钢结构设计论文范文

导语：如何才能写好一篇钢结构设计论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：门式刚架钢结构

一。设计方面

1.屋面活荷载取值

框架荷载取0.3kN/m2已经沿用多年，但屋面结构，包括屋面板和檩条，其活荷载要提高到0.5kN/m2.《钢结构设计规范》规定不上人屋面的活荷载为0.5kN/m2，但构件的荷载面积大于60m2的可乘折减系数0.6.门式刚架一般符合此条件，所以可用0.3kN/m2，与钢结构设计规范保持一致。国外这类，要考虑0.15-0.5N/m2的附加荷载，而我们无此规定，遇到超载情况，就要出安全问题。设计时可适当提高至0.5kN/m2.现在有的框架梁太细，檩条太小，明显有人为减少荷载情况，应特别注意，决不允许在有限的活荷载中“偷工减料”。

2.屋脊垂度要控制

框架斜梁的竖向挠度限值一般情况规定为1/180，除验算坡面斜梁挠度外，是否要验算跨中下垂度？过去不明确，可能不包括屋脊点垂度。现在应该是计算的。一般是将构件分段，用等截面程序计算，每段都要计算水平和竖向位移，不能大于允许值，等于要验算跨中垂度。跨中垂度反映屋面竖向刚度，刚度太小竖向变形就大。要的度本来就小，脊点下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面竖向刚度过小，第一榀刚架与山墙间的屋面出现斜坡，使屋面变形。本人有此想法，刚架侧移后，当山尖下垂对坡度影响较大时（例如使坡度小于1/20），要验算山尖垂度，以便对屋面刚度进行控制。

3.钢柱换砼柱

少数设计的门式刚架，采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成，斜梁用竖放式端板与砼柱中的预埋螺栓相连，形成刚接，目的是想节省钢材和降低造价。在厂房中，的确是有用砼柱和钢桁架组成的框架，但此时梁柱只能铰接，不能刚接。多高层建筑中，钢梁与墙的连接也是如此。因为混凝土是一种脆性材料，虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力，但在连接部位，它的抗拉、抗冲切的性能很并，在外力作用下很容易松动和破坏。有些设计，在门式刚架设计好之后，又根据业主要求将钢柱换成砼柱，而梁截面不变。应当指出，砼柱加钢梁作成排架是可以的，但将刚架的钢柱换成砼柱，而钢梁不变，是不行的。由于连接不同，构件内力也不同，要的工程斜梁很细，可能与此有关。

4.檩条计算不安全

檩条计算问题较大。檩要是冷弯薄壁构件，受压板件或压弯板件的宽厚比大，在受力时要屈曲，强度计算应采用有效宽度，对原有截面要减弱，不能象热轧型钢那样全截面有效。有效宽度理论是在《冷弯薄壁型钢构件技术规范》（GB50018－2002）中讲的，有的设计人员恐怕还不了解，甚至有些设计软件也未考虑。但是，设计光靠软件不行，还要能判断。软件未考虑的，自己要考虑。再有，设计人员往往忽略强度计算要用净断面，忽略钉孔减弱。这种减弱，一般达到6-15%，对小截面窄翼缘的梁影响较大。刚架整体分析采用的是全截面，如果强度计算不用净截面，实际应力将高于计算值。《规范》4.1.8、9条规定：“结构构件的受拉强度应按净截面计算；受压强度应按有效截面计算；稳定性应按有效截面计算。变形和各种稳定系数均可按毛截面计算”。有的单位看到国外资料中檩条很薄，也想用薄的。国外檩条普遍采用高强度低合金钢，但我国低合金钢Q345的冲压性能不行，只有用Q235的。国外是按有效截面计算承载力的。如果用Q235的，又想用得薄，计算时还不考虑有效截面，荷载稍大时檩条就要垮。二。施工方面

1.柱子拔出

有的刚架在大风时柱子被拔起，这是实际中常出现的事故。主要原因不是刚架计算失误，而且设计柱间支撑时，未考虑支撑传给柱脚的拉力。尤其是房屋纵向尺度较小时，只设置少量柱间支撑来抵抗纵向风荷载，支撑传给柱脚的拉力很大，而柱脚又没有采取可靠的抗拔措施，很可能将柱子拔起。，因此，在风荷载较大的地区刚架柱受拉时，在柱脚应考虑抗拔构造，例如锚栓端部设锚板等。

2.没有柱间支撑

这种情况最近较多，这样肯定不行。目前没有任何一本规范允许不设支撑。特别是柱间支撑，受力较大，绝不能省略。

3.端板合不上

端板连接是结构的重要部位。由于加工要求不严，而腹板与端板间夹角又，有的工程两块端板完全对不上，合不起来。强行用螺栓拉在一起，仍留下很宽缝隙，严惩影响工程质量。

4.锚栓不铅直

框架柱柱脚底板水平度差，锚栓不铅直，柱子安装后不在一条直线上，东倒西歪，使房屋外观很难着，这种情况不少。锚栓安装应坚持先将底板用下部调整螺栓调平，再用用无收缩砂浆二次灌浆填实。

5.保温材吸水超重

有些房屋雪不大就垮了，究其原因，是屋面防水施工太差，雪融化后水逐渐渗入，为保温村所吸收。今年冬季落雪多次，迁延时间较长。屋面的设计荷载很小时，当吸水量达至一定程序，超过了结构的承载能力，就要倒塌。

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一般来说，材料的特性是推出新型建筑形式的出发点。钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的。和其它材料的结构相比，钢结构有如下一些特点。

1.1材料的强度高，塑性和韧性好钢材和其它建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比，强度要高得多。因此，特别适用于跨度大或荷载很大的构件和结构。钢材还具有塑性和韧性好的特点。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂；韧性好，结构对动力荷载的适应性强。良好的吸能能力和延性还使钢结构具有优越的抗震性能。另一方面，由于钢材的强度高，做成的构件截面小而壁薄，受压时需要满足稳定的要求，强度有时不能充分发挥。

1.2材质均匀，与力学计算的假定比较符合钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。钢材在冶炼和轧制过程中质量可以得到严格控制，材质波动的范围小。

1.3钢结构制造简便，施工周期短钢结构所用的材料单纯而且是成材，加工比较简便，并能使用机械操作，因此，大量的钢结构一般在专业化的金属结构厂做成构件，精确度较高。构件在工地拼装，可以采用安设简便的普通螺栓和高强度螺栓，有时还可以在地面拼装和焊接成较大的单元再行吊装，以缩短施工周期。此外，对已建成的钢结构也比较容易进行改建和加固，用螺栓连接的结构还可以根据需要进行拆迁。

1.4钢结构的重量轻钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大，但钢结构却比钢筋混凝土结构轻，原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多。以同样的跨度承受同样荷载，钢屋架的重量最多不超过钢筋混凝土屋架的1/3至1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10，为吊装提供了方便条件。对于需要远距离运输的结构，如建造在交通不便的山区和边远地区的工程，重量轻也是一个重要的有利条件。

当然任何一种材料都不是十全十美的，钢材的耐腐蚀性和耐火性就较为欠缺，在对结构进行防护时费用比钢筋混凝土结构高。不过在没有侵蚀性介质的一般厂房中，构件经过彻底除锈并涂上合格的油漆，锈蚀问题也并不严重。近年来出现的耐大气腐蚀的钢材具有较好的抗锈性能，已经逐步推广应用，并取得了良好的效果。钢材长期经受100℃辐射热时，强度没有多大变化，具有一定的耐热性能，但温度达150℃以上时，就须用隔热层加以保护。钢材不耐火，重要的结构必须注意采取防火措施。例如，利用蛭石板、蛭石喷涂层或石膏板等加以防护。

2钢结构住宅的特点

钢结构住宅与传统结构相比，在使用功能、设计、施工以及综合经济方面具有优势，主要体现在以下方面。

2.1设计制造周期短，设计生产一体化现代结构设计借助于计算机和专业化结构分析软件，使得设计周期大大缩短，设计中的修改和调整非常方便。同时，由于钢结构具有工厂预制、现场安装的特点，可以将前期设计和现业的生产手段相结合，通过网络计算机和数控机床结合，使设计人员在工作室中完成设计后，即由工厂的生产线完成产品制作，具有极高的效率和精确度，可以大大减少项目建设周期。

2.2能够合理布置功能区间在居住建筑中，建筑师和居民一直希望能够有大跨的无竖向结构的空间，这样，可以根据需求进行灵活隔断，使室内布置呈多样化。传统住宅由于所用材料的性质，限制了空间布置的自由。

2.3承载强度高，抗震性能优越相同的荷载，钢结构截面最小，相同的截面，钢结构承载力最大。在抗震设防区，钢筋砼结构有许多不足之处，而钢结构重量轻，六层轻钢住宅的重量仅相当于四层砖混结构的重量，因此，本身所受的地震作用小；而且，钢材具有高延性，有较好的耗能能力，因此，抗震性能好，结构安全度高。

2.4施工方面优势突出现浇砼需要连续施工，在我国北方地区受到施工季节的影响。钢结构的大部分构件在工厂生产，运往现场通过焊接或螺栓进行整体组装，可全天候作业。施工现场作业量小，减少了施工临时用地，与传统建筑材料相比，对周围环境污染小，提高了施工的机械化水平。

2.5综合造价低钢结构承载力高，可以实现结构的大开间布置，构件截面小，与砼结构和砖混结构相比，自重比较轻，地基的处理比较容易，可以采用天然基础型式。由于基础在工程造价中占有比重比较大，上部结构重量轻可以降低基础的造价，从而减少整个项目的投资。钢结构施工机械化高的特点，从另一方面减少了人工费用和模板等其它辅助材料费用。

3钢结构住宅的设计思路

3.1判断结构是否适合用钢结构钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。

3.2结构选型与结构布置在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”，它在结构选型与布置阶段尤其重要.对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。

3.3预估截面结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。

钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。

柱截面按长细比预估，通常50<λ<150，简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等。

3.4结构分析目前钢结构实际设计中，结构分析通常为线弹性分析，条件允许时考虑P-Δ，p-δ。

新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能，这为更精确的分析结构提供了条件。

3.5构件设计构件的设计首先是材料的选择。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理。经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面，这和结构内力计算的弹性方法并不匹配，当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级，并自动重新分析验算，直至通过，如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的很多工作量。

3.6节点设计连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定，常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免.按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。

3.7图纸编制钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。

设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制，目前比较混乱，各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。初学者可参考他人的优秀设计并参考相关的工具书，并依据规范规定编制。

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关键词：钢骨混凝土柱钢骨截面形式钢骨含钢率

前言

所谓超限高层建筑工程是指超出国家现行规范、规程所规定的适用高度和适用结构类型、体型特别不规则以及有关规范、规程规定应进行抗震专项审查的高层建筑工程。中广大厦是集办公，住宅,商场,餐饮,娱乐为一体的大型高层综合性建筑。包括三栋高层塔楼(A,B,C栋).裙房五层,地下二层。地下一、二层为设备用房，汽车库，地下二层战时为六级人防。地上一~五层为商场。A、B栋塔楼为6~26层蝶形平面的高层住宅，房屋高度89.1米，包括局部突出在内，建筑总高度106.1米。C栋塔楼为6~28层大空间办公室，房屋高度99.6米。包括局部突出在内，建筑总高度118.800米。五层商场总面积为26745平方米，总建筑面积100010平方米。

因房屋总长度远超过钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距55米的限值，为此设二道抗震缝将房屋分为三段，形成三个结构单元。即A、B栋高层为大底盘、双塔楼；C栋为独立带裙房的框架剪力墙结构高层建筑；其余为框架结构。建筑抗震设防类别均为乙类，场地类别为Ⅱ类。基础采用钢筋混凝土平板式筏形基础，底板厚度1600mm（住宅部分）、1800mm（办公部分），持力层为强风化砂岩，地基承载力标准值400Kpa，压缩模量Es=12~17Mpa.。本建筑的结构安全等级为一级，设计基准期为50年。本文以A、B栋为论及对象。

1、结构布置特点

A、B栋高层为满足上部住宅建筑的舒适性、规则性要求（即住宅室内无柱角）及下部五层商场大空间的使用要求，采用五层大底盘双塔楼框支剪力墙结构，在五~六层中间利用设备层做转换层，采用梁式转换，转换层设置标高为23米。高宽比为3.22，长宽比为4.13，转换层上下剪切刚度比值γ=1.395。

1、房屋高度超限

A、B栋高层房屋高度为89.1米，超过了《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》（JGJ3-91）中规定的框支剪力墙结构8度区适用高度80米的限值。

2、采用双塔楼联体结构，质量、刚度分布不均匀，竖向不规则。

3、高位转换：

在五~六层之间利用设备层做转换层，标高23米。超过8度区转换层宜控制在3层以下的限制。

4、由于住宅建筑平面的要求，局部存在二次转换。

5、由于商场使用功能的限制，A、B栋塔楼的落地剪力墙数量偏少，且大都布置在商场后部，主体结构与大底盘中心的偏心矩与底盘尺寸之比大于0.2。

6、6~26层住宅部分在剪力墙局部开设角窗。

2、构造措施

经我院多次分析论证，认为其主要不利因素为：框支剪力墙结构在转换层以下，支撑框架与落地剪力墙并存，形成了“支撑框架—剪力墙“体系。此中，支撑框架是一个薄弱环节。这种结构体系，在高位转换时，由于在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变，易形成薄弱层，对抗震不利。同时，支撑框架柱要直接承担上部传来的重力荷载，直接承担其上剪力墙由于倾覆力矩产生的轴力，要直接承担不可能依靠楼板全部间接传力给落地剪力墙而有一部分直接传来的地震水平剪力。这样使得转换层以下支撑框架柱的内力远大于计算分析结果。对此采取以下措施：

1、在塔楼范围内五层以下框支部分采用钢骨混凝土柱，钢筋混凝土梁混合结构（钢骨混凝土柱共48个）。作为解决高位转换和高度超限的一项重要措施。

2、A、B栋塔楼的裙楼楼屋面板，在塔楼高振型的影响下，承受较大反复作用下的纵向拉压力及横向剪力，受力十分复杂。同时，由于建筑使用功能的要求，在裙楼中部开设大洞以便设置电梯，对楼板削弱较大。针对这一不利因素，在设计中采用了加强开大洞处楼板四周梁的断面及配筋，加大楼板厚度，增设斜筋的措施。

3、由于上部住宅为蝶形平面，在转换层个别部位出现了二次转换梁。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第10.2.10条的规定：转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主结构上。当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜采用框支主、次梁方案。针对这一不利因素，我们采取了加强框支主梁的配筋构造措施，并在框支主梁的下部配筋区设置钢梁的措施。

4、在住宅部分开设角窗，削弱了剪力墙结构体系的整体性，对其抗震性能带来了不利影响，改变了剪力墙与框支梁之间的传力方式。针对这一不利因素，我们决定从受力计算和构造措施两方面予以加强处理。

3、计算结果分析

3.1、总体计算结果

1、计算软件：

采用中国建筑科学研究院的PKPM系列中的TAT（多层及高层建筑结构三维分析与设计软件），SATWE（多、高层建筑结构空间有限元分析与设计软件）两种不同程序分别进行对比计算，其总体计算结果接近。下面列出TAT、SATWE的计算结果。地震影响系数采用《建筑抗震设计规范》GBJ11-89中的数值：多遇地震0.16，罕遇地震0.9，阻尼比取0.05

2、设计参数：

地震烈度8度；场地土类别Ⅱ类；抗震等级框架、剪力墙均为一级；楼层自由度数：每个塔楼每层3个自由度（两个平动，一个扭转）；地震作用按侧刚分析模型考虑扭转耦连，用18个振型计算，固定端取在±0.000处。

3、结构基本周期：

SATWE结果：T1=1.3611T2=1.3455T3=1.2611

T4=1.1075T5=1.0510T6=1.0458

（仅列出前六个振型）

TAT结果：T1=1.5046T2=1.4899T3=1.3669

T4=1.2368T5=1.1506T6=1.0749

(仅列出前六个振型)

4、地震作用下的底层水平地震剪力系数：

SATWE结果：Qox/G=4.44%Qoy/G=4.35%

TAT结果：Qox/G=4.08%Qoy/G=4.08%

5、地震作用下按弹性方法计算的最大层间位移与层高比值：

SATWE结果：Ux/h=1/2262Uy/h=1/2187

TAT结果：Ux/h=1/1573Uy/h=1/1583

6、地震作用下按弹性方法计算的最大顶点位移与总高比值：

SATWE结果：Ux/H=1/3021Ux/H=1/2649

TAT结果：Ux/H=1/2428Ux/H=1/2373

7、结构振型曲线及时程分析的部分图形

3.2、计算结果分析

根据以上计算结果来看，两种计算结果接近。下面以SATWE程序为主进行分析：

1、自振周期在合理范围之内，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.9，满足规范要求。

2、振型曲线光滑符合规律。

3、底层剪重比>3.2%,满足规范要求。

4、最大层间位移和顶点位移<1/1000，满足规范要求。从最大楼层位移曲线可以看出，五层以下较缓，而转换层以上较陡，说明底盘刚度比塔楼刚度小。

5、分析表明，时程分析的最大位移均不超过反应谱法计算的位移值，y向楼层剪力，X、Y向楼层弯矩均不超过反应谱法计算的楼层剪力及楼层弯矩，仅X向楼层剪力TAF-2波大于反应谱法，但三个波的平均值仍小于反映谱法楼层剪力。动力时程分析复核结果表明，不需要调整个楼层构件的内力和断面配筋。

3.3、局部计算及构造处理

1、框支梁：采用SATWE程序中的框支剪力墙有限元分析程序进行计算，并进行应力分析。同时，加强框支梁的配筋构造措施，为避免框支梁钢筋过密，在框支主梁的下部配筋区加设一根580mm高的钢梁。

2、角窗：整体计算时，角窗上部墙体按双悬臂梁进行计算。配筋设计时同时满足剪力墙连梁的要求。同时，加强角窗周围的暗柱及连梁的配筋，边墙剪力墙加墙垛，角窗部分楼板加斜筋。

3、钢骨柱的计算：首先，确定钢骨的截面形式，预定钢骨柱的钢骨含钢率，带入SATWE程序中进行整体计算，并根据计算结果调整含钢率。有关钢骨柱的构造及具体做法见下面的详细介绍。

4、钢骨混凝土结构设计前的准备工作

采用钢骨混凝土是解决超限问题的重大技术措施，也是本次设计的重要组成部分，在我省也是首次采用。在本次设计中，钢骨柱采用的是实腹式十字型钢，钢骨梁采用的是工字型钢。在钢骨混凝土结构设计中需要注意的几个问题如下：

4.1、钢骨的含钢率：

关于钢骨混凝土构件的最小和最大含钢率，目前没有统一的认识，但当钢骨含钢率小于2%时，可以采用钢筋混凝土构件，而没有必要采用钢骨混凝土构件。当钢骨含钢率太大时，钢骨与混凝土不能有效地共同工作，混凝土的作用不能完全发挥，且混凝土浇注施工有困难。因此，在冶金部行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》YB9082-97中将钢骨含钢率定为2%~15%。一般说来，较为合理的含钢率为5%~8%。另在建设部行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001中定为4%~10%。在中广大厦钢骨混凝土柱的设计中，考虑到建设单位尽量节约钢材，节省资金的要求，经专家委员会认可，钢骨柱的含钢率确定为3.5%。

4.2、钢骨的宽厚比：

钢板的厚度不宜小于6mm，一般为翼缘板20mm以上，腹板16mm以上，但当钢板厚度大于36mm时，钢材的厚度方向的断面收缩率应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB5313中的Z15级的规定。这是因为厚度较大的钢板在轧制过程中存在各向异性，由于在焊缝附近常形成约束，焊接时容易引起层状撕裂，焊接质量不易保证。钢骨的宽厚比应满足规范的要求。

4.3、钢骨的混凝土保护层厚度：

根据规范规定，对钢骨柱，混凝土最小保护层厚度不宜小于120mm，对钢骨梁则不宜小于100mm。

4.4、要重视钢骨混凝土柱与钢筋混凝土梁在构造连接上的配合协调问题。

5、钢骨的制作与构造措施

5.1、钢骨的制作

钢骨的制作必须采用机械加工，并宜由钢结构制作厂家承担。型钢的切割、焊接、运输、吊装、探伤检验应符合现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》GB50205、《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81、《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221的规定，钢材、焊接材料、螺栓等应有质量证明书，质量应符合国家有关规范的规定。焊接前应将构件焊接面除油、除锈，焊工应持证上岗。施工中应确保施工现场型钢柱拼接和梁柱节点连接的焊接质量，型钢钢板的制孔，应采用工厂车床制孔，严禁现场用氧气切割开孔，在钢骨制作完成后，建设单位不可随意变更，以免引起孔位改变造成施工困难。

5.2、钢骨混凝土中设置抗剪拴钉的要求

钢骨混凝土与钢筋混凝土结构的显著区别之一是型钢与混凝土的粘结力远远小于钢筋与混凝土的粘结力。根据国内外的试验，大约只相当于光面钢筋粘结力的45%。因此，在钢筋混凝土结构中认为钢筋与混凝土是共同工作的，直至构件破坏。而在钢骨混凝土中，由于粘结滑移的存在，将影响到构件的破坏形态、计算假定、构件承载能力及刚度、裂缝。通常可用两种方法解决，一是在构件上另设剪切连接件(栓钉)，并按照计算确定其数量，即滑移面上的剪力全由剪切连接件承担，称为完全剪力连接。这样可以认为型钢与混凝土完全共同工作。另一种方法是在计算中考虑粘结滑移对承载力的影响，同时在型钢的一定部位：如（1）柱脚及柱脚向上一层范围内；（2）与框架梁连接的牛腿的上、下翼缘处；（3）结构过渡层范围内的钢骨翼缘处加设抗剪栓钉作为构造要求。构件中设置的栓钉应符合国家现行标准《园柱头焊钉》GB10433的规定，栓钉直径一般为Ø19,长度不宜小于4倍栓钉直径，间距不宜小于6倍栓钉直径，且不宜大于200mm。并采用特制的设钉枪进行焊接，焊接质量应满足规范要求。

5.3、钢骨的拼接

钢骨柱的长度应根据钢材的生产和运输长度限制及建筑物层高综合考虑，一般每三层为一根，其工地拼接接头宜设于框架梁顶面以上1~3m处。钢骨柱的工地拼接一般有三种形式：（1）全焊接连接；（2）全螺栓连接；（3）栓、焊混合连接。设计施工中多采用第三种形式，即钢骨柱翼缘采用全溶透的剖口对接焊缝连接，腹板采用摩擦型高强度螺栓连接。中广大厦设计中的钢骨工地拼接采用第三种形式。

5.4、钢骨柱的柱脚构造

1、钢骨柱的柱脚分为埋入式和非埋入式两种，在抗震区宜采用埋入式柱脚，柱脚钢骨的混凝土最小保护层厚度为：中间柱：不得小于180mm，边柱和角柱：不得小于250mm。

2、钢骨柱埋入式柱脚的埋入深度不应小于3倍型钢柱截面高度，在注脚部位和柱脚向上一层的范围内，钢骨柱翼缘外侧设置栓钉，栓钉直径不小于Ø19，间距不大于200mm,且栓钉至翼缘板边缘的距离大于50mm。

3、在中广大厦的钢骨设计中，由于建筑物嵌固端取在±0.000米处，为保证地下一层汽车库的使用功能，经多次反复研究、讨论，最终确定了底层框架梁水平、垂直加腋，钢骨伸入框架柱内长度为1.5m，下部与钢筋混凝土柱柱心钢筋焊接。在施工过程中，施工单位提出，钢骨注脚放在半层柱上施工有困难，施工质量无法保证。后经施工单位、设计单位、制作单位及建设单位多次研究，决定在钢骨柱柱脚底部另设格构式支架，将支架一延伸至地下一层底板（支架必须保证拉力传递），比上述方法容易施工，加快了施工进度。经实践证明在今后的设计中若遇到同类问题，宜将钢骨直接伸入地下一层，这样即满足了埋入式柱脚的埋深问题，又取消了底层梁加腋的施工工序、支架的制作安装工序，节省了时间，施工质量较易保证。

5.5、钢骨柱的节点构造

框架梁、柱节点核心区是结构受力的关键部位，设计时应保证传力明确，安全可靠，施工方便，节点核心区不允许有过大的变形。

在钢骨混凝土结构中，梁、柱节点包括以下几种形式：（1）钢骨混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接；（2）钢梁—钢骨混凝土柱的连接；（3）钢筋混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接。在中广大厦设计中我们遇到的是第三种情况。

规范规定，节点区钢骨部分的连接构造应与钢结构的节点连接相一致，在柱钢骨的钢牛腿翼缘水平位置处应设置加劲肋，其构造应便于混凝土浇灌，并保证混凝土密实。柱中钢骨和主筋的布置应为梁中主筋贯穿留出通道，梁中主筋不应穿过钢骨翼缘，也不得与柱中钢骨直接焊接，钢骨腹板部分设置钢筋贯穿孔时，截面缺损率不宜超过腹板面积的25%。

根据规范要求，在中广大厦钢骨设计中，我们采用的方法是：在钢筋混凝土梁与钢骨柱连接的梁端，设置一段工字型钢梁（牛腿），钢梁的高度由钢筋混凝土梁高决定，一般为钢筋混凝土梁高的0.7倍以上，钢筋混凝土梁内钢筋的一部分与钢牛腿焊接或搭接，钢牛腿的长度应满足梁内钢筋内力传递要求。因钢骨柱主筋穿过钢牛腿翼缘，钢牛腿强度有所削弱，因此梁内钢筋焊接或搭接长度应从牛腿根部起算。在实际施工中，由于钢牛腿长度较长，运输有困难，钢牛腿的长度均取满足梁内主筋焊接长度要求。在钢牛腿的上、下翼缘上设置栓钉，栓钉的直径为Ø19，间距200mm，从框架梁梁端至钢梁（牛腿）端部以外2倍梁高范围内为框架梁端箍筋加密区，梁内主筋保证有不少于1/3主筋面积穿过钢骨连续配置。

为方便钢骨的工厂化制作，钢骨混凝土结构与普通钢筋混凝土结构设计中不同且难度最大的是：

（1）需确定钢骨柱中每根钢筋的准确位置；

（2）根据钢骨这种型钢翼缘的宽度确定框架梁的宽度；

（3）确定框架梁中每根钢筋的位置；

（4）根据柱梁钢筋的位置确定钢骨穿孔的位置；

（5）钢骨中穿钢筋的孔径由钢筋直径确定，一般比钢筋直径大4~6mm；

（6）,钢骨中纵横两方向穿钢筋孔的位置至少应错开一个孔径。

5.6、钢骨的柱顶构造

根据规范规定，但结构下部采用钢骨混凝土柱、上部采用钢筋混凝土柱时，其间应设置过渡层。在本次设计中，过渡层设置在转换层中，柱顶加设一块25厚柱顶锚固板。但在实际施工过程中，转换大梁配筋较多，柱顶锚固板直接影响转换大梁钢筋的锚固，经多方研究，取消了柱顶锚固板，为转换大梁的顺利施工创造了条件。

6、经济比较

未采用钢骨混凝土柱前，框支柱截面尺寸为1300X1300mm,上部住宅为6~25层。采用钢骨混凝土柱后，框支柱截面尺寸为1100X1100mm,上部住宅为6~26层，框支柱截面面积减少了30%左右，住宅面积增加了1860平方米。

在整个建筑中，共使用型钢650吨，型钢的材料、制作、安装综合预算价约为6500元/吨，减去缩小柱截面及减少钢筋面积的费用后，增加费用257.63万元，柱截面缩小后商场部分增加使用面积115.2平方米，按20000元/平方米计算，增加收益230.4万元。增加住宅面积增加收益372万元（1860平方米，按2000元/平方米计算），变更后增加净收益352.77万元。

由此可以看出，采用钢骨混凝土结构既可满足设计要求，又能为建设单位增加经济效益，为在高层建筑设计中解决超限问题提供了可靠途经。是一种值得推广的良好的结构体系。

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土木工程专业方向的本科毕业设计，多以民用或工业建筑为背景。在题目设置上，常以某一具体工程为题材，围绕建筑功能、结构计算和设计，以及基础或施工组织设计等内容而进行。在上述设计内容中，又常以结构计算和设计为主，通常时间安排为8周左右:建筑约4周;基础或施工组织设计约2周。在结构设计部分，学生将进行结构布置、荷载汇集、结构建模和计算、构件和节点等设计，并在此基础上书写计算书和绘制图纸等。可见，经此系统训练后，学生可对某一题目下的结构设计过程有完整的了解，有利于学生今后更好地处理与设计题目类似的工程问题。在高层钢结构毕业设计的指导工作中，笔者的体会是学生能否得到感兴趣的设计题目，以及如何设置题目和适时更新内容及要求，是关系到毕业设计能否收到预期效果的首要问题。

(一)题目的设置应有助于教学相长

毕业设计内容的设置除了应密切结合指导教师的科研项目外，还应结合指导教师的专业特长，这样教师对学生的指导才能高效。例如，笔者从攻读博士学位开始，就从事新型高层钢结构体系及抗震性能等方面的研究。留校后，承担了研究生选修课高层建筑钢结构课程的教学工作，负责讲授高层钢结构的制作和安装，以及新型抗侧力和耗能构件在高层钢结构的应用等内容。以上研究和教学工作均为指导采用新型结构体系的高层钢结构毕业设计奠定了基础。同时，通过给学生答疑，笔者感到，虽然学生的着眼点不同，但多数问题是围绕设计任务提出来的，一些问题也是指导教师尚未涉及而想弄明白的问题。因此，教师愿意投入时间去研究问题，这样既解决了学生的疑惑，也有利于指导教师提高自身的专业技能。

(二)设计题目的指定应兼顾学生的兴趣

目前，学生毕业设计的题目，大体上是由学院统一指定的。这样做是为了避免学生“偏科”，即避免一些设计题目出现无学生选择的窘境。但是，高层钢结构设计题目与其他题目一样，也仅是提升学生在一个专业方向上的理论水平和技能。而且相当多的设计院在未来一定时期内仍主要是开展量大面广的混凝土结构设计。因此，由学院指定毕业设计题目的方式无法完全满足学生的专业设计兴趣和爱好，使真正对钢结构设计有兴趣的学生又得不到应有的锻炼。倘若学生对指定的题目毫无兴趣，毕业设计就可能收效甚微。其实，每个学生经过3年多的学习，基本已有感兴趣的专业方向，毕业设计题目应结合学生毕业后的就业方向或深造计划，并综合考虑学生自己的兴趣、能力和未来发展等因素来选择建议。题目指定要有适当的灵活性，给学生一定的选题权利，可列出每年开设的所有题目，让学生提前自愿申报2～3个题目，然后综合分组。这种适当考虑学生兴趣的选题做法将使学生对毕业设计更有积极性，收效可能更好。

(三)设计内容应结合专业最新发展而适时更新

为避免多年使用同一设计题目可能出现的抄袭现象，指导教师有必要适时更换设计内容和要求。鉴于目前设计院或施工单位“以高层设计为主流”的情况，应结合高层建筑的实际工程应用，增加新型结构体系的设计内容，以缩短学生就业后的工作适应期。对高层钢结构，应要求学生掌握目前比较流行的结构形式、计算方法和构造要求。因此，笔者在设计任务书中鼓励学生应用新型的抗侧力构件和新型的结构体系作为设计任务。除了采用传统的纯钢中心支撑，推荐采用新型的墙板内置无粘结钢支撑或杆状防屈曲支撑(BucklingRestrainedBrace)代替传统的纯钢支撑。除了中心支撑，也鼓励采用偏心支撑和钢板剪力墙等抗侧力构件。例如，在2014年的毕业设计中，一名学生自愿尝试采用偏心支撑钢框架结构形式，通过努力，圆满完成了设计任务，最终取得了较好成绩。

二、积极有效的师生互动是毕业设计取得实效的基石

(一)注重培养学生主动学习的能力

对20多层的高层建筑钢结构设计，要求学生学习结构设计方法和设计软件的使用，进行结构建模、内力分析和设计，这样的工作不仅量大而且有难度。建议教师提前布置和安排任务，给学生自学的机会和时间。以结构建模和分析为例，笔者一开始便尽早安排学生安装和学习使用结构设计软件ETABS，这样学生在做荷载汇集等准备工作之余，就可以有针对性地查阅和学习该软件的使用说明等资料，到建模和分析环节时，学生就可以建立结构模型。为学生自学软件后建立的结构模型。应当注意的是，虽然大多数学生之前并未有建立复杂结构模型的经验，也可能因此而心生畏惧，指导教师应强调学习和使用通用软件的必要性，让学生明白学好一个软件对将来应用其他类似设计软件也有很好的借鉴作用。教师要耐心引导和鼓励，培养学生的兴趣和自信心。可要求学生先简后繁，积累经验。学生消除畏惧心理后，建模和设计操作就会逐渐得心应手，在实践中熟能生巧。有的学生在熟练使用软件后甚至主动去钻研软件内的参数和求解设置等功能，提高了对理论知识的归纳消化和应用能力。

(二)营造积极的心理互动氛围

结构方案的确定以及结构建模、分析和设计等，这些任务一环紧扣一环，教师应在各阶段工作中严格检查，认真引导和解惑。以建模和分析为例，因大部分学生是初次接触大型设计软件和设计规范等，面对陌生的软件以及系数重重的设计公式，要在短时间内掌握并熟练应用软件进行结构设计，有较大难度。特别是对这些软件在内部分析环节可能存在的一些缺陷，指导教师必须强调指出，以免学生误入歧途而影响进度。因此，指导教师应对软件的一些关键环节有使用经验，并能做出正确的判断，才能引导学生去认真求证，加深理解。这样也才可能帮助学生较快熟悉设计过程，培养学生的自信心和学习兴趣。毕业设计为师生提供了长达一学期的交流互动机会，教师应在指导工作中倾注热情，与学生积极互动，这样不仅能使任务完成得更加高效，而且也有利于学生的全面发展。教师不仅要关注学生的专业训练，也要不失时机地对学生进行职业道德的言传身教，引导学生带着问题去思考和讨论，启迪学生的智慧，充分调动学生的积极性和主动性。

三、毕业设计应适当增加针对性实习

与单纯课堂教学相比，毕业设计属于实践环节。但若不加以恰当引导，相当多的学生的毕业设计仅仅是对参考书等资料的简单模仿。因此，在毕业设计过程中，应通过小组或个人(以整个年级为单位的统一毕业实习，针对性不强)的实习活动，例如参观钢结构工程或钢构件制作等，夯实书本所学知识，拓宽知识面，使学生获得真实感受。此外，通过实习，还可消除学生不切实际的想法和由此导致的误差或错误，有助于学生深入思考，以开展更加符合实际应用需求的理性创作。

(一)参观钢结构工程和钢结构安装

应组织学生参观正在建设的高层钢结构工程。因为从施工中暴露的钢骨架，学生可以清楚地观看构件和节点的加工和连接做法。实地考察如不可行时，也应提供必要的实录视频、图形资料和讲解，以加深学生的理解。还可以推荐一些好的参考书和期刊，例如《钢结构进展与市场》和《建筑结构》等，帮助学生了解新型钢结构工程和建造技术。此类资料图文并茂，是本科生很好的课外读物。另外，因高层建筑钢结构一些基本的构造和连接做法等，在低层和多层钢结构中也有体现。因此，也可组织学生考察当地一些在建的多层甚至单层钢结构工程，例如施工现场的焊缝和螺栓连接等。通过接触实际工程，增强学生的认知能力。

(二)参观钢结构加工厂和钢构件制作

在实习中，还可组织学生参观钢构件加工厂等。随着新材料和新工艺的快速发展，目前钢结构中的大型构件的加工制作方法和质量控制技术等都有革新，书本上的知识也非常有限。必要的学习参观有利于学生拓展知识面，帮助他们更好地理解和绘制施工图。指导教师可组织学生参观了解钢构件的生产过程。例如，参观工厂的焊接、刨边和钻孔等相关工艺流程等，并做好有针对性的实地讲解，有利于学生对重要概念的理解和对书本知识的消化。

四、考核应以学生实质性的进步为依据

(一)注重形式，更追求质量

学院毕业设计要求学生完成不少于9张的1号图纸，有些学生甚至能提供多达14张或者更多的图纸。诚然，为确保培养质量，数量上的要求是必要的，但任务完成的质量更为重要。笔者曾在一次钢结构毕业设计的答辩中发现，能够提供十多张图纸的学生，计算书虽然写的很饱满，但是连一个常用角焊缝的符号代表什么意思也回答不上来。可见，依葫芦画瓢的做法，在本科毕业设计中依然存在。再以结构施工图的绘制为例，在坚持部分图纸必须手绘完成这一传统做法的基础上，为了提高学生应用计算机作图的能力，目前鼓励采用计算机绘图。但应强调的是，计算机作图应让学生利用Auto-CAD软件亲手绘制，不能依靠设计软件和绘图软件等自动出图。虽然从表现形式上看，自动出图比学生亲手绘图的图面更美观和全面，但这样会使学生过分依赖软件而使其基本技能得不到应有的训练，导致学生对设计理论不熟悉，不能提高识图和绘图能力，并且也难以准确把握和判断其设计结果。因此，教师在毕业设计过程中应时刻提醒学生，在写计算书或绘图时，每写一句，每画一笔，都要弄清楚为什么，真正弄懂了才算得上学有所获。

(二)综合平时表现全面评价

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关键词：门式钢架; 基础；节点; 支撑

中图分类号：TU391文献标识码： A

引言

从传统意义上来说，轻质钢结构都是一些小角钢和圆钢组成的钢架或小型或小跨度屋架结构，一般是用作仓库或小型的厂房。随着新型钢材的出现，相继出现了冷弯薄壁型钢和彩色压型钢板，这使得轻型钢结构发生了根本性的变革。这种新型的钢材不仅具有传统钢结构的优势，对于轻的优势很是明显，具体优势表现在：造型新颖，即外观造型轻巧美观，对于建筑的表现力强，对于一些单多层工业、民用建筑和大中小跨度尤为适合，同时可以配合间距柱网，使得布置更加灵活；劳动强度比较轻，即在施工时可以使用小型机吊装，这样降低了劳动强度，减少了施工时间；构件轻，即通过设计后，这种高强度钢材承受相同重量时截面积小，用钢量相对较低；恒荷载较轻，即由于钢材较轻，所以恒载荷和地震作用减少明显，同时对地基的要求也较低。

此外，轻型钢结构符合环保和可持续发展的要求，还可以代替砖石和木材结构。但是轻型钢材是一种技术新、科技含量高的材料，所以对于施工和设计人员的要求就相对较高，还要进行一些专业的培训。这样一来，在生产线的建立上就会投入很大。此外，这种刚才还需要防火和防腐的处理。

大概在20世纪初期才开始形成装配式轻质钢房屋体系，当时主要应用于车库的建设。到了20年代，定型化生产的厂房开始出现在人民的视野。在二战期间，轻质钢房屋的建设如喷井之势飞速发展，那是多用于军事飞机库的建设。二战结束后，面临着重建的问题，轻质钢房屋需求量更大，这进一步的刺激了轻质钢房屋的发展。到40年代时，门式钢结构开始出现，60年代得到了大批量的应用。就目前来讲，一些发达国家也是使用轻质钢结构进行建设。美国在门式钢架上的设计不仅在理论上，而且在制造工艺上都比较先进。

2.门式钢架房屋机构存在的问题

2.1 屋面活荷载取值

根据2008年《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》的规定：在使用压型钢板轻型房屋时，按照水平投影的面积来算，在屋内的竖向均布活载的标准值应为0.5kN/m2。但是并不是所有都是这个要求，当钢架构件的受荷水平投影的面积是60m2时，竖向均布活载的标准值为0.3kN/m2。对于载荷效应来说，必须符合以下原则：a、将雪载荷、积灰载荷或屋面均布载荷同时考虑，得到最大值；b、雪载荷和屋面均布载荷不能同时考虑，把两者比较选出最大值；c、当使用多台吊车时，应当符合《建筑结构荷载规范》的国家标准规定来执行；d、不能把地震作用和风载荷同时考虑；e、由施工或者检修带来的载荷不和屋面材料及檩条自重以外的其它荷载一块考虑。在应对各种载荷的计算时，应该把各种载荷按照载荷的组合原则进行计算，这样能够避免因重复计算带来的浪费问题。

2.2 斜梁设计时,计算长度取值的问题:

a、对于屋面坡度较小的情况，根据GB50018的规定，在钢架平面内计算其强度时，按照压弯构件计算。但是对斜梁轴力小的情况时，把钢架的计算长度近似为竖向支撑点间的距离。b、对于屋面坡度较大的情况，不论是在钢架的平面内还是在平面外，轴力的稳定性都不能被忽略；c、从原则上来讲，平面外计算长度一般是侧向支撑点间的距离。但是，钢梁的上下翼的边缘都会有约束，一般有以下约束：①屋面系杆的支撑系统对其的约束作用；②檩条和屋面板对上翼缘约束作用；③檩条和隅撑的共同作用对下翼边缘的约束。在计算时，我们一般把隅撑的设置作为钢梁平面外长度，并不是将檩条的间距作为钢梁平面外长度。然而，隅撑的位置设置又得根据钢梁平面外长度作为量度。然而有些设计师将钢梁的平面外长度定位3m，但是在制造的过程中却省去了隅撑位置，最终造成了整个设计具有安全隐患。

2.3 构件的挠度问题

根据门式钢架规程的规定，当钢架斜梁只用于支撑冷弯型钢檩条和压型钢板屋面时，则钢架构件的竖向挠度限制是L/180；对于有吊顶的构件，竖向挠度限制是L/240；对于有悬挂起重机的构件，竖向挠度限制取L/400。对于具有一定载荷并且跨度较大的轻型钢结构厂房的设计，挠度值将控制着构件的截面积的大小。很多的设计师在进行这方面的设计时，往往会忽略挠度对结构的控制，仅仅为了能够满足强度的设计做法是不对的。然而，在实际应用中，梁挠度的影响是非常大的，它不仅会影响到建筑物的正常使用，还会造成屋内积水，甚至出现漏水的情况，这些都会加大屋面的载荷，给整个结构带来很大的安全隐患。我们可以加设摇摆柱的方法来应对那些跨度大、挠度难控制的钢架，这样做可以使挠度起不到控制的作用，而且还能把因挠度控制造成的截面过大的问题降到最低。

2.4 钢梁高厚比问题

门式钢架一般都是全钢结构的，由于檐口位置和钢柱的连接位置的弯矩较大，所以一般将钢梁做成变截面型钢梁。由于使用了这种变截面的钢梁，所以在设计的过程中可能会造成高厚比招标的问题，所以对设计结构的就算需要最终检查。根据2008年版CECS102:第6.1.1条规定，对于腹板高度的变化高于60mm/m时，将不考虑受剪板幅屈曲后强度对腹板高度比的控制，所以计算时不能将幅屈曲后强度考虑进去。具体的解决办法如下：a、可以在构件的腹板设置一个横向加劲肋，这样做可以更加不考虑屈曲后强度，还可以提高其容许的高厚比；b、为了满足高厚比，可以增加腹板的厚度，但是这样可能会较大的使用钢量；c、通过调节构件端部的高度和调整梁的变截面长度来使腹板的高度变化不超过60mm/m。

2.5 结构形式及布置方面

对于门式钢结构房屋，冷弯薄壁型钢檩条和压型钢板屋面板作为屋盖和外墙最合适，而变截面实腹钢架作为主钢架最合适。同时我们还可以根据载荷、跨度和高度的不同，而采用等截面或变截面的焊接工字型或轧制H型的截面来设计门式钢架的柱和梁。在设计吊车梁时，最好把等截面作为门式钢架的柱。对于门式钢架的柱脚，我们通常采用支撑设计来铰接，一般用一对或两对螺栓作为平板支座。这样设计柱脚铰接，不仅可以避免弯矩过大的问题，而且还可以减少基础混凝土的造价问题。钢接柱脚通常用于有吊车的厂房，这样设计有利于吊车的平稳运作。采用一些隔热卷材作保温层和隔热层，还可以用具有隔热效果的板材做屋面来解决对房屋或厂房的隔热要求。

2.6 屋盖铰接问题

在进行钢结构屋盖厂房的设计中，有些设计人员会把钢梁和砼柱相连接的位置用刚接的计算方法来计算，所以在施工之后，连接处的受力是不是真正的刚接，这会带来很大的安全隐患。为了安全起见，我们把砼柱面和钢梁的链接用铰接的形式来计算。

2.7 抽柱问题

有时由于空间原因，在某些厂房的设计中往往采用抽柱的屋架形式，即通过一些托或支撑来架梁。有些设计人员在对抽柱进行计算时，认为抽柱榀屋架就是直接把标准榀屋架删掉柱子，然后加上托梁和铰接的接点这么简单。如此做法会出现梁截面严重不足的现象，这是由于弯矩是靠钢梁在檐口的钢柱约束传递的，而对于托梁，托梁和屋面梁是按铰接的形式受力的，所以这样会造成屋脊的弯矩最大，而截面却最小的问题。此外，在对抽柱屋架进行计算时，托梁对屋架的弹性约束是必须要考虑的，具体的说就是把托梁和屋面梁的连接作为弹性支座，然后计算其对钢梁的约束作用，并非是简单的按照铰接来进行计算。对厂房的抽柱计算时，建议从整体上把握，利用整体建模计算，结构的受力情况，最后选出最优截面。

2.8 有吊车设计图纸的标识问题

对于有吊车的厂房设计，设计的图纸中不仅要有构架的设计，还要表明吊车的型号、台数、吊重重量和跨度能数据。防止因为标注不明确带来安全隐患的问题。

2.9 其他

除以上问题外，可能还会有焊缝质量、涂装、保温隔热防水的问题。其中，《钢结构设计规范》中对焊缝质量做出了明确规定，值得注意的是要把评定等级，检验等级和焊缝质量等级区分开来。对于涂装，对于钢材都需要做一些防火或防锈涂层，《建筑设计防火规范》( GBJ16—87)第 7.2.8 条做出了规定。对于保温隔热防水问题，室内的温度要求可能会比较高，所以要对冷桥接点做一些处理，例如选用一些高档保温材料能够较好的减轻结露和冷凝的现象。

3. 结语

由于现阶段钢结构厂房的日益增多和广泛使用，对其安全问题提出了更高的要求。所以在门式钢架设计中要避免以上问题的同时，做到规范、实用和美观相结合。

参考文献

[1] 赵建成 ,周观根 ,鲁永贵.轻钢结构中屋面挠度对屋面防水影响[J].第三届全国现代结构工程学术研究会,2003,3.

[2] 仝迅 .抽柱门式钢架的设计计算[J].工程建筑与设计,2004,12.

[3] 陈章洪.建筑结构选型手册.北京.中国建筑工业出版社.2000.

[4] 蔡益燕.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102: 2002) 修订介绍. 2003.

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关键词：钢结构设计；节点设计；受力分析；压型钢板

工程概况

本工程为广州亚运城电动汽车充电站，建筑面积431.7m2，使用年限为50年，火灾危险性为戊类；耐火等级为一级；抗震设防烈度为七度，地震设计基本加速度：0.1g，Ⅱ类场地土类别，设计地震分组为第一组，场地设计特征周期值为0.35s。该工程的结构形式为钢结构，围护结构采用3mm氟碳铝板，该工程效果图如图1所示。

图1广州亚运城电动汽车充电站效果图

荷载取值

（1）恒荷载选取。本工程的屋面恒荷载包括屋面压型铝板自重、玻璃纤维棉自重、不锈钢丝网自重、钢架自重、检修马道及天花自重、设备的悬挂荷载以及弧型钢板墙面自重等，经计算本钢结构屋盖自重为1.5kN/m2；楼面恒荷载包括镀锌楼承板自重，钢筋混凝土自重，装修贴砖自重等，经计算本钢结构楼面恒载为4.0kN/m2。

（2）活荷载选取。在作本钢结构工程整体计算时，屋面按不上人的轻钢屋面取0.5kN/m2的均布活载；楼面取2.5kN/m2的均布活载。

（3）风荷载选取。荷载规范中的基本风压是按10m高50年一遇10min平均最大风速确定的，根据当地的基本风压选取为0.6kN/m2。

钢结构设计

3.1材质

钢结构工程设计经验表明，一般钢结构所采用的钢材如用低合金结构钢则钢构件的强度、稳定、挠度等将较均衡地得以发挥。因此，本钢结构设计中所有主受力钢构件包括热轧钢管或直缝电焊钢管、热轧H型钢或焊接H型钢、焊接箱型截面钢均采用Q235B钢。Q235B钢应满足《低合金高强度结构钢》(GB1591-1994)的规定，无缝钢管或结构用电焊钢管应满足现行国家标准(GB8162-87标准)和(YB242-263标准)中的有关规定。所有预埋件（板）均采用Q235B。当钢板厚度大于40mm时，应符合Z15级的断面收缩指标和含硫量不超过0.01％的要求，另外钢材的材料成分还应符合表1规定。

表1钢材化学成分规定

3.2屋盖结构设计

屋盖底为25×25Φ1.0的不锈钢丝网，然后上铺50mm的玻璃纤维棉，上铺1.2mm暗扣型压型高强铝合金板，支座为带隔热垫的高强铝合金支座，该支座支承在200x150x5.0镀锌方管上。

3.3一层钢楼层结构设计

（1）经计算，一层钢梁采用HN400x200b；钢柱采用HW350x350b，钢材均为Q235B。另外，在所有弧梁及1轴右侧两弧线上柱均设置横向加劲肋-10@1500。对于楼承板则采用板厚为1.2mm的YX50-250-750压型钢板，如图1所示，栓钉长度为90mm，钢材材质Q235B。楼承板周边的边模采用1.5mm钢板，边模与钢梁焊接。楼层板钢筋保护层厚度为15m，混凝土采用≥C30，钢筋采用一级钢筋。

（2）楼板栓钉布置方式如下：1）每波谷数量依次以2件、1件交错布置，方向与次梁垂直；2）必须保证平台周边每波谷皆为2件；3）楼承板横向接口处为每波谷2件。

（3）楼承板在施工过程中可根据需要现场切割，同时在施工时在楼承板搭接处用自攻钉固定，间距小于900mm。边模悬挑净长度>200mm时,施工时需加临时支撑，边模在钢梁上的支撑长度≥60mm，同时楼承板上浇注砼时应加临时支撑。

图2楼板大样图

3.4节点设计

（1）柱接头。柱的工地接头一般采用腹板高强度螺栓连接，翼板用全熔透坡口连接。当腹板较厚螺栓用量较多时，可采用焊接。

（2）梁与柱的刚接一般采用框架梁悬臂段与柱刚性连接，悬臂梁段与柱预先全焊接连接，梁的现场拼接采用翼缘焊接腹板螺栓连接或全部螺栓连接。

4 钢结构的制作、运输与安装

（1）钢结构的放样、号料、切割、矫正、成型、边缘加工、制孔、组装均应满足《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）的要求；热轧钢的下料宜采用锯切；高强螺栓的制孔应满足《钢结构高强度螺栓连接的设计，施工及验收规程》（JGJ82-91）的要求，需对构件摩擦面进行处理，并作抗滑系数检验。

（2）平板间焊接采用CO2气体保护焊，CO2气体纯度不应低于99.5％（体积法），气焊水量不应大于0.005％（重量法）。

（3）焊接H型钢的上下翼缘板和腹板应采用半自动或自动气割机进行切割，切割面的质量及制作要求应遵循GB50205－2001规定。

（4）构件制作、组装、安装时应制定合理的焊接顺序，必要时采取有效技术措施，减少焊接变形及焊接应力。

（5）钢结构涂层完毕，应在构件明显部位应制构件编号。编号应与施工图构件编号一致，重大构件还应标明重量、重心位置和定位标记。

（6）本钢结构外形允许误差最大值：拼接单元节点偏移为5.0mm；梁上顶面标高为5.0mm；梁长度（L为跨度）为L/2000或15.0mm；相邻支座高差为 5.0mm；节点处杆件轴线交点错位为3.0mm。

钢结构的防腐除锈和涂装

（1）钢结构构件应进行抛丸除锈处理，修补时可采用手工机械除锈，除锈等级应达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》 (GB8923-88)中的Sa2.5级和St3级。

（2）地脚螺栓和底板禁止涂漆，钢构件工地连接接头的高强螺栓接触面及现场焊缝两侧50mm范围内安装之前不涂漆。待安装完毕后，未刷底漆的部分及补焊擦伤、脱漆处均应补刷底漆两道。

（3）钢结构涂装技术要求见表2所示。

表2钢结构涂装技术要求

钢结构设计体会

通过广州亚运城电动汽车充电站钢结构设计，笔者结合实践经验以及该工程设计实例，积累了一些钢结构设计方面的心得，现总结如下：

（1）本钢结构屋盖设计采用单层暗扣型压型铝板，由于这种板型能够考虑彩板坡向的热胀冷缩，工程上应用很广。由于暗扣板在支座处能够产生纵向滑移，冷断桥支座在檩条上方可以转动，可忽略连跨高肋版型对支座位移的有限限制，设计时可以认为檩条上翼缘稳定性不能由屋面板保证，拉条设置位置则可以设置在控制组合下檩条受压侧45mm处。

（2）弧形屋面拉条应弧向分区张拉。拉条在弧面张紧将使檩条产生向心挠曲，挠曲同时，拉条将会松弛，使张拉刚度削弱，不能作为檩条侧向支撑点，设计时应该沿弧向分区张拉，弧面分割成若干平面张紧拉条，考虑到变坡度，宜采用双层拉条。

（3）雪压或者风压很大时，通过山墙边区和角区的板带受力最大，其边跨挠度、边跨强度和第二板支强度控制，不得不加大板厚、采用高强板材或者选用高肋板型。工程中最流行的横向锁缝连接和暗扣做法导致板材强度不能过高。所以，减小板带端跨跨度（檩条间距）可以降低造价提高储备。

结论

结合广州亚运城汽车充电站的钢结构设计实例以及笔者钢结构设计经验，介绍了广州亚运城汽车充电站钢结构设计经验，对该建筑物钢结构屋盖设计、节点设计等方面进行了探讨，同时提出了笔者在钢结构设计方面应注意的问题，可为同类钢结构设计提供参考借鉴。

参考文献：

[1] 廖旭钊．广州新白云国际机场指廊钢结构设计[C]．第十七届全国高层建筑结构学术会议论文，2002．

篇7

关键词：建筑钢结构设计注意问题

中图分类号：TU2文献标识码： A

前言

在进行建筑钢结构设计的时候，会受到很多因素的影响，建筑钢结构在设计的时候，要满足建筑的要求，不能对建筑设计进行破坏，同时钢结构设计的能力范围也是建筑设计的上限，就是建筑设计不能超出钢结构设计的能力范围，在安全和合理方面要达到要求，建筑设计是否能够得到实现离不开钢结构设计。

一、钢结构设计遵循的原则

1. 保证结构的整体性。钢结构的整体性，能保障建筑耐用的年限增加，且残值率为 0. 2，设计者必须明确各类外力从作用点到基础的传递路径和传递过程产生的效应，有关构件如何既分工又协同的工作。

2.设计必须体现计算和构造的一致性。根据房屋建筑的荷载特点及其力学行为，尤其是对地震荷载的反应，都要达到预期的效果。

3.钢结构住宅一般不超过 12 层，否则不规则的布置在地震时容易遭到损坏。

二、建筑钢结构设计应注意的问题

1.钢结构的选型和布置

高层建筑钢结构体系一般分为四类，通常情况下是根据其侧力不同来划分的。在实际的工作中，钢结构的设计主要是概念设计，应该综合考虑建筑的条件、荷载能力、使用功能、制作安装、材料使用等影响因素，选择抗震或抗火性能良好的切实可行的结构体系。还要通过钢材结构的优势、细节、力学关系的对比来实际考察。另外，钢结构的布置要依据体系的特点以及具体使用情况和性质综合考虑。通常情况下，既要保证钢结构的刚度，又要确保钢结构的受力分布均匀，还要最大限度减少建筑的扭转效应，保证各层的抗侧力强度。在施工的时候，要满足建筑的各项使用功能和要求。

2. 钢结构稳定性设计应注意的问题

随着计算机技术的飞速发展，钢结构设计中已大量运用计算机辅助设计，市面上针对钢结构设计的商用软件也涌现了很多。钢结构设计人员通过软件对荷载进行布置，结构稳定性计算、强度计算则交由计算机自动完成。在进行稳定性计算的时候，为简化计算，通常的做法是将结构的标高按一定规范转化成相应荷载进行设计，其余部分计算也是交由计算机完成。

2.1目前，随着科技的发展，钢结构稳定性研究有了较大进展，但是仍然存在一些问题

1）目前，在网壳结构稳定性的研究中，用的最广泛的工具为梁-柱单元理论，但该理论难以表现轴力的大小跟弯矩的耦合效应。为此，有学者致力于该理论的修正工作。

2）在进行大跨度结构设计时，通常采取的做法是把整体稳定和局部稳定统一考虑，取稳定安全系数。在这一做法中，没有反应整体稳定和局部稳定的内在联系。设计者不能知其然而不知其所以然，对于这些影响钢结构稳定性的因素要搞清来源，要了解其分类。

3）物理、几何不确定性。包括极限应力、材料的弹性模量、切变模量等；构件的长宽比、截面形状、受力状态、截面面积和尺寸。

4）统计的不确定性。统计原理基于大量的数据支撑，从而建立相应的数据函数模型。由于工程中数据的获得存在一定难度，就会导致统计信息的缺乏，产生不确定性。

5）模型的不确定性。在进行结构的分析之前，需要在相应的假设基础上，利用边界条件等条件建立数学模型。由于前提假设的缺陷和人类现阶段理论的不完整性，往往造成所建立的模型存在不确定性。

以上所述都是影响钢结构稳定性的随机因素，钢结构设计理论的发展离不开我们对这些因素的研究。

2.2钢结构稳定性设计经验

1）受弯钢构件的板件局部稳定，可以通过几种方式实现：①限制板件宽厚比，在发生屈曲破坏前使构件达到极限承载力；②使板件在构件发生破坏前发生屈曲破坏，在利用其屈曲后的状态来提高整个构件的承载能力；③对量的局部失稳情况，通过设置加筋肋加以解决。

2）轴心受压构件和压弯构件局部稳定的控制方式。翼缘尺寸和腹板高度要做好计算，以此控制轴心受压构件和压弯构件局部稳定；若遇到圆管截面的受压构件，则可以通过控制外径与壁厚之比来实现。

3.楼面结构设计

在建筑施工中，使用的施工材料不同，会导致建筑在使用的时候也是不同的，钢结构的房屋和混凝土结构的房屋在温度伸缩缝区段长度上是有很大的差别的。通常混凝土结构的温度伸缩缝是较短的。钢结构框架的房屋在进行楼板施工的时候，通常会采用现浇混凝土施工的方式来进行施工，这样是为了避免在施工中出现楼板开裂的情况，在进行施工的时候可以在混凝土结构中预留温度伸缩缝。在进行施工的时候，采用设置后浇带施工也是可以减小混凝土温度变化出现裂缝的有效措施。在楼板施工中使用压型钢板进行施工也是可以的，但是一定要满足构造的要求，同时在钢梁上要进行焊接。同时在进行施工时，连接措施也是保证混凝土和压型钢板可以顺利进行施工的重要保证。在进行施工的时候，很多的压型钢板在规格上具有一定的限制，因此在施工中要根据施工的具体情况来决定是否使用。

4.网架结构的计算

设计人员在进行设计的时候，通常是将网架结构设计和下部结构设计分开来计算的。在进行计算的时候，要先假定网架支座的刚度是无穷大的，而且要假定所有的支座在刚度上都是相同的，然后进行下部结构的计算。但是在实际的工作中，下部结构的形式通常都是以住或者是梁的形式体现的，这种结构形式在刚度上非常有限的，通常刚度也是存在着很大差异的。网架结构的设计可以避免工程施工中出现过多的事故，同时也是为了更好的保证建筑在使用的时候不出现事故。网架结构在计算的时候对钢材的选择也是非常重要的，同时在选择钢材的时候一定要保证钢材的弹性非常好。

三、钢结构计算长度系数的确定

对于一些大跨空间结构杆件的计算长度系数取值，目前研究领域没有明确规定，更缺乏计算方法的支持。因而在实际工程中，钢结构计算长度系数往往较难计算。笔者在实际工作中发现，反弯点法可以较准确地确定计算长度系数，使设计工作便捷。具体方法如下。

竖向荷载为主时，在框架分析得到的弯矩图里，框架柱脚弯矩和柱顶的弯矩方向是相反的，一正一负经过零，零点位置叫反弯点，反弯点都位于柱中点附近。反弯点法是一种手工计算的简化近似计算方法之一种，适用于规则框架。就是利用这个（反弯点都位于柱中点附近）特性，设每层柱子中点弯矩为零，把多层框架截成每层的计算简图来计算。由于约束条件是多种多样的，有时很难在变形曲线上表示出反弯点之间的距离。反弯点法主要包括以下几个步骤：反弯点位置的确定；柱的侧移刚度的确定；各柱剪力的分配；柱端弯矩的计算；梁端弯矩的计算；梁的剪力的计算。

结束语

在建筑工程中，结构设计是非常重要的组成部分，是进行建筑工程施工的重要保证。在进行钢结构设计的时候，要对不同的钢结构设计出现的问题进行分析，使以后的钢结构设计工作可以得到更好的发展。

参考文献

[1] 郑宝磊；山西首幢高层钢结构公寓设计与整体计算分析 [D]；太原理工大学；2011.

[2] 吴星；多高层钢结构立体停车库整体稳定性能研究 [D]；湖南大学；2010.

[3] 张娟娟；甘肃省泾川县某高层钢结构仿古塔的弹塑性分析 [D]；太原理工大学；2012.

[4] 马利明，刘耀清；高层钢结构项目施工中的技术管理 [A]；2011 全国钢结构学术年会论文集 [C]；2011.

篇8

关键词:钢结构;稳定性设计;细部构造

中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：

稳定性是钢结构工程设计中需要重点考虑的内容之一,现实生活中因钢结构失稳造成的工程事故案例也较多,如美国哈特福特城的体育馆平面92m×110m的网架结构,突然于1978年坠落地面,原因是由于压杆屈曲失稳; 1988年我国也曾发生13·2m×18·0m钢网架因腹杆稳定不足在施工过程中塌落的事故; 2010年1月3日下午,昆明新机场38m钢结构桥跨突然垮塌,造成7人死亡、8人重伤、26人轻伤,原因是桥下钢结构支撑体系突然失稳, 8m高的桥面随即垮塌下来。从上述案例可以看出,钢结构失稳破坏的原因通常是其结构设计不合理,存在结构设计缺陷所致,要从根本上杜绝此类事故的发生,钢结构稳定性设计是关键。

1钢结构稳定性设计的概念

1·1强度与稳定的区别强度是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度,因此它是一个应力问题。极限强度的取值因材料的特性不同而异,对钢材是取它的屈服点。稳定主要是找出外部荷载与结构内部抵抗力间不稳定的平衡状态,即变形开始急剧增长而需设法避免进入的状态,因此它是一个变形问题。例如轴压柱,当失稳时柱的侧向挠度使柱中增加很大的附加弯矩,从而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度,此时,失稳是柱子破坏的主要原因。

1·2钢结构失稳的分类1)有平衡分岔的稳定问题(分支点失稳)。完善直杆轴心受压时的屈曲和平板中面受压时的屈曲均属于这一类。2)无平衡分岔的稳定问题(极值点失稳)。由建筑钢材做成的偏心受压构件,在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力,属于这一类。3)跳跃失稳是一种不同于以上两种类型的稳定问题,它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。

2钢结构稳定性设计的原则

2·1钢结构布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求目前钢结构大多数是按照平面体系来设计的,如桁架和框架。保证这些平面结构不出现平面外失稳,需要从结构整体布置来解决,如增加必要的支撑构件等。要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致。

2·2结构计算简图需与实用计算方法所依据的简图一致当设计单层或多层框架结构时,通常不做框架稳定分析而只做框架柱的稳定计算。采用这种方法计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数,应通过框架整体稳定分析得出,使柱稳定计算等效于框架稳定计算。《钢结构设计规范》(GB50017-2003)对单层或多层框架给出的柱计算长度系数采用了5条基本假定,其中包括:“框架中的所有柱子是同时丧失稳定的,即各柱同时达到其临界荷载”,按照这条假定,框架各柱的稳定参数、杆件稳定计算的常用方法,是依据一定的简化假设或者典型情况得出的,设计者需确认所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。

2·3钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算应一致保证钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算相符合,是钢结构设计中需要高度注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接,应分别赋与它足够的刚度和柔度,对桁架节点应尽量减少杆件偏心。但是,当涉及稳定性能时,构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如,简支梁就抗弯强度来说,对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移,同时允许在平面内转动。然而在解决梁整体稳定时上述要求就不够了,支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转,同时允许梁在平面内转动和梁端截面自由翘曲,以符合稳定分析所采取的边界条件。

钢结构稳定性的分析方法

钢结构稳定问题的分析都是针对在外荷载作用下结构存在变形的条件下进行的,此变形应该与所研究的结构或构件失稳时出现的变形相对应。结构变形与荷载之间呈非线性关系,稳定计算属于非线性几何问题,采用的是二阶分析方法。稳定计算所确定的不论是屈曲荷载还是极限荷载,都可视为所计算的结构或构件的稳定承载力。

3·1静力法静力法即静力平衡法,是根据已发生了微小变形后结构的受力条件建立平衡微分方程,然后解出临界荷载。在建立平衡微分方程时遵循如下基本假定:1)构件是等截面直杆。2)压力始终沿构件原来轴线作用。3)材料符合胡克定律,即应力与应变成线性关系。4)构件符合平截面假定,即构件变形前的平截面在变形后仍为平截面。5)构件的弯曲变形是微小的,曲率可以近似地用挠度函数的二阶导数表示。根据以上假定条件可建立平衡微分方程,代入相应的边界条件,即可解得两端铰支的轴压构件的临界荷载。

3·2能量法能量法是求解稳定承载力的一种近似方法,通过能量守恒原理和势能驻值原理求解临界荷载。1)能量守恒原理求解临界荷载。保守体系处在平衡状态时,贮存在结构体系中的应变能等于外力所做的功,即能量守恒原理。其临界状态的能量关系为:ΔU =ΔW式中ΔU———指应变能的增量;ΔW———指外力功的增量。由能量守恒原理可建立平衡微分方程。2)势能驻值原理求解临界荷载。势能驻值原理指:受外力作用的结构,当位移有微小变化而总势能不变,即总势能有驻值时,结构处于平衡状态。表达式为:dΠ=dU-dW =0式中dU———指虚位移引起的结构内应变能的变化,它总是正值;dW———指外力在虚位移上作的功。

3·3动力法处于平衡状态的结构体系,如果施加微小干扰使其发生振动,这时结构的变形和振动加速度都和已经作用在结构上的荷载有关。当荷载小于稳定的极限荷载值时,加速度和变形的方向相反,因此干扰撤去后,运动趋于静止,结构的平衡状态是稳定的;当荷载大于稳定的极限荷载值时,加速度和变形的方向相同,即使撤去干扰,运动仍是发散的,因此结构的平衡状态是不稳定的。临界状态的荷载即为结构的屈曲荷载,可由结构的振动频率为零的条件解得。

4钢结构稳定性设计的几点体会

1)目前钢结构设计多借助钢结构计算机软件进行结构受力计算,结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可依靠程序自动完成,结构和构件的平面外强度及稳定计算,需要设计者另做分析、计算和设计。此时可将整个结构按标高分解成多个不同布置形式的结构体系,在不同的水平荷载作用下,进行结构体系的强度和稳定计算。2)受弯钢构件的板件局部稳定有两种方式:一是以屈曲为承载能力的极限状态,并通过对板件宽厚比的限制,使之不在构件整体失效前屈曲;二是允许板件在构件整体失效前屈曲,并利用其屈曲后强度,构件的承载能力由局部屈曲后的有效截面确定。对于不考虑屈曲后强度的梁局部稳定,可对梁设置横向或纵向加劲肋,以解决梁的局部稳定问题,加劲肋按《钢结构设计规范》(GB50017 -2003)规定设置;对于组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算按《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第4·4规定执行。3)轴心受压构件和压弯构件局部稳定有两种方式:一是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比;二是控制腹板计算高度与其厚度之比。对于圆管截面的受压构件,应控制外径与壁厚之比,加劲肋按《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第5·4规定设置。

5结语

钢结构因具有自重轻、强度高、工业化程度高等优点,在建筑工程中得到了广泛的应用,相信通过加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计,克服结构设计缺陷,其应用的领域会越来越广泛。

参考文献:

篇9

【关键词】钢结构，超高层建筑，施工技术，特点，环节探讨

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

一.前言

在很长的一段时期，我国的建筑行业多采取的是钢筋混泥土的建筑结构，但随着土木工程和新的力学体系，新的设计方法出现，经过时间见证，钢筋混泥土的结构在超高层建筑中，有着明显的缺陷，那就是自重很大，于是，更多的设计师和建造师便开始寻找新的建筑结构来更好的实施对建筑的设计施工。终于，经过无数次的实验和实践的检验，最终选用了强度很大的钢材来实施结构设计，甚至演变成为全钢的建筑结构。直到目前为止，全钢结构的建筑已经成为一种建筑风潮，不仅大大推进了我国建筑设计施工的发展，更大大提升了建筑的整体质量。

二.钢结构超高层建筑施工概述

1.工程实例分析

中关村金融中心工程地处北京市中关村科技园区的最核心位置，为北京西部最高建筑(总高度150m)，国际甲级写字楼。工程由塔楼、配楼、连廊3部分组成，总建筑面积111 818平方米。其中塔楼地下4层、地上35层，总建筑面积79 012平方米，总檐高150m，为全钢结构。

工程项目部组建了最强的管理团队，通过精心组织、精心施工，攻克了一道道技术难关。用6个月的时间完成了约15 000t钢结构安装施工任务，月施工最快完成9层；采用CO：气体保护半自动焊完成了超厚钢板焊接的施工(最厚达100mm)，整个工程的焊缝100％超声波探伤，100％合格，一次探伤合格率达98％；在钢结构吊装方面，经过项目技术人员不断探索与总结，解决了超高层钢结构空间定位及折线形钢结构箱型柱吊装技术问题，且整体垂直度最大偏差9mm。

本工程由于设计的特殊性，无法选用内爬式塔吊，根据工程的地理位置、结构形式及大量的特殊构件选择2台大型附着式塔吊，一台K80／115与一台36B，分别布置在塔楼的西侧与东侧，不仅满足了所有构件的垂直运输，而且为大量超重、超高及偏心构件的吊装创造了条件。K80／115附着式塔吊在国内尚属首次使用，可借鉴的成熟经验不多。施工中通过不断的摸索，很好地解决了塔吊的组装、顶升及施工工效等方面的难题，为工程的顺利进行创造了条件，塔吊平面布置如图1。

2.超高层建筑结构体系简析

每一种类型的建筑都有着不同的结构设计要求，先要综合考虑到建筑的主要用途，是民用还是商业，或者生产车间；再结合从实地勘察来的关于建筑要求的高度，地基的抗震烈度相关参数和数据，严格遵守我国建筑设计规范的安全可靠性原则，进行合理科学的结构设计，并选择符合设计方案的高层结构建筑体系。目前，我国的高层建筑结构体系一般有框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框—筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系等可以供选择。

3.钢超高结构的建筑体系在设计施工的特点。

全钢结构的建筑体系在设计施工中有着很强的专业性和技术性要求，作为一种新型的建筑设计体系，有着自己的严格的设计施工要求，从地质地形的勘察测量，到对各种钢材料的选择运用，整体的框架的搭建，各部分大小构件的设计剪裁，到实地的施工安装，一直到后期的质量管理，质量的全面监控，及其对整体工程的保养维护，都是一个紧密结合的过程，对施工方的设计水平、技术能力、专业水平、管理能力等一系列综合能力提出了挑战。

一般而言，全钢结构建筑设计施工有着自己特性，加强对各种特点的研究，有助于正确的施工，减少失误。

首先，工序繁多。高层施工，立体施工，相互交叉施工，这是全钢高层建筑施工的第一特点，也是施工的难点之一，必须做好全面细致的科学设计，统筹安排，从设计施工到施工人员的安全保护，都要有着极其高的标准和要求。

其次，全钢结构施工多半位于高空，空间狭小，但由于工序繁多，需要准备的各种部件和施工器械品种繁多，操作人员的空间移动位置小，安全保障难度高，对众多的零部件和施工的构件无处安放，对升降传输速度安全性有着高端要求。

最后，工程进度控制难度大。高空作业，超高的施工标准，严格的施工规范，高端的材料处理，科学的安装，合理安全的拆迁等一系列巩固都受到了各种因素的影响，比如材料的质量，各种构件的传送，自然气候因素，焊接技术等各个方面。

三.钢结构建筑的施工技术操作

1.要做好施工前的各种准备。

首先，要经过实地勘察测量得到准确的各种数据，结合双方的建设协议，综合考虑各种影响因素，做出科学合理的工程设计，制定施工标准和施工规范，严格实行权责制度，做到目标明确，权责分明。

其次，在施工前要做好各种物料、装吊设备的准备和检测，保证施工要用到的各种机械设备够足够齐全，且都能够保持正常运行状态，同时，要做好对施工人员的培训，加强对相关技术的掌握，提高对各种机械的操控熟练程度，加强心理素质的测验和锻炼。

最后，要对即将施工的场地做出清理，对周边的人员和物品进行分离，同时，将各种即将用到的机械设备运输到现场合理布置。

2.以全钢结构施工中的钢柱安装为例做出简单技术分析

钢柱在整个全钢结构体系中起着重要的支撑作用，其安装关系到整个建筑的稳定和安全。因此，笔者将全钢结构施工的钢柱安装为例，探究其施工方法和施工技术，保证钢柱安装的质量。

节柱的标高具有及其重要的作用，如果出现差错，要做到随时随地科学严谨修改，同时，要密切和节柱的轴线检验，以保证二者之间的精确，为钢柱的安装做好准备。

在进行钢柱安装高空作业之时，要将钢爬梯等各种需要的施工构件准备好，并放到钢柱上。进行对钢柱的最后检查，看看钢柱的生产厂家生产的临时连接板是否稳定？若符合标准，则可以根据相关安装标准，采用螺栓开始固定，以保证施工时候随时应用。采用起吊设备，进行两点连接，同时起吊，于此，对钢柱的安装已初步完成。

3.钢柱安装质量受到的影响因素

(一)安装上存在着误差。主要由安装过程中碰撞及钢柱本身几何尺寸偏差引起，也包括校正过程中测量人员操作误差，须通过加强施工管理进行保证。

(二)焊接上存在着变形。钢梁施焊后，焊缝横向收缩变形对钢柱垂直度影响很大，由于本工程焊缝较厚，所以累计误差的影响比较大。因此，加强对焊接质量的监控，刻不容缓。

(三)大自然的日照温差。日照温差引起的偏差与柱子的细长比、温度差成正比。一年四季的温度变化会使钢结构产生较大的变形，尤其是夏季，在太阳光照射下，向阳面的膨胀量较大，故钢柱便向背向阳光的一面倾斜。

(四)缆风绳松紧不当。严禁利用揽风绳强行改变柱子垂偏值。此种做法，既不科学又不安全，难以对施工的质量产生积极意义。

四.关于钢结构超高建筑施工中的协调管理

1.进行施工人员的安全管理，由于全钢超高层的施工，都是立体高层施工，人员之间的上下空间重叠厉害，对各个楼层建设时期，要分开时段，实施分开分时段施工，避免高空坠物，同时，要加强施工人员上下运输和用电用火的监控。

2.对各种机械进行统一安排，严格按照施工程序进行，统一调度，统一进度，在使用高峰期，可以实时流水线作业或者是倒班制，提高机械的使用效率。

3.加强施工平面的管理。由于全钢超高层施工施工场地面向空中，施工场地受到限制，平面狭小，缺乏一定的空间摆放材料和施工器械，而在施工过程中，总会有大量的构件和设备进出。因此，要根据施工设计规范，随时进行场地的协调，对材料，设备的运输，摆放，加强管理监督，实施规范化摆放器械，保证场地的有序性。

五.结束语

钢超高结构建筑的施工具有极大的技术性和挑战性，施工单位必须做好科学合理的设计，设定严格科学的施工规范，并精心准备施工所用各种器械设备，加强对施工人员的培训，提高整个施工队伍的技术能力和综合素质。在施工时候既要保证施工进度，控制施工质量，又要结合施工的实际情况，从全局出发，统筹全局，兼顾细节，保证施工的科学合理性，保证整个全钢结构超高层施工的安全稳定，优质高效。为推动我国建筑业的进步，经济的发展，人们生活水平的提高，做出贡献。

参考文献：

[1]施红兵钢结构的超高层建筑施工技术 [期刊论文] 《建筑施工》 -2008年4期

[2]万荣涛 浅谈超高层建筑钢结构施工技术 [期刊论文] 《浙江建筑》 -2009年3期

[3]阿曼姑·买买提 浅论钢结构工程的施工技术 [期刊论文] 《城市建设理论研究（电子版）》 -2011年23期

[4]贾艳峰 超高层异形钢结构屋面施工技术 [期刊论文] 《施工技术》 ISTIC PKU -2009年10期

[5]张林基 浅谈钢结构工程施工安装技术 [期刊论文] 《城市建设理论研究（电子版）》 -2012年5期

篇10

关键词: 竖缝抗剪抗剪承载力栓钉接合面

中图分类号：TU37文献标识码： A

0 引言

钢管混凝土边框剪力墙结构是一种新型钢-混凝土组合剪力墙，即利用抗剪连接键将钢管混凝土边框和剪力墙进行可靠连接。接合面连接的好坏是关系结构整体抗震性和稳定性的关键问题，目前国内外对该类结构竖缝抗震性能的研究并不多，各国规范对其抗剪强度的计算采用不同的破坏机理。

1 抗剪承载力计算公式

1.1栓钉连接件抗剪承载力计算公式

抗剪连接件的形式很多，一般按照变形能力可分为刚性连接件和柔性连接件两大类。目前最常用的抗剪连接件是栓钉，对栓钉抗剪连接承载力的计算研究的比较多，但是各国对其计算公式没有形成统一。

加拿大《钢结构设计规范》SI6.1-1974规定

≤448Ast

日本规范亦采用式(1)，但规定Ec和fc的适用范围为500～900 MPa，这是偏于保守。

Eurocode 4规定:当hst/dst≥4(hst和dst分别表示栓钉的高度和直径)时，有

≤0.64Astfu

其中，Ast表示栓钉杆的横截面面积，Ec表示混凝土的弹性模量，fck表示混凝土圆柱体抗压强度标准值(=0.83fcu)，fu为栓钉的极限抗拉强度。

美国钢筋混凝土房屋建筑规范（ACI318-83）基于摩剪理论给出保守计算公式

其中：Ac为抗剪混凝土面积；K1为系数，普通混凝土K1等于2.81MPa，全轻骨料混凝土K1等于1.41 MPa，轻砂混凝土K1等于1.76 MPa。

中国学者聂建国、沈聚敏、崔玉萍、胡夏闽等人对栓钉抗剪连接件进行了研究并取得一些成果。这些成果为制定我国《钢结构设计规范》中有关剪力连接件计算的条文提供了依据。

《钢-混凝土组合结构设计规程》(1997修订稿)规定，当hst/dst≥4.0时，有

≤0.7Astf

其中，Ast表示栓钉杆的横截面面积，Ec表示混凝土的弹性模量，fc表示混凝土轴心抗压强度设计值，f表示栓钉抗拉强度设计值

我国现行的GB50017-2002钢结构设计规范对钢-混凝土组合梁设计条文进行了较大改进，其中给出的栓钉承载力公式为:

≤0.7Astfλ

其中，λ为栓钉材料抗拉强度最大值与屈服值之比，f表示栓钉抗拉强度设计值。

本次试验栓钉的计算荷载采用美国钢筋混凝土房屋建筑规范（ACI318-83）。

1.2销键抗剪承载力计算公式

接缝处承载力验算还需包括抗剪销键的焊缝强度验算和混凝土的局部承压验算，焊缝在剪力作用下按纯剪切考虑，可按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定计算；验算抗剪销键上混凝土的受压承载力时，局部承压混凝土的垂直抗压强度可取1.5fc。

2 试验概述

本试验共设计了5个试件，试件的配置方式是根据栓钉的配钢率在1%左右进行设计。因此在试件配置时选择6个栓钉（1.32%）和4个栓钉（0.88%）。试验中钢管采用120mm*120mm*4mm的普通Q345级方钢管； 销键为直径20mm的螺纹钢筋加工而成，长100mm，竖向间距225mm，焊接在钢管壁上；栓钉为ML15标准尺寸，直径13mm，长80mm，在竖向接合面上的水平间距均为60mm，竖向间距为200mm或250mm。通过栓钉抗拉强度试验得到栓钉抗拉强度为355.78Mpa。

试件墙体部分采用C30自密实混凝土，经过试配最终确定配合比比值为：0.41:1: 2.54:2.75。钢管内部混凝土为C50自密实混凝土，其配合比比值为：0.22:1:1.13:1.22。

本次试验用MTS作动器完成，加载点取在钢管与混凝土结合部钢管壁上，管壁上焊接30*120*15mm厚的钢条，以保证直剪面发生直剪破坏。试验采用国内外常用的拟静力加载方案以模拟地震作用，即对试件施加低周反复荷载直至破坏。

3 计算结果分析

本次试验试件破坏形式全部为混凝土破坏，栓钉未剪断。本次试验试验结果与各国规范计算值的比较见表1。

表1 竖缝抗剪试验值与各国规范计算值的对比

注：试件编号中“6S2P”是指6个栓钉和2个销键的组合连接方式，SP是指Shear Performance。

通过比较发现各国规范计算值均高于试验结果，原因有以下几点：

1）本次试验的栓钉为直剪破坏，与推出试验相似，各国规范是对组合梁中栓钉连接件的规定，而国内外的研究都表明，推出试验得到的栓钉抗剪承载力比组合梁中栓钉的实际抗剪承载力要低。

2）由于栓钉布置较密集，在试验时出现群钉效应导致每根焊钉承载力比普通单钉承载力要小。

4 抗剪承载力计算

各国的规范中有关于栓钉抗剪承载力的计算公式，但是对栓钉和销键组合抗剪的计算公式未见报道，因此，在研究国内外相关规范基础上，提出栓钉和销键组合抗剪承载力计算公式：

（1）

式中：

Ast是栓钉的横截面面积，Ec是混凝土的弹性模量，fck是混凝土圆柱体抗压强度标准值，l是抗剪销键长度，d为抗剪销键高度，fc是混凝土抗压设计强度，α为局部承压有效面积调整系数，建议取0.9。

表2 试件抗剪承载力实测值和计算值

按该计算公式（1）得出各试件的竖向接合面抗剪承载力计算值和实测值见表2，计算值和实测值吻合较好，试件SP-6S和SP-6S2P相对误差略微偏大原因可能是公式（1）中关于栓钉抗剪承载力计算的理论值偏大造成的。

结论

（1）钢管混凝土边框与墙板竖向接合面采用栓钉和销键的组合连接方式能够保证剪力有效传递，且能够保证接缝的稳定性。

（2）本次试验试件的破坏形式与推出试验相似，且试件的实际压力值均低于各国规范的计算值。

（3）对于采用栓钉和销键组合连接方式的构件，按照公式（1）进行计算，其计算值与实测值吻合良好，可以应用到工程设计中。

参考文献

[1]落英章. 钢--混凝土组合梁栓钉剪力连接件的研究[J].湖南：硕士论文，2008.

[2]胡夏闽，刘子彤，赵国藩. 钢与混凝土组合梁栓钉连接件的设计承载力[M].北京: 建筑工业出版社，2000.

[3]宋国华，王东炜等. 装配式钢筋混凝土结构竖缝抗剪承载力研究及国内外规范的比较. 世界地震工程，2005，2（6）：125-128.