時(shí)間：2022-09-16 13:04:50
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞: 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題發(fā)展前景
中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
近年來(lái)我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展迅猛，一些項(xiàng)目的建設(shè)使我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平得到很大提高。其中不少項(xiàng)目的建筑設(shè)計(jì)方案新穎，結(jié)構(gòu)受力合理，節(jié)省鋼材，符合我國(guó)國(guó)情的好作品。但值得注意的是我們的設(shè)計(jì)體制、設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)水平、設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)人員素質(zhì)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)，還有許多有待解決的問題。尤其是當(dāng)前的執(zhí)行的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中一些標(biāo)準(zhǔn)滯后于形勢(shì)的發(fā)展和市場(chǎng)的需要，致使設(shè)計(jì)與鋼材新產(chǎn)品間的矛盾日益突出。
一、當(dāng)前建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題
1、市場(chǎng)不規(guī)范，導(dǎo)致項(xiàng)目設(shè)計(jì)質(zhì)量下降
當(dāng)前各大設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)任務(wù)相當(dāng)繁重，所承攬的工藝及綜合專業(yè)部分設(shè)計(jì)收費(fèi)較高，而鋼結(jié)構(gòu)部分卻是費(fèi)工費(fèi)力收費(fèi)低，不愿意承接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)，或者缺乏鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，故往往將鋼結(jié)構(gòu)部分分包給另一單位。層層轉(zhuǎn)包的另一表現(xiàn)為借用“資質(zhì)”或者叫“買圖標(biāo)”，一些無(wú)資質(zhì)的單位，拿到工程后，用買來(lái)的圖標(biāo)搞設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)質(zhì)量存在重大隱患。如不規(guī)范市場(chǎng)，嚴(yán)格資質(zhì)管理，會(huì)造成嚴(yán)重后果。
2、設(shè)計(jì)深度不夠，存在嚴(yán)重的質(zhì)量隱患
一些設(shè)計(jì)單位將自己的設(shè)計(jì)任務(wù)轉(zhuǎn)駕給加工企業(yè)，造成質(zhì)量下降。而且不少設(shè)計(jì)單位，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平比較低，承擔(dān)工程的設(shè)計(jì)者多為剛畢業(yè)不久的學(xué)生，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，更缺乏鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)知識(shí)，盲目照搬規(guī)范，套程序，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)不進(jìn)行研究，對(duì)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不分具體情況一律采用全焊接節(jié)點(diǎn)或“全鑄鋼節(jié)點(diǎn)，至于這種節(jié)點(diǎn)是否安全、構(gòu)造是否合理、是否能做出來(lái)心中一概無(wú)底，將應(yīng)該設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、支座詳圖和施工安裝等都交給加工企業(yè)，設(shè)計(jì)院只做到了方案設(shè)計(jì)或初步設(shè)計(jì)的深度，將施工圖交給加工廠，加工廠缺乏計(jì)算軟件，又將施工圖任務(wù)轉(zhuǎn)包出去，存在嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。有的加工廠為了節(jié)約鋼材，降低造價(jià)，盲目進(jìn)行鋼材優(yōu)化，結(jié)果造成工程質(zhì)量事故，給國(guó)家程造成重大損失。“施工圖設(shè)計(jì)”由設(shè)計(jì)單位完成，這是建設(shè)部早有規(guī)定的，也是設(shè)計(jì)院義不容辭的責(zé)任。
3、盲目追求高標(biāo)準(zhǔn)，造成設(shè)計(jì)過于保守
過于保守或過于‘先進(jìn)’，不恰當(dāng)?shù)娜我馓岣咴O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或降低設(shè)計(jì)安全等級(jí)一些設(shè)計(jì)人員對(duì)復(fù)雜工程缺乏經(jīng)驗(yàn)，心中無(wú)底，盲目追求高標(biāo)準(zhǔn)，造成設(shè)計(jì)過于保守，任意加大安全等級(jí)，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件不分主次，重要性系數(shù)取值任意加大，桿件“應(yīng)力比”取值太低；焊縫等級(jí)不分區(qū)別一律取一級(jí)全熔透焊縫；鋼材等級(jí)不分使用條件和部位也一律取c級(jí)或d級(jí)；鋼材強(qiáng)度級(jí)別不管是否必要隨意采用高強(qiáng)度420Mpa、490Mpa鋼材；在不了解“焊接殘余應(yīng)力”分布規(guī)律的情況下，錯(cuò)誤的提出消除“焊接殘余應(yīng)力”。一些設(shè)計(jì)人員互相攀比，層層加馬。由于上述原因往往造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件過大，投資大量增加，這都是設(shè)計(jì)方案不合理造成的。這種設(shè)計(jì)體制不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(biāo)過程中，為中標(biāo)壓價(jià)，承包方盡量減少鋼材用量，致使構(gòu)件安全系數(shù)太低，受壓構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比太大，沿海地區(qū)鋼管壁厚太小，致使構(gòu)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(shè)計(jì)應(yīng)力，最后不得采取現(xiàn)場(chǎng)加固措施。
4、現(xiàn)行的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》滯后，不能滿足設(shè)計(jì)需要
隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的迅速發(fā)展，鋼鐵行業(yè)已研制開發(fā)出優(yōu)質(zhì)中厚鋼板，目前可大量供應(yīng)工程應(yīng)用，這種牌號(hào)的Q235GJ、Q345GJ優(yōu)質(zhì)厚鋼板有著良好的綜合性能，如低厚板效應(yīng)、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(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)用厚板的各種需要，其性能已優(yōu)于日本SN50鋼、美國(guó)A572-50級(jí)鋼。新的國(guó)標(biāo)《GB/T19879-2005》新增加了390MPa、420MPa、460MPa三個(gè)強(qiáng)度級(jí)別，當(dāng)前的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》都一直未對(duì)上述鋼材新標(biāo)準(zhǔn)變化做出積極的反應(yīng)，也未為提出任何修改補(bǔ)充條文。致使設(shè)計(jì)與鋼材新產(chǎn)品間的矛盾日益突出，許多設(shè)計(jì)人員不敢采用新品種鋼材，為此建議著手修訂補(bǔ)充有關(guān)規(guī)范以滿足設(shè)計(jì)急需。
二、隨著規(guī)范的修訂完善，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)市場(chǎng)前景廣闊
當(dāng)前，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的形勢(shì)很好。我國(guó)加快對(duì)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂工作，并積極組織高等院校、學(xué)術(shù)團(tuán)體等舉辦鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)講座、規(guī)范設(shè)計(jì)研討等，同時(shí)重視加強(qiáng)和提高各級(jí)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平，努力實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，與日俱進(jìn)，以促進(jìn)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 規(guī)范 節(jié)點(diǎn) 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(zhuǎn)變，鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域中占有越來(lái)越重要的地位，而鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的十分重要環(huán)節(jié)。近年來(lái)，我國(guó)與世界上其他國(guó)家合作的工程建設(shè)項(xiàng)目的不斷增加，工程設(shè)計(jì)人員有越來(lái)越多的機(jī)會(huì)接觸到國(guó)外的設(shè)計(jì)規(guī)范。在中國(guó)工程領(lǐng)域中，很多項(xiàng)目原設(shè)計(jì)按美國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)，而因建造在中國(guó)，所有的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都必須同時(shí)滿足中國(guó)規(guī)范和美國(guó)規(guī)范，這就迫切需要我國(guó)工程設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)和運(yùn)用中國(guó)和美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。
本文對(duì)中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》及美國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范“Specification for Structure Steel Building-Allowable Stress Design and Plastic Design-1989”（簡(jiǎn)稱ASD89）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中的角焊縫構(gòu)造要求及承載力進(jìn)行了對(duì)比，找出兩國(guó)規(guī)范之間的共同之處及差異，得出包絡(luò)的設(shè)計(jì)方法，為工程設(shè)計(jì)人員提供參考。
2、中美鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范概述
鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)理念的不同，共存在兩種設(shè)計(jì)方法，一種是容許應(yīng)力法（ASD法），另一種是基于概率和可靠度的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，也稱為荷載分項(xiàng)系數(shù)法。美國(guó)的ASD89采用的是容許應(yīng)力法，而中國(guó)的GB50017-2003采用的是荷載分項(xiàng)系數(shù)法。
容許應(yīng)力法要求結(jié)構(gòu)在荷載作用下，其構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)應(yīng)力不超過規(guī)范規(guī)定的容許應(yīng)力，容許應(yīng)力是指材料強(qiáng)度除以安全系數(shù)，彎剪扭受力狀態(tài)下安全系數(shù)各不相同。荷載分項(xiàng)系數(shù)法是在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)置反映各荷載的不確定性并與結(jié)構(gòu)可靠度概念相關(guān)聯(lián)的一個(gè)數(shù)值，稱為組合系數(shù)，對(duì)荷載工況進(jìn)行組合，荷載組合下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力不大于材料的名義抗力。
3、構(gòu)造
角焊縫設(shè)計(jì)中的構(gòu)造措施主要包括焊縫最小焊腳高度，最大焊腳高度，最小長(zhǎng)度和斷續(xù)焊縫的長(zhǎng)度四個(gè)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(shí)焊縫冷卻速度過快，可能產(chǎn)生淬硬組織，易使焊縫附近主體金屬產(chǎn)生裂紋。因此，應(yīng)對(duì)角焊縫的焊腳的尺寸需規(guī)定其最小限值。
中國(guó)規(guī)范規(guī)定： ，當(dāng) 時(shí)，取 ；對(duì)埋弧自動(dòng)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(guó)規(guī)范ASD89根據(jù)較厚鋼板的厚度分段規(guī)定焊縫最小尺寸限值，見表1。表1同時(shí)列出相應(yīng)厚度范圍內(nèi)根據(jù)中國(guó)規(guī)范計(jì)算出的最小焊腳高度做對(duì)比。
表1 美國(guó)規(guī)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(guó)規(guī)范相應(yīng)計(jì)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(guó)規(guī)范是按照不同焊件的厚度計(jì)算取值，美國(guó)規(guī)范是按照不同板厚的區(qū)間分段取值。在較薄板件之間相連接時(shí)，最小焊腳高度限值差不多，而厚板相連時(shí)，中國(guó)規(guī)范最小焊腳高度限制要嚴(yán)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(chǎn)生燒傷、燒穿的現(xiàn)象，且使焊件產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力和較大的焊接變形，所以，對(duì)角焊縫還應(yīng)規(guī)定其最大焊腳尺寸。
中國(guó)規(guī)范規(guī)定： 不宜小于 （鋼管結(jié)構(gòu)除外）， 為較薄焊件厚度。 對(duì)于板件端部的角焊縫，當(dāng)板厚 時(shí)， ；當(dāng)板厚 時(shí)， 。
ASD89中規(guī)定：當(dāng)焊件板厚 時(shí)， ；當(dāng)焊件板厚 時(shí)， 。
從角焊縫最大焊腳尺寸的限值來(lái)看，中國(guó)規(guī)范的限值與美國(guó)規(guī)范基本一致。
3.3、角焊縫最小長(zhǎng)度
角焊縫焊腳尺寸大而長(zhǎng)度較小時(shí)，焊件局部加熱嚴(yán)重，焊縫起滅弧所引起的缺陷相距太近，以及焊縫上可能產(chǎn)生的其他缺陷（氣孔、非金屬夾渣等），也使焊縫不夠可靠。對(duì)搭接連接的側(cè)面角焊縫而言，如果焊縫長(zhǎng)度過小，由于力線彎折大，也會(huì)造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中.因此，為了使焊縫能夠具有一定的承載能力，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最小焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的限值為：
中國(guó)規(guī)范規(guī)定：側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度 ，且≥40mm。
美國(guó)規(guī)范規(guī)定： ，，且大于等于兩側(cè)焊縫之間的間距。若焊縫長(zhǎng)度不滿足此要求，按實(shí)際焊縫長(zhǎng)度的1/4計(jì)算焊縫承載力。
中國(guó)規(guī)范在焊縫最小長(zhǎng)度方面比美國(guó)規(guī)范嚴(yán)格很多，但美國(guó)規(guī)范對(duì)于不滿足最小長(zhǎng)度的焊縫計(jì)算規(guī)定更為詳細(xì)。
3.4、斷續(xù)焊縫
在次要焊縫連接或次要構(gòu)件中，可采用斷續(xù)焊縫。但斷續(xù)焊縫容易引起應(yīng)力集中，且斷續(xù)角焊縫的距離過大會(huì)使構(gòu)件連接不夠緊密，焊件容易受潮并且銹蝕，因此對(duì)于斷續(xù)角焊縫中美規(guī)范提出如下要求：
中國(guó)規(guī)范規(guī)定：斷續(xù)焊縫的長(zhǎng)度 ，且≥50mm。其凈距不應(yīng)大于15t（受壓構(gòu)件）或30t（受拉構(gòu)件）。
美國(guó)ASD89規(guī)范規(guī)定：一般情況下， ，且≥38mm。
在斷續(xù)焊縫的限值來(lái)說，中國(guó)規(guī)范要求比美國(guó)規(guī)范相對(duì)寬松，但美國(guó)規(guī)范對(duì)焊縫的凈間距未做要求。
4、計(jì)算
對(duì)于中、美規(guī)范，承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的方程表達(dá)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(duì)兩種規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，其方程可表達(dá)為：
（2）
其中：
S-荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值；
R-結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計(jì)值
， -恒荷載和活荷載標(biāo)準(zhǔn)值
， -恒荷載和活荷載荷載分項(xiàng)系數(shù)
-鋼結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值
-材料分項(xiàng)系數(shù)
為方便比較中美鋼結(jié)構(gòu)焊縫節(jié)點(diǎn)計(jì)算的安全度差異，本了對(duì)以下幾個(gè)方面規(guī)定：（1）本文僅對(duì)國(guó)內(nèi)常用的Q235和Q345鋼材對(duì)應(yīng)的焊材進(jìn)行對(duì)比，兩種材料 ， 為焊材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， 為焊材的抗拉強(qiáng)度值（2）假定恒荷載與活荷載的比值 ，（3）中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范分別考慮恒荷載效應(yīng)控制的組合和活荷載效應(yīng)控制的組合，中美規(guī)范的荷載分項(xiàng)系數(shù)見表2。
表2 荷載分項(xiàng)系數(shù)表
規(guī)范 恒荷載分項(xiàng)系數(shù) 活荷載分項(xiàng)系數(shù)
中國(guó)GB50017-2003 1.2 1.4
1.35 0.98
美國(guó)ASD89 1 1
4.1 正面角焊縫
在荷載標(biāo)準(zhǔn)值相同的情況下，正面角焊縫的設(shè)計(jì)安全度差異可通過不同規(guī)范計(jì)算所需的焊縫截面積比值來(lái)進(jìn)行對(duì)比：
GB50017的極限狀態(tài)方程為
（3）
（4）
ASD89的極限狀態(tài)方程為
（5）
ASD89和GB50017的正面角焊縫安全度差異可表達(dá)為：
（6）
（7）
當(dāng)活荷載和恒荷載的比值x取不同的值時(shí)，可得到中美鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范對(duì)于正面角焊縫的計(jì)算的安全度差異，見圖1。
圖1 正面角焊縫中美規(guī)范設(shè)計(jì)安全度差異
由圖1可看出，對(duì)于正面角焊縫設(shè)計(jì)，在可變荷載控制效應(yīng)組合下，安全度隨著活荷載的增大而減小；在永久荷載控制效應(yīng)組合下，安全度隨著活荷載的增大而增大。但無(wú)論哪種荷載控制效應(yīng)組合，按美標(biāo)規(guī)范設(shè)計(jì)所需的焊縫面積均大于中國(guó)規(guī)范，美標(biāo)規(guī)范設(shè)計(jì)的安全度大于中國(guó)規(guī)范。
4.2 側(cè)面角焊縫
在荷載標(biāo)準(zhǔn)值相同的情況下，側(cè)面角焊縫的設(shè)計(jì)安全度差異可通過不同規(guī)范計(jì)算所需的焊縫截面積比值來(lái)進(jìn)行對(duì)比：
GB50017的極限狀態(tài)方程為
（8）
（9）
ASD89的極限狀態(tài)方程為
（10）
ASD89和GB50017的正面角焊縫安全度差異可表達(dá)為：
（11）
（12）
當(dāng)活荷載和恒荷載的比值x取不同的值時(shí)，可得到中美鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范對(duì)于側(cè)面角焊縫的計(jì)算的安全度差異，見圖2。
圖2 側(cè)面角焊縫中美規(guī)范設(shè)計(jì)安全度差異
由圖2可看出，對(duì)于側(cè)面角焊縫設(shè)計(jì)，在可變荷載控制效應(yīng)組合下，安全度隨著活荷載的增大而減小；在永久荷載控制效應(yīng)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(shí)，按美標(biāo)規(guī)范設(shè)計(jì)所需的焊縫面積均大于中國(guó)規(guī)范，美標(biāo)規(guī)范設(shè)計(jì)的安全度均大于中國(guó)規(guī)范。在活荷載大于2倍恒荷載時(shí)，可變荷載效應(yīng)控制荷載組合下中國(guó)規(guī)范的設(shè)計(jì)安全度大于美標(biāo)規(guī)范，但在實(shí)際工程中，這種情況較少見，因此總體來(lái)說美標(biāo)規(guī)范設(shè)計(jì)的安全裕度大于中國(guó)規(guī)范。
5、結(jié)語(yǔ)
1. 中、美兩國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的理論基礎(chǔ)有所不同，美國(guó)規(guī)范采用的是基于安全系數(shù)的容許應(yīng)力法，中國(guó)規(guī)范采用的是基于概率和可靠度理論的荷載分項(xiàng)系數(shù)法，設(shè)計(jì)方法不盡相同。
2. 對(duì)于焊縫的構(gòu)造，美國(guó)規(guī)范起步較早，較為成熟，中國(guó)規(guī)范在制定的過程中部分參照了美國(guó)規(guī)范，因此構(gòu)造要求大體上與美國(guó)規(guī)范差不多，但又在美國(guó)規(guī)范的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新和發(fā)展，總體比較中國(guó)規(guī)范除了斷續(xù)焊縫，構(gòu)造要求要高于美國(guó)規(guī)范。
3. 對(duì)于焊縫的承載力計(jì)算，僅在活荷大于兩倍恒荷載時(shí)的可變荷載控制工況下，中國(guó)規(guī)范略保守，這種情況工程中應(yīng)用雖然不多，但設(shè)計(jì)時(shí)需考慮對(duì)此種情況的包絡(luò)。總體來(lái)說美標(biāo)規(guī)范角焊縫的設(shè)計(jì)安全裕度大于中國(guó)規(guī)范。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；廠房；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
引言
在工業(yè)建筑中，鋼結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的性能被廣泛采用，為滿足生產(chǎn)需要，跨度大、高度大以及大噸位行車重型鋼結(jié)構(gòu)廠房不斷涌現(xiàn)。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，重型鋼結(jié)構(gòu)廠房在工業(yè)建筑中的比重越來(lái)越大，主要領(lǐng)域用于冶金、機(jī)械、船舶等工業(yè)建筑。本文結(jié)合浙江寧波地區(qū)某生產(chǎn)車間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些注意事項(xiàng)和要點(diǎn)，供類似設(shè)計(jì)中參考。
1重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)相對(duì)于輕型門式剮架結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：
1.1結(jié)構(gòu)用鋼量大。該類廠房柱距、跨度、高度一般較大。且吊車工作級(jí)別、荷載較大，因此導(dǎo)致構(gòu)件超長(zhǎng)、超寬、超重現(xiàn)象，用鋼量一般超過60kg/m2。由于該類廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量較重，且上部荷載較大，相應(yīng)基礎(chǔ)費(fèi)用也較高，同時(shí)地震反應(yīng)也較為敏感。
1.2軸網(wǎng)布置不規(guī)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(dá)到24m甚至更大。
1.3結(jié)構(gòu)整體剛度要求高。因吊車沖擊荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，在結(jié)構(gòu)的縱向及橫向應(yīng)提高結(jié)構(gòu)整體剛度，以減小整體結(jié)構(gòu)的震動(dòng)。
1.4節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮超大、超寬、超重構(gòu)件的制造、運(yùn)輸、安裝的工藝要求，并滿足抗震構(gòu)造措施及剛性假定的規(guī)定。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)。
2．1主要荷載
廠房結(jié)構(gòu)所受到的荷載主要有豎向荷載：包括結(jié)構(gòu)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(fēng)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(jié)構(gòu)自重由程序自動(dòng)計(jì)算。風(fēng)荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》選用風(fēng)荷載體形系數(shù)后，由程序自動(dòng)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(nèi)取1.0kN/m2，距高爐中心50~100m時(shí)取0.5 kN/m2，走道板活荷載取2.0kN/m2。基本風(fēng)壓0.4 kN/m2。吊車荷載按照廠家提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入。
2．2主要結(jié)構(gòu)布置
排架柱為單階柱，上階柱采用工字型實(shí)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(shí)腹工字型截面柱．則柱截面會(huì)很大，不經(jīng)濟(jì)，下柱采用格構(gòu)式鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)方案。充分利用了鋼管和混凝土兩種材料的力學(xué)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(shè)計(jì)
(1)撓度控制：屋面斜梁撓度限值按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）附錄A規(guī)定，[Vt]
(2)腹板高厚比控制：當(dāng)屋面梁軸力相對(duì)較小時(shí)。可按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)4.3.1款規(guī)定，承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載的組合粱宜考慮腹板屈曲后強(qiáng)度，并滿足第4.4節(jié)相關(guān)要求。考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的屋面斜梁腹板可以設(shè)計(jì)的較薄，且無(wú)需設(shè)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(jié)構(gòu)廠房的屋面斜梁腹板厚度不宣設(shè)計(jì)過薄，一般最小取6.0mm，且h/t不大于150。
2．4柱子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
排架柱以邊柱為例。如圖1所示。
鋼柱為單階柱。上柱采用實(shí)腹式柱，下柱采用格構(gòu)式鋼管混凝土柱。鋼管材料選用Q345B鋼，管內(nèi)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(jìn)管內(nèi)．待管內(nèi)混凝土被振搗密實(shí)并達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50％以后，方可焊接孔板。鋼管中混凝土應(yīng)采用壓力灌漿法澆筑，為使管內(nèi)混凝土密實(shí)，在肩梁上翼緣板各開有直徑為30mm的泄氣孔:，灌漿時(shí)應(yīng)振搗密實(shí)，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(tǒng)安裝前澆灌，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70％以上，方能安裝吊車及墻架系統(tǒng)。下柱長(zhǎng)15.18m，在柱腳處和下柱的中部分別設(shè)置了一道橫隔(橫隔間距不宜大于柱長(zhǎng)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(nèi)，這樣的構(gòu)造做法使吊車梁傳來(lái)的豎向荷載有效的傳遞至下部鋼管混凝土柱內(nèi)，提高了節(jié)點(diǎn)的整體受力性能。
圖1：排架柱
2.5柱間支撐設(shè)計(jì)
為保證廠房的縱向剛度和空間剛度，承受山墻風(fēng)力、吊車縱向剎車荷載、溫度應(yīng)力和地震作用，沿廠房縱向設(shè)置上、下柱間支撐。下柱柱間支撐設(shè)兩道，原則上應(yīng)該布置在溫度區(qū)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(dāng)?shù)恼{(diào)整以滿足工藝要求。上柱支撐設(shè)四道，上柱支撐除在設(shè)有下柱支撐的柱間布置外，在溫度區(qū)段的兩端另設(shè)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?yàn)榘邈q連接的縱向約束效應(yīng)小，適用于重級(jí)工作制吊車梁，板鉸及其連接應(yīng)能保證傳遞梁端最大水力．鉸板孔徑較栓徑大1mm，其加工應(yīng)按照精制螺栓要求進(jìn)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(shè)與排架柱相連的垂直隔板，此隔板為構(gòu)造加強(qiáng)，無(wú)需計(jì)算。
3廠房各系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意的問題
3.1鉸接屋架上承及下承做法對(duì)柱的影響
上承式屋架優(yōu)點(diǎn)：屋架支座處傳力好。屋架在安裝時(shí)的穩(wěn)定性好,而且基本上可不必考慮屋架受力后弦桿彈性伸長(zhǎng)的影響。上弦在豎向荷載作用下的壓縮變形可補(bǔ)償屋架下?lián)蠒r(shí)(坡度變直時(shí))支座向外的位移。其總位移量的消長(zhǎng)情況與屋面坡度有關(guān),當(dāng)屋面坡度i≥1/6,柱頂仍將向外推移。當(dāng)i≤1/10柱頂非但不會(huì)向外推移，甚至有向里移動(dòng)的可能，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)在多跨廠房中更為重要。
上承式屋架缺點(diǎn):上承屋架端支座底部至端節(jié)點(diǎn)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(duì)支座節(jié)點(diǎn)的偏心彎矩較大,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起注意。一般可采取以下兩種方式解決:①采用側(cè)接法與柱頂相連,以減少甚至消除偏心彎矩;②在與支座節(jié)點(diǎn)相連的屋架桿件設(shè)計(jì)中,考慮此偏心彎矩的影響,下承式屋架做法優(yōu)缺點(diǎn)正好與上承式相反。
3.2柱
柱截面選用時(shí),為了經(jīng)濟(jì),宜優(yōu)先選用鋼管混凝土柱或型鋼格構(gòu)柱。為了經(jīng)濟(jì),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(jì)算長(zhǎng)度。
3.3柱間支撐
支撐桿件采用單拉桿設(shè)計(jì)或一拉一壓桿件設(shè)計(jì),應(yīng)根據(jù)受力大小及桿件長(zhǎng)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(shè)計(jì),便于中間穿行管道、鋼梯及參觀走道。
3.4吊車梁系統(tǒng)
國(guó)標(biāo)圖集與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)吊車梁中間加勁肋板與上翼緣的焊縫處的要求不同(鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求刨平頂緊后焊接,國(guó)標(biāo)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(guó)標(biāo)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(jié)語(yǔ)
隨著我國(guó)工業(yè)建設(shè)的發(fā)展，尤其是沿海、沿江地區(qū)冶金、機(jī)械、船舶及海洋工程類建設(shè)項(xiàng)目，由于生產(chǎn)工藝的需要以及建設(shè)用地的允許 ,建造大跨度和大面積的鋼結(jié)構(gòu)廠房越來(lái)越多 ,而隨著我國(guó)鋼產(chǎn)量的增加和建筑設(shè)計(jì)、 施工技術(shù)的不斷進(jìn)步 ,這種需求得到滿足也變得越來(lái)越容易。設(shè)計(jì)人員要熟悉規(guī)范，靈活把握，使得工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)合理。
參考文獻(xiàn)
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[2]GB 50017--2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．
關(guān)鍵字：鋼結(jié)構(gòu)廠房框排架；STAWE；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
前言
在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)過程中，很多情況下因?yàn)槭褂每臻g和節(jié)約材料的要求，廠房要求被設(shè)計(jì)成下面是框架結(jié)構(gòu)上面是排架結(jié)構(gòu)或者左邊是框架結(jié)構(gòu)右邊是排架結(jié)構(gòu)的框排架結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中，既要滿足框架結(jié)構(gòu)的要求，排架部分同時(shí)也要滿足排架結(jié)構(gòu)的要求。
工程實(shí)例
2.1工程概況
某工程位于鄭州市二七區(qū)，為二層結(jié)構(gòu)，底層層高15米，有15T橋式吊車，位于11米標(biāo)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(shè)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(gè)開間。廠房長(zhǎng)X寬為42米X119米。除此之外，屋面從第2個(gè)開間至第16個(gè)開間還設(shè)置天窗架采光。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2012008版）（項(xiàng)目為2009年設(shè)計(jì)）鄭州市二七區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g。房屋抗震設(shè)防類別為丙類。根據(jù)《抗震規(guī)范》第8.1.3條，房屋高度
2.2結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，屋面是輕鋼屋面，故二樓無(wú)需采用框架結(jié)構(gòu)，采用排架結(jié)構(gòu)即可，所以我們的廠房結(jié)構(gòu)形式采用下部框架上部排架的結(jié)構(gòu)形式。兩個(gè)方向的跨度差別較大，所以剛度差別也會(huì)比較大，因此框架采用框架-支撐結(jié)構(gòu)。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》8.1.6條規(guī)定抗震等級(jí)四級(jí)且高度不大于50m的鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)件軸線的交點(diǎn)。房屋總長(zhǎng)119米，總長(zhǎng)大于60米且小于120米，底層框架設(shè)置兩道支撐。支撐均勻布置，布置于第5個(gè)開間和第13個(gè)開間，采用H型鋼支撐。二層排架結(jié)構(gòu)，根據(jù)《抗震規(guī)范》第H.2.3條，多層鋼結(jié)構(gòu)廠房的支撐布置應(yīng)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(shè)置支撐，支撐順著底層布置部位設(shè)置。支撐采用L型角鋼。同時(shí)由于天窗架的設(shè)置，為了傳遞天窗架的荷載在第1開間和第17開間同樣設(shè)置屋面水平支撐和豎向支撐。
2.3柱截面選型
結(jié)構(gòu)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(zhǎng)細(xì)比要求，現(xiàn)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(gè)方向，故采用焊接“工”字鋼。
2.4模型計(jì)算
框排架結(jié)構(gòu)既要滿足框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果，排架結(jié)構(gòu)部分同時(shí)還要滿足排架的計(jì)算結(jié)果，因此該建筑的結(jié)構(gòu)模型首先在PKPM鋼結(jié)構(gòu)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(shí)際的剛度折減成相應(yīng)的屋面厚度輸入模型中，然后用結(jié)構(gòu)模塊中的STAWE整體計(jì)算。在SATWE前處理的特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義中，設(shè)置二層的樓面為彈性膜，這樣的模型設(shè)置更接近于事實(shí)。參數(shù)都定義好后，進(jìn)行計(jì)算，整體結(jié)構(gòu)要滿足《抗震規(guī)范》及《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的多、高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。二層的排架結(jié)構(gòu)既要滿足框架的整移角要求，同時(shí)也要滿足排架的長(zhǎng)細(xì)比，應(yīng)力比等要求。所以，要另外選取不同的每一品排架用鋼結(jié)構(gòu)模塊中的框排架PK交互輸入與優(yōu)化計(jì)算進(jìn)行排架計(jì)算。在二維排架計(jì)算模型中，底層的梁柱采用規(guī)范是《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，二層的梁柱采用《門式鋼架設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算。得出的結(jié)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(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.5.1多、高層鋼結(jié)構(gòu)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(xiàng)目用PKPM中的SATWE計(jì)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(jì)算出來(lái)，多遇地震影響系數(shù)最大值為0.08，罕遇地震影響系數(shù)最大值為0.5，即得罕遇地震與多遇地震的影響系數(shù)比值為6.25（0.5/0.08），根據(jù)上表能簡(jiǎn)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(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
框架部分經(jīng)過STAWE整體計(jì)算后，連接STS接口，進(jìn)行全樓節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)。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(yīng)采用全焊接連接，梁的現(xiàn)場(chǎng)拼接采用翼緣焊接腹板螺栓連接。梁的拼接節(jié)點(diǎn)STS節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中會(huì)考慮設(shè)計(jì)。為了材料的節(jié)約，柱截面相對(duì)于跨度較大的框架梁來(lái)說，截面翼緣相對(duì)取得較薄，使得懸臂梁與鋼柱焊接連接的計(jì)算結(jié)果通常會(huì)不滿足結(jié)果。如：按抗震規(guī)范8.2.8條進(jìn)行梁柱連接的極限承載力驗(yàn)算： Mu=487.664 >1.3Mp=473.311 滿足，加強(qiáng)需要的蓋板厚度Tgb=6，（蓋板厚+梁翼緣厚）>柱翼緣厚！滿足設(shè)計(jì)要求！
3 結(jié)束語(yǔ)
框排架結(jié)構(gòu)是工業(yè)廠房建筑中越來(lái)越常見的結(jié)構(gòu)形式，無(wú)論是框架與排架側(cè)向連接組成的側(cè)向框排架結(jié)構(gòu)廠房，還是下部為框架上部頂成為排架的豎向框排架結(jié)構(gòu)廠房。框排架結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)計(jì)算。同時(shí)排架也需要進(jìn)行排架結(jié)構(gòu)計(jì)算。整體計(jì)算框排架的所有構(gòu)件都要滿足框架結(jié)構(gòu)的抗震要求，側(cè)向或者頂層的排架部分要滿足排架結(jié)構(gòu)的抗震要求。
參考文獻(xiàn)：
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鋼筋混凝土多層、多跨框架軟件開發(fā)
2.項(xiàng)目研究背景：
所要編寫的結(jié)構(gòu)程序是混凝土的框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，建筑指各種房屋及其附屬的構(gòu)筑物。建筑結(jié)構(gòu)是在建筑中，由若干構(gòu)件，即組成結(jié)構(gòu)的單元如梁、板、柱等，連接而構(gòu)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(shè)部最新出臺(tái)的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50010-xx,該規(guī)范與原混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范gbj10-89相比，新增內(nèi)容約占15%，有重大修訂的內(nèi)容約占35%，保持和基本保持原規(guī)范內(nèi)容的部分約占50%，規(guī)范全面總結(jié)了原規(guī)范實(shí)施以來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，借鑒了國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
3. 項(xiàng)目研究意義：
建筑中，結(jié)構(gòu)是為建筑物提供安全可靠、經(jīng)久耐用、節(jié)能節(jié)材、滿足建筑功能的一個(gè)重要組成部分，它與建筑材料、制品、施工的工業(yè)化水平密切相關(guān)，對(duì)發(fā)展新技術(shù)。新材料，提高機(jī)械化、自動(dòng)化水平有著重要的促進(jìn)作用。
由于結(jié)構(gòu)計(jì)算牽扯的數(shù)學(xué)公式較多，并且所涉及的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)很零碎。并且計(jì)算量非常之大，近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，城市人口集中、用地緊張以及商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的激烈化，更加劇了房屋設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，許多多高層建筑不斷的被建造。這些建筑無(wú)論從時(shí)間上還是從勞動(dòng)量上，都客觀的需要計(jì)算機(jī)程序的輔助設(shè)計(jì)。這樣，結(jié)構(gòu)軟件開發(fā)就顯得尤為重要。
一棟建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，主要取決于結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件的截面尺寸、材料強(qiáng)度等級(jí)以及主要機(jī)構(gòu)構(gòu)造是否合理。這些問題已經(jīng)正確解決，結(jié)構(gòu)計(jì)算、施工圖的繪制、則是另令人辛苦的具體程序設(shè)計(jì)工作了，因此原來(lái)在學(xué)校使用的手算方法，將被運(yùn)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(xué)的結(jié)構(gòu)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)出做法，還要想到如何把這些做法用代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，
4.文獻(xiàn)研究概況
在不同類型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有些內(nèi)容是一樣的，做框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)鍵是要減少漏項(xiàng)、減少差錯(cuò)，計(jì)算機(jī)也是如此的。
關(guān)鍵詞鋼結(jié)構(gòu);用鋼量;剛度;穩(wěn)定性;耐火保護(hù)層
中圖分類號(hào)TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2010)042-0095-01
隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快及鋼產(chǎn)量快速提高,鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隊(duì)伍逐步擴(kuò)大。特別是近年建筑行業(yè)的高速發(fā)展和原材料匱乏,長(zhǎng)期在多層建筑領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的粘土磚逐漸退出歷史舞臺(tái)。但與此同時(shí),鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)資源的合理利用及可持續(xù)發(fā)展問題日益突出。
當(dāng)前,制約我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的主要因素是:鋼結(jié)構(gòu)建筑的造價(jià)高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。因此,在滿足鋼結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范的前提下,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),減少結(jié)構(gòu)用鋼量,降低工程造價(jià)有重要意義。
1鋼結(jié)構(gòu)概述
1.1鋼結(jié)構(gòu)的含義及特點(diǎn)
鋼結(jié)構(gòu)是由型鋼和鋼板等組成的結(jié)構(gòu),形式多樣:桁架、框架、網(wǎng)架、門剛等等;各構(gòu)件或部件之間采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。
鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):鋼材的組織結(jié)構(gòu)均勻,接近于各向同性勻質(zhì)體,因而鋼結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算結(jié)果比較符合實(shí)際受力情況;鋼材強(qiáng)度和彈性模量也高,因此與同強(qiáng)度才來(lái)相比,體積輕便:鋼結(jié)構(gòu)塑性和韌性好、適宜于承受振動(dòng)和沖擊荷載;鋼結(jié)構(gòu)便于機(jī)械化制造,精確度較高,安裝方便,是工程結(jié)構(gòu)中工業(yè)化程度最高的一種結(jié)構(gòu);施工較快,可盡快地發(fā)揮投資的經(jīng)濟(jì)效益。鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的適用范圍
基于以上優(yōu)點(diǎn),鋼結(jié)構(gòu)通常用于跨度大、高度大、荷載大、動(dòng)力作用大的各種工程結(jié)構(gòu)中,如工業(yè)廠房的承重骨架和吊車梁、大跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)、高層建筑的骨架、大跨度的橋梁、起重機(jī)結(jié)構(gòu)、塔架和桅桿結(jié)構(gòu)、石油化工設(shè)備的框架、工作平臺(tái)和海洋采油平臺(tái)、管道支架、水工閘門等;也常用于可裝拆搬遷的結(jié)構(gòu),如臨時(shí)性展覽館、建筑工地用房、混凝土模板等。輕型鋼結(jié)構(gòu)常用于小跨度輕屋面的各類房屋、自動(dòng)化高架倉(cāng)庫(kù)等。此外,容器結(jié)構(gòu)、爐體結(jié)構(gòu)和大直徑管道等也常用鋼材制成。
2影響鋼結(jié)構(gòu)用鋼量的主要因素
在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,影響用鋼量的因素主要有以下三點(diǎn):
1)剛度條件。一般來(lái)講,設(shè)計(jì)時(shí)要求變形越小則用鋼量越大。變形與構(gòu)件的長(zhǎng)度密切相關(guān),即與工程結(jié)構(gòu)的高度、跨度、柱距等方面有關(guān)。如單層輕鋼結(jié)構(gòu)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(jié)省的。
2)整體穩(wěn)定條件。過去傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往采用拉壓桿體系解決穩(wěn)定性,現(xiàn)在設(shè)計(jì)中則較多采用拉桿體系支撐,現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)該問題規(guī)定不明,部分設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)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(wěn)定性而加寬構(gòu)件翼緣,使得實(shí)際用鋼量比設(shè)計(jì)所需有所增加。筆者認(rèn)為:設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮構(gòu)件的相互約束(如設(shè)計(jì)剛架梁時(shí)考慮檁條對(duì)梁的約束),就可以把為解決整體穩(wěn)定而多用的鋼材節(jié)省下來(lái)。
3)局部穩(wěn)定條件。國(guó)標(biāo)GBJl7-88《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》用于輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是偏于安全的。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)CECSl02:98《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》及上海、北京等地制訂的有關(guān)輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的技術(shù)規(guī)程在剛度和穩(wěn)定性條件等方面也未作出具體規(guī)定,設(shè)計(jì)時(shí),我們應(yīng)綜合考慮其結(jié)構(gòu)安全性和用鋼量,來(lái)確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3基于輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體過程
3.1剛度設(shè)計(jì)
國(guó)標(biāo)GBJl7-88《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)多層框架和有重級(jí)工作制吊車的廠房變形控制的要求作了較明確的規(guī)定。對(duì)普通單層結(jié)構(gòu),國(guó)標(biāo)CECSl02:98《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》做出了具體的規(guī)定。
結(jié)構(gòu)變形主要涉及到適用性的問題,一般對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性涉及并不太深。而單層輕鋼結(jié)構(gòu)屋面一般是不上人的。筆者認(rèn)為,設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)單層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的變形控制是可以適當(dāng)放寬的。放寬變形對(duì)于那些主要由變形控制的建筑有非常重要的經(jīng)濟(jì)意義。根據(jù)上海市已建成投入使用的輕鋼結(jié)構(gòu)單層廠房、倉(cāng)庫(kù)等實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)于檐口高度不超過9m的單層輕鋼廠房,設(shè)計(jì)時(shí)可以只考慮強(qiáng)度條件,而不必考慮剛度變形要求。這種做法與歐美等國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定也是比較接近的。
3.2整體穩(wěn)定設(shè)計(jì)
3.2.1框架構(gòu)件設(shè)計(jì)
整體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式:
式中:――梁整體穩(wěn)定系數(shù);
――梁整體穩(wěn)定等效彎矩系數(shù);
――梁側(cè)向支撐點(diǎn)間對(duì)接弱軸的長(zhǎng)細(xì)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(gòu)件整體穩(wěn)定承載能力與成反比。由于與受壓翼緣的自由長(zhǎng)度成正比,故解決整體穩(wěn)定最經(jīng)濟(jì)有效的辦法是對(duì)受彎構(gòu)件的受壓翼緣增加側(cè)向支撐以減少。因?yàn)樵谳p鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,由于檁條彩板屋蓋結(jié)構(gòu)的檁條的側(cè)向支撐作用(檁條間距一般為l200-1500mm),梁的整體穩(wěn)定往往有保證。這樣就可以不必為整體穩(wěn)定而加寬翼緣,增加用鋼量。
設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)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(jié)構(gòu)屋面往往較輕,風(fēng)荷的改變往往會(huì)改變內(nèi)力的方向,因此梁下翼緣及柱內(nèi)翼緣也都存在受壓的可能。對(duì)于這種情況,設(shè)計(jì)時(shí)通過設(shè)置隅撐來(lái)解決。隅撐連接梁下翼緣(或柱內(nèi)翼緣)與檁條,使之形成側(cè)向約束,來(lái)解決梁下翼緣(或柱內(nèi)翼緣)的整體穩(wěn)定。
3.2.2檁條設(shè)計(jì)
采用Z型、C型檁條時(shí),設(shè)計(jì)成搭接的連續(xù)性檁條而成為連續(xù)梁計(jì)算模式比以簡(jiǎn)支梁為模式的效果好。因?yàn)檫B續(xù)梁模式比簡(jiǎn)支梁模式的剛度大,穩(wěn)定性優(yōu)于簡(jiǎn)支梁。在筆者查閱的歐美等國(guó)鋼結(jié)構(gòu)圖紙與技術(shù)中,他們計(jì)算穩(wěn)定的自由長(zhǎng)度取值是連續(xù)梁跨中反彎點(diǎn)之間的長(zhǎng)度。這比我國(guó)現(xiàn)在一般取的自由長(zhǎng)度要小,因此穩(wěn)定性也優(yōu)于簡(jiǎn)支梁。接照連續(xù)梁模式設(shè)計(jì)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(wěn)定設(shè)計(jì)
據(jù)彈性理論,四邊簡(jiǎn)支板的臨界剪應(yīng)力為:
由式(2)知:板的局部失穩(wěn)臨界剪應(yīng)力與(h/tw)2成反比,故h/tw越小越好,設(shè)計(jì)時(shí)為了節(jié)省鋼材就須增大h/tw值以提高構(gòu)件的抗彎模量。這時(shí)解決局部失穩(wěn)往往可以不必增大腹板厚tw,一般是通過設(shè)加勁肋的方法來(lái)解決。在國(guó)標(biāo)CBJl7-88《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中,h/tw ≥ 80設(shè)加勁肋的規(guī)定就是基于臨界剪應(yīng)力與抗剪屈服應(yīng)力相等定出的。這個(gè)規(guī)定對(duì)于普通鋼結(jié)構(gòu)是合適的。但對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu),因?yàn)楹奢d較小,往往剪應(yīng)力也很小,要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于抗剪屈服應(yīng)力。在低剪應(yīng)力下,即使h/tw ≥ 80也不會(huì)產(chǎn)生局部失穩(wěn)現(xiàn)象。因此,設(shè)計(jì)時(shí)若剪應(yīng)力未達(dá)屈服剪應(yīng)力,可不設(shè)加勁肋,這一點(diǎn)在輕鋼設(shè)計(jì)中可適時(shí)考慮
3.4焊縫設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)規(guī)范中受力焊縫已有明確的規(guī)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?yàn)檫@些焊縫在輕鋼結(jié)構(gòu)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(yīng)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(guó)鋼結(jié)構(gòu)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(dòng)焊機(jī)的生產(chǎn)能力提高了一倍左右。國(guó)內(nèi)未能采用單面焊縫原因大致有:①目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)輕鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠家還沒有解決單面焊縫的非對(duì)稱變形;②長(zhǎng)期以來(lái)設(shè)計(jì)人員已形成習(xí)慣。筆者認(rèn)為,若解決非對(duì)稱變形問題,對(duì)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(jié)構(gòu)耐火保護(hù)層設(shè)計(jì)
鋼結(jié)構(gòu)或鋼構(gòu)件存在耐火性能差會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患,這使得完善和充實(shí)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中的防火設(shè)計(jì)顯得愈來(lái)愈迫切。
現(xiàn)有的研究結(jié)果表明,經(jīng)過保護(hù)后構(gòu)件的升溫規(guī)律除時(shí)間滯后外,其溫度場(chǎng)分布規(guī)律與未保護(hù)時(shí)相同。因此,耐火保護(hù)層的厚度計(jì)算可采用如下假設(shè):在要求的耐火極限時(shí)間內(nèi),使被保護(hù)的構(gòu)件吸收的熱量及鋼表皮所達(dá)到的溫度與未保護(hù)時(shí)構(gòu)件的耐火極限內(nèi)構(gòu)件中吸收的熱量及鋼表皮所達(dá)到的臨界溫度相等。對(duì)于鋼構(gòu)件的防火保護(hù)層厚度可根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ99-98的附錄7“鋼構(gòu)件防火保護(hù)層厚度計(jì)算”。
受保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能受其保護(hù)方式、保護(hù)材料類型及其厚度、施工質(zhì)量等影響。不同的鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)材料具有不同的特性和用性,選用時(shí)應(yīng)根據(jù)保護(hù)結(jié)構(gòu)的形式、環(huán)境條件、建筑內(nèi)主動(dòng)消防設(shè)施情況、當(dāng)?shù)叵拦芾硭降染唧w情況,通過經(jīng)濟(jì)分析綜合確定。要保護(hù)這些保護(hù)方法在火災(zāi)時(shí)發(fā)揮預(yù)定功能,還應(yīng)加強(qiáng)施工中產(chǎn)品質(zhì)量、施工質(zhì)量和日常維護(hù)管理的控制。采用水泥砂漿保護(hù)時(shí),由于其附著力差且容易開裂剝落,在施工時(shí)建議采用鋼結(jié)構(gòu)外加焊鋼絲網(wǎng),再在鋼絲網(wǎng)上進(jìn)行抹水泥砂漿或高壓噴槍噴射水泥砂漿成型。
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您好，根據(jù)作者的專業(yè)，這篇論文我把電氣內(nèi)容放在前邊，結(jié)構(gòu)內(nèi)容放后邊了
關(guān)鍵詞：高層；鋼結(jié)構(gòu)建筑；消防；電氣；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)
中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
前言：高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的電氣消防設(shè)計(jì)水平和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全、可靠，直接關(guān)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(yè)在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和消防電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)該根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，做好建筑工程的消防電源及配電設(shè)計(jì)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的設(shè)計(jì)工作,通過優(yōu)化建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和消防電氣設(shè)計(jì)不僅可以有效避免安全隱患的出現(xiàn),防止重大安全事故的發(fā)生保障人員的人生安全。
一、高層鋼結(jié)構(gòu)建筑消防電氣設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)本身在高溫下容易失去承載力，室內(nèi)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(yán)重的安全隱患。高層鋼結(jié)構(gòu)建筑容易發(fā)生的“煙囪模式”是由于豎井內(nèi)電氣管線多、管道敷設(shè)彎曲、電梯間通風(fēng)設(shè)備多等多種原因造成的。煙囪模式在遇到明火的時(shí)候，會(huì)加快火勢(shì)的增大和蔓延。經(jīng)過對(duì)許多火災(zāi)事故和現(xiàn)場(chǎng)的分析，相關(guān)部門發(fā)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生十五分鐘之后，火勢(shì)會(huì)不斷加大并以極快的速度蔓延，煙霧的擴(kuò)散程度也會(huì)迅速加快。所以，高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)撲救十分困難，假如發(fā)生火災(zāi)，就會(huì)對(duì)人民的身體健康和財(cái)產(chǎn)安全造成極大的損害。
二、高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的消防電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1、供配電設(shè)計(jì)
高層建筑的防火規(guī)范必須按《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045-95執(zhí)行。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052-2009規(guī)定了供電負(fù)荷等級(jí)和供電要求。一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由獨(dú)立的雙重電源供電，當(dāng)一電源發(fā)生故障時(shí)，另一電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。許多高層鋼結(jié)構(gòu)的建筑為一類高層建筑，所以它的供電負(fù)荷等級(jí)也應(yīng)該是一級(jí)。一類高層鋼結(jié)構(gòu)的消防控制室、消防水泵、消防電梯、防煙排煙設(shè)施、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、應(yīng)急照明、疏散指示標(biāo)志和電動(dòng)的防火門、窗、卷簾、閥門等消防電氣的負(fù)荷應(yīng)該是一級(jí)負(fù)荷別重要的負(fù)荷供電。
2、火災(zāi)事故照明和疏散指示照明
高層鋼結(jié)構(gòu)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(jī)房、供消防用電的蓄電池室、自備發(fā)電機(jī)房、電話總機(jī)房以及發(fā)生火災(zāi)時(shí)仍需堅(jiān)持工作的其它房間、人員密集的場(chǎng)所、公共建筑內(nèi)的疏散走道和居住建筑內(nèi)走道長(zhǎng)度超過20m的內(nèi)走道應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明。疏散用的應(yīng)急照明，其地面最低照度不應(yīng)低于0.5Lx，疏散照明最少持續(xù)供電時(shí)間為30min。
3、先進(jìn)可靠的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)
高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)按《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50116-98的要求執(zhí)行，將火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為三種基本形式：區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)，集中報(bào)警系統(tǒng)和控制中心報(bào)警系統(tǒng)。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的保護(hù)對(duì)象應(yīng)根據(jù)其使用性質(zhì)、火災(zāi)危險(xiǎn)性、疏散和撲救難度等分為特級(jí)、一級(jí)和二級(jí)。鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)基本上采用控制中心報(bào)警系統(tǒng)。控制中心報(bào)警系統(tǒng)中至少應(yīng)設(shè)置一臺(tái)集中火災(zāi)報(bào)警控制器、一臺(tái)專用消防聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備和兩臺(tái)及以上區(qū)域火災(zāi)報(bào)警控制器；或至少設(shè)置一臺(tái)火災(zāi)報(bào)警控制器、一臺(tái)消防聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備和兩臺(tái)及以上區(qū)域顯示器，應(yīng)能集中顯示火災(zāi)報(bào)警部位信號(hào)和聯(lián)動(dòng)控制狀態(tài)信號(hào)，系統(tǒng)中設(shè)置的集中火災(zāi)報(bào)警控制器或火災(zāi)報(bào)警控制器和消防聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備在消防控制室內(nèi)的布置應(yīng)滿足規(guī)范要求，宜用于特級(jí)和一級(jí)保護(hù)對(duì)象。
4、火災(zāi)漏電探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)
高層鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性大、人員密集，根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50116-98的要求需設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。火災(zāi)漏電探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要探測(cè)線路的漏電電流、過電流等信號(hào)，發(fā)出聲光信號(hào)報(bào)警，準(zhǔn)確報(bào)出故障線路地址，監(jiān)視故障點(diǎn)的變化，并儲(chǔ)存各種故障和操作試驗(yàn)信號(hào)不應(yīng)少于12個(gè)月。火災(zāi)漏電的探測(cè)模塊安裝在供配電的每一個(gè)回路的空氣開關(guān)下端，探測(cè)每一路需要檢測(cè)回路的漏電電流、過電流情況。每一個(gè)探測(cè)回路只發(fā)出聲光信號(hào)報(bào)警，準(zhǔn)確報(bào)出故障線路地址，監(jiān)視故障點(diǎn)的變化，不切斷回路的電源。火災(zāi)漏電探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的主機(jī)安裝在消防控制中心的墻上，給值班人員提供準(zhǔn)確的報(bào)警信號(hào)和故障點(diǎn)位置。
5、做好建筑物的防雷與接地
高層建筑的火災(zāi)中，由雷擊造成的原因占一定的比例。所以建筑設(shè)計(jì)時(shí)必須計(jì)安全可靠的防雷和接地裝置 ，防止直擊雷、側(cè)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(dǎo)電體，鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑像一個(gè)導(dǎo)電的鐵籠子，所以更要做好建筑物的防雷和接地，還應(yīng)及時(shí)與結(jié)構(gòu)等專業(yè)溝通，合理確定位置，使其滿足規(guī)范要求，減少和預(yù)防由于雷擊造成的安全事故。
三、高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題
1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要安全可靠
鋼結(jié)構(gòu)要做到安全合理、符合電氣專業(yè)相關(guān)要求、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方便可靠，并為構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝提供保障。 結(jié)構(gòu)方案盡可能節(jié)約鋼材，減輕鋼結(jié)構(gòu)重量；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)生產(chǎn)盡可能縮短制造、安裝時(shí)間，節(jié)約勞動(dòng)工日；鋼結(jié)構(gòu)必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，保證整個(gè)結(jié)構(gòu)安全可靠，符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)便于運(yùn)輸、便于維護(hù)。而且還要注意鋼結(jié)構(gòu)使用價(jià)值和觀賞價(jià)值兼?zhèn)洹?/p>
2、鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)要實(shí)用、安全
鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)要發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，滿足電氣消防設(shè)計(jì)規(guī)范，建筑鋼結(jié)構(gòu)的平面布置應(yīng)力求規(guī)則、對(duì)稱，而且避免鋼結(jié)構(gòu)帶來(lái)的建筑平、立面單調(diào)呆板；注意設(shè)計(jì)深度，保證達(dá)到有關(guān)的規(guī)定要求；注意解決鋼結(jié)構(gòu)建筑建筑防腐蝕、防火、防震問題。做好鋼結(jié)構(gòu)防銹、防腐處理，使結(jié)構(gòu)布置符合規(guī)則性要求，提高防震能力，保證鋼結(jié)構(gòu)建筑的實(shí)用安全性統(tǒng)一。
四、高層鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)
1、判斷鋼結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)中的適用性
在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)、選用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案之前，要充分考察建筑項(xiàng)目建設(shè)是否適合用鋼結(jié)構(gòu) 。鋼結(jié)構(gòu)通常用于大跨度、高層、荷載、體型復(fù)雜或有較大振動(dòng)、密封性要求高、吊車起重量大、要求能便于安裝拆卸的結(jié)構(gòu)。為了避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，要認(rèn)真考察鋼結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)中的適用性。
2、確定結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置
“概念設(shè)計(jì)”這一理念應(yīng)貫穿于在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體過程中，運(yùn)用概念設(shè)計(jì)可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要。國(guó)內(nèi)常見的鋼結(jié)構(gòu)類型主要有：框架、塔桅索膜、網(wǎng)架、平面架、輕鋼等。在鋼結(jié)構(gòu)選型環(huán)節(jié)，要注意依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主體系與分體系之間試驗(yàn)現(xiàn)象、破壞機(jī)理、工程經(jīng)驗(yàn)、力學(xué)關(guān)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(xué)、合理的結(jié)構(gòu)，并且注意合理布置細(xì)節(jié)。
3、分析結(jié)構(gòu)、預(yù)估截面
建筑設(shè)計(jì)在確定鋼結(jié)構(gòu)選型和布置后要注意對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以便鋼結(jié)構(gòu)于在實(shí)際設(shè)計(jì)中的合理應(yīng)用，例如利用線彈性分析鋼結(jié)構(gòu)。另外還需對(duì)構(gòu)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)及時(shí)與電氣等專業(yè)溝通，使設(shè)計(jì)更加優(yōu)化，這些也是鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。
結(jié)語(yǔ)：綜上所述，在高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的消防電氣設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，深入了解其消防電氣的設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)是關(guān)鍵，做好電氣和結(jié)構(gòu)兩個(gè)專業(yè)間的相互配合工作，這既是現(xiàn)代化高層建筑物得到安全保障的體現(xiàn)，也是建筑火災(zāi)得到有效控制的體現(xiàn)，極大地保障了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。并且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展的同時(shí)，促進(jìn)人們不斷在建筑電氣消防技術(shù)中引入了很多新型的現(xiàn)代化設(shè)備，不斷的完善結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而大幅度地提升了超高層建筑物的安全穩(wěn)定功能，使其更加符合現(xiàn)代化超高層建筑設(shè)計(jì)的新要求。
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關(guān)鍵詞:天橋 鋼箱梁 大跨度 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 豎向自振頻率
中圖分類號(hào): TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-3973(2010)06-008-02
火車站進(jìn)站天橋是乘客從站房候車室進(jìn)入站臺(tái)的便捷通道,因其人流量大,需要跨越多個(gè)站臺(tái)的特點(diǎn),火車站進(jìn)站人行天橋具有橋面寬,跨度大的特點(diǎn)。鋼材因其強(qiáng)度高,塑性韌性好、抗震性能高,易于加工運(yùn)輸組裝的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用到火車站大跨度進(jìn)站天橋的設(shè)計(jì)中。
1工程概況
本工程屬于某中型城市火車站改擴(kuò)建工程的一部分,該天橋橫跨4個(gè)站臺(tái),7條股道,全長(zhǎng)93.88m,寬12.6m,梁高1.0m,共5跨,跨長(zhǎng)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(shè)6排12座橋墩,上設(shè)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(yīng)用于火車站設(shè)計(jì)中,具有外觀張弛有力,大氣磅礴,視野通透的優(yōu)點(diǎn)(見圖1)。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1建模與計(jì)算
由于橋面寬度為12.6m,考慮到運(yùn)輸及吊裝的問題,天橋箱梁采用兩廂五室,方便剖分運(yùn)輸。頂板厚度為14mm,腹板及橫隔板厚度為12mm,隔板設(shè)置孔洞,方便安裝維修及減輕自重,支座處橫隔板應(yīng)力較大設(shè)為實(shí)腹板,厚度為20mm,面板及底板均設(shè)置加勁(見圖2)。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》及《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)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(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度20℃,同時(shí)考慮正負(fù)20℃的溫差。
考慮到天橋橋面較寬,跨站臺(tái)處兩側(cè)又有牛腿與站臺(tái)樓梯相接,受力比較復(fù)雜,故采用空間計(jì)算軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析。本工程采用Midas Gen建筑結(jié)構(gòu)通用有限元分析和設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。用薄板單元模擬鋼箱梁的頂板、底板及腹板,用點(diǎn)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(jì)算結(jié)果顯示,除采用點(diǎn)支承模擬支座處有局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象外,鋼箱梁各處應(yīng)力處于較低水平,滿足規(guī)范要求。因此有必要在支座對(duì)應(yīng)處設(shè)置加勁肋分散應(yīng)力集中現(xiàn)象。圖4給出了箱梁頂板的應(yīng)力:
2.2自振頻率
為確保天橋使用時(shí)行人行走舒適,設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的豎向自振頻率進(jìn)行了分析。按《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》,為了避免行人過橋時(shí)發(fā)生共振而產(chǎn)生不安全感,天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)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(dāng)豎向自振頻率頻率不滿足要求時(shí),可以通過調(diào)整梁高來(lái)提高結(jié)構(gòu)自振頻率。
雖然鋼箱梁截面應(yīng)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(guī)范要求,這說明豎向自振頻率為本天橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(gòu)造要求
構(gòu)造處理及焊縫施工質(zhì)量也是影響鋼箱梁天橋安全的至關(guān)重要的因素。焊縫的要求應(yīng)為:腹板與頂、底板相連應(yīng)開坡口,采用埋弧自動(dòng)焊,做全熔透焊縫;與頂、底板連接的橫隔板也應(yīng)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?cái)唷?/p>
3結(jié)語(yǔ)
(1)鋼箱梁有造型大氣簡(jiǎn)潔,跨越能力大,剛度高等特點(diǎn)在火車站進(jìn)站天橋中的應(yīng)用中具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)性。
(2)通過建立板單元模型分析,除采用點(diǎn)支承模擬支座處有局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象外,鋼箱梁各處應(yīng)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(shè)置加勁肋分散支座處應(yīng)力集中現(xiàn)象。
(3)大跨度鋼箱梁人行天橋設(shè)計(jì)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(jīng)濟(jì)性能。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞： 鋼柱外露式鋼柱柱腳 素混凝土基礎(chǔ)柱鋼筋混凝土基礎(chǔ)普通柱 鋼筋混凝土基礎(chǔ)短柱
中圖分類號(hào)：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
在工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用到多層鋼框架、鋼管架、門式鋼架等建構(gòu)筑物。這些建構(gòu)物的上部鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論較成熟，其相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定全面，內(nèi)容也易于理解和應(yīng)用。在這些鋼結(jié)構(gòu)中外露式柱腳應(yīng)用廣泛，鋼柱腳與混凝土基礎(chǔ)之間的混凝土柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，現(xiàn)行規(guī)范還沒有明確的規(guī)定，相關(guān)的文獻(xiàn)也沒有系統(tǒng)的闡述。在工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員往往由于該柱長(zhǎng)度較短，而全部按短柱進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)該是不全面的。下面就個(gè)人的一些工作經(jīng)驗(yàn)，談?wù)勍饴妒戒撝_下基礎(chǔ)之上混凝土柱（以下稱基礎(chǔ)柱）的設(shè)計(jì)方法，供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同行參考。
作者：高海麗 ，陳胡 工程師
2003年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué) 土木工程專業(yè)
1.鋼柱下混凝土基礎(chǔ)柱的分類
根據(jù)文獻(xiàn)【1】，可知根據(jù)地腳螺栓長(zhǎng)度L與基礎(chǔ)柱長(zhǎng)度H的相對(duì)關(guān)系(H>L時(shí)為有柱基礎(chǔ))，把鋼柱下基礎(chǔ)柱的基本形式分為兩大類（見圖1），即有基礎(chǔ)柱和無(wú)基礎(chǔ)柱。無(wú)基礎(chǔ)柱的設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施等同一般基礎(chǔ)，不再論述。根據(jù)是否需要配置鋼筋，分為素混凝土基礎(chǔ)柱和鋼筋混凝土基礎(chǔ)柱。根據(jù)鋼柱腳底的受力（M、V）的大小，計(jì)算基礎(chǔ)柱的剪跨比λ=M/Vh0，當(dāng)剪跨比λ≤2時(shí)，為短柱；當(dāng)剪跨比λ＞2時(shí)，為普通柱。下面主要分析有基礎(chǔ)柱的設(shè)計(jì)。
2.素混凝土基礎(chǔ)柱
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，尤其是工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常會(huì)遇到獨(dú)立“T”型鋼管架的設(shè)計(jì)，其中一部分獨(dú)立T”型鋼管架，管架頂部?jī)H受較小的垂直荷載和水平方向的管道風(fēng)荷載，以及作用到鋼柱表面的風(fēng)荷載。而管
（圖 1 鋼柱基礎(chǔ)）
架高度相對(duì)較高，這時(shí)鋼管架的鋼柱斷面尺寸主要由長(zhǎng)細(xì)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(dǎo)致基礎(chǔ)柱斷面尺寸較大。這種情況下的獨(dú)立T”型鋼管架的混凝土基礎(chǔ)柱，首先應(yīng)考慮按素混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)。下面大致闡述一下如何進(jìn)行素混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010附錄D，基礎(chǔ)柱應(yīng)該按受壓構(gòu)件進(jìn)行受壓承載力計(jì)算，基礎(chǔ)柱可以認(rèn)為上端自由，計(jì)算長(zhǎng)度L=2H(H為基礎(chǔ)柱的高度)。計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖2，具體計(jì)算方法見上述規(guī)范條文，不再詳細(xì)闡述。
（圖2 矩形截面的素混凝土受壓構(gòu)件的受壓承載力計(jì)算）
設(shè)計(jì)實(shí)例為4.5m高的獨(dú)立“T”型鋼管架，作用到柱頂?shù)拇怪焙奢d標(biāo)準(zhǔn)值為38KN，作用到柱頂水平方向的管道風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.3KN,作用在鋼柱表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.1KN/m。鋼柱采用Q235B的等級(jí)鋼材，斷面尺寸為HW250x250x9x14。該構(gòu)件計(jì)算結(jié)果如下：
①柱構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果
柱構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算最大應(yīng)力(N/mm2): 10.75 < f=215.000
柱構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算滿足。
②柱構(gòu)件平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果
柱平面內(nèi)長(zhǎng)細(xì)比：λx=85 < [λ]= 150.000
柱構(gòu)件平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力(N/mm2): 12.9 < f=215.000
柱構(gòu)件平面內(nèi)驗(yàn)算滿足。
③柱構(gòu)件平面外穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果
柱平面外長(zhǎng)細(xì)比：λy=142< [λ]= 150.000
柱構(gòu)件平面外穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力(N/mm2):21.5 < f=215.000
柱構(gòu)件平面外驗(yàn)算滿足。
由以上計(jì)算結(jié)果可知：鋼柱的斷面尺寸主要由長(zhǎng)細(xì)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(chǔ)柱尺寸根據(jù)構(gòu)造要求為650x750（b=650mm，h=750mm），柱高取1.0m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。根據(jù)程序計(jì)
算結(jié)果鋼柱腳的受力為N=41.88KN，M=3.31KN.m，V=1.05KN。對(duì)該基礎(chǔ)柱按素混凝土受壓構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)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?yàn)樵撝鶠槠氖軌簶?gòu)件，根據(jù)規(guī)范要求，還須按軸心受壓構(gòu)件驗(yàn)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(chǔ)柱只須按素混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)即可，不需要配置受力鋼筋。
3.鋼筋混凝土基礎(chǔ)柱
在民用和工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼框架，復(fù)雜的鋼管架和門式鋼架等一些建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，傳至基礎(chǔ)柱頂部的荷載相對(duì)較大，當(dāng)采用外露式鋼柱柱腳時(shí)，一般都需要對(duì)基礎(chǔ)柱進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。鋼筋混凝土基礎(chǔ)柱，根據(jù)剪跨比λ，將鋼筋混凝土基礎(chǔ)柱分為普通柱和短柱。當(dāng)鋼柱腳與基礎(chǔ)柱為鉸接時(shí)，混凝土柱頂只有剪力和軸力時(shí)，也可以根據(jù)H/h0（H/h0≤2時(shí)為短柱,h0為混凝土柱的截面有效高度）區(qū)分普通柱和短柱。
4.1 普通基礎(chǔ)柱的計(jì)算
普通柱的計(jì)算均按鋼筋混凝土受壓構(gòu)件考慮，柱承受上部鋼結(jié)構(gòu)柱腳傳至基礎(chǔ)柱頂部的力，包括軸力N、彎矩M、剪力V和直接作用到柱頂?shù)耐饬Γ⑿杩紤]基礎(chǔ)柱自重。計(jì)算時(shí)取基礎(chǔ)柱與基礎(chǔ)交接處為最不利計(jì)算截面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010分為軸心受壓柱和偏心受壓柱兩大類，計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖3。進(jìn)行正截面受壓承載力計(jì)算時(shí)，采用工程設(shè)計(jì)中常用的對(duì)稱配筋，即As=As’，fy=fy’,a=a’。 具體計(jì)算方法見上述規(guī)范條文，不再詳細(xì)闡述。
4.2基礎(chǔ)短柱的設(shè)計(jì)
基礎(chǔ)短柱設(shè)計(jì)除按普通柱進(jìn)行計(jì)算外，還要按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）的有關(guān)規(guī)定，滿足抗震構(gòu)造措施。對(duì)短柱設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的幾個(gè)方面的主要構(gòu)造要求列舉如下：
①.四級(jí)框架柱剪跨比不大于2時(shí)，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm。
①.四級(jí)框架柱剪跨比不大于2時(shí)，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm。
（圖4矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力計(jì)算）
②.剪跨比不大于2的一級(jí)框架的柱，每側(cè)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(fù)合螺旋箍或井字符合箍，其體積配箍率不應(yīng)小于1.2%，9度一級(jí)時(shí)不應(yīng)小于1.5%。
4.基礎(chǔ)柱的抗震等級(jí)
在地震區(qū)，基礎(chǔ)柱的抗震等級(jí)的確定比較困難，困難在于基礎(chǔ)柱的身份認(rèn)定，若按混凝土框架結(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)明顯偏高；若等同基礎(chǔ)，它畢竟還是高出地面的柱子。建議借鑒《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）的6.1.3條等3款，基礎(chǔ)柱的抗震等級(jí)同上部鋼結(jié)構(gòu)建構(gòu)筑物的抗震等級(jí)一致。
下面就鋼筋混凝土基礎(chǔ)柱的設(shè)計(jì)列舉兩個(gè)實(shí)例：
①設(shè)計(jì)實(shí)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(jí)為四級(jí)，采用Q235B等級(jí)鋼材。邊柱的斷面尺寸為H(400~600)X200X8X10。傳至基礎(chǔ)柱頂?shù)暮奢d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(chǔ)柱頂只有軸力和剪力，則只須通過H/h0來(lái)判斷基礎(chǔ)柱的類別。基礎(chǔ)柱尺寸根據(jù)構(gòu)造要求為450x650, 根據(jù)基礎(chǔ)埋深和基礎(chǔ)高度，柱的高度為H=1.7m。
h0=650-35=615mm，H/h0=2.62>2
可知該基礎(chǔ)柱為普通柱，采用工程設(shè)計(jì)中常用的對(duì)稱配筋，即As=As’，fy=fy’,a=a’。具體計(jì)算過程和結(jié)果不再贅述。
②設(shè)計(jì)實(shí)例二為雙跨四層鋼結(jié)構(gòu)管架，總高為15.0m，抗震等級(jí)為四級(jí)，采用Q235B等級(jí)鋼材，混凝土等級(jí)采用C30，縱筋采用HRB400，箍筋采用HRB335。程序計(jì)算結(jié)果顯示，鋼柱的斷面尺寸為HW400x400x13x21，傳至基礎(chǔ)柱頂?shù)暮奢d基本組合見圖5。對(duì)圖中柱頂軸向力N=1769.2KN的基礎(chǔ)柱進(jìn)行分析。
（圖5）
基礎(chǔ)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(jì)算結(jié)果可以看出，柱的X方向?yàn)槎讨琘方向?yàn)槠胀ㄖ＿@種情況下，應(yīng)該按最不利情況來(lái)考慮，即兩個(gè)方向均按短柱進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)該上部結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，短柱的抗震等級(jí)應(yīng)為四級(jí)。程序計(jì)算結(jié)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(yīng)小于1.2%的要求。具體配筋見圖6.
（圖6）
結(jié)語(yǔ)
外露式鋼柱柱腳下的基礎(chǔ)柱根據(jù)受力分別按素混凝土基礎(chǔ)柱、鋼筋混凝土普通基礎(chǔ)柱和鋼筋混凝土短柱進(jìn)行設(shè)計(jì)。受力較小的獨(dú)立“T”型鋼管架、支架、操作平臺(tái)的柱腳基礎(chǔ)柱可以采用素混凝土或按最小配筋率要求只配構(gòu)造鋼筋。在抗震設(shè)防區(qū)的多層鋼框架、多層管架及一些門式鋼架，根據(jù)鋼筋混凝土基礎(chǔ)柱的剪跨比區(qū)分是短柱還是一般普通柱，短柱除按一般普通柱的計(jì)算外，還要滿足相應(yīng)抗震措施的要求。
關(guān)于基礎(chǔ)柱的抗震等級(jí)同上部鋼結(jié)構(gòu)建構(gòu)筑物的抗震等級(jí)的觀點(diǎn)僅供參考。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；輕鋼結(jié)構(gòu)；廠房設(shè)計(jì)；門式剛架
對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，我國(guó)自《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ17-87）和《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GBJ18-88）頒布起，采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，而在《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102-98）中直接參照國(guó)內(nèi)外輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)要點(diǎn)有設(shè)計(jì)布置、構(gòu)件設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等。
1 工程概況
某鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房采用輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系，廠房跨度42m，長(zhǎng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為八度，地震分組為第一組；建筑抗震設(shè)防類別為丙類，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)；場(chǎng)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(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)布置
2.1 柱網(wǎng)布置
由于本廠房荷載較小，故選用質(zhì)量較輕、工業(yè)化程度較高、施工周期短、結(jié)構(gòu)形式較簡(jiǎn)單的輕型門式剛架結(jié)構(gòu)。確定柱距應(yīng)該與跨度相協(xié)調(diào)，跨度較大可以擴(kuò)大柱網(wǎng)，這樣可以滿足廠房的通用性，擴(kuò)大生產(chǎn)面積，節(jié)約用地，加快建設(shè)速度，提高吊車的服務(wù)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(jù)屋面壓型鋼板的規(guī)格，檁條沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根據(jù)《門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102-2002中6.3.5和6.3.6的規(guī)定，應(yīng)在檁條三分點(diǎn)處設(shè)置一道拉條，拉條采用Φ10圓鋼，圓鋼拉條設(shè)在距檁條上翼緣1/3腹板高度范圍內(nèi)，屋脊拉條為剛性。
2.3 柱間支撐布置
根據(jù)《門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定應(yīng)在廠房?jī)啥说谝恢g設(shè)置柱間支撐，并應(yīng)在中間一個(gè)柱間設(shè)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(shè)上柱支撐，中間設(shè)上下柱支撐。在設(shè)置柱間支撐的開間，宜同時(shí)設(shè)置屋蓋橫向支撐，以組成幾何不變體系。當(dāng)有起重量不小于5t的吊車時(shí)，柱間宜采用型鋼支撐。
2.4 屋蓋支撐布置
由于本廠房長(zhǎng)90m，寬42m，根據(jù)《門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，將整個(gè)廠房可劃分為一個(gè)溫度區(qū)段。因此在廠房?jī)啥说谝粋€(gè)柱間支撐設(shè)置橫向水平支撐。此外，還應(yīng)在廠房中間柱間內(nèi)設(shè)置屋蓋橫向水平支撐，并應(yīng)在上述相應(yīng)位置設(shè)置剛性系桿。
2.5 墻面結(jié)構(gòu)布置
根據(jù)墻板的板型和規(guī)格，墻梁的布置沿高度方向間距每隔1.5m布置一道，根據(jù)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，本廠房跨度7.5m>6m，應(yīng)在跨中三分點(diǎn)處各設(shè)置一道拉條，拉條承擔(dān)的墻體自重通過斜拉條傳至承重柱和墻架柱，且應(yīng)每隔5道拉條設(shè)置一對(duì)斜拉條，以分段傳遞墻體自重，拉條為Φ10圓鋼。根據(jù)《門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，設(shè)置門柱窗柱，且由于門柱、窗柱需承受墻板重及自重，所以應(yīng)考慮為雙向受彎構(gòu)件。
3 輕鋼廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 構(gòu)件設(shè)計(jì)
構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)首先是選擇材料，為了施工時(shí)工程管理方便通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮又會(huì)選取不同強(qiáng)度鋼材的組合截面。設(shè)計(jì)實(shí)踐表明，當(dāng)構(gòu)件強(qiáng)度起控制作用時(shí)，適宜選取Q345，當(dāng)穩(wěn)定控制時(shí)則適宜選取Q235。但實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明采用軟件進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，要注意以下一些問題：（1）軟件在做構(gòu)件的截面驗(yàn)算時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的取定有時(shí)會(huì)不符合規(guī)范的規(guī)定，特別是對(duì)于節(jié)點(diǎn)連接情況復(fù)雜或變截面的構(gòu)件，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該逐個(gè)檢查。（2）對(duì)于構(gòu)件強(qiáng)度不滿足時(shí)，一般會(huì)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(duì)于變形超限，通常不應(yīng)加大板件厚度，而應(yīng)加大截面的高度，這樣設(shè)計(jì)就比較經(jīng)濟(jì)。
3.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)重要步驟，在結(jié)構(gòu)分析前，應(yīng)該對(duì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的形式預(yù)先確定，應(yīng)避免最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致。在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)傳力特性不同，節(jié)點(diǎn)分剛接、鉸接以及半剛接。連接的不同對(duì)結(jié)構(gòu)影響較大，例如剛接節(jié)點(diǎn)雖然承受彎矩但不會(huì)產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動(dòng)，不符合結(jié)構(gòu)分析中的假定，會(huì)造成計(jì)算數(shù)據(jù)的變形小于實(shí)際工程變形，因此合理地選取節(jié)點(diǎn)連接方式是一個(gè)關(guān)鍵問題。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場(chǎng)焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序等。構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法安裝是初學(xué)者長(zhǎng)犯的錯(cuò)誤。此外，還應(yīng)盡可能使工人能方便的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位與臨時(shí)固定。
4 鋼結(jié)構(gòu)廠房現(xiàn)場(chǎng)安裝連接
門鋼的安裝需根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求精心施工，安裝程序應(yīng)保證結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定的空間體系，且不能使結(jié)構(gòu)永久變形。運(yùn)輸存放安裝以及后續(xù)的結(jié)構(gòu)的涂裝和隔熱均應(yīng)符合相應(yīng)的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。本工程現(xiàn)場(chǎng)安裝連接主要采取以下措施：（1）鋼柱與基礎(chǔ)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(shí)先做好臨時(shí)支撐，屋面檁條安裝好后，將支撐花籃螺絲擰緊；各構(gòu)件之間必須保證連接可靠。
參考文獻(xiàn)：
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近年來(lái)，隨著我國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)，工業(yè)廠房設(shè)計(jì)正向著大跨度、大柱距和大噸位吊車的重型復(fù)雜工業(yè)廠房發(fā)展。本文結(jié)合近幾年我院設(shè)計(jì)的沈陽(yáng)北方重工(集團(tuán))有限責(zé)任公司冷加工及熱加工整體搬遷改造項(xiàng)目生產(chǎn)廠房、沃得重工（沈陽(yáng)）有限公司年產(chǎn)萬(wàn)臺(tái)高性能壓力機(jī)械生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目生產(chǎn)廠房為案例。談?wù)剬?duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中需注意的地方和簡(jiǎn)要分析。
1鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn)
1.1從建筑上講，要求構(gòu)成較大的空間
鋼結(jié)構(gòu)廠房是冶金、機(jī)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(shè)備生產(chǎn)重型產(chǎn)品，要求廠房適應(yīng)不同類型生產(chǎn)的需要，構(gòu)成較大的空間。
1.2從結(jié)構(gòu)上講，要求廠房的結(jié)構(gòu)構(gòu)件要有足夠的承載能力
由于產(chǎn)品較重且外形尺寸較大。因此作用在鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)上的荷載、廠房的跨度和高度都往往比較大，并且常受到來(lái)自吊車、動(dòng)力機(jī)械設(shè)備的荷載的作用，要求廠房的結(jié)構(gòu)構(gòu)件要有足夠的承載能力。
2結(jié)構(gòu)體系的選擇
重型廠房的設(shè)計(jì)多采用普通鋼結(jié)構(gòu)格構(gòu)式柱和實(shí)腹式屋面梁體系，屋面和墻面均采用彩鋼板；這種結(jié)構(gòu)的自重輕，強(qiáng)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(yīng)根據(jù)計(jì)算比較選擇合適的柱距；
3荷載的合理取值
荷載取值應(yīng)按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》確定。一般情況下，屋面恒載應(yīng)按照實(shí)際情況計(jì)算取值，屋面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載和積灰荷載等按規(guī)范，其它附加荷載應(yīng)按實(shí)際情況輸入。需要說明的是，屋面活荷載和雪荷載在計(jì)算時(shí)應(yīng)取二者的大值作為活荷載輸入，有積灰的還應(yīng)考慮積灰荷載。廠房屋面的通風(fēng)器由于其高度和寬度都較大，計(jì)算時(shí)應(yīng)按照實(shí)際情況轉(zhuǎn)化為集中載荷輸入。在廠房的高低屋面處，還應(yīng)考試積雪的堆積影響，防止由此產(chǎn)生的屋面結(jié)構(gòu)的破壞。同樣局部風(fēng)荷載的增大也會(huì)使屋面板和檁條的連接被撕壞，從而將屋面板掀起來(lái)。
對(duì)于柱距較大的多層吊車多跨廠房，計(jì)算吊車豎向荷載時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況以及荷載的作用效應(yīng)，合理確定不同工況、不同效應(yīng)下參與組合的吊車臺(tái)數(shù)，不能完全按照荷載規(guī)范，也不能一味取大。
4構(gòu)件的整體穩(wěn)定及局部穩(wěn)定
通過對(duì)鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞原因分析發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)過的失穩(wěn)事故往往都是由于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的穩(wěn)定性能不夠清楚，對(duì)如何保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定缺少明確概念，造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中產(chǎn)生不應(yīng)有的薄弱環(huán)節(jié)。
對(duì)于平面彎曲的鋼梁，由于鋼梁整體失穩(wěn)的主要原因是在彎曲壓應(yīng)力作用下，受壓翼緣發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)所致，因此，可以把軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的概念運(yùn)用到鋼梁受壓翼緣在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性上。即通過設(shè)置側(cè)向支撐以減小梁受壓翼緣的側(cè)向自由長(zhǎng)度或加大受壓翼緣的寬度以減小側(cè)向的回轉(zhuǎn)半徑。
一般在鋼梁截面設(shè)計(jì)中，考慮強(qiáng)度時(shí)，腹板宜既高又薄；考慮整體穩(wěn)定時(shí)，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(fā)生波形屈曲，稱為梁的局部失穩(wěn)。梁?jiǎn)适Ь植糠€(wěn)定后，梁的部分區(qū)域退出工作，將使梁的有效截面面積好剛度減小，強(qiáng)度承載力和整體穩(wěn)定性降低。因此，必須限制梁的寬厚比，對(duì)于中大跨度梁的腹板，可從失穩(wěn)現(xiàn)象（出現(xiàn)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(wěn)定問題。
而對(duì)于壓彎構(gòu)件即與梁剛接的鋼柱，防止其整體失穩(wěn)的措施就是加強(qiáng)構(gòu)件的側(cè)向支撐，增大構(gòu)件的抗彎及抗扭剛度。壓彎構(gòu)件的局部失穩(wěn)措施與平面彎曲的鋼梁相似。
5板件的寬厚比
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中，限制截面板件寬厚比計(jì)算的目的，是期望截面應(yīng)力進(jìn)入非彈性范圍后，有抵抗局部屈曲的能力，使塑性鉸區(qū)域有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，從而保證在地震反復(fù)作用下結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，通過塑性變形耗散輸入的地震能量。
對(duì)于7度及以上抗震設(shè)防的鋼結(jié)構(gòu)廠房，通常使用“強(qiáng)柱弱梁”的原則，即梁先于柱出現(xiàn)塑性鉸，而且要求塑性有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，所以此時(shí)對(duì)梁的塑性區(qū)段板件的局部穩(wěn)定要求比較嚴(yán)格，通常不允許發(fā)生局部失穩(wěn)，而且也要求控制彈塑性局部屈曲的發(fā)生。
對(duì)于剛架柱而言，一般不會(huì)出現(xiàn)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(nèi)力重分布，柱子也有可能出現(xiàn)塑性鉸。因此也需要按照考慮塑性發(fā)展來(lái)對(duì)板件寬厚比進(jìn)行控制。不過即使柱子出現(xiàn)塑性鉸，也不會(huì)有過大的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此對(duì)柱子的局部穩(wěn)定限制不如梁嚴(yán)格。
當(dāng)梁腹板寬厚比不滿足時(shí)，按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》可加橫向及縱向加勁肋或利用腹板屈曲后強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算；柱腹板寬厚比不滿足時(shí)，可利用縱向加勁肋或考慮有效截面進(jìn)行計(jì)算。但是《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定對(duì)于單層鋼結(jié)構(gòu)廠房只能通過加縱向加勁肋進(jìn)行計(jì)算，而且寬厚比控制很嚴(yán)，往往其它方面都滿足，就寬厚比不滿足，加厚腹板就失去經(jīng)濟(jì)性，此時(shí)使用Q345鋼，雖單價(jià)高于Q235鋼，但強(qiáng)度高，較經(jīng)濟(jì)。
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(gòu)件來(lái)保證。
從歷次地震中所發(fā)生的單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的實(shí)際震害來(lái)看，廠房柱間支撐結(jié)構(gòu)的震害主要表現(xiàn)為：上下柱斜撐的平面內(nèi)屈曲，下柱支撐與柱連接節(jié)點(diǎn)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(gòu)件，其設(shè)計(jì)尤為重要，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算和采用合理的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。
7柱腳設(shè)計(jì)
鋼結(jié)構(gòu)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(yè)廠房設(shè)計(jì)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(wěn)定，導(dǎo)致廠房因柱傾斜而倒塌。插入式柱腳的破壞均發(fā)生在基礎(chǔ)杯口內(nèi)側(cè)面與二次澆灌層之間，而鋼柱與二次澆灌層的黏結(jié)面不論鋼柱底部有無(wú)底板，均未見破壞。外露式柱腳在輕鋼結(jié)構(gòu)廠房和6度、7度時(shí)可采用，其它情況應(yīng)采取保證能傳遞柱身承載力的插入式柱腳。
8其它
對(duì)于寒冷地區(qū)，設(shè)計(jì)中還應(yīng)重視鋼結(jié)構(gòu)可能發(fā)生脆斷。鋼材不宜太厚，結(jié)構(gòu)形式和加工工藝的選擇上，應(yīng)盡量減少結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中和焊接殘余應(yīng)力，以提高結(jié)構(gòu)的抗脆斷能力。
參考文獻(xiàn)
[1]GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范.
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[3]GB50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.
關(guān)鍵詞：建筑加固 技術(shù)處理 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的重要性
概念設(shè)計(jì)的關(guān)鍵：是在規(guī)定的建筑空間和地理環(huán)境下，充分認(rèn)識(shí)并利用結(jié)構(gòu)總體系與分體系間的力學(xué)特性和關(guān)系，用整體概念設(shè)計(jì)建筑加固總方案，對(duì)于現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算理論，存在一定的缺陷和不可計(jì)算性。例如：運(yùn)用混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，塑性理論極限狀態(tài)的截面設(shè)計(jì)方法與彈性理論計(jì)算方法的內(nèi)力計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果和結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)在這些矛盾的影響下相差甚遠(yuǎn)。強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，就是為了彌補(bǔ)此類計(jì)算理論缺陷以及設(shè)計(jì)中許多難以計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
2房屋建筑結(jié)構(gòu)需要加固的幾種原因
（1） 如何先確定房屋建筑結(jié)構(gòu)的重要性，才能加強(qiáng)房屋建筑的耐久性。在過去我國(guó)的房屋建筑上一直都只是滿足負(fù)荷強(qiáng)度而沒有既滿足負(fù)荷強(qiáng)度又滿足耐久度的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)上缺乏對(duì)房屋建筑耐久度的理解，這就不符合現(xiàn)在對(duì)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(jīng)風(fēng)吹雨打，日曬雨淋，還有自然災(zāi)害等侵蝕，導(dǎo)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?cè)诜课萁ㄖY(jié)構(gòu)的耐久度問題上應(yīng)高度重視，完善房屋建筑構(gòu)造上的缺陷。
3改造加固工程的步驟
（1）改造鑒定的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范規(guī)程
主要有《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011- 2001）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010- 2002）、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50003- 2001）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017- 2001）、《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)程》（CECS77：96）、《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)程》（CECS25：90）、《多層磚房結(jié)構(gòu)加層技術(shù)規(guī)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(yè)技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行調(diào)查鑒定。一般步驟是：
1）收集資料。調(diào)查了解該項(xiàng)目的狀況（包括：設(shè)計(jì)圖紙、竣工資料、使用維護(hù)日志、使用環(huán)境等）和準(zhǔn)備改造的內(nèi)容（使用功能、條件等）。
2）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、測(cè)試。在現(xiàn)場(chǎng)收集建筑材料資料（主體結(jié)構(gòu)和維護(hù)結(jié)構(gòu)材料的損傷情況等）和建筑結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)變形、裂縫等）資料。
3）根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況和要求的改造加固方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算分析，以及進(jìn)行相應(yīng)的構(gòu)件或模型試驗(yàn)，對(duì)改造加固方案加以驗(yàn)證。
4）改造加固工程一般應(yīng)由具備相應(yīng)資質(zhì)并有經(jīng)驗(yàn)的單位來(lái)施工完成，在這期間設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位應(yīng)嚴(yán)格審查施工方案，并配合相關(guān)部門做好質(zhì)檢工作。
（3）改造加固設(shè)計(jì)中的工具軟件
對(duì)改造加固工程，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和資料收集完畢后，應(yīng)對(duì)提出加固方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。對(duì)于變動(dòng)較大的工程項(xiàng)目須采用結(jié)構(gòu)軟件對(duì)其改造前后的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算分析以避免出現(xiàn)改造加固后給原結(jié)構(gòu)帶來(lái)新的結(jié)構(gòu)安全隱患。砌體結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)可采用 PKPM、TBSA；鋼結(jié)構(gòu)采用 3D3S、Xsteel、PS2000（門式鋼架）、STS；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用 MST2000、SFCAD2000。對(duì)于其它一些軟件使用時(shí)需注意構(gòu)件參數(shù)和荷載組合的設(shè)置等。
（4）改造加固設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)效果，如果出現(xiàn)空鼓、脫落、兩層皮等質(zhì)量問題，這將關(guān)系到結(jié)構(gòu)改造的安全性問題。為此設(shè)計(jì)的構(gòu)造措施、施工過程中應(yīng)對(duì)此加以重視，適當(dāng)增大安全儲(chǔ)備。針對(duì)不同界面，采用植筋、增設(shè)抗剪件等系列界面處理技術(shù)，務(wù)必使加固面結(jié)合接觸緊密，達(dá)到設(shè)計(jì)及安全使用要求。改造加固工程中屋頂改造、加層等往往會(huì)加大基礎(chǔ)荷載，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)地基基礎(chǔ)采取加固措施，注意減輕構(gòu)件自重和調(diào)整受力體系。對(duì)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(shí)上地基在長(zhǎng)期荷載作用下，其容許承載力相應(yīng)也會(huì)提高。
4施工實(shí)施中要掌握的技術(shù)要點(diǎn)和施工方法
（1） 對(duì)原有舊鋼結(jié)構(gòu)的考察、取樣、實(shí)驗(yàn)、評(píng)定工作一定要做好做細(xì)，必須要由權(quán)威的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)原舊鋼結(jié)構(gòu)和加固用的新鋼材進(jìn)行取樣實(shí)驗(yàn)，并出具評(píng)定報(bào)告，確定需采購(gòu)新鋼材的材質(zhì)和焊條規(guī)格型號(hào)、焊接連接工藝的技術(shù)要求 。
（2） 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)原有舊鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行除銹、清除表面覆蓋的所有腐蝕氧化層，與設(shè)計(jì)一起討論確定實(shí)用可靠的處理、加固、改造方案。
（3） 原有舊鋼結(jié)構(gòu)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(jī)連接專用的噴砂除銹機(jī)進(jìn)行，個(gè)別腐蝕嚴(yán)重的部位要人工用鋼鑿、榔頭、砂輪機(jī)鑿或磨。噴砂除銹的砂子采用中細(xì)黃砂，需曬干，因高空作業(yè)污染很大，一定要搭設(shè)周圍環(huán)境防護(hù)設(shè)施和做好操作人員的防護(hù)。
5結(jié)束語(yǔ)
目前的加固基本上是針對(duì)構(gòu)造和承載能力不足的構(gòu)件，而在結(jié)構(gòu)總體上的把握與判別上相對(duì)較弱。改造加固要注意局部構(gòu)件加強(qiáng)后對(duì)相鄰構(gòu)件乃至對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。否則有時(shí)改造加固后會(huì)適得其反。例如：對(duì)連續(xù)梁某一段采取增大截面法進(jìn)行加固后由于剛度的變化會(huì)引起相鄰跨梁、柱的內(nèi)力重分布；對(duì)多層磚混結(jié)構(gòu)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(duì)結(jié)構(gòu)的抗震不利。此外還有加固后構(gòu)件的承載能力提高，防火等級(jí)大幅度下降等問題。對(duì)改造要求和加固方案在設(shè)計(jì)要從總體上把握，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和現(xiàn)行規(guī)范規(guī)程的要求。
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