围外）。厂房内景照片见图1。

图1 厂房内实物图

75t门式刚架厂房设计已超过《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的适用范围，设计主刚架、吊车梁及制动桁架时，可通过《钢结构设计规范》来控制刚架柱侧移及吊车梁变形，刚架梁和围护结构变形仍可按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》进行设计[1]。

2、优化思路

2.1 主构件基于性能设计的优化

风荷载标准值作用下,主刚架为“有桥式吊车的单层框架”，柱顶位移按照h/400控制；屋面无吊顶、吊挂等，则屋架挠度按照L/250控制；对于吊车梁 [2]，竖向挠度限值取其跨度的1/1000，水平挠度取其跨度的1/2200。

基于刚架柱抗弯性能较高，刚架柱为双肢钢管混凝土格构柱，而钢管混凝土时经典的钢-砼组合构件，其刚度大、变形能力强，受力性能以及性能如抗火性能等均优于纯钢或钢筋混凝土构件。然而原设计没有使材料承载力得到很好发挥，经优化后，柱的应力控制在0.85以内。

根据钢梁弯矩包络图，将钢梁采用变截面形式，可充分发挥材料力学性能，以及基于腹板的屈曲后拉力场效应，采用薄腹截面焊接H形钢。钢梁的稳定可由檩条-拉条系统作为钢梁平面外的侧向约束，整体稳定可不用考虑，优化后钢梁应力控制0.9以内。

吊车梁吨位较大，其所用的用钢量不少，因此需精心设计，实现经济目标。经优化后主刚架减省用钢量情况见表1所示。

表1 主刚架优化结果

2.2 次构件基于性能设计的优化

围护结构下列指标进行截面优化设计：参照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002），檩条挠度≤L/150，墙梁挠度≤L/100，其他受压杆长细比≤180，吊车梁以下柱间支撑长细比≤300，其他受拉杆长细比≤350~400。

2.3、抗震性能化设计

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）条文说明9.2.14规定，当构件的强度和稳定的承载力均满足高承载力――2倍多遇地震作用下的要求时，可采用现行《钢结构设计规范》GB 50017弹性设计阶段的板件宽厚比限值，即C类；C类是指现行《钢结构设计规范》GB 50017按弹性准则设计时腹板不发生局部屈曲的情况，如双轴对称H形截面翼缘需满足，受弯构件腹板需满足，压弯构件腹板应符合《钢结构设计规范》GB50017―2003式(5.4.2)的要求。本工程进行了2倍多遇地震作用验算，各指标满足规范要求，因此板件宽厚比及高厚比要求限值放宽，降低用钢量。

3、格构柱剪切变形影响

格构柱属于压弯构件，多用于厂房框架柱和独立柱，优点在于很好的节约材料；截面一般为型钢或钢板设计成双轴对称或单轴对称的截面。格构柱的突出力学性能优势使得其不仅作为承压构件还作为主要抗侧移构件被广泛应用于工程中[3]。本工程优化设计对于设有格构柱的厂房，目前设计手册建议对于格构柱的建模采用对惯性矩乘以0.9来考虑剪切变形的影响，具体格构柱的剪切变形影响有多大，已有少量报道论述过这个问题。童根树从稳定的角度研究格构柱的剪切变形影响，详见《格构柱的剪切变形对超重型厂房框架稳定性的影响分析》[4]，提出了格构柱惯性矩的折减系数公式，

（1）

陈绍蕃在对上述论文进行了讨论，提出了自己的折减系数公式[5]，。本文从强度的角度对格构柱剪切变形影响进行分析。

3.1、理论分析

对于轴心受压构格柱，当格构柱处于临界的微弯状态时，柱子的横截面将产生剪力；对于压弯格构柱，由弯矩产生剪力。横截面上的剪力将引起格构柱分肢之间的剪切变形，从而降低构件的承载力。因此，格构柱分肢之间的缀材用来抵抗这种横向变形，而缀条或缀板的截面尺寸主要按横向剪力来设计的[6]。

格构柱节间单元的抗侧刚度计算[7]，计算简图见图2所示，在单位荷载下节间单元的变形为，

图2 节间抗侧刚度计算简图

，则抗剪刚度为，抗推刚度为；格构柱抗弯刚度，其中分肢截面面积都为，分肢形心间距，斜缀条截面面积，缀条间距，缀条与分肢夹角，钢材弹性模量，格构柱高度，绕虚轴长细比为（计算长度系数取1.0，为回转半径），缀条长度，缀条轴向力，分肢绕自身形心轴惯性矩为。下面按悬臂格构柱的不同荷载状态下计算剪切变形对强度的影响。

1）柱顶集中荷载情况

柱顶作用集中荷载，则变形为，若按三维建模格构柱，则可真实计算变形；若按单杆建模，则计算变形时需考虑等效抗弯刚度，变形为，使

，则，得到

，即格构柱惯性矩折减系数为 （2）

2）柱身均布荷载情况

柱身作用均布荷载，则变形[8]为，若按三维建模格构柱，则可真实计算变形；若按单杆建模，则计算变形时需考虑等效抗弯刚度，变形为，使，则，得到

，即格构柱惯性矩折减系数为（3）

3.2、算例验证

现对集中荷载作用下悬臂格构柱进行三维建模计算，与简化计算进行比较，分析折减系数情况与本文公式（2）的折减系数进行对比分析，某格构柱，分肢截面面积都为，分肢形心间距，缀条间距，缀条与分肢夹角，钢材弹性模量，格构柱高度，绕虚轴长细比为，分肢绕自身形心轴惯性矩为。经计算得到下列表格2所示。

缀条面积 SAP2000三维计算顶点位移 不考虑剪切变形顶点位移 软件计算得折减系数 本文公式（2）

表2 集中荷载作用格构柱在变化缀条面积条件下折减系数对比情况

现对悬臂格构柱受均布荷载作用下进行三维建模计算，与简化计算进行比较，得到折减系数与本文公式（3）、童根树提出的公式（1）的折减系数进行对比分析，经计算得到下列图3所示。

图3 均布荷载作用格构柱在变化缀条面积条件下折减系数对比情况

由表2、图3可知，本文提出的折减系数更加接近三维模型计算值。

3.3 考虑剪切变形对结构侧移的影响

图4 计算简图

结构按二维平面模型计算，计算简图见图4所示，风荷载作用下顶层相对侧移为1/941，若考虑其中三根格构柱的剪切变形，结果将发生变化。在风荷载作用下，前三根钢柱为实腹式柱，无需折减，第4、5根格构柱惯性矩折减系数按式（2）计算（因柱身没有受风荷载，通过顶点集中传力），第6根根构柱惯性矩折减系数按式（3）计算（因风荷载沿柱身分布），求得系数分别为0.656，0.701，0.71，由软件三维建模计算得顶点相对侧移为1/683，即格构柱剪切变形对整榀刚架侧移影响折减系数为683/941=0.726，可见格构柱的剪切变形不可忽略，本工程在考虑剪切变形影响下相对侧移仍满足规范（1/400）要求。

4、小结

1）本文从性能指标和构件受力特性对重钢厂房构件截面进行优化设计，降低了用钢量。

2）本文从强度的角度分析格构柱剪切变形的影响，与童根树教授得出的折减系数稍有区别，原因是分析角度不同。通过对悬臂格构柱在不同荷载状态下的分析，得知不同荷载状态下折减系数公式不同，即折减系数随荷载状态而变化，且稳定分析与强度分析的折减系数又不同。

3）本文折减系数公式（2）、（3）看起来与童根树老师从稳定性得出的式（1）不同，确实不同，因为本文从强度条件出发，式（2）、（3）中的长细比，即相当于计算长度系数取1.0，而式（1）中计算长度系数由梁、柱线刚度比值确定，对于悬臂柱取2.0。由此可见，稳定计算与强度计算格构柱的惯性矩折减系数是不同的，但作者认为，构件抗弯刚度与自身构造有关，不应该与考虑钢梁、钢柱线刚度比得到的计算长度系数有关，因此推荐采用强度推导得到的折减系数。

4）本工程刚架在风荷载作用下考虑格构柱剪切变形的侧移计算，得知格构柱的剪切变形不容忽视，值得工程设计重视。

参考文献

[1]GB50017-2003，钢结构设计规范[S]，北京：中国计划出版社，2003。

[2]CECS102:2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S]，北京：中国计划出版社，2003。

[3]施刚，范浩等，某重型门式钢架钢结构厂房的优化设计[J]，工业建筑2010增刊，1200-1205。

[4]童根树，王素俭等，格构柱的剪切变形对超重型厂房框架稳定性的影响分析[J]，建筑钢结构进展，2008.10，10（5）：1-4。

[5]陈绍蕃，《格构柱的剪切变形对超重型厂房框架稳定性的影响分析》一文的讨论[J]，建筑钢结构进展。

篇（5）

中图分类号：TU33+7文献标识码：A 文章编号：

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

目前在刚架稳定设计中，国内外应用比较广泛的方法就是构件计算长度法。就是先将作用有荷载的刚架按一阶弹性分析的方法确定内力，再利用按照弹性理论得到的刚架柱的计算长度系数，把柱转化为具有如此计算长度的压弯构件作弯矩作用平面内的稳定计算[3]。显然，在刚架稳定设计中，确定构件的计算长度非常重要，在规范中对有侧移失稳和无侧移失稳采用不同的计算公式，得出的计算长度系数相差很大，那么如何确定刚架失稳是无侧移失稳还是有侧移失稳就显得首当其冲了。本文介绍刚架失稳问题中有关侧移问题的概念解析，清晰明了的阐述刚架侧移问题。

2有侧移失稳和无侧移失稳

2.1 基本概念

刚架稳定分析中一个很重要的问题就是确定刚架的失稳模态，这对于计算刚架的稳定承载力是很重要的。同一个结构在相同的荷载作用下发生不同形式的失稳，其稳定承载力存在巨大差异[1]。

设计工作所用的单层刚架柱计算长度，是以荷载集中于柱顶的对称单跨等截面框架为依据的[2]。我们以单层单跨刚架为例说明刚架的失稳形式。

图1 刚架的失稳形式

图1 (a)所示单跨对称刚架，受两相同的柱顶集中荷载，可能发生图1 (b)所示的对称性变形失稳，也可能发生图1 (c)所示的非对称性失稳。发生对称性失稳时，变形大致呈左右对称形状，刚架节点无侧移但有转角，通常称之为无侧移失稳；发生非对称性失稳时，变形大致呈左右反对称形式，刚架同层节点向同一个方向发生相等侧移并有转角，这种失稳形式称为有侧移失稳。

3有侧移失稳和无侧移失稳的判断

3.1 判断失稳模式的框架分类

目前国内在判断刚架失稳形式时，都是将框架分为无支撑的纯框架和有支撑框架，其中有支撑框架根据抗侧移刚度的大小分为强支撑框架和弱支撑框架[4]。在文献[4]中，框架的定义如下：

纯框架：依靠构件和节点连接的抗弯能力，抵抗侧向荷载的框架。

强支撑框架：在支撑框架中，支撑结构（支撑桁架、剪力墙、电梯井等）抗侧移刚度较大，可将该框架视为无侧移的框架。

弱支撑框架：在支撑框架中，支撑结构抗侧移刚度较弱，不能将该框架视为无侧移的框架。

这样的定义比较模糊，而且没有和刚架稳定联系起来。而在文献[5],[6]中对这种分类给出了直接与稳定相关的定义。其中分类的前提是当内力采用线性弹性分析，采用计算长度法计算框架柱的稳定性时，才采用上述分类。即

(1) 强支撑框架：当框架―支撑结构体系中，支撑的抗侧刚度足够大，使得框架以无侧移的模式失稳时，这个框架称为强支撑框架。

(2) 弱支撑框架是支撑架的抗侧刚度不足以使框架发生无侧移失稳的框架。

(3) 纯框架是未设置任何支撑的框架结构，它的整体失稳是有侧移失稳[6]。

3.2 强支撑框架和弱支撑框架的判断

文献[4]（钢结构设计规范）中5.3.3给出了设计中判断强支撑框架和弱支撑框架的判断公式。内容总结下来就是，当支撑结构的侧移刚度 满足公式

（1）

式中 ， ――第i层层间所有框架柱用无侧移框架和有侧移框架柱计算长度系数算得的轴压杆稳定承载力之和，则为强支撑框架。框架柱的计算长度系数 按规范中的无侧移框架柱的计算长度系数确定。

当支撑结构的侧移刚度 不满足公式（1）的要求时，为弱支撑框架，框架柱的轴压杆稳定系数 按公式（2）计算。

（2）

式中 ， ――分别是框架柱用文献[4]的附录中无侧移框架柱和有侧移框架柱计算长度系数算得的轴心压杆的稳定系数。

上述的判断方法是在实际应用中的简化方法，当考虑到实际结构的支撑体系（剪切型支撑、弯曲型支撑、弯剪型支撑）不同时，强支撑框架的判定准则会产生变化。文献[5],[6]对双重抗侧力体系的框架进行了全面的分析，也给出了更全面的强弱支撑框架的判断准则。

3.3 有侧移失稳的本质

结构（构件）失稳表示其不再能承受附加的水平力或竖向力，代表了其水平抗侧刚度或竖向抗压刚度的丧失（刚度=0）[10]。轴心压杆受压失稳的本质是压力使受压构件的弯曲刚度减小，直至消失的过程[2]。这是稳定分析中一个很重要的概念。那么对于框架有侧移失稳，就是表明框架的抗侧刚度消失。

框架每一层的抗侧刚度可以从结构的线性分析直接得到。例如 是第 层的总剪力， 为这一层的层间位移，得到的层抗侧刚度为

是什么使这个框架层从抗侧刚度 变为等于0？显然是竖向荷载，竖向荷载就像是一种负刚度的因素，抵消了框架的正刚度[6]。怎么得到框架竖向荷载的负刚度呢?

我们从最简单的结构受力情况说起。

图2 竖向荷载的负刚度

如图2(a)所示杆件没有抗侧刚度，作用了压力P之后，因为竖向荷载是负刚度，杆件很快就会垮掉（几何可变）。必须给以侧向支撑才能保持稳定（图2(b)）[10]。侧向支撑的刚度 时才能使杆件稳定。反过来可以推论：P的负刚度为 。侧移失稳时

即负刚度+抗侧刚度=0.

对于悬臂柱，临界荷载为 ，当作用的竖向荷载 时，抗侧刚度 ，记 为P的等效负刚度，要求 得到 。参照 的形式可以假定：

得到 ，此时。

再对如图2(c)的柱上下端均为弹性转动约束的情况，可以推导出 式中 在1.0～1.216之间变化，绝大多数在1.1～1.16之间变化，偏安全可以取 [10]。

应用到多层多跨框架中，文献[6]给出了说明。根据规范查表得到框架柱的计算长度系数，求得各柱子的临界荷载 之后，从而得到竖向荷载的等效负刚度，即

（3）

因此框架有侧移失稳时

（4）

式中， 即层间抗侧刚度， 是第 层的总剪力， 为这一层的层间位移，通过线性分析可以得到。 是这一层的第 个柱的轴力； ，这个系数变化非常小，从工程实际的角度来看，取1.1的情况下，得到的临界荷载最大值误差为10%，如果换算到计算长度系数，则最大的误差只是5%[6]。

这样得到的公式（4）有非常重要的实际应用价值，在帮助我们理解框架爱有侧移失稳本质的基础上，能解决框架中各柱子轴力分布不均时的临界荷载及计算长度，也能分析框架各层的稳定性。

4有侧移框架和无侧移框架

文献[3]中在4.1节中提到：按规定，对于有支撑的刚架，当其抗侧移的刚度大于或等于同类无支撑刚架抗侧移刚度的5倍时，方认为支撑系统有效，否则仍按无支撑刚架计算其稳定性。但又在4.9节中抛弃了这种说法，采用了文献[4]的规定。这里面涉及到一个概念性的问题，就是有侧移框架和无侧移框架到底指的是什么？它们与框架有侧移失稳和无侧移失稳有什么区别和联系？

4.1 有侧移框架和无侧移框架的概念解析

《钢结构设计规范》(GBJ17-88) [7] 第5.2.2条最末尾有这样一个注释：无侧移框架系指框架中设有支撑架、剪力墙、电梯井等支撑结构，且其抗侧移刚度等于和大于框架本身抗侧移刚度的5倍者。有侧移结构系指框架中未设上述支撑者，或支撑结构的抗侧移刚度小于框架本身抗侧移刚度的5倍者。

这样的概念让人困惑。因为稍有结构常识的人都清楚的知道，所有的结构及框架-支撑结构中的框架在水平风力或地震力作用下，都会产生侧移。那么文献[7]中的分类又是什么意思呢，或者具有什么用途呢？

实际上，文献[7]中的准则是对国外规范误解的结果。5倍关系最早由欧洲钢结构协会于1977年提出，提出5倍关系的最早本意是对支撑部分和框架部分分担水平力的比例进行界定，当支撑抗侧刚度大于纯框架抗侧刚度的5倍时，框架分担的水平力可以忽略不计，框架因不承担水平力而无侧移，并不是框架发生无侧移失稳[8]。

那么，对于有侧移框架和无侧移框架的定义，其实是针对双重抗侧力结构体系中的框架，根据其水平力的分担比例来划分的。

(1) 在双重抗侧力结构中，框架承受的总水平力小于等于总剪力的20％，则可以以足够的精确度假设所有的水平力都由支撑架（剪力墙）承受，框架本身不承受水平力，从而这个框架可以看作无侧移框架。

(2) 不满足上述规定的框架―支撑结构体系中的框架，是有侧移框架。

这样的区分，在没有计算机的时代，可以带来计算上的简化，在计算机时代，实用上已经没有必要。但是仍然可以根据这个分类，对结构的受力特性有一个初步的总体上的了解：有侧移框架是要承担水平力的，而无侧移框架依靠其他刚度更大的子结构来承担水平力[6]。

4.2 两种框架分类的区别

有侧移框架和无侧移框架的区分，不涉及到框架的稳定性计算，只是通过了解建筑物各子结构在承受水平力上的相对比例，对框架进行一个分类。在框架分担的水平力小到一定程度时可以进行简化的力学分析。

强支撑框架和弱支撑框架的区分是用于判断双重抗侧力结构中框架部分的失稳模式的。根据框架结构是发生有侧移失稳还是无侧移失稳，或者介于两者之间，选择和计算对应的框架柱的计算长度及承载力。

5结语

本文从整体上对刚架稳定中侧移问题进行了阐述，据此可以更好地学习刚架稳定内容，理解钢结构稳定性设计的有关规定，更准确地选择钢结构稳定计算的图表或公式。

参考文献：

[1] 郭耀杰.钢结构稳定设计[M].武汉:武汉大学出版社,2003.

[2] 陈绍蕃，顾强.钢结构上册：钢结构基础(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[3] 陈骥.钢结构稳定理论与设计（第三版）[M].北京:科学出版社,2006.

[4] 钢结构设计规范（GB50017-2003）[S].北京,2003.

[5] 童根树.钢结构平面内稳定[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[6] 童根树.钢结构设计方法[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[7] 钢结构设计规范（GBJ17-88）[S].北京,1989.

[8] 季渊.多高层框架-支撑结构的弹塑性稳定分析及其支撑研究[D].浙江大学博士学位论文，2003.

篇（6）

Abstract: the door frame is typical of light steel structure, it has to save material, construction period is short and other advantages, and thus as the current domestic industry workshop of the most widely applied in the design of light steel structure. The door frame of the design and construction of steel structure with ordinary compared both consistency, the door frame characteristics of lies mainly in its node, the paper summarizes the door frame design of some key points of the design, bring up for the designers

Keywords: light steel structure the door frame of optimization

中图分类号：TU328 文献标识码：A文章编号：

随着科学技术的发展，生产力水平的提升，我国钢产量的不断提高、种类不断丰富。彩色压型钢板生产的迅速发展，为轻型刚结构房屋的发展奠定了良好的物质基础。轻型钢结构房屋具有跨度大自重轻，费用低，施工迅速，施工污染环境少、造型简洁大方，以及可重复利用等优点，在工业厂房、仓库、展厅等工业与公共建筑的中得到了越来越多的应用和发展。

1 门式刚架的形势及特点

钢架结构是粱 、柱单元构件的组合体，是柱与直线型、弧线型、 折线型横梁钢性连接的承重骨架体系。其形式种类繁多 ，在单层厂房及仓库中，应用较多的为单层单跨，双跨或多跨的双坡门式刚架，它可根据通风 、采光的需要设置天窗 、通风屋脊和采光带等 。

门式钢架的整个构件横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空 间 ，从而降低房屋的高度 ，减小建筑体积 ，在建筑造型上也较简洁美观，其次，钢架构件的刚度较好 ，其平面内、外的刚度差别较小，为制作 、运输 、安装提供有利的条件 。

1.1门式钢架 的结构形式

门式钢架的结构形式多种多样。按构件体系分，有实腹式与格构式 ；按横截面组成分 ，有等截面与变截面。实腹式钢架的横截面一般为H型 ，少数为z型 ；格构式的横截面为矩形或三角形 ；按结构选材分 ，有普通型刚、薄壁型钢 、钢管或钢板焊成 。

1.2门市刚架的特点

（1）采用轻型屋面，可减小梁柱截面及尺寸，可以降低房屋的高度，从而有效地利用建筑空间，减小建筑体积，在建筑造型上也较为简洁美观。

（2）在多跨建筑中可做成一个屋脊的大双坡屋面，为长坡面排水创造了条件。中间柱可减少横梁的跨度，从而降低造价。中间柱可采用钢管制作的上下铰接摇摆柱，占用空间小。

（3）跨度较大的钢架可采用改变腹板高度、厚度及翼缘宽度的变截面。

（4）钢架的腹板允许其部分失稳，利用其屈曲后的强度，即按有效宽度设计，可减小腹板厚度，不设或少设横向加劲肋。

（5）竖向荷载通常是设计的控制荷载，由于结构自重很轻，地震作用一般不起控制作用，使结构设计大为便捷。

（6）支撑可做的较轻便，将其直接或节点板与钢架相连。在非抗震区也可采用张紧的圆钢。

（7） 结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高。结构单元可根据运输条件划分 ，单元之建存现场用螺栓相连 ，安装方便快速。基础简单，土建施工量小。

2 轻型结构门式钢架设计要点

2.1合理跨度的确定

厂房的跨度主要由生产工艺流程和使用功能决定。如何确定经济跨度，在满足生产工艺和使用要去的基础上，应根据厂房的高度进行确定。通常，在柱高、荷载不变的情况下，适当增加厂房的跨度，刚架的用钢量增加并不显著，而且这样可节省空间，降低基础造价，节约的成本较为客观。通过大量计算发现当檐口高度为 6米 、柱距为 7.5米 、荷载不变的情况下 (恒载 0.4KN／m2，活 载 0.5 KN／m2 ，基本风压 0.4 KN／m2，无吊车)，跨度在18～48m之间的刚架单位用钢量 (Q235―B)为18～35kg／m2; 当檐高为 12m时(其他情况同上 )，跨度在 18～48m之间的刚架用钢量 (Q235―B)为 25～40kg／m2，当檐高超过 18m时，宜采用多跨刚架(中间设摇摆柱)，其用钢量较单跨刚架节约 16.7％左右，因此 ，设计人员应根据实际情况在选择方案时，应选择较为经济的跨度，不宜盲目追求大跨度 。

2.2刚架最优间距的确定。

刚架的间距与刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关 ，在刚架在跨度较小的情况下 ，选用较大的刚架间距 ，增加檩条的用钢量是不经济的，因此从综合经济分析的角度看，确定合理的柱距才能既节约钢材，又能使设计真正作到定型化、专门化、标准化以及轻型化 。从而推动门式刚架轻钢房屋结构体系在我国的发展。经过大量计算，笔者发现：随着柱距的增大，刚架的用钢量比例是逐渐下降的，但当柱距增大到一定数值后 ，刚架的用钢量随着柱距的增大下降的幅度较为平缓。而其他如檩条、吊车梁、墙梁的用钢量随着柱距的增大而增加，就房屋的总用钢量而言 ，随柱距的增大先下降而后又上升。―般情况下 ，门式刚架最优间距应在 6―9m之间，柱距不宜超过 9m，超过 9m时，屋面檩条与墙架体系的用钢量增加太多，综合造价并不经济。

2.3确定科学的结构力学模型

轻型门式刚架的形式多种多样，柱脚和基础通常做成铰接，多跨刚架的中柱多采用摇摆柱。但当柱高较大时，为控制风荷载作用下的柱顶位移，柱脚宜做成刚接，多跨刚架的中柱与横梁的连接也宜采用刚架，多跨刚架的中柱与横梁的连接也宜采用刚接，多跨刚架宜做成多坡，较为节省钢材。门式钢架一般采用实腹式变截面和柱来适应弯矩变化，以达到节约钢材的目的。除腹板高度变化外，厚度也可根据需要变化；上下翼缘可用不同截面；相邻单元的翼缘也可采用不同截面。因此，影响整个刚架用钢量的因素有上翼缘的宽度、厚度 ；下翼缘的宽度 、厚度 ；腹板的厚度；构件大头 、小头的高度 ；而且这些因素之间也互相影响，互相不独立。柱通常为楔形杆件，楔形柱的最大截面高度取最小截面高度 的 2～3倍为最优截面，门式刚架腹板主要以抗剪为主，翼缘以抗弯为主，在无振动荷载作用下，可充分利用腹板屈曲后强度分析构件强度和稳定性，将构件设计成为高而窄的截面形式(最小截面高度宜取跨度的 1／45～1／60，截面高宽比一般为 3～5)，PKPM系列软件的 STS模块截面最优化比较简单易行的方法是按照构件内力来调整内力来调整尺寸，经过试算确定重量最小的截面。这种方法不但计算次数少，而且可以人工干预截面优化范围，快速的得到比较理想的截面尺寸。构件的平面外稳定可通过设置隅撑来保证，为使结构具有可靠的整体稳定性，纵向通常设置由十字交叉圆钢组成的屋面横向水平支撑，同事，应在柱顶和屋脊设置刚性杆。在实际工程中，当屋面与檩条连接可靠时，可利用型钢檩条兼做刚性杆。有条件时，檩条可设计成连续檩条，檩条平面外应根据具体情况设置相应拉条。

3 结束语

随着门式钢结构在工业与民用建筑中的广泛应用，提高钢结构工程设 计水平显得日益重要。对越来越多从事轻型房屋钢结构上程设计工作的从业人员 ，除要求掌握专业理论知识外 ，还必须了解轻型房屋钢结构工程的制作安装工艺 、现场环境和相关情况，更深入地理解和 掌握规范 ，只有通过精心和合理的没计 ，才能使轻型房屋钢结构得到更大的发展 。

参考文献 ：

【l】樊永华．门式刚架设计应注 意的 问题［J］PKPM新天地，2008(3)：25 27．

【2】《轻型钢结构设计手册》编辑委员会. 轻型钢结构设计手册2006年第二版：203

【3】《钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册（上册）2004年1月第三版：413

第一作者简介

姓名 张严方 性别 女 出生年 83.12 职称 助理工程师

论文题目 关于工业厂房设计中轻型门式刚架的优化 文章编号

单位名称 国家粮食储备局西安油脂科学研究设计院 邮编 710082

篇（7）

我国《建筑钢结构产业“十五”计划和2010年发展规划纲要》早在10多年前就已颁布[1],《纲要》明确提出了大力培养钢结构技术人才的要求,但钢结构领域中专门技术人才缺乏的现象至今没有太大的改变,人才问题仍然是我国钢结构发展的一个“瓶颈”。为此,许多高校对土木工程类专业钢结构方向理论性课程的教学进行了改革,有些高校在实践教学方面也做了一些探索研究工作[2～5],文献[6]对机械类钢结构专业方向课程体系改革进行了研究,建立了钢结构方向课程体系的足球队模型,由于受篇幅限制,该文对实践性教学环节方面的改革只作了简单介绍,未展开讨论。本文在文献[6]研究工作的基础上,对机械工程及自动化（简称为机自）专业钢结构方向实践性课程教学改革开展研究,探讨改革的思路,对其它专业方向实践性课程的教学改革提供参考。

1、实践性课程教学的现状分析

实践性课程结构方面,我院钢结构方向设立在机自专业整体平台上,现行教学计划中除大平台课程外,钢结构方向理论教学课程仅开设5门:结构力学、弹性力学与有限元法、起重机械、钢结构原理、钢结构设计,相应的集中实践性教学环节只安排了三门课程:两门课程设计（包括弹性力学与有限元法课程设计、钢结构设计课程设计）和毕业设计[6]。在实践性课程教学内容方面如下:(1)弹性力学与有限元法课程设计:使学生进一步巩固、充实和提高理论知识,并较系统地掌握复杂结构的强度、刚度分析方法;(2)钢结构设计课程设计:完成简单钢结构物（平面钢闸门或普通钢屋架）的设计计算,绘制相应图纸;(3)毕业设计:进行金属结构设计或相应水工、电力机械设计。实践性课程教学方法和教学手段方面,目前仍然沿用传统的指导方法和教学,即教师布置课题任务,学生分别查阅相关资料,开展设计工作,过程中教师指导为辅,学生在规定时间内上交设计内容。考核方法方面,主要根据设计结果给出成绩。

从以上实践性课程教学计划的安排可以看出:目前我院钢结构方向实践性课程的教学存在诸多问题,主要反映在:实践性环节薄弱,实践课程教学内容欠缺,教学内容重理论轻应用,不利于提高学生的动手能力,难以达到培养学生工程观念和创新能力的目标;教学方法和教学手段落后,考核方法不能准确反映学生的知识掌握程度。其结果是学生缺乏钢结构工程观念,创新能力不强,毕业后不能较快适应钢结构行业要求。为了培养钢结构领域高素质应用型专业技术人才,必须对钢结构方向实践性课程教学进行改革。

2、实践性课程教学改革的几个方面

2.1 改革的总体思路

实践性课程是工科高等院校教学体系中的一个重要组成部分,是培养学生动手能力和创新精神的重要教学环节,从这种意义上来讲,它甚至比理论课程更为重要。钢结构工程技术包括设计计算技术、制造安装技术和防护技术等,钢结构方向实践性课程的教学应符合人才知识结构的要求。实践性课程教学改革的总体思路是:在钢结构方向课程体系改革的基础上,结合钢结构工程相关技术,对课程结构和教学内容、教学方法和教学手段、考核方法等几个方面进行全方位、立体化改革。第一:强化实践课程,确保模块化课程体系中实践性教学课程不断线;第二:调整实践性教学内容,加强能力培养;第三:采用多样化教学方法,利用先进的教学手段,提高教学质量;第四:完善考核方法,鼓励创新思维。

2.2 课程结构和教学内容的改革

(1)课程结构方面:文献[6]提出理论教学需增设三门课程:结构振动、焊接技术、钢结构制造与安装。按钢结构领域专门技术人才知识结构的要求,实践性课程也必须强化,建议增设“焊接操作”和“生产实习”两门实践课程,培养学生动手能力和工程观念,同时为学习钢结构设计、钢结构制造与安装这两门专业课程打下基础。以培养应用型人才为目标,集中实践性教学进程调整如下:1)将弹性力学与有限元法课程设计更名为有限元技术应用（1学分,第五学期）; 2)在专业方向课程体系中增设焊接技术课程的基础上,增设焊接操作（1学分,第六学期）;3)增设生产实习(1学分,第七学期);4)将钢结构设计课程设计更名为钢结构设计技术应用(1学分,第七学期);5)毕业设计(论文)(12学分,第八学期)。通过以上调整,从而保证钢结构方向模块化课程体系中各个学期都有实践性课程,并形成钢结构方向完整的模块化实践性课程体系。

(2)教学内容方面:改变传统的重理论轻应用,调整实践性教学内容,注重应用能力的培养。1)有限元技术应用:作为弹性力学与有限元法的课程设计内容,通过对有限元软件的实际运用,对典型钢结构进行强度、刚度、稳定性进行分析,从而掌握有限元技术的分析方法,培养学生进行工程结构数值分析的初步技能;2)焊接操作:作为焊接技术的实训内容,结合钢结构方向培养目标,通过实际焊接操作,制作简单钢结构模型（如刚架、网架等）,培养学生应用焊接技术的基本能力;3)生产实习:主要参观钢结构生产制造单位、在建工程或已建工程现场,使学生了解钢结构生产制造、施工安装过程和防护技术的应用,培养学生的工程观念;4)钢结构设计技术应用:作为钢结构设计的课程设计内容,通过应用钢结构设计软件,培养学生从事钢结构设计的基本技能;5)毕业设计:通过独立地分析、解决钢结构工程实际问题,培养学生综合运用钢结构基础理论、专业知识和基本技能的能力。

2.3 教学方法和教学手段的改革

实践性课程也可以采用多样化教学方法,利用先进的教学手段进行教学。

(1)示范教学法。如前所述,在传统的实践性课程教学过程中,教师的指导作用并不十分明显。例如在两门课程设计的教学中,学生在遇到问题和困难时才会与教师进行交流与沟通,但在课题任务下达后的一段时间内,往往由于不清楚整个设计过程,从而无从下手。焊接操作这门实践性课程主要在现场进行教学,教学方式以指导老师做示范操作,学生观察并学习模仿为主,这种教学方法可称为“示范教学法”。实践表明示范教学法受到广大学生的普遍欢迎,同时提高了学生的学习兴趣和教学质量,效果很好。在新的模块化实践性课程体系基础上,受焊接操作课程教学的启发,可将示范教学法引入到两门课程设计（有限元技术应用、钢结构设计技术应用）的教学中。例如:在有限元技术应用的教学过程中,第一个单元可以安排在机房进行,由指导教师介绍有限元商用软件进行分析计算的整个过程。以ANSYS软件为例,可针对几种基本结构:桁架、刚架、四边简支板等,演示前处理、求解、后处理三个基本过程。重点介绍几何模型的建立、单元类型（杆、梁、板和壳）的选用和单元相关参数的确定、网格划分方法、如何加载（集中载荷和分布载荷）、求解过程中算法的选用、计算结果的获取（应力或位移云图显示、具体结点或单元的数据结果等）。通过近几年的实践表明:这种方法有事半功倍的作用,实践性课程的教学质量明显得到了提高,取得了预期的教学效果。

(2)引导教学法。人们的思维都是从问题开始的。在钢结构方向理论课程（如理论力学、材料力学、钢结构原理等）的教学过程中,经常是从自然现象和工程实际先提出问题,引导学生进行思考,这种教学方法称为“引导教学法”,是一种启发式教学方法。问题的提出犹如在学生平静的“脑海”中投入一粒石子,可以起到“一石激起千层浪”的作用,能提高学生的学习兴趣,激起学生思维的浪花,使学生处于思维的最佳状态,从而能更好地理解和掌握学习内容。将引导教学法运用于钢结构方向各门实践性课程的教学中。指导教师根据课程教学的需要从不同角度、不同层次提出相应问题,引导学生思考,可以使学生在掌握知识的同时发展思维能力,提高思维的积极性、灵活性和创造性。对于生产实习这一实践性教学环节,引导教学法不仅能使学生巩固所学知识,而且能为后继理论和实践课程打下良好基础。在生产制造单位和在建、已建工程现场,首先让学生仔细观察钢结构的结构形式,如城市中体育场馆中屋顶的网架结构和屋面的网壳结构、各类桥梁结构的结构形式（桁架式、悬索式、斜拉式等）、水工钢闸门的板梁结构、起重机械和工业厂房的刚架结构等,在此基础上提出相关问题,例如:为什么采用这类结构形式,有何特点,引导学生思考与分析;其次针对具体钢结构让学生观察构件截面的形状,联系结构力学和钢结构原理知识提出相关问题,例如:构件主要承受哪种内力,引导学生思考所采用的截面和其放置方位是否符合力学基本原理,能否对其设计进行改进,如何改进等;然后让学生观察连接件和构件的连接方式,针对节点板、球铰等具体连接件提出钢结构连接的相关问题,例如:为什么采用焊接（或螺栓连接、铆接）,能否用其它连接方式,从而达到巩固钢结构原理知识的目的。教学实践表明:生产实习中采用引导教学法极大地提高教学质量,有效地培养学生的工程观念和创新意识。在有限元技术应用的实践教学中,可以引导学生在建立模型时如何对实际工程钢结构中构件、连接件、约束进行简化,怎样选择单元类型（如工业厂房的梁、柱单元类型,各类闸门的面板、主梁、次梁、隔板的单元类型,载荷如何确定,数值计算结果的分析与处理等。从而使学生全面的掌握好有限元分析软件的应用,达到培养学生进行工程结构数值分析的能力。引导教学法也适用于钢结构设计技术应用和毕业设计这两门实践性课程,这里不再详述。

(3)利用多媒体和网络资源进行教学。对于生产实习,参观钢结构生产制造单位、在建工程或已建工程现场时,由于时间和条件所限,能见到的钢结构类型毕竟有限,不可能面面俱到。可以在实习前后或实习期间安排适当的时间,利用多媒体教学课件进行教学。对于钢结构形式、构件和连接件的掌握,可结合实际工程,用大题的动画、工程图片和视频作介绍;对于钢结构的制造与安装,可以先在生产制造单位与建设单位拍摄录像,然后用视频对钢结构的加工制作过程、焊接工艺、安装施工流程等进行教学。这种形象化教学方式,不仅可增强学生的感性认识、提高学生学习的兴趣,还能调动学生学习的主动性和积极性,从而提高教学效率和质量。多媒体教学也可以应用到焊接操作这一实践性课程。焊接操作在现场进行教学,由于学生人数较多,指导教师有时穷于应付,因此可以在条件允许的情况下,在现场播放焊接操作的图片或视频,使学生掌握焊接方式、工艺和操作规程,在较短时间掌握焊接操作实用技术。网络资源也可用于实践性课程的教学环节中。在建立实践性课程教学网的基础上,学生可以利用教学网进行自学,指导教师可以在网上进行辅导与答疑;另外,指导教师可以在教学过程中,给学生适当布置一些与课程相关的任务,让学生利用网络收集资料并消化吸收。对于21世纪的大学生,这种方法不仅能提高他们的学习兴趣,更能激发他们的激发学习热情。

2.4 考核方法的改革

改革实践性课程的考核方法,全面考核学生学习情况,鼓励创新思维。课程设计传统的考核方法主要是根据设计或计算结果进行评分,而毕业设计（论文）的考核方法由三部分组成,包括指导教师评分、评阅教师评分和答辩成绩等。可将毕业设计（论文）的考核方法引入到各门实践性课程的考核中来,在课程开始时指导教师即下发任务书,明确课程学习的目标和任务。课程结束时,由3至5位教师成立课程学习考核小组,对学生课程学习的各方面综合进行考核,包括工作态度、基本知识和操作（或应用）能力的掌握情况、任务完成情况、创新思维的体现、报告或论文的质量等。指导教师根据学生在教学过程中的工作态度、操作或应用能力和最终任务的完成情况等进行评分;报告或论文评阅教师则根据任务完成的质量、学习报告或论文的规范性和创新情况进行评分;考核小组根据学生在答辩过程中表现出来的知识点掌握情况、表达能力等集体决定答辩成绩;最后考核小组根据课程的类型和性质,将以上3个成绩按一定比例加权平均得到课程学习的总成绩。表1给出了有限元技术应用考核时内容和各项所占的建议比例。

钢结构设计技术应用和毕业设计（论文）的考核可参照表1,焊接操作和生产实习这两门课程的考核可由考核小组对各项比例进行适当调整。

3、保障机制

钢结构实践性课程教学改革是该专业方向教学体系改革的重要内容,在某种意义上它决定了教学改革的成功与否,而教学改革能否顺利开展和进行取决于保障机制是否完善。

(1)领导大力支持。钢结构方向的实践性课程和理论课程共同组成了该方向的教学体系,两个方面都进行教学改革才能满足21世纪钢结构人才培养目标的要求。学校各级领导应充分认识到实践性课程教学改革的重要性,必须高度重视和大力支持,这是进行教学改革的根本保障,可以制定相关政策鼓励和支持教师开展实践性课程教学改革。如果得不到领导的支持,任何教学改革都必将以失败而告终。

(2)教师积极投入。指导教师是实践性课程教学改革的主要实施者,应充分认识到实践性课程教学改革的重要性和必要性,积极投身到改革中来。实践性课程全方位教学改革实施,需要指导教师花更多的时间和精力用于教学过程中,可能还会触及到部分教师的一些利益,指导教师不能过于计较得失,为了改革的顺利开展和人才培养的整体目标实现,其付出是完全值得的。

(3)经费确保到位。实践性课程的教学改革需要一定的经费作保证,首先,实践性课程的教学需要一定的设备,如有限元技术应用和钢结构设计技术应用这两门课程设计,由于计算量大,所用软件需在高性能计算机上运行,因此需要一次性投入用来购置计算机。另外,生产实习或参观实践基地、材料及其加工、聘请专家讲学等都需要一定的经费,指导教师必须做好预算,确保教学时经费到位。

(4)实践基地建设。实践基地是实践性课程教学的最基本、最重要的基础条件,必须将其放在战略高度上予以重视。实践基地需要长期建设,可结合钢结构专业方向特点,充分利用产学研合作关系、校友资源等,与钢结构生产制造单位、建设单位或工程管理单位等建立长期合作关系,共建实践基地。学校或学院可聘请实践基地有丰富工程实际经验的钢结构专家担任兼职教授,在生产实习的教学过程中,可请他们给学生作专题报告,另外,在其它的实践性教学环节中,也可以将他们请到学校来讲学。这样不仅能深化双方的合作关系,又能提高实践性课程的教学质量。

4、结语

钢结构方向实践性课程的教学改革是该方向课程体系改革的重要组成部分,本文探讨了钢结构方向实践性系列课程的教学改革,对实践性课程教学环节相关的几个方面提出了具体的改革措施和建议。改革措施的实施将有利于提高教学质量,有利于培养学生的应用能力和创新意识,从而为实现培养应用型人才这一目标奠定坚实基础。

参考文献

[1]建设部、国家冶金工业局建筑用钢技术协调组钢结构专家小组．建筑钢结构产业“十五”计划和2010年发展规划纲要[J].新型建筑材料,2001,1(2):47~49.

[2]李方慧,田春竹.钢结构设计课程实践教学方法探讨[J].高等建筑教育,2011,20(1):135-137.

[3]李昆.基于实践能力培养的“钢结构设计”课程教学改革研究[J].中国电力教育,2011,16:22-123.

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1.建筑设计与结构设计的概念

1.1建筑设计的概念

建筑设计指的是建筑工程在建造之前，建筑设计师充分按照工程任务，把可能在工程施工过程中或者使用过程中出现的问题作好通盘的设想，并拟定好解决问题的方案。建筑设计的主要内容包括：初步方案、初步设计、搜集资料、技术设计施工图、技术设计施工详图等。随着科学技术的不断发展，建筑设计中越来越深入广泛的利用各种科学技术的成果。

1.2结构设计的概念

结构设计指的是建筑工程的结构设计，主要包括建筑工程的基础设计和上部结构设计。建筑工程的上部结构设计的主要内容和步骤包括：(1)根据建筑工程设计来确定建筑物的结构体系和结构的主要材料；(2)建筑物的结构平面布置；(3)初步筛选建筑材料的类型和强度等级，并根据以往经验初步确定建筑物构件的截面尺寸；(4)建筑物的结构内力分析、各种荷载作用分析、结构荷载计算；(5)建筑物结构荷载效应组合；(6)建筑物构件的截面设计。

2.现代建筑设计与结构设计存在的问题

2.1现代建筑结构设计中的扭转和共振问题

在现代建筑工程的结构设计中要求建筑三心要尽量汇于一个中心点，建筑三心指的是建筑物的结构重心、刚度中心和几何形心。现代建筑结构设计中的扭转问题主要是指在建筑物的结构设计过程中没有做到三心汇于一点，在建筑物的水平荷载作用下建筑结构出现了扭转振动效应。所以，为了避免建筑工程因水平荷载作用而出现的扭转破坏，就必须在对建筑物的结构设计时尽量选择合理的平面布局和结构形式，让建筑物的三心尽量汇于一点。还有现代建筑结构设计中出现的共振问题，如果发生地震，而建筑场地的特征周期与建筑物的自振周期又很接近，那么建筑物和建筑场地就有可能发生共振。所以，在设计建筑工程方案时，必须要针对预估建筑场地的特征周期，选择合适建筑结构体系和结构类型，并通过调整建筑物结构的层数，扩大建筑场地特征周期与建筑物的自振周期之间的差别，从而避免共振问题的发生。

2.2现代建筑结构的水平侧向位移问题

现代建筑工程设计的水平侧向位移即便能够满足建筑工程结构规程的要求，也不能代表该建筑结构设计是合理的，因为这其中还要充分考虑到地震力的大小和周期等因素。在对建筑工程进行抗震结构设计时，建筑物的结构刚度和地震力的大小有着直接的关系。当建筑物结构刚度小，而建筑工程的结构设计并不合理，但由于地震力比较小，所以结构位移也比较小，位移也就控制在规范允许的范围内，但是这并不是合理的结构设计。因为地震力小、结构周期长是很不安全的，并且位移的曲线变化应该具有连续性，除了沿着竖向发生刚度突变之外，不能够有其他明显的折点或者拐点。在一般情况下位移曲线有三种类型：(1)剪力墙结构的建筑工程发生的位移曲线应该是弯曲型；(2)框架结构的建筑工程发生的位移曲线应该是剪切型；(3)框一筒结构和框一剪结构的建筑工程发生的位移曲线应该是弯剪型。

3.建筑设计与结构设计的关系

3.1建筑设计与结构设计的相互配合

在建筑工程的建设过程中，无论是公共建筑、工业建筑还是民用建筑大致可以分为分为两类：(1)拥有完善的使用功能，优美的建筑造型，通过专业化的施工工艺和制造技术与先进的结构体系有机地结合，创造出经济适用的、新颖的、技术先进的建筑物；(2)主要追求新奇的艺术效果为主，没有合理的建筑结构方案，创造出奇特的建筑物。在现代建筑物中主要实施和提倡第一类建筑。以具体的工厂厂房设计来谈结构设计和建筑设计相互配合。工厂厂房的设备较大，车间要求十分宽敞，防火要求比较高，并且不改隔墙。以往的设计大都采用的是排架结构，厂房的墙体为240砖墙，厂房的屋盖为薄腹梁钢筋混凝土大板结构，这样的厂房才能满足使用要求。但这种排架结构的设计不足之处施工周期长、跨度受限制、不经济。

根据结构设计必须要考虑到厂房施工方便和经济合理的条件，在现代的工厂设计中可以采用门式刚架轻型房屋钢结构，在标离1米以下的地方为砖砌体，而墙体则用压型彩钢板，屋盖也一样。这样的设计不但能克服上述厂房结构形式的不足，而且还满足了厂房的使用要求。比如在对棉花加工厂这类厂房进行结构设计时，要充分满足厂房的生产工艺要求，在厂房的功能布局上要充分考虑运输活动和生产活动的方便，要为工厂创造良好的工作环境，这是这类厂房的设计原则。所以，在满足基本要求的前提下，施工最方便、最经济、施工周期最短的设计方案必然成为首选方案。对于公共建筑来说，建筑的设计不能离开具体的设计对象。一个优秀的建筑必然是结构设计和建筑设计之间密切配合的结果，同时还要分清配合的侧重点。一个好的建筑设计能够将建筑物完善的使用功能和优美的建筑造型与结构设计充分地结合在一起。

3.2建筑设计与结构设计之间的密切联系

在建筑设计过程中，有少数的建筑设计师把结构总是放在第二位，并一直强调结构必须服从建筑，这种观念不但忽略了最基本的力学规律，还分割了科学的完整性。这种最大满足使用功能和片面地追求建筑艺术与建筑技术结合的要求，往往会给建筑工程的质量带来严重的隐患。在建筑设计过程中，任何一个建筑设计方案都会对建筑具体的结构设计产生一定的影响，并且建筑结构设计的技术水平也制约着建筑设计得层次。所以，在建筑工程的设计过程中，建筑设计师必须要具备一定的结构方面的基础，并且能够与结构设计相互协调，适当的结合，让二者互相统一，从而创作出优秀的、完美的建筑设计作品。

有的建筑设计师在设计中过分强调创作的标新立异、新颖、美观，从而不能与结构设计有效的结合。而建筑物本身承受着巨大的地震力、自重荷载与活载、扭矩力、水平风力等，要是建筑设计师不按照建筑的结构受力特征和基本的结构技术原理进行竖向设计和平面设计，也不征询结构设计师的意见，这样就会导致结构设计师不能合理的选择结构体系，从而出现建筑结构不稳定问题发生。比如可以讲建筑物的截面设计成为三角形，这样建筑物的抗侧能力和抗弯矩力就会小很多。还有些建筑设计师经常忽视结构力学的基本规律。比如：对于需要抗震设防的地方，建筑的高层电梯设置在建筑物的一侧，不能与建筑物的刚度中心相互重合，电梯筒就会受到很大的刚度，从而造成结构偏正，产生扭转。

结束语：

从建筑结构效益的角度来看，片面追求建筑物的艺术表现，忽视结构原理，设计出来的建筑作品往往只能作为雕塑作品或者是虚假的造型。只有符合正确的结构逻辑的建筑，充分发挥结构本身造型特点，充分融合结构设计构思和建筑设计构思去实践个性的建筑，才能算得上是成功的建筑作品。同时，建筑设计师要不断提高自身的艺术修养，勇于创新，充分利用结构设计原理来完善建筑设计。而建筑结构设计师也要充分了解建筑设计师的意图，促进结构设计和建筑设计的有机融合和密切配合，从而设计出更高水平的建筑作品。

参考文献：

[1]霍小董.综论建筑设计与结构设计的关系问题[U]．四川建材，2007

[2]王立新,王立轩.浅谈建筑设计与结构之间的关系[J].中华民居,2010,(12):31-31.

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1.2往往容易遗忘抗剪槽的留设和抗剪件的设置。柱脚锚栓按承受拉力设计，计算时不考虑锚栓承受水平力。若未设置抗剪件，所有由侧向风荷载、水平地震荷载、吊车水平荷载等产生的柱底剪力，几乎都有柱脚锚栓承担，从而破坏柱脚锚栓。

1.3柱脚底板与砼柱间空隙过小，使得灌浆料难以填入或填实。一般二次灌料空隙为50mm。

1.4有些工程地脚螺栓位置不准确，为了方便刚架吊装就位，在现场对底板进行二次打孔，任意切割，造成柱脚底板开孔过大，使得柱脚固定不牢，锚栓最小边（端）距亦不能满足规范要求。

2梁、柱连接与安装

2.1多跨门式刚架中柱按摇摆柱设计，而实际工程却把中柱与斜梁焊死，致使实际构造与设计计算简图不符，造成工程事故。所以，安装要严格按照设计图纸施作；

2.2翼缘板与加厚或加宽连接板对接焊缝时，未按要求做成倾斜度的过渡。对接焊缝连接处，若焊件的宽度或厚度不同，且在同一侧相差4mm以上者，应分别在宽度或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1：2.5（1：4）的斜角。

2.3端板连接面制作粗燥，切割不平整，或与梁柱翼缘板焊接时控制不当，使端板翘曲变形，造成端板间接触面不吻合，连接螺栓不得力，从而满足不了该节点抗弯受拉、抗剪等结构性能。

2.4刚架梁柱拼接时，把翼缘板和腹板的拼接接头放在同一截面上，造成工程隐患。拼接接头时，翼缘板和腹板的接头一定要按规定错开。

2.5刚架梁柱构件受集中荷载处未设置对应的加劲肋，容易造成结构构件局部受压失稳。

2.6连接高强螺栓不符合《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接的技术条件》或《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈型式尺寸与技术条件》的相关规定。高强螺栓拧紧分初拧、终拧，对大型节点还应增加复拧。拧紧应在同一天完成，切勿遗忘终拧。一定要在结构安装完成后，对所有的连接螺栓应逐一检查，以防漏拧或松动。

2.7有些工程中高强螺栓连接面未按设计图纸要求进行处理，使得抗滑移系数不能满足该节点处抗剪要求。必须按照设计要求的连接面抗滑移系数去处理。

2.8有的工程缺乏有针对性的吊装方案，吊装刚架时，未采用临时措施保证刚架的侧向稳定，造成刚架安装倒塌事故。应先安装靠近山墙的有柱间支撑的两榀刚架，而后安装其他刚架。头两榀刚架安装完毕后，应在两榀刚架间将水平系杆，檩条及柱间支撑，屋面水平支撑，隅撑全部装好，安装完成后应利用柱间支撑及屋面水平支撑调整构件的垂直度及水平度，待调整正确后方可锁定支撑，而后安装其他刚架。

3檩条、支撑等构件的制作安装

3.1为了安装方便，随意增大、加长檩条或檩托板的螺栓孔径。檩条不仅仅是支撑屋面板或悬挂墙面板的构件，而且也是刚架梁柱隅撑设置的支撑体，设置一定数量的隅撑可减少刚架平面外的计算长度，有效的保证了刚架的平面外整体稳定性。若檩条或檩托板孔径过大过长，隅撑就失去了应有的作用。

3.2隅撑角钢与钢梁的腹板直接连接，当刚架受侧向力时，使腹板在该处局部受到侧向水平力作用，容易导致钢梁局部侧向失稳。

3.3有的工程所用檩条仅用电镀，造成工程尚未完工，檩条早已生锈。檩条宜采用热镀锌带钢压制而成的檩条，且保证一定的镀锌量。

3.4因墙面开设门洞，擅自将柱间垂直支撑一端或两端移位。同一区隔的柱间支撑、屋面水平支撑与刚架形成纵向稳定体系，若随意移动其位置将会破坏其稳定体系。

3.5有些单位为了节省钢材和人工，将檩条和墙梁用钢板支托的侧向加劲肋取消，这将影响檩条的抗扭刚度和墙梁受力的可靠性。故施工单位不得任意取消设计图纸的一些做法。

3.6有的单位擅自增加屋面荷载，原设计未考虑吊顶或设备管道等悬挂荷载，而施工中却任意增加吊顶等悬挂荷载，从而导致钢梁挠度过大或坍塌。任何单位均不得擅自增加设计范围以外的荷载。

3.7屋面板未按要求设置，将固定式改为浮动式，使檩条侧向失稳。往往设计檩条时，会考虑屋面压型钢板与冷弯型钢檩条牢固连接，能可靠的阻止檩条侧向失稳并起到整体蒙皮作用。

3.8刚性系杆、风拉杆的连接板设置位置高低不一，使得水平支撑体系不在同一平面上，从而影响刚架的整体稳定性。刚性系杆与风拉杆构成水平支撑体系，其设置高度在同一坡度方向应保持一致。

目前，我国钢结构住宅产业已进入一个新的发展阶段，有关规范和标准已经出台，国内钢材产量充足，有了一批钢结构住宅试点与示范的建设经验和科技成果，钢结构住宅的发展已具备了较好的物质和技术基础。当然，在钢结构住宅发展方面，还有一些技术问题有待解决。钢结构住宅的推广还需要做大量的工作，完善不同类型结构设计规范和施工技术标准，研制新型的轻质保温墙体材料以及与住宅部品的配套问题，同时还要广泛宣传开发轻钢住宅的益处，让更多的开发商、设计师和用户认识了解钢结构住宅的优点。

参考文献

[1]刘玉株.钢结构住宅技术问题讨论.建筑创作，2003年2月.

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1 概述

在轻型房屋钢结构体系中，门式刚架以其施工快、造价低、扩建灵活、维护费用低等优点广泛应用于各类建筑房屋。本文就门钢结构耗钢量的影响因素进行论述，总结归纳出其常用数据和有用结论，为实际工程设计提供有益指导。

2 柱距

柱距对用钢量的影响表现为：柱距越小，刚架数量越多，刚架的用钢量相应增多，反之刚架用钢量偏少，但是次结构如檩条，系杆等的用钢量相应增加。当柱距大到一定程度，主刚架的用钢量减少趋于平坦，次结构的用钢量增加会完全抵消甚至超过主刚架用钢量，使得总用钢量呈偏高趋势。

王元清等[1]结合18m和24m跨的两个带有吊车的双连跨门钢厂房工程实例，通过大量设计方案的研究分析，发现其用钢量的最优柱距为6～8m，而同等荷载条件下的不设吊车的最优柱距为8～9m，且用钢量大大减少。

任兴平[2]通过大量实际工程总结出了常规荷载条件下6米高门式刚架的经济间距，见表1。

表1 相同条件下各种跨度对应的最优刚架间距

柳锋等[3]等通过对210个门式刚架的设计分析发现：常用刚架的经济柱距为7～9m, 当无吊车或吊车吨位较小时, 经济柱距为8～9m； 当吊车吨位较大时, 经济柱距为7 m 左右, 用钢量比常规6m 柱距可节省3%～12%, 总造价可节省2% ～6%, 经济效益非常可观。

牛保有[4]借助3D3S软件对6m、12m、18m三种檐口高度的不同柱距刚架进行分析，得出结论：无吊车轻钢房屋的经济柱距为7～8m之间，当柱距需要大于8m时，将柱距定为9～9.5m左右会较为经济。有吊车轻钢房屋轨顶标高6～9m，经济柱距为7～8m，轨顶标高12m时，经济柱距向上移动至9m左右。随着轨顶标高的增加，经济柱距向变大，相同的轨顶标高，最优柱距与吊车起重量关系不大。

2．跨度

实际工程表明荷载是经济跨度的主要因素，荷载越大时，总用钢量对跨度越敏感。荷载越大则需要的柱截面也大，若此时跨度小，其单位用钢量必然上升。若跨度大，梁截面又显著增大，也会导致单位用钢量的上升[5]。

文献[4] 通过对6m、12m、18m三种檐口高度的不同跨度刚架进行分析比较，得出结论：对于无吊车厂房，刚架的经济跨度与檐口高度密切相关，经济跨度随着檐口的增加而增加；对于有吊车厂房，经济跨度随着吊车吨位的增加向高位攀升。

实际工程表明门式刚架的经济跨度一般在18～36m，吊车吨位较大时，经济跨度在24～36m，无吊车或吊车吨位较小时，经济跨度在18～24m，采用合理经济跨度可以节省钢材5%～15%，降低总造价2%～7%。

3．采用变截面和最优腹板高度

门式刚架屋面梁为受弯构件，柱为压弯构件，通常也是弯矩大于轴力。根据刚架的弯矩包络图的特点采用变截面的结构形式进行设计可以有效节省材料。

针对门式刚架截面腹板高度，杨娜等[6] 应用编制的结构分析设计程序，通过大量的算例分析发现：等截面轻型门式刚架结构梁的最优腹板高度范围L/30~L/38，柱的最优腹板高度范围H/12~H/19；变截面的柱端最优腹板高度范围L/35~L/40，梁跨中的最优腹板高度范围L/40~L/50。

4．屋面梁的平面外计算长度

工程实践表明：在特定荷载条件下，门钢梁的强度条件容易满足，其破坏甚至倒塌往往是由受压翼缘屈曲引起的。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102:2002规定：实腹式刚架斜梁平面内可按压弯构件验算强度，平面外应按压弯构件验算稳定，见式1：

(1)

根据式1，对于给定的荷载条件的按材料弹性状态设计，N、M均为常量，稳定系数φy和φyb是主要影响因素，稳定系数与计算长度的大小密切相关，因此设计合理的屋面支撑体系，减少屋面梁的平面外计算长度是优化设计的关键。

《门规》CECS 102:2002规定：实腹式刚架斜梁的出平面计算长度，应取侧向支撑点间的距离；当斜梁两翼缘侧向支撑点的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支撑点的距离；当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘侧面布置隅撑作为斜梁的侧向支撑，隅撑的另一端连接在檩条上。

《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018－2002规定：实腹式刚架梁和柱在刚架平面外的计算长度，应取侧向支撑点间的距离，侧向支撑点间可取设置隅撑处及柱间支撑连接点。当梁（或柱）两翼缘的侧向支撑点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支撑点的距离。根据其条文说明：刚架梁的平面外的计算长度应当取侧向支撑点的距离，对于墙皮板材与檩条、墙梁有可靠连接的情况，可以考虑檩条、墙梁作为侧向支撑，但是并未对可靠连接极其相应的构造措施进行说明，这给设计带来不便。文献[7]把梁的平面外计算长度的常见方式归纳如下：

1)上翼缘计算长度

1.1) 取上翼缘横向支撑的节距

1.2) 取隅撑间距

隅撑通过檩条连接于有弹性侧移的下翼缘上，故其不能作为上翼缘受压时的侧向支点。在某些情况下可将其作为下翼缘受压时的侧向支点。

1.3) 取3m

3m是基于两个檩距考虑的，当屋面刚度大，与檩条的连接可靠时，考虑屋面实际存在的蒙皮作用，取2个檩距3m，这按规程的精神在实践中也是可行的。

2)下翼缘的计算长度

2.1) 设置隅撑

不分情况取隅撑间距。另一种观点取与上翼缘横向支撑节点处檩条相连的隅撑间距，亦即横向支撑的节距。文献[7]认为以取后者为妥。

2.2) 不设隅撑，取Ly=0.4L

取Ly=0.4L前提与弯矩图形有关。正常情况下，梁端为负弯矩，跨中为正弯矩，考虑柱面风荷载使梁反弯点内移，故偏安全地取反弯点距梁端为L/5，借用格构式刚架平面外长度的计算公式进行计算，得到Ly=0.4L。

由此可见，将刚性系杆视为梁的侧向支撑是合乎结构受力特征的。对于能否将隅撑－－檩条体系作为梁的侧向支撑还存在争议。为此，国内学者也进行相应的研究。文献[8]提出将檩条作为刚性系杆时，通常采用两个檩条的组合截面以满足弱轴刚度，而且檩条与钢梁必须用高强螺栓连接，可靠的传递轴力。付占明[9]为研究梁的平面外计算长度能否取2倍檩距，分析比较了多根隅撑支撑的的简支梁和两倍檩距简支梁的临界弯矩，认为屋面横向支撑的相应位置都应该设置系杆，不宜用檩条兼做系杆，那样可能造成檩条的连接节点破坏。陈友泉等[10]引用隅撑－－檩条体系下纯弯构件稳定弹性临界弯矩计算公式，发现：当主梁尺寸较小, 受压翼缘截面面积A300mm×12mm 时，隅撑－－冷弯薄壁型钢檩条体系难以构成主梁的侧向支撑条件，需另行考虑主梁的稳定设计或按大于2 倍的隅撑间距取为主梁平面外计算长度考虑。

综上所述，对于门式刚架设计过程中隅撑－檩条体系的侧向支撑作用和梁的平面外计算长度问题可以按如下考虑：

Ⅰ 对于一般门式刚架梁的平面外计算长度取侧向支撑距离，侧向支撑距离即为刚性系杆的距离，由于目前还没有与计算模型相适应的成熟的构造措施，尽量避免使用隅撑－－檩条体系作为侧向支撑，可仅将隅撑作为安全储备考虑。

Ⅱ 对于不需考虑冰雪荷载地区的轻钢屋面建筑可以有选择的利用隅撑的作用，此时与隅撑相连檩条、钢梁应当采用高强螺栓。当屋面梁高度小于500mm，受压翼缘截面A

5．小结

本文结合门式刚架的特点，针对门式刚架优化设计的技术措施，从柱距、跨度、变截面和截面高度、刚架梁平面外计算长度四方面进行了论述，归纳总结了从这四方面进行优化设计的可用结论和应该注意的问题。实际设计过程中可选的优化措施是灵活多样的，如选用高强度钢材、利用摇摆柱减少刚架梁平面内的计算长度、设置刚结柱脚增加刚架的抗侧刚度等等，设计者可根据实际情况选用可操作的方法进行优化设计。

参考文献

[1] 王元清, 王春光. 门式刚架轻型钢结构工业厂房最优柱距研究. 工业建筑, 1999

[2] 任兴平. 门式刚架轻钢房屋结构的优化设计. 钢结构, 2000

[3] 柳锋, 郭兵, 陈长兵, 杜刚. 门式刚架的经济尺寸与优化初设计. 钢结构, 2003

[4] 牛保有. 轻型门式刚架钢结构的优化设计分析:[西安建筑科技大学硕士学位论文]. 西安: 西安建筑科技大学, 2007

[5] 陆赐麟. 轻钢结构的重量应该更轻. 建筑结构, 2003, 133(10): 15~21

[6] 杨娜, 王娜, 吴知丰. 轻型门式刚架结构及其最优腹板高度的研究. 哈尔滨建筑大学学报, 2001

[7] 钢结构设计手册（第三册）. 北京: 中国建筑工业出版社, 2004

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文章编号:ISSN1006―656X(2013)06 -000104-01

一、钢结构中空间网架结构的应用现状

近年来，国内大型钢结构工程建设项目越来越多，各种形式的空间结构已向超大跨度结构发展，其中空间网架结构应用的非常广泛。例如天津体育中心，双层球面网壳，焊接球节点；国家大剧院外部围护结构为钢结构网壳，深圳机场候机大厅，济南长途汽车总站客运楼，天津自然博物馆……一些已建或正在建的钢结构工程，以其创新的理念、新颖的造型和独特的结构形式成为了标志性建筑。

二、空间网架结构的结构形式

（一）刚性结构体系

1.网架

网架结构是目前空间结构中发展最快，应用最为广泛的结构形式，按其结构组成划分为交叉桁架系、四角锥体系和三角锥体系三大类。特点是空间刚度大，整体性好，有良好的抗震性能，而且构造简单、施工方便，杆件规格统一（上、下弦杆等长，腹杆等长）。

2.网壳

网壳结构的应用比较广泛，曲面形状多样，有柱面网壳、球面网壳以及其他各类复杂曲面及其组合。网壳结构是主要优点是它的灵活性能够适应建筑设计的创造性，但由于网壳结构主要承受的是压力，那么它就存在稳定问题。当跨度超过一定值后，材料的强度不能充分利用，不经济。

（二）柔性结构体系

1.悬索结构

悬索结构是由高强拉索组成的张力结构，国内较早建成的是天津大学体育馆。按其组成方法和受力特点可分为单层悬索结构，双层悬索结构和索网结构。讨论悬索结构关键问题是结构在风与地震作用下的动力反应。

2.膜结构

膜结构可分为充气式膜结构和张力式膜结构两种。膜结构具有自重轻、造型美观、富有时代气息、能源消耗少、施工速度快、经济效益明显、使用安全可靠、以及使用范围广等优点，主要应用于大型体育设施，娱乐中心，超级商场等。但是，我国目前膜结构还没有广泛使用，主要原因是：国产膜材性能差，进口膜材价格高；膜结构的计算机辅助设计系统的开发滞后；缺乏相应的设计施工规程。

3.张拉整体结构

张拉结构是由一组不连续的受压构件与一套连续的受拉单元组成的自支承、自平衡的空间网格结构。这种结构体系的刚度由受拉索和受压单元之间的平衡预应力提供，在施加预应力之前，结构几乎没有刚度，并且初预应力的值对结构的外形和结构刚度的大小起着决定性作用。

（三）杂交结构体系

杂交结构既可以是刚性结构体系间的组合，也可以是柔性结构体系与刚性结构体系的组合。如斜拉网架，悬挂网架，拱支网架，弦支结构等。杂交结构可以发挥不同类型结构的优点，如：由于拱的作用，整体网壳被划分成若干小的区段，使得网壳的整体稳定性转化为局部区段的稳定性问题，部分杆件或区段的局部失稳不会波及整个结构。所以，杂交结构可以更经济，更合理地跨越大空间。

（四）折叠结构

折叠结构是一种用时展开，不用时收起的结构，类似于雨伞、遮阳伞。可分为附加支撑折叠结构和自稳定折叠结构。这种结构在各个领域都有应用，如：生活中中施工棚、集市大棚、临时住宅等；军事上的战地指挥、战地救护等；航空上：太阳帆、可展式天线等。它的主要特点是造型新颖、质量轻、携带方便、便于保管和运输且可重复使用，在各个领域有广泛的应用前景。

（五）开合结构

在很短时间内移动开合部分或全部屋盖，是的建筑物在屋顶开启和关闭的两种状态下都可以使用。开合时间大概是20~25min，开合方式有水平移动、水平旋转、空间移动及其组合。开合结构与体育事业的发展密切相关：在比较恶劣的环境条件下保护观众和运动员，实现了能在预定时间内进行预定比赛的目的，例如为2008年北京奥运会兴建的国家体育场“鸟巢”， 平面形式为椭圆形,长轴340m短轴292m。屋盖中间有一个146m×76m的开口，这部分将设计成开合屋盖。结构形式为空间刚架绕着内环旋转而成。

（六）玻璃结构

玻璃结构的材料：浮法玻璃、钢化玻璃及淬火玻璃。点式玻璃幕墙是一种新型的玻璃结构，省去了支撑框架，代以拉索、桁架及钢爪，玻璃的通透性大大增强，结构的抗风和抗震性能也好于普通的玻璃幕墙。

三、空间网架结构的优缺点

空间网架结构在体育建筑，机场建筑，车站建筑，宾馆、会堂及展览馆，工业厂房及小品建筑上都有广泛的应用。各类结构形式有其各自的优缺点，它们共同的主要优点是受力合理，可以跨越较大的跨度，结构组成灵活，有规律，计算机辅助设计比较成熟，加工制作机械化程度高。缺点是节点用钢量较大，加工费较高，单层网壳属缺陷敏感性结构，计算分析较为复杂。

四、总结

空间网架结构以其明显的优势，在我国各个领域快速发展起来。这就要求我们要熟练掌握这些结构的设计与应用。在结构设计当中，结构选型是概念设计当中至关重要的一步，选择正确的结构形式可以有效地降低建筑的造价、提升结构的可靠性，改善建筑的使用体验。文中所提到的基本包含目前钢结构中一般空间网架结构的结构形式，对于较为复杂的大跨度建筑以及地质条件极端恶劣的施工地区，还需单独针对现实情况进行讨论，选择非常规的结构形式来满足建筑的功能需求和安全性要求。

参考文献：

[1] 钢结构设计手册编写组.钢结构设计手册（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2003

[2] 沈祖炎，陈杨骥.网架与网壳[M].上海：同济大学出版社，1997

[3] 高立人（译）.空间网格结构[M].北京：中国建筑工业出版社，2004

[4] 杨庆山.张拉索――膜结构分析与设计[M].北京：科学出版社，2004

[5] 张其林.索和膜结构[M].上海：同济大学出版社，2002

[6] 沈世钊.悬索结构设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1997