序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2加建工程的現(xiàn)狀

我國加建設(shè)計起步比較晚，與世界先進(jìn)國家之間存在著一定的差距。隨著社會的不斷發(fā)展與進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，加建工程得到了很大的發(fā)展空間，并且在我國各地都開展了一些舊房挖潛、改造、加建等工程，并且在上海、重慶、廣州、貴陽、昆明等地都將舊房改造工程列入到了城市規(guī)劃項目當(dāng)中，頒布了相應(yīng)的文件與規(guī)章制度。由此可以看出，我國加建工程得到了很大的發(fā)展空間。1)由以往的單個房屋加建發(fā)展為成片住宅區(qū)的加建工程;2)各種新材料、新工藝應(yīng)用到了加建工程當(dāng)中;3)輕鋼結(jié)構(gòu)加建技術(shù)得到了深入的分析與研究，并且在加建工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

3鋼結(jié)構(gòu)加建的優(yōu)缺點

開展鋼結(jié)構(gòu)加建工程的時候，具有以下優(yōu)點:1)節(jié)約土地，提高土地面積的使用效率，縮短建設(shè)工期;2)因為鋼結(jié)構(gòu)的自重比較輕，因此，加建部分的荷載作用對原結(jié)構(gòu)的影響非常小，不需要單獨對地基進(jìn)行加固處理，這樣不僅可以減少工作量，還可以縮短工期，節(jié)省部分施工成本;3)鋼結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的多樣性，在進(jìn)行加建的時候，可以充分發(fā)揮空間的優(yōu)勢，降低對原建筑結(jié)構(gòu)的影響;4)鋼結(jié)構(gòu)加建的適用范圍比較廣，不僅可以對房屋建筑進(jìn)行加建，還可以對工業(yè)建筑進(jìn)行加建，因此，在建筑加建工程中得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，其也存在著一些缺點:1)在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)加建之后，其整體建筑結(jié)構(gòu)就會呈現(xiàn)一種上柔下剛、上輕下重的質(zhì)量與剛度分布，導(dǎo)致建筑整體性較差，缺乏一定的抗震性能;2)鋼結(jié)構(gòu)耐久性較差，在進(jìn)行加建的時候，需要進(jìn)行防腐、防火等措施的考慮，這樣就會增加一些建筑材料的使用，此時不僅會涉及到原材料的質(zhì)量問題，還要考慮原材料的成本問題，因此，存在著一定的不足。

4混凝土框架頂層加建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

1)樓板設(shè)計。在設(shè)計樓板的時候，現(xiàn)階段一般選用的都是現(xiàn)澆灌技術(shù)。目前，現(xiàn)澆灌技術(shù)是樓板設(shè)計中最為常用與有效的方法，在采用此種方式進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工的時候，可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性、牢固性與安全性。同時，在鋼結(jié)構(gòu)施工中，此種方法可以對出現(xiàn)的問題進(jìn)行靈活的處理與調(diào)整，根據(jù)實際情況，提出有效的解決辦法，保證樓板設(shè)計與施工的順利進(jìn)行，確保建筑工程的整體施工質(zhì)量。2)梁設(shè)計。在進(jìn)行梁設(shè)計的時候，一定要結(jié)合國際設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與實際設(shè)計情況，制定合理、科學(xué)的鋼構(gòu)設(shè)計要求:首先，在進(jìn)行梁設(shè)計的時候，一定要保證其截面寬度不會低于200mm，同時寬度與高度之間的比值不要超過4。其次，在梁設(shè)計中必然要使用一些鋼筋，對其使用鋼筋也要進(jìn)行一定的規(guī)定，保證梁結(jié)構(gòu)具有一定的硬度與抗震性能，進(jìn)而確保建筑工程整體結(jié)構(gòu)的牢固性與安全性。最后，在設(shè)計扁梁的時候，一定要保證梁中線和柱中線重合，采用雙向布置結(jié)構(gòu)。同時對扁梁進(jìn)行嚴(yán)格的計算與設(shè)計，保證其結(jié)構(gòu)的合理性與科學(xué)性，增強(qiáng)建筑工程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。3)柱設(shè)計。在進(jìn)行柱設(shè)計的時候，一定要保證其截面符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn):通常情況下，柱截面寬度與高度均不可低于300mm，柱直徑一定要超過350mm，截面短邊與長邊的比值不可以超過3，柱縱向鋼筋配比不可以低于0．2%等。在設(shè)計柱的時候，一定要嚴(yán)格遵照以上要求，這樣才可以保證柱設(shè)計的合理性與科學(xué)性，同時增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證建筑工程施工的順利完成。4)基礎(chǔ)承載重量構(gòu)件設(shè)計。在進(jìn)行基礎(chǔ)承載重量構(gòu)件設(shè)計的時候，一定要綜合考慮各方面的因素，結(jié)合建筑負(fù)荷、結(jié)構(gòu)形式、施工狀況等，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)計的合理性與科學(xué)性，使其達(dá)到建筑工程整體設(shè)計要求。針對設(shè)計不合理、不符合要求的部分，一定要進(jìn)行相應(yīng)的修改，保證其設(shè)計的合理性與科學(xué)性，這樣才可以保證建筑工程整體的施工質(zhì)量。

篇（2）

1、引言

由于國家政策、鋼材生產(chǎn)、構(gòu)件制作、設(shè)計研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范修訂等方面的有利因素，近幾年我國的建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)入了一個全新的發(fā)展時期。新材料、新部品、新結(jié)構(gòu)體系不斷出現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計研發(fā)、制作安裝能力日益強(qiáng)大，建筑鋼結(jié)構(gòu)向多樣性、適用性、經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。

建筑鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性能一直是大家最為關(guān)注的一個問題。如何控制工程造價，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的綜合優(yōu)勢，工程設(shè)計階段是關(guān)鍵階段。據(jù)權(quán)威資料統(tǒng)計分析，在初步設(shè)計階段，影響工程造價的可能性為75%-95%；在技術(shù)設(shè)計階段，影響工程造價的可能性為35%-75%；在施工圖設(shè)計階段，影響工程造價的可能性為5%-35%。因此設(shè)計質(zhì)量的好壞、設(shè)計是否優(yōu)化對工程造價將產(chǎn)生直接的影響。下面以門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)廠房和多、高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計為例，在材料選用、結(jié)構(gòu)體系等方面進(jìn)行簡要分析，探討在設(shè)計階段控制工程造價，提高建筑經(jīng)濟(jì)性能的可行性。

2、材料選用方面工程造價控制

由于我國鋼產(chǎn)量已經(jīng)突破兩億噸，鋼材品種更趨于多樣化。各種新型建材，如輕質(zhì)保溫墻板、彩涂壓型鋼板、樓承板等不斷開發(fā)出來并推廣應(yīng)用。建筑鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計階段材料的選擇上有了更大的空間。材料選擇不同，工程直接費不同，總造價不同。設(shè)計階段合理選擇建筑材料，控制材料單價或工程量，是控制工程造價的有效途徑。試舉例如下：

（1）彩涂鋼板：彩涂鋼板一般用于輕鋼廠房屋面板和墻面板，有不同板型、不同基板厚度和鋼號、不同鍍鋅板類別和鍍鋅層厚度以及不同的彩涂層類別，在形式上又可選用單板、保溫復(fù)合板、單板加內(nèi)保溫層等，其中保溫層又有超細(xì)玻璃絲棉、硬質(zhì)巖棉、聚苯乙烯等類別及厚度的不同，這些不同都造成單方材料價格的差異，從而影響廠房工程總造價。所以設(shè)計時要根據(jù)廠房性質(zhì)、大氣環(huán)境等因素綜合考慮，合理選用板材，控制工程造價。

（2）多、高層住宅鋼結(jié)構(gòu)體系的墻體材料：墻體材料造價一般占土建工程造價的15%-25%。對于多、高層住宅鋼結(jié)構(gòu)體系來說，選用配套、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的墻體材料至關(guān)重要。目前，設(shè)計選用的外墻材料主要有水泥保溫外墻板、輕質(zhì)加氣混凝土砌塊、NALC板等；內(nèi)墻材料主要有改性石膏板、GRC內(nèi)墻板、水泥保溫復(fù)合板等。萊鋼集團(tuán)自主研發(fā)的LCC-A系列、LCC-B系列和LCC-C系列輕質(zhì)保溫復(fù)合墻板也已應(yīng)用于在建鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能住宅工程中，逐步使鋼結(jié)構(gòu)住宅體系走向標(biāo)準(zhǔn)化、定型化和工業(yè)化，為降低綜合造價創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。

（3）多、高層鋼結(jié)構(gòu)建筑樓（屋）面的樓承板：設(shè)計時，根據(jù)在樓（屋）蓋結(jié)構(gòu)體系中的作用，樓承板可采用兩種形式，即①樓承板只作為永久性模板，一般采用普通鍍鋅壓型鋼板即可，對最小鍍鋅量和耐火時間要求較低，價格較便宜；②施工時作為模板，在使用階段則替代受拉鋼筋，即組合樓板。由于在設(shè)計中考慮樓承板作為受拉筋，其使用壽命必須與主鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命保持一致，所以對其最小鍍鋅量和耐火時間要求較高，單方價格相對較高。

（4）鋼材規(guī)格及材質(zhì)：由于鋼材品種的增多，結(jié)構(gòu)設(shè)計時可選擇的構(gòu)件形式也多了。比如框架柱，可采用熱軋H型鋼、焊接H型鋼、螺旋焊接圓鋼管、焊接方鋼管以及組合截面等形式，鋼梁可采用等截面、變截面等形式。材質(zhì)可采用Q235普碳鋼，也可采用Q345低合金鋼。設(shè)計時應(yīng)盡可能采用高強(qiáng)度等級的材料，比如采用Q345鋼比采用Q235鋼就可節(jié)約鋼材15%-25%，用于受拉或受彎構(gòu)件節(jié)約比例較大。設(shè)計時要選用經(jīng)濟(jì)截面型材，比如熱軋H型鋼、T型鋼等。在某些情況下，采用熱軋H型鋼柱、梁可能比采用焊接H型鋼用鋼量稍多，但從加工成本、施工進(jìn)度等方面綜合考慮，其造價可能更有優(yōu)勢。

3、結(jié)構(gòu)體系方面工程造價控制

不同的結(jié)構(gòu)體系和平、立面布置對工程造價的影響較明顯。在設(shè)計階段只有根據(jù)建筑物的使用功能要求，確定合理的平、立面布置和結(jié)構(gòu)體系，才能有效控制工程造價，做到經(jīng)濟(jì)適用。列舉如下：

（1）根據(jù)有關(guān)資料測算分析，對于多層建筑，不同層數(shù)對土建工程造價的影響為10%-25%；不同層高對土建工程造價的影響為1.5%-12%。

（2）門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計，同樣存在經(jīng)濟(jì)跨度和剛架最優(yōu)間距。在工藝要求允許的情況下，盡量選擇小跨度的門式剛架較為經(jīng)濟(jì)。一般情況下，門式剛架的最優(yōu)間距為6m-9m，當(dāng)設(shè)有大噸位吊車時，經(jīng)濟(jì)柱距一般為7m-9m,不宜超過9m，超過9m時，屋面檁條、吊車梁與墻架體系的用鋼量也會相應(yīng)增加，造價并不經(jīng)濟(jì)。下表（表3.3）是按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102:98）進(jìn)行設(shè)計的廠房主鋼用鋼量，通過橫向、縱向比較，可以看出各影響因素在設(shè)計階段合理確定的意義。設(shè)計荷載取值：恒載0.3KN/m2、活載0.5KN/m2、基本風(fēng)壓0.55KN/m2、不考慮吊車及懸掛荷載。

柱距7.5m

檐高6.0m

用鋼量

（kg/m2）

柱距7.5m

檐高6.0m

用鋼量

（kg/m2）

柱距7.5m

檐高6.0m

用鋼量

（kg/m2）

跨度

Q345

Q235

跨度

Q345

Q235

跨度

Q345

Q235

1×18.0m

7.20

8.72

2×18.0m

7.16

8.92

3×18.0m

7.38

8.95

1×21.0m

8.41

9.90

2×21.0m

8.45

10.28

3×21.0m

8.43

10.12

1×24.0m

9.22

11.43

2×24.0m

9.68

11.75

3×24.0m

9.29

11.36

1×27.0m

10.54

12.72

2×27.0m

10.86

13.12

3×27.0m

10.35

12.96

1×30.0m

11.57

13.95

2×30.0m

11.92

14.53

3×30.0m

11.35

13.54

1×33.0m

12.86

15.10

2×33.0m

13.21

16.58

3×33.0m

12.46

15.61

（3）在多、高層鋼結(jié)構(gòu)中，樓板結(jié)構(gòu)體系的工程量占有較大比重，對結(jié)構(gòu)的工作性能、造價都有重要影響。在確定樓板結(jié)構(gòu)方案時，主要考慮要保證樓板有足夠的平面整體剛度，能減輕結(jié)構(gòu)的自重及減小結(jié)構(gòu)層的高度，有利于現(xiàn)場安裝方便及快速施工，還要有較好的防火、隔音性能，并便于管線的敷設(shè)。常用樓板做法有：壓型鋼板組合樓板、預(yù)制樓板、疊合樓板和普通現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板等。目前最常用的做法為壓型鋼板組合樓板和普通現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。當(dāng)采用這兩種做法時，考慮現(xiàn)澆板與鋼梁組合成為共同受力的組合梁，能有效降低鋼梁高度，較多地節(jié)約鋼材。

（4）在高層鋼結(jié)構(gòu)中，框架柱采用圓形鋼管混凝土柱，梁、板采用鋼-砼組合結(jié)構(gòu)，總用鋼量比普通鋼結(jié)構(gòu)用鋼量有大幅度減小，能有效降低工程造價。

4、結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)建筑所具有的優(yōu)點決定其必將具有強(qiáng)大的生命力。設(shè)計階段技術(shù)創(chuàng)新、選材配套、設(shè)計優(yōu)化是控制造價、促進(jìn)建筑鋼結(jié)構(gòu)走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵階段。為此，強(qiáng)調(diào)以下幾點：

篇（3）

最為現(xiàn)代最重要的建筑材料，鋼是在19世紀(jì)被引入到建筑中的，鋼實質(zhì)上是鐵和少量碳的合金，一直要通過費力的過程被制造，所以那時的鋼僅僅被用在一些特殊用途，例如制造劍刃。1856年貝塞麥煉鋼發(fā)發(fā)明以來，剛才能以低價大量獲得。剛最顯著的特點就是它的抗拉強(qiáng)度，也就是說，當(dāng)作用在剛上的荷載小于其抗拉強(qiáng)度荷載時，剛不會失去它的強(qiáng)度，正如我們所看到的，而該荷載足以將其他材料都拉斷。新的合金又進(jìn)一步加強(qiáng)了鋼的強(qiáng)度，與此同時，也消除了一些它的缺陷，比如疲勞破壞。

鋼作為建筑材料有很多優(yōu)點。在結(jié)構(gòu)中使用的鋼材成為低碳鋼。與鑄鐵相比，它更有彈性。除非達(dá)到彈性極限，一旦巴赫在曲調(diào)，它就會恢復(fù)原狀。即使荷載超出彈性和在很多，低碳鋼也只是屈服，而不會直接斷裂。然而鑄鐵雖然強(qiáng)度較高，卻非常脆，如果超負(fù)荷，就會沒有征兆的突然斷裂。鋼在拉力（拉伸）和壓力作用下同樣具有高強(qiáng)度這是鋼優(yōu)于以前其他結(jié)構(gòu)金屬以及砌磚工程、磚石結(jié)構(gòu)、混凝土或木材等建筑材料的優(yōu)點，這些材料雖然抗壓，但卻不抗拉。因此，鋼筋被用于制造鋼筋混凝土——混凝土抵抗壓力，鋼筋抵抗拉力。

在鋼筋框架建筑中，用來支撐樓板和墻的水平梁也是靠豎向鋼柱支撐，通常叫做支柱，除了最底層的樓板是靠地基支撐以外，整個結(jié)構(gòu)的負(fù)荷都是通過支柱傳送到地基上。平屋面的構(gòu)造方式和樓板相同，而坡屋頂是靠中空的鋼制個構(gòu)架，又成為三角形桁架，或者鋼制斜掾支撐。

一座建筑物的鋼構(gòu)架設(shè)計是從屋頂向下進(jìn)行的。所有的荷載，不管是恒荷載還是活荷載（包括風(fēng)荷載），都要按照連續(xù)水平面進(jìn)行計算，直到每一根柱的荷載確定下來，并相應(yīng)的對基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計。利用這些信息，結(jié)構(gòu)設(shè)計師算出整個結(jié)構(gòu)需要的鋼構(gòu)件的規(guī)格、形狀，以及連接細(xì)節(jié)。對于屋頂桁架和格構(gòu)梁，設(shè)計師利用“三角剖分”的方法，因為三角形是唯一的固有剛度的結(jié)構(gòu)。因此，格構(gòu)框架幾乎都是有一系列三角形組成。 鋼結(jié)構(gòu)可以分成三大類：一是框架結(jié)構(gòu)。其構(gòu)件包括抗拉構(gòu)件、梁構(gòu)件、柱構(gòu)件，以及壓彎構(gòu)件；二是殼體結(jié)構(gòu)。其中主要是軸向應(yīng)力；三是懸掛結(jié)構(gòu)。其中軸向拉應(yīng)力是最主要的受力體系。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 這是剛結(jié)構(gòu)最典型的一種。多層建筑通常包括梁和柱，一般是剛性連接或是簡單的通過沿著提供穩(wěn)定性的斜向支撐方向在端部連接。盡管多層建筑是三維的，但通常某個方向即某一維度要比其他維度剛度更大，所以，其有理由被當(dāng)做是一系列的平面框架。然而，如果一個框架中某一平面上的構(gòu)建的特性可以影響其他平面的特性，這個框架就必須當(dāng)做一個三維框架來考慮。

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 在這類結(jié)構(gòu)中，殼體除了參與傳遞荷載外，還有其他實用功能。許多殼體結(jié)構(gòu)中，框架結(jié)構(gòu)也會與殼體一起組合使用。再強(qiáng)和平屋頂上“外殼”構(gòu)件也和框架結(jié)構(gòu)一起承擔(dān)壓力。

懸掛結(jié)構(gòu) 在懸掛結(jié)構(gòu)中，張拉索是主要的受力構(gòu)件。屋面也可以有索支撐。這種形式的結(jié)構(gòu)主要是吊橋。這種結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)，是有框架結(jié)構(gòu)組成，就像加勁桁架支撐索橋。由于這種張拉構(gòu)建能夠最有效的承擔(dān)荷載，結(jié)構(gòu)中的這種設(shè)計理念被越來越廣泛的應(yīng)用。

很多不尋常的結(jié)構(gòu)，是由框架、殼體以及懸掛結(jié)構(gòu)的不同組合形式建造。

在美國，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要依據(jù)是美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會頒布的規(guī)范。這些規(guī)范是很多學(xué)者和一線工程師的經(jīng)驗所得。這些研究成果被綜合處理成一套既安全又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計理念的設(shè)計程序。設(shè)計過程中數(shù)字計算機(jī)的出現(xiàn)促使更加精妙可行的設(shè)計規(guī)則產(chǎn)生。

規(guī)范包括一系列保證安全性的規(guī)則，盡管如此，設(shè)計者必須理解規(guī)則的適用性，否則，很可能導(dǎo)致荒謬的、非常不經(jīng)濟(jì)的、有時甚至是不安全的設(shè)計結(jié)果。

建筑規(guī)則有時等同于規(guī)范。這些規(guī)則涉及所有有關(guān)安全性的方面，例如結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑細(xì)節(jié)、防火、暖氣和空調(diào)、管路系統(tǒng)、衛(wèi)生系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)。

結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度、韌性，以在結(jié)構(gòu)的使用中充分發(fā)揮其功能。設(shè)計必須提供足夠的強(qiáng)度儲備，以承當(dāng)使用期間的荷載，也就是說，建筑物不需承擔(dān)可能的超負(fù)荷。改變某一結(jié)構(gòu)原來的使用用途，或者由于在結(jié)構(gòu)分析中采用了過度簡化的方法而低估了荷載作用，以及施工程序的變更會造成結(jié)構(gòu)的超載。即使在允許范圍內(nèi)，構(gòu)建尺寸的偏差也可導(dǎo)致某個構(gòu)件低于他所計算的強(qiáng)度。

不管采用哪些設(shè)計原理，結(jié)構(gòu)設(shè)計必須提供足夠的安全性。必需預(yù)防超負(fù)荷和強(qiáng)度的不足情況。在過去的三十年里，如何保證設(shè)計安全性的研究一直在繼續(xù)。使用各種不同的概率方法來研究構(gòu)件、連接件或者系統(tǒng)的失效可能性。

此外，由于結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件相當(dāng)高的造價，與人工安裝費用相比，材料采購成本是巨大的。與其他總承包合同中所涉及的混凝土工程、砌筑工程以及土木工程不同，與人工安

裝費用相比，鋼構(gòu)件的材料成本是相當(dāng)大的。

隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)也必將不斷的成熟，大量的適合鋼結(jié)構(gòu)住宅的新材料也將不斷的涌現(xiàn)，同時，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)建筑規(guī)范、建筑的標(biāo)準(zhǔn)也將隨之逐漸完善。相信不久的將來，鋼結(jié)構(gòu)住宅必然會給住宅產(chǎn)業(yè)和建筑行業(yè)帶來一聲深層次的革命，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景廣闊！

英文翻譯：

Steel Structure

Steel in one form or another is now probably the most widely used material in the world for building construction. For the framings it has almost entirely replaced timber, except for rather special work, and it has superseded its immediate predecessors, cast iron and wrought iron, for pidges and structural frameworks in general.

Steel , the most important construction material of modern times, was introduced in the nineteenth century. Steel, basically an alloy of iron and a small amount of carbon, had been mad up to that time by a laborious process that restricted it to such special uses as sword blades. After the invention of the Bessemer process in 1856, steel was available in large

quantities at low prices. The enormous advantage of steel is its tensile strength; that is, it dose not lose its strength when it is under a calculated degree of tension, a force which, as we have seen, tends to pull apart many materials. New alloys have further increased the strength of steel and eliminated some of its problems, such as fatigue.

Steel has great advantages for buildings. The steel normally used for structures is known as mild steel; compared with cast iron it is resilient and, up to a point known as the “elastic limit” it will recover its initial shape when the load on it is removed. Even if its loading is increased by considerable margin beyond the elastic limit, it will bend and will stay bent without peaking; whereas cast iron, though strong, is notoriously pittle and, if overloaded, will peak suddenly without warning. Steel is also equally strong in both tension (stretching) and compression, which gives it an advantage over the earlier structural metals and over other building materials such as pickwork, masonry, concrete, or timber, which are strong in compression but weak in tension. It is for this reason that steel rods are used in reinforced

concrete—the concrete resisting all compressive stresses while the steel rods take up all the tensile (stretching) forces.

In steel-framed building, the horizontal girders which carry the floors and walls are

themselves supported on vertical steel posts,

Known as “stanchions” , which transfer the whole load of a building down to the

foundations, except for the lowest floor which rests on the ground itself. A flat roof is framed in the same way as a floor. A sloping roof is carried on open steel lattice frames called roof trusses or on steel sloping rafters.

The steel framework of a building is designed from the roof downwards, all the loading, both “dead” and “l(fā)ive” (including wind forces) , being calculated at successive levels until the total weight carried by each stanchion is determined and the foundations designed accordingly. Whih this information the structural designer calculated the sizes and shapes of the steel parts needed in the whole structure, as wall as details of all the connexions. For roof trusses and lattice girders, he uses the method of “triangulation” because a triangle is the only open frame which is inherently rigid. Therefore, lattice frameworks are nearly always built up from a series of triangles.

Steel structures may be divided into three general categories: (a) framed structures,

where elements may consist of tension member, columns, beams, and members under

combined bending and axial load; (b) shell-type structures, where axial stresses predominate; and (c) suspension-type structures, where axial tension predominates the principal support system.

Framed Structures Most typical building construction is in this category. The

multistory building usually consists of beams and columns, either rigidly connected or having simple end connections along with diagonal pacing to provide stability. Even though a multistory building is three-dimensional, it usually is designed to be much stiffer in one direction than the other; thus it may reasonably be treated as a series of plane frames.

However, if the framing is such that behavior of the members in one plane substantially influences the behavior in another plane, the frame must be treated as a three-dimensional

space frame.

Shell-Type Structures In this type of structure the shell serves a use function in

addition to participation in carrying loads. On many shell-type structure, a framed structure may be used in conjunction with the shell. On walls and flat roofs the “skin” elements may be in compression while they act together with a framework.

Suspension-Type Structure In the suspension-type structure tension cables are major supporting elements. A roof may be cable-supported. Probably the most common structure of this type is the suspension pidge. Usually a suspension pidge. Since the tension element is the most efficient way of carrying load, structures utilizing this concept are increasingly being used.

Many unusual structure utilizing various combinations of framed, shell-type, and

suspension-type structure have been built.

Structural steel design of buildings in the USA is principally is principally based on the specifications of the American Institute of Steel Construction (AISC), The AISC

Specifications are the result of the combined judgment of researchers and practicing engineers. The research efforts have been synthesized into practical design procedures to provide a safe, economical structure. The advent of the digital computer in design practice has made feasible more elaborate design rules.

A lot of unusual structure, is made up of frame, shell and different combination forms of hanging structure.

In the United States, the design of steel structure is mainly on the basis of regulations

promulgated by the American association of steel structure. These specifications are a lot of scholars and a line engineer experience. The results of this study was comprehensive

processing into a set of safe and economic design idea of design program. The design process of the digital computer prompted a more sophisticated feasible design rules.

Specification includes a series of security rules, in spite of this, the designer must

understand the applicability of the rules, otherwise, is likely to lead to absurd, very

uneconomical, sometimes even unsafe design result.

Building rules sometimes equated with specification. These regulations cover all aspects relating to the safety, such as structure design, architectural details, fire protection, heating and air-conditioning, piping system, health systems, and lighting systems.

Structure and structural components must have sufficient strength, stiffness, toughness, in order to give full play to its functions in the use of the structure. Reserves of design must

provide sufficient strength to bear the load during use, that is to say, the buildings do not need to bear the possible overload. Change a structure of the original purpose, or because of excessive simplified method was adopted in the structural analysis and underestimated the load, as well as the construction process of change will cause the overload of the structure. Even within the scope of the permit, building size of the deviation can also lead to a

component is lower than the strength he calculates.

No matter what design principle, structure design must provide adequate security. The lack of necessary to prevent overload and intensity. Over the past 30 years, the research of how to ensure the safety design has continued. Use a variety of different probability method to study the components, fittings or system failure probability.

In addition, due to structural steel components are very high cost, compared with the cost of installation of artificial, material procurement cost is huge. With other involved in the general contract of building project and civil engineering, concrete engineering, compared with the manual installation cost, material cost of steel components are considerable.

With the development of steel structure, steel structure residential construction

篇（4）

2鋼架加固

2．1加固設(shè)計方案

按照上述工程實例情況，基于目前加固設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范，結(jié)合事故檢測報告中提及的問題進(jìn)行分析，本文設(shè)計了2種鋼架加固方案，進(jìn)行篩選。方案一:通常廠房荷載計算只選取恒荷載，一般為50年最大風(fēng)雪荷載量進(jìn)行計算。這種方案計算所得的輕鋼廠房強(qiáng)度并不能滿足實際工作需求，也不能達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。為解決上述問題，本方案對承重梁進(jìn)行加腋處理，以緩解焊接重量，柱翼緣選擇對稱焊接，以提高承載能力。該方案所需焊接工作量大，對生產(chǎn)過程的影響也大。方案二:對上述工程實測數(shù)據(jù)分析可知，廠房懸掛荷載較低，鋼架所承受恒荷載為0．3kpa。按照上述數(shù)據(jù)可知，輕鋼廠房外部構(gòu)件穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo)，在柱翼緣處加入剛性系桿，以緩解這一問題。該加固方案工作量較少，對廠房內(nèi)部設(shè)備生產(chǎn)運行影響也小。對廠房實際工作情況進(jìn)行分析，在廠房運行過程中不能有灰塵產(chǎn)生，兩種方案進(jìn)行對比分析，選取方案二進(jìn)行加固處理。

2．2荷載取值范圍

在計算過程中確定荷載取值范圍，選擇輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計可以按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范選取合理數(shù)值。通常情況，雪壓、風(fēng)壓選取50年內(nèi)最大值，本工程分別選取0．5kpa和0．55kpa;恒荷載量取0．3kpa，懸掛荷載量取0．1kpa;房屋自重計算得0．2kpa。按照上述荷載取值范圍進(jìn)行核算，該數(shù)值是按照單向剛接計算所得，而實際工作中是雙向剛接，應(yīng)對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可見，輕鋼結(jié)構(gòu)中主要存在超負(fù)荷工作現(xiàn)象，大部分鋼架外部穩(wěn)定應(yīng)力超過承受限值。經(jīng)分析可知，保證鋼架柱穩(wěn)定應(yīng)力不超過1，面部長度應(yīng)取5．5米進(jìn)行計算。此外，鋼架梁所承受的應(yīng)力也超極限運行，要保證穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)，面外長度應(yīng)取3米進(jìn)行計算。

2．3剛架結(jié)構(gòu)的加固

如圖2所示，剛架結(jié)果加固處理即在柱間設(shè)置剛性系桿，以降低軸面外部的長度，設(shè)計規(guī)范中規(guī)定，面積應(yīng)小于5．5m2，該工程計算0．9m×5．85m=5．25m2，符合規(guī)范條件。

3維護(hù)結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計

3．1檁條的加固設(shè)計

在對檁條進(jìn)行加固設(shè)計中，應(yīng)首先確定檀條部分的荷載數(shù)值。參考本次雪災(zāi)積雪分布規(guī)律進(jìn)行計算。在進(jìn)行加固處理時，應(yīng)輕輕揭開廠房外頂板，為確保廠房能夠正常運行，廠房內(nèi)部環(huán)境不受影響，應(yīng)將廠房內(nèi)頂板留于廠房頂部，為緩解承載應(yīng)力作用，應(yīng)增加檁條數(shù)量。檁條加固設(shè)計時應(yīng)結(jié)合實際積雪荷載量和分布范圍，選擇最為經(jīng)濟(jì)合理的檁條位置和數(shù)量進(jìn)行加固設(shè)計。積雪較少的位置處檁條可以不改變布設(shè)位置，在原檁條位置加設(shè)2．5毫米厚的C狀檀條;在積雪符合較大的區(qū)域，在原檁條處加設(shè)3毫米厚的C狀檀條，加設(shè)的C狀檀條高度應(yīng)與原檀條保持一致;在積雪最嚴(yán)重的區(qū)域，可利用25a熱軋槽或者H型鋼檁條焊接到原檀條位置，對受損部位進(jìn)行焊接修復(fù)處理，以加強(qiáng)原檁條的承載能力。

3．2其他結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計

屋面支撐材料的加固應(yīng)遵循設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計，加設(shè)剛性系桿以提高屋面整體的承載能力，同時，設(shè)計者還應(yīng)考慮實際加固施工的可操作性，選取最方便可行的設(shè)計方案。墻梁加固設(shè)計中，可在需要加固的墻梁部位增設(shè)一道墻。懸掛梁加固時應(yīng)在連接處加設(shè)剛性系桿，以增強(qiáng)梁的承載力。雨篷加固，可將槽鋼焊接在橫梁上，增大衡量的抗扭強(qiáng)度。

篇（5）

2不等高梁與柱的剛性連接

不等高梁與柱剛性連接時，如圖2所示，當(dāng)兩端梁的高差不大于150mm，根據(jù)《多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造詳圖》規(guī)定，截面高度度較小一側(cè)的鋼梁，其與柱的連接牛腿應(yīng)按1:3進(jìn)行放坡，并在轉(zhuǎn)折處設(shè)置加勁板。當(dāng)兩端梁的高差大于150mm時，如圖3所示，對應(yīng)于每個梁翼緣的位置，均應(yīng)設(shè)置水平加勁板。截面高度較小一側(cè)的梁還應(yīng)在牛腿腹板下方設(shè)置豎直加勁板。

3梁上起柱

根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，鋼桁架的部分鋼柱需在主梁上生根，也就是所謂的梁上起柱。這種節(jié)點在深化設(shè)計之前應(yīng)先建立三維模型或進(jìn)行桁架放樣，以便確立鋼柱的準(zhǔn)確定位。鋼柱的柱腳應(yīng)做靴梁，將柱腳應(yīng)力均勻擴(kuò)散至鋼梁上翼緣。鋼梁上對應(yīng)鋼柱靴梁的位置處也應(yīng)設(shè)置加勁板，使力的傳遞均勻擴(kuò)散。

4三維建模在深化設(shè)計階段的應(yīng)用

本工程由于建筑造型復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)桿件大多高低起伏，各連接節(jié)點均為三個方向連接構(gòu)件且角度不一。因此，在鋼結(jié)構(gòu)部分深化設(shè)計的同時，應(yīng)根據(jù)施工圖首先建立三維模型。模型中，應(yīng)將各構(gòu)件及連接節(jié)點按照1:1的比例輸入模型。待模型建立完畢后，整個工程的結(jié)構(gòu)桿件便全部呈現(xiàn)于模型當(dāng)中。三維模型除了能直觀的反映各構(gòu)件之間的連接關(guān)系外，還能校核深化設(shè)計的準(zhǔn)確性。若節(jié)點設(shè)計出現(xiàn)問題，能立刻從模型中反映出來，避免了傳統(tǒng)的二維放樣出現(xiàn)錯誤只能在構(gòu)件現(xiàn)場安裝時才發(fā)現(xiàn)的失誤，從而大大提高了深化設(shè)計的準(zhǔn)確性。

篇（6）

失穩(wěn)和屈曲的概念

Bazant [14]、Farshad [15]、Huseyin [16]等引述和討論了穩(wěn)定和屈曲的定義，他們從不同的角度和范圍描述了失穩(wěn)現(xiàn)象，并指出屈曲是眾多失穩(wěn)現(xiàn)象中的一個模式，屈曲是發(fā)生在結(jié)構(gòu)中的一種失穩(wěn)。文獻(xiàn)[14]-[18]討論了結(jié)構(gòu)產(chǎn)生屈曲的原因，可以定義結(jié)構(gòu)的屈曲為處于高位能的結(jié)構(gòu)由平衡臨界狀態(tài)隨著能量的釋放向處于低位能的結(jié)構(gòu)平衡臨界狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過程，發(fā)生平衡轉(zhuǎn)移的那個瞬間狀態(tài)，就是臨界狀態(tài)。這也是目前比較廣泛被接受的解釋[19]。具體地講有三種：

1) 、從能量的角度來說，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)就是儲存在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變能形式發(fā)生轉(zhuǎn)換。

2) 、從力學(xué)要素的性質(zhì)方面來說，失穩(wěn)是結(jié)構(gòu)中承載的主要力學(xué)要素的性質(zhì)發(fā)生了變化。

3) 、從變形角度來說，失穩(wěn)在實際上也可以被認(rèn)為是一種從彈性變形到幾何變形的變形轉(zhuǎn)移。

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件以軸壓、壓彎構(gòu)件居多，如上所述，其核心問題是穩(wěn)定問題。就單個鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件而言，影響穩(wěn)定的主要因素有殘余應(yīng)力的分布、初始缺陷、截面形狀、幾何尺寸、材料強(qiáng)度和構(gòu)件的長度等?！?】張志剛。而近年來，采用新技術(shù)設(shè)計和建造的大型復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)形式（如網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、拱、弦支穹頂結(jié)構(gòu)等）越來越多，通常這類結(jié)構(gòu)整體上或某些較大區(qū)域內(nèi)承受很大的壓力作用，也即某些構(gòu)件承受很大軸向壓力，使得這類結(jié)構(gòu)容易引發(fā)整體失穩(wěn)或某區(qū)域內(nèi)的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。大型復(fù)雜結(jié)構(gòu) 的這一力學(xué)特征顯著不同于傳統(tǒng)的小跨度或小規(guī)模簡單結(jié)構(gòu)，因而，在設(shè)計這類結(jié)構(gòu)時，除按常規(guī)設(shè)計規(guī)范驗算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)的剛度外，設(shè)計者還要驗算結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。【3】整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

在現(xiàn)階段的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，常以計算長度系數(shù)法來進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性分析。以鋼框架為例【3】P94

目前大部分工程師在設(shè)計鋼框架結(jié)構(gòu)承載力時，常分兩步進(jìn)行。第一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，通過一階彈性分析確定構(gòu)件在各種外荷載與作用組合工況下的內(nèi)力效應(yīng)；第二步進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計，首先查得采用彈性近似分析法確定的構(gòu)件計算長度系數(shù)，然后按現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）的計算公式求得構(gòu)件的承載力。如果所有構(gòu)件的承載力大于外荷載產(chǎn)生的效應(yīng)，則認(rèn)為結(jié)構(gòu)體系整體和構(gòu)件均滿足承載力要求。 這種設(shè)計方法以通過計算長度系數(shù)把構(gòu)件承載力驗算和結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定承載力驗算聯(lián)系起來，被稱為計算長度系數(shù)法。

對于一些大跨空間結(jié)構(gòu)桿件的計算長度系數(shù)取值，規(guī)范缺乏詳細(xì)的規(guī)定，沒有提出明確的計算方法。針對實際工程設(shè)計時，桿件計算長度系數(shù)的取值往往無據(jù)可依。為了設(shè)計方便，

工程上常通過反推的方法來確定計算長度系數(shù)。方法有兩種

1） 反推法

為了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用上的方便，可以把各種約束條件的構(gòu)件屈服荷載Pcr 值換算成相當(dāng)于兩端鉸接的軸心受壓構(gòu)件屈曲荷載的形式，其方法是把端部有約束的構(gòu)件用等效長度為l0

22P =πEI /l cr 0的構(gòu)件來代替，這樣。等效長度通常稱為計算長度，而計算長度l0與構(gòu)件

實際的幾何長度之間的關(guān)系l 0=μl ，這里的系數(shù)μ稱為計算長度系數(shù)。對于均勻受壓的等截面直桿，此系數(shù)取決于構(gòu)件兩端的約束。這樣一來，具有各種約束條件的軸心受壓構(gòu)件的屈曲荷載轉(zhuǎn)化為歐拉荷載的通式是：

π2EI P cr =(μl ) 2

構(gòu)件截面的平均應(yīng)力稱為屈曲應(yīng)力：

P cr π2EI π2E σcr ===2A (μl /i ) 2λ

式中A 為面積，λ為長細(xì)比，λ=μl i ；而i

為回轉(zhuǎn)半徑，i =關(guān)。計算長度系數(shù)的理論值可寫作：

μ=

其中PE 為歐拉荷載，即兩端鉸接的軸心受壓構(gòu)件的屈曲荷載。

對兩端固接

自由=μ= 0.5，兩端鉸接μ= 1.0，一端固接，一端鉸接μ= 0.7，一端固接，一端μ= 2.0。

2） 反彎點法

通過對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行屈曲分析，可以得到結(jié)構(gòu)及桿件發(fā)生屈曲時彎矩圖或變形曲線圖。彎矩圖和變形曲線圖均可以反映出桿件反彎點之間的距離l0。因為反彎點的彎矩為零，因此與鉸支點的受力相當(dāng)。L0可以代表該桿件的計算長度。根據(jù)不同的約束條件，反彎點可能落在桿件的實際長度范圍之內(nèi)，也可能在其延伸線上。由于約束條件是多種多樣的，有時很難在變形曲線上表示出反彎點之間的距離。反彎點法主要包括以下3個步驟：

1） 由屈曲分析得到結(jié)構(gòu)及桿件的屈曲模態(tài)；

2） 提取桿件屈曲模態(tài)對應(yīng)的彎矩圖或變形曲線中變形位移曲線；

3） A ） 確定彎矩圖中反彎點的位置，從而得出桿件的計算長度及計算長度系數(shù)；

4） B) 根據(jù)圖（）中桿件發(fā)生屈曲時的變形曲線，可以根據(jù)桿件已有的變形擬合出此桿

件在理想鉸接狀態(tài)下的變形曲線。對比兩個曲線圖，確定桿件變形曲線的拐點（即反彎點）位置，從面可以得出桿件的計算長度及計算長度系數(shù)。

計算長度系數(shù)的推導(dǎo)方法：

計算長度系數(shù)的推導(dǎo)

圖4-1 無側(cè)移剛接框架柱的計算簡圖

圖4-1給出的是無側(cè)移多層鋼框架的子結(jié)構(gòu)，利用受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件的轉(zhuǎn)角位移方程，代入θE =θF =-θB ，θG =θH =-θA ，且θC =-θB ，θD =-θA 建立與節(jié)點A 有關(guān)的梁端與柱端力矩：

M AG =M AH =

M AB =M AC EI b 22θA (4-1) l EI =c (C θA +S θB ) (4-2) h

其中，C 、S 根據(jù)無側(cè)移彈性壓彎構(gòu)件轉(zhuǎn)角位移方程確定：

kl sin(kl ) -(kl ) 2cos(kl ) (kl ) 2-kl sin(kl ) ，S =，k =C =2-2cos(kl ) -kl sin(kl ) 2-2cos(kl ) -

kl sin(kl ) =π根據(jù)節(jié)點平衡條件：

可得：

EI ?EI ?EI 2 2b 2+C c ?θA +2S c θB =0l h ?h ? M AB +M AC +M AG +M AH =0

或 (2K 2+C )θA +S θB =0

(4-3)

式中：

K 2=I b 2/l I c /h

同時，可求出節(jié)點B 的彎矩平衡條件為

S θA +(2K 1+C ) θB =0 (4-4)

式中：

K 1=I b 1/l I c /h

由公式（4-3、4-4）組成無常數(shù)項的聯(lián)立程。要得到θA 和θB 的非零解，必須系數(shù)行列式等于零。這就是說，子結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時應(yīng)滿足下列條件

2K 2+C

S

即 S =02K 1+C

C 2+2(K 1+K 2) C +4K 1K 2-S 2=0 (4-5)

把式中的C 和S 代入公式(4-5)整理后得，即得下列臨界條件：

2??π?2??π??π????π??π?? μ??+2(K 1+K 2) -4K 1K 2? μ??sin μ??-2?(K 1+K 2) μ??+4K 1K 2?cos μ??+8K 1K 2=0??????????????????

(4-6)

其中，式中的K 1與K 2分別表示柱下端與上端的梁的線剛度之和與各柱的線剛度之和的比值，說明計算長度系數(shù)μ的值取決于K 1與K 2。

對于有側(cè)移框架也可以按以上方法推導(dǎo)，過程從略，得到的臨界條件為：

2??π??

?36K 1K 2- μ???t ???????π?π?a +6(K +K ) =0 12 μ?μ??

(4-8)

《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第6.3.2條，

指出對于框架柱的計算長度系數(shù)可采用下列的近擬公式計算：

1. 有側(cè)移時

μ=

2. 無側(cè)移時 7. 5K 1K 2+4(K 1+K 2) +1. 52 (4-9) 7. 5K 1K 2+K 1+K 2

μ=0.64K 1K 2+1.4(K 1+K 2)+3 (4-7) 1.28K 1K 2+2K 1+K 2+3

K 1與K 2分別表示柱下端與上端的梁的線剛度之和與各柱的線剛度之和的比值 其中有側(cè)移框架常指純框架體，無側(cè)移結(jié)構(gòu)常指有支撐和（或）剪力墻的體系

4.1 計算長度系數(shù)確定方法

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50017-2003)(以下簡稱“規(guī)范”) 對框架柱的計算長度系數(shù)有明確的規(guī)定。在框架平面內(nèi)框架的失穩(wěn)分為有側(cè)移和無側(cè)移兩種，有側(cè)移框架的承載力比無側(cè)移的要小得多。因此，確定框架柱的計算長度時首先要區(qū)分框架失穩(wěn)時有無側(cè)移?？蚣苤姆治龇椒ㄓ袃煞N：一是采用一階分析方法（計算長度法），即分析框架內(nèi)力時按一階理論，不考慮框架二階變形的影響，計算框架時用計算長度代替柱的實際長度考慮與柱相連的影響；二是采用二階或近似二階分析方法求得框架柱的內(nèi)力，穩(wěn)定計算時取柱的幾何長度。目前國內(nèi)外大多數(shù)國家的規(guī)范采用了計算長度法。該方法的計算步驟為：首先采用一階分析求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力，按各種荷載組合求出各桿件的最不利內(nèi)力；然后按第一類彈性穩(wěn)定問題建立框架達(dá)到臨界狀態(tài)時的特征方程，確定各柱的計算長度；最后將各桿件隔離出來，按單獨的壓彎構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定承載力的驗算。驗算中考慮了材料非線性和幾何缺陷等因素的影響。該方法的最大特點是采用計算長度系數(shù)來考慮結(jié)構(gòu)體系對被隔離出來構(gòu)件的影響。該方法對比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)可以給出比較好的結(jié)果，而且計算比較簡單。

柱的計算長度系數(shù)與相連的各橫梁的約束程度有關(guān)。而相交于每一節(jié)點的橫梁對該節(jié)點所連柱的約束程度，又取決于相交于該節(jié)點各橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比。因此，柱的計算長度系數(shù)就由節(jié)點各橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比確定，常見的鋼框架設(shè)計方法中均給出了根據(jù)框架柱端部約束條件直接查用的計算長度系數(shù)表格或曲線?！耙?guī)范”將框架分為無支撐純框架和有支撐框架，根據(jù)支撐抗側(cè)移剛度的大小，有支撐框架又可分為強(qiáng)支撐框架和弱支撐框架。

根據(jù)不同的情況，不同支撐框架柱可分別選用有側(cè)移框架柱和無側(cè)移框架柱的計算長度系數(shù)μ[47]。

“規(guī)范”有側(cè)移和無側(cè)移框架柱的計算長度系數(shù)μ均為根據(jù)一定理想化的假定得到。對于需要確定無側(cè)移框架計算長度的柱子以及與之相連的4根梁和上下兩根柱的計算模型如圖4-1。對有、無側(cè)移框架均采用了理想化的假定[46,48,49]。

無側(cè)移框架柱確定計算長度系數(shù)μ時的基本假定[46]：1) 、梁與柱的連接均為剛接；2) 、柱與上下兩層柱子同時失穩(wěn)，即圖4-1中，柱AB 與柱BD 、AC 同時屈曲；

3) 、剛架屈曲時，同層的各橫梁兩端轉(zhuǎn)角大小相等，方向相反；4) 、橫梁中的軸力對梁本身的抗彎剛度的影響可以忽略不計；5) 、柱端轉(zhuǎn)角隔層相等；6) 、各柱

的這里P 是柱子的軸力，P E 是柱子計算長度系數(shù)為1時的歐拉臨界力；7) 、失穩(wěn)時各層層間位移角相同；8) 、材料為線彈性材料。

有側(cè)移框架柱確定計算長度系數(shù)μ時同無側(cè)移框架柱的基本假定大體相同，只是在第3點：剛架屈曲時同，同層的各橫梁兩端轉(zhuǎn)角大小相等但方向相同。

4.1.2 網(wǎng)殼規(guī)程的規(guī)定

《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ61-2003)根據(jù)節(jié)點的型式，規(guī)定了構(gòu)件的計算長度。對于雙層網(wǎng)殼桿件計算長度應(yīng)按表4-1采用，單層網(wǎng)殼按表4-2采用。

表4-1 雙層網(wǎng)殼桿件的計算長度l 0

節(jié) 點

桿件

螺栓球

弦桿及支座腹桿

腹 桿 l l 焊接空心球 0.9l 0.9l 板節(jié)點 l 0.9l

表4-2 單層網(wǎng)殼桿件的計算長度l 0

節(jié) 點

彎曲方向

焊接空心球

殼體曲面內(nèi)

殼體曲面外 l l 轂節(jié)點 0.9l 0.9l

“規(guī)范”及網(wǎng)殼規(guī)程的這些規(guī)定有很大的局限性：對于其它節(jié)點型式，特別

是大型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，桿件規(guī)格多、截面尺寸大、構(gòu)造復(fù)雜，采用上述節(jié)點型式將很不合理，導(dǎo)致無法采用現(xiàn)成的規(guī)范條文；而且本章后續(xù)的研究表明：網(wǎng)殼規(guī)程所取的計算長度系數(shù)，特別是單層網(wǎng)殼，存在較大的安全隱患，不能直接運用于設(shè)計中；構(gòu)件的計算長度系數(shù)也不僅僅簡單地與節(jié)點型式相關(guān)；當(dāng)前規(guī)范針對大跨空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算長度取值，缺乏明確的規(guī)定，更沒有提出計算方法，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計人員無據(jù)可依。實際工程設(shè)計中，通常將需要穩(wěn)定設(shè)計的構(gòu)件近似為軸壓構(gòu)件，通過歐拉公式反推的方法來確定計算長度系數(shù)，常見的各種方法如本章4.4節(jié)所述。

4.4.1 工程設(shè)計常用的方法

歐拉荷載的推導(dǎo)：

加圖：（P31）【5】陳驥的書

所圖所示兩端鉸接的挺直的軸心受壓構(gòu)件，按照小撓度理論求解中性平衡狀態(tài)時彈性分岔彎屈屈曲荷載。

如圖所示，兩端鉸接的軸心受壓桿件，在壓力P 的作用下，根據(jù)構(gòu)件屈曲時存在微小彎曲變形的條件，先建立平衡微分方程，再求解構(gòu)件的分岔屈曲荷載。在建立彎曲平衡方程時作如下基本假定：

（1） 構(gòu)件是理想的等截面挺直桿。

（2） 壓力沿構(gòu)件原來的軸線作用。

（3） 材料符合胡克定律，即應(yīng)力和應(yīng)變呈線性關(guān)系

（4） 構(gòu)件變形之前的平截面在彎曲變形后仍為平面。

（5） 構(gòu)件的彎曲變形是微波的。曲率可以近似地用變形的二次微分表示，即（）

可取如圖隔離體，列方程：（EIy``+PY=0）推導(dǎo)得出：P=n2pi()2EI/l2，其中式中n=1時為構(gòu)件具有中性平衡狀態(tài)時的最小荷載，即分岔屈曲荷載Pcr ，又稱為歐拉荷載Pe=pi^2EI/l2

采用計算長度系數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定設(shè)計的原因：

的概念：

穩(wěn)定問題具有多樣性、整體性及相關(guān)性三個問題：【5】陳紹蕃P94

1） 多樣性：軸性受壓桿件有彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲、彎扭屈曲等多種形式。

2） 整體性：構(gòu)件作為結(jié)構(gòu)的組成單元，其穩(wěn)定性不能就其本身去孤立地分析，而

應(yīng)當(dāng)考慮相鄰構(gòu)件對它的約束作用。這種約束作用顯然要從結(jié)構(gòu)的整體分析來確定。穩(wěn)定問題的整體性不僅表現(xiàn)為構(gòu)件之間的相互約束作用，也存在于圍護(hù)結(jié)構(gòu)與承重結(jié)構(gòu)之間的相互約束作用中，只不過在通常的平面結(jié)構(gòu)（框架和桁架）的分析中被忽略了。

3） 相關(guān)性：具體體現(xiàn)在不同失穩(wěn)模型之間有耦合作用、局部屈曲與整體屈曲互有

影響、組成構(gòu)件的板件之間發(fā)生屈曲時有相互約束用等。

【5】P169

結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪失穩(wěn)定屬于整體性問題，需要通過整體分析來確定它們的臨界條件。不過，為了計算簡便，目前在設(shè)計工作中的做法是所計算的受壓構(gòu)件（或壓彎構(gòu)件）從整體結(jié)構(gòu)中分離出來計算，計算時考慮結(jié)構(gòu)其他部分對它的約束作用，并用計算長度來體現(xiàn)這種約束。

計算長度的概念：

計算長度的概念來源于理想軸心壓桿的彈性分析。其把端部有約束的壓桿化作等效的兩端鉸接的桿件，等效條件為兩者的承載力相同。

構(gòu)件在荷載作用下的變形曲線圖可以反映出了反彎點之間的距離，此距離代表了該構(gòu)件的計算長度；因為反彎點的彎矩為零，因此與鉸支點的受力相當(dāng)。根據(jù)不同的約束條件，反彎點可能落在構(gòu)件的實際長度范圍之內(nèi)，也可能在其延伸線上[46]。

常見的結(jié)構(gòu)形式的受壓構(gòu)件的計算長度系數(shù)在相應(yīng)的規(guī)范及規(guī)程中都有所體現(xiàn)。將規(guī)范涉及到的可以直接使用的規(guī)范例舉如下：

1） 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第5.3條：桁架：含弦桿、單系腹桿（用節(jié)點板與弦桿連接）、交叉腹桿，

均分平面內(nèi)與平面外的計算長度考慮；

框架：依據(jù)側(cè)移剛度將框架分為無支撐、弱支撐和強(qiáng)支撐框架三種，分別按照本規(guī)范的附錄D 的表格D-1至D-2查找框架柱的計算長度系數(shù)；

單層廠房的階形柱（單階柱及雙階柱）：按本規(guī)范附錄D-3至D-6查找相應(yīng)的計算長度系數(shù)

2） 鋼高規(guī)：第6.3.1及6.3.2條規(guī)定了鋼框架柱的計算長度取值

指出1）重力荷載作用下的穩(wěn)定計算，應(yīng)按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范相應(yīng)條文進(jìn)行，并指出相應(yīng)的近似公式：。。。。

2）結(jié)構(gòu)在重力和風(fēng)力或多遇地震作用組合下的穩(wěn)定計算相應(yīng)的計算長度系數(shù)。

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：第5.1條，根據(jù)鋼殼的分類及其節(jié)點的做法形式，分別定義其計算長度系數(shù)

3） 空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：第5.1條，根據(jù)網(wǎng)架、雙層網(wǎng)殼、單層網(wǎng)殼、立體桁架及其桿

件分類和節(jié)點形式，分別定義其計算長度系數(shù)

對于梁-柱鋼框架結(jié)構(gòu)體系，可直接采用規(guī)范查表的方法或?qū)嵱霉酱_定構(gòu)件的計算長度系數(shù)。但對于大多數(shù)不規(guī)則（非梁-柱鋼框架結(jié)構(gòu)體系）的大跨空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算長度取值，如上所述，規(guī)范不可能包含所有的結(jié)構(gòu)類型，也缺乏明確的規(guī)定，沒有提出計算方法，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計人員無據(jù)可依。

因此為了設(shè)計方便，工程上通常將其近似為軸壓構(gòu)件，通過反推的方法來確定計算長度系數(shù)。

大跨度結(jié)構(gòu)及其桿件的穩(wěn)定問題都是一個整體問題，各桿件互相支承、互相約束，任何一個構(gòu)件的屈曲都會受到其他構(gòu)件的約束作用，影響因素較多。而對于空間鋼結(jié)構(gòu)桿件的計算長度系數(shù)，規(guī)范（桁架體系、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)）根據(jù)桿件位置規(guī)范一般規(guī)定在0.8~1.0范圍內(nèi)取值。有學(xué)者的研究資料表明：對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系中部分桿件，采用低于1.0的計算長度系數(shù)取值可能偏于不安全。因此，工程上常從整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性角度出發(fā)，取重力荷載（自重＋附加恒載＋活荷載）標(biāo)準(zhǔn)值工況組合作用作為初始態(tài)，根據(jù)計算長度系數(shù)的物理意義，通過整體結(jié)構(gòu)線性屈

曲分析來研究各主要桿件的計算長度系數(shù)，主要包括以下3個步驟[56]：

1) 、由線性屈曲分析得到結(jié)構(gòu)的各階屈曲模態(tài)以及屈曲臨界荷載系數(shù)；

2) 、檢查各階屈曲模態(tài)形狀，確定該桿件發(fā)生屈曲時的臨界荷載系數(shù)，乘以相應(yīng)的初始態(tài)軸力，得到該構(gòu)件的屈曲臨界荷載P cr ；

3) 、由歐拉臨界荷載公式反算各桿件的計算長度系數(shù)，即：

π2EI P cr =

2(μl )

μ=式中：EI 為桿件發(fā)生屈曲方向的彈性抗彎剛度；P cr 為桿件對應(yīng)的屈曲臨界荷載；l 為桿件的幾何長度；μ為桿件計算長度系數(shù)。

由4.3.2節(jié)可知，當(dāng)某個方向的荷載（如水平荷載）較大時，確定計算長度系數(shù)的初始態(tài)應(yīng)采用各工況的組合，這樣，根據(jù)不同的荷載組合下（初始態(tài)）反推出來的計算長度系數(shù)是不同的。

確定計算長度系數(shù)主要是確定歐拉臨界荷載P cr 。

本文以確定一平面無側(cè)移框架柱的計算長度為例，詳細(xì)地介紹工程設(shè)計中。如圖4-6所示的有側(cè)移，橫梁與柱均為剛接，柱的截面為H500×400×12×20， I c =1.019×109mm 4，為保證柱先于梁發(fā)生屈曲，設(shè)梁的截面為1000×400×30×30， I b =9.80×109mm 4，鋼材采用Q235。作用在梁上的荷載標(biāo)準(zhǔn)值q=60kN/m，柱高l c =6m，梁長度l b =6m。

圖4-6 無側(cè)移剛架

按規(guī)范的設(shè)計方法，由K 1i =i b

c EI b /l b I b l c 9.80?109?6000====9.6173，EI c /l c I c l b 1.019?109?6000

K 2=0根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范附錄D 表D-1，采用插值法μ=0.7341, 或采用實用公式的方法：

μ=0.64K 1K 2+1.4(K 1+K 2) +31.4?9.6173+3==0.7404 1.28K 1K 2+2(K 1+K 2) +32?9.6173+3

.3.2 整體屈曲法

通過整個結(jié)構(gòu)的屈曲分析確定該構(gòu)件的計算長度，其方法是將該構(gòu)件放在整體模型中，進(jìn)行屈曲模態(tài)分析，從而得到歐拉臨界力和屈曲系數(shù)的方法。整體模型的屈曲分析具有較為直觀的屈曲模態(tài)，可以直接看到結(jié)構(gòu)整體的屈曲變形，通過判斷各階屈曲模態(tài)對應(yīng)的變形來判斷具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否發(fā)生屈曲，從而得到其對應(yīng)的屈曲臨界力[57]。該方法較難判斷具體構(gòu)件應(yīng)對應(yīng)的屈曲模態(tài)，常導(dǎo)致計算結(jié)果偏于保守；但該方法考慮了諸多計算長度系數(shù)的影響因素，與實際情況也相符合，較為合理。

本文采用SAP2000做鋼框架的屈曲分析。在荷載q 的作用下，鋼框架的軸力如圖4-7(a)所示，圖(b)為構(gòu)鋼框架的第一階屈曲模態(tài)，從變形圖可以看出，柱子發(fā)生了屈曲。 -180-180

(a) q作用下的軸力(kN) (b) 第一階屈曲模態(tài)(η=784.547)

圖4-7 荷載作用下的軸力及屈曲模態(tài)

所以，柱子的臨界荷載為：

P cr =ηP =180?784.547=141218.46kN

由歐拉臨界荷載公式反算各桿件的計算長度系數(shù)：

μ===0.638

由此可見，兩者非常接近。工程中的一系列對比，也說明這些做法是正確的，下面以筆者的一個實例來說明些方法在工程實踐中的運用。

本算例取決于某工程的施工頂升架，頂模鋼平臺由桁架層、支撐柱和支撐鋼梁組成，鋼平臺桁架層由主桁架、次桁架、三級桁架和邊桁架及內(nèi)部小次梁、吊架梁等構(gòu)件組成。桁架層高2.05m ，支撐柱高12.6m ，兩層支撐鋼梁間距4.5m 。頂模鋼平臺設(shè)計采用SAP2000軟件，圖2.1.1至圖2.1.3為頂模鋼平臺sap2000計算模型。

圖2.1.1頂模鋼平臺三維圖

圖2.1.2 頂模鋼平臺立面圖

圖2.1.3 頂模鋼平臺平面圖

荷載考慮：恒荷載、活荷載、風(fēng)荷載（考慮三種情況：施工狀態(tài)及提升狀態(tài)下遭遇八級風(fēng)、

施工狀態(tài)下遭遇十級風(fēng)、施工狀態(tài)下遭遇臺風(fēng)荷載）、頂升不同步位移、施工電梯荷載。

1.1 邊界約束條件

根據(jù)邊界約束條件的不同，鋼平臺分為兩種計算模型。施工狀態(tài)時，假定兩道支撐梁兩端為鉸接，如圖2.3.1所示；頂升狀態(tài)時，忽略支撐梁的約束作用，將千斤頂與支承柱的連接簡化為鉸支座，如圖2.3.2所示。

圖2.3.1施工狀態(tài)支承柱的約束邊界

下列僅以施工狀態(tài) 圖2.3.2頂升狀態(tài)支承柱的約束邊界

1.1.1.1 支承柱計算長度取值（根據(jù)屈曲分析）

采用十級風(fēng)施工狀態(tài)模型：

以結(jié)構(gòu)整體模型為基礎(chǔ)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征值屈曲分析。正常施工狀態(tài)下取D+L計算屈曲工況，圓管柱及格構(gòu)柱在Mode98的屈曲模態(tài)下首次發(fā)生屈曲。其屈曲變形及屈曲荷載如下：

圓管柱在D+L工況下的最小軸力值為：-2634kN ，則根據(jù)屈曲分析結(jié)果，施工階段的支承柱的一階彈性屈曲臨界荷載為2634×11.05=29105.7kN，根據(jù)歐拉公式可以反推得到理論計算長度系數(shù)：

μ=π2EI

P cr l 23. 142?2. 06?105?5. 355?109==1. 40 29105. 7?103?138002

1.1.1.1 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算應(yīng)力比

將各計算長度系數(shù)值手工輸入模型中，應(yīng)力比計算結(jié)果如下圖所示：

具體各構(gòu)件應(yīng)力比數(shù)值可在模型中查看，圓管柱最大應(yīng)力比為0.378，格構(gòu)柱應(yīng)力比均小于0.95，滿足規(guī)范要求。

整體穩(wěn)定性計算步驟如下【3】P61

鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體穩(wěn)定性理論分析的主要步驟包括：

（1） 建立完善結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

按理論設(shè)計結(jié)構(gòu)構(gòu)型建立完善結(jié)構(gòu)計算模型，包括確定結(jié)構(gòu)幾何模型、構(gòu)件單元模型、構(gòu)件規(guī)格尺寸、構(gòu)件材料特性、結(jié)構(gòu)邊界條件等。

確定整體穩(wěn)定性驗算的荷載組合

荷載組合常采用標(biāo)準(zhǔn)組合。對于活荷載需要按不同的分布模型分別進(jìn)行組合； 對于風(fēng)荷載需要按不同的風(fēng)向分別進(jìn)行組合。

結(jié)構(gòu)線性整體穩(wěn)定性分析

對每一種荷載組合，通過對穩(wěn)定特征方程的分析，分別計算結(jié)構(gòu)線性整體穩(wěn)定的臨界荷載因子（）及相應(yīng)的屈曲模態(tài)矩陣（）

確定結(jié)構(gòu)的初始幾何缺陷模型

對每一種荷載組合，確定相應(yīng)的初始幾何缺陷模式及幅值，可采用“一致缺陷模態(tài)法”模擬。若第一臨界點為重臨界點，應(yīng)選用與臨界荷載因子（）相應(yīng)的所有模態(tài)。對于第一臨界點附近頻率密集的結(jié)構(gòu)，應(yīng)多選用幾個模態(tài)。

結(jié)構(gòu)大位移幾何非線性整體穩(wěn)定性分析

包括完善結(jié)構(gòu)和有缺陷結(jié)構(gòu)分析，獲得相應(yīng)的整體穩(wěn)定最小臨界荷載因子（）和（）

判斷構(gòu)件是否出現(xiàn)屈服變形現(xiàn)象

判斷在幾何非線性分析過程中，當(dāng)荷載達(dá)到整體穩(wěn)定最小臨界荷載因子（）之前，主要構(gòu)件是非否屈服，若未屈服，則轉(zhuǎn)第（8）步，進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性評定，否則，進(jìn)入第（7）步。

結(jié)構(gòu)大位移彈塑性整體穩(wěn)定性分析

篇（7）

前言

所謂超限高層建筑工程是指超出國家現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程所規(guī)定的適用高度和適用結(jié)構(gòu)類型、體型特別不規(guī)則以及有關(guān)規(guī)范、規(guī)程規(guī)定應(yīng)進(jìn)行抗震專項審查的高層建筑工程。中廣大廈是集辦公，住宅,商場,餐飲,娛樂為一體的大型高層綜合性建筑。包括三棟高層塔樓(A,B,C棟).裙房五層,地下二層。地下一、二層為設(shè)備用房，汽車庫，地下二層戰(zhàn)時為六級人防。地上一~五層為商場。A、B棟塔樓為6~26層蝶形平面的高層住宅，房屋高度89.1米，包括局部突出在內(nèi)，建筑總高度106.1米。C棟塔樓為6~28層大空間辦公室，房屋高度99.6米。包括局部突出在內(nèi)，建筑總高度118.800米。五層商場總面積為26745平方米，總建筑面積100010平方米。

因房屋總長度遠(yuǎn)超過鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距55米的限值，為此設(shè)二道抗震縫將房屋分為三段，形成三個結(jié)構(gòu)單元。即A、B棟高層為大底盤、雙塔樓；C棟為獨立帶裙房的框架剪力墻結(jié)構(gòu)高層建筑；其余為框架結(jié)構(gòu)。建筑抗震設(shè)防類別均為乙類，場地類別為Ⅱ類?；A(chǔ)采用鋼筋混凝土平板式筏形基礎(chǔ)，底板厚度1600mm（住宅部分）、1800mm（辦公部分），持力層為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值400Kpa，壓縮模量Es=12~17Mpa.。本建筑的結(jié)構(gòu)安全等級為一級，設(shè)計基準(zhǔn)期為50年。本文以A、B棟為論及對象。

1、結(jié)構(gòu)布置特點

A、B棟高層為滿足上部住宅建筑的舒適性、規(guī)則性要求（即住宅室內(nèi)無柱角）及下部五層商場大空間的使用要求，采用五層大底盤雙塔樓框支剪力墻結(jié)構(gòu)，在五~六層中間利用設(shè)備層做轉(zhuǎn)換層，采用梁式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換層設(shè)置標(biāo)高為23米。高寬比為3.22，長寬比為4.13，轉(zhuǎn)換層上下剪切剛度比值γ=1.395。

1、房屋高度超限

A、B棟高層房屋高度為89.1米，超過了《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》（JGJ3-91）中規(guī)定的框支剪力墻結(jié)構(gòu)8度區(qū)適用高度80米的限值。

2、采用雙塔樓聯(lián)體結(jié)構(gòu)，質(zhì)量、剛度分布不均勻，豎向不規(guī)則。

3、高位轉(zhuǎn)換：

在五~六層之間利用設(shè)備層做轉(zhuǎn)換層，標(biāo)高23米。超過8度區(qū)轉(zhuǎn)換層宜控制在3層以下的限制。

4、由于住宅建筑平面的要求，局部存在二次轉(zhuǎn)換。

5、由于商場使用功能的限制，A、B棟塔樓的落地剪力墻數(shù)量偏少，且大都布置在商場后部，主體結(jié)構(gòu)與大底盤中心的偏心矩與底盤尺寸之比大于0.2。

6、6~26層住宅部分在剪力墻局部開設(shè)角窗。

2、構(gòu)造措施

經(jīng)我院多次分析論證，認(rèn)為其主要不利因素為：框支剪力墻結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換層以下，支撐框架與落地剪力墻并存，形成了“支撐框架—剪力墻“體系。此中，支撐框架是一個薄弱環(huán)節(jié)。這種結(jié)構(gòu)體系，在高位轉(zhuǎn)換時，由于在轉(zhuǎn)換層附近的剛度、內(nèi)力和傳力途徑發(fā)生突變，易形成薄弱層，對抗震不利。同時，支撐框架柱要直接承擔(dān)上部傳來的重力荷載，直接承擔(dān)其上剪力墻由于傾覆力矩產(chǎn)生的軸力，要直接承擔(dān)不可能依靠樓板全部間接傳力給落地剪力墻而有一部分直接傳來的地震水平剪力。這樣使得轉(zhuǎn)換層以下支撐框架柱的內(nèi)力遠(yuǎn)大于計算分析結(jié)果。對此采取以下措施：

1、在塔樓范圍內(nèi)五層以下框支部分采用鋼骨混凝土柱，鋼筋混凝土梁混合結(jié)構(gòu)（鋼骨混凝土柱共48個）。作為解決高位轉(zhuǎn)換和高度超限的一項重要措施。

2、A、B棟塔樓的裙樓樓屋面板，在塔樓高振型的影響下，承受較大反復(fù)作用下的縱向拉壓力及橫向剪力，受力十分復(fù)雜。同時，由于建筑使用功能的要求，在裙樓中部開設(shè)大洞以便設(shè)置電梯，對樓板削弱較大。針對這一不利因素，在設(shè)計中采用了加強(qiáng)開大洞處樓板四周梁的斷面及配筋，加大樓板厚度，增設(shè)斜筋的措施。

3、由于上部住宅為蝶形平面，在轉(zhuǎn)換層個別部位出現(xiàn)了二次轉(zhuǎn)換梁。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）第10.2.10條的規(guī)定：轉(zhuǎn)換層上部的豎向抗側(cè)力構(gòu)件（墻、柱）宜直接落在轉(zhuǎn)換層的主結(jié)構(gòu)上。當(dāng)結(jié)構(gòu)豎向布置復(fù)雜，框支主梁承托剪力墻并承托轉(zhuǎn)換次梁及其上剪力墻時，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力分析，按應(yīng)力校核配筋，并加強(qiáng)配筋構(gòu)造措施。B級高度框支剪力墻高層建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，不宜采用框支主、次梁方案。針對這一不利因素，我們采取了加強(qiáng)框支主梁的配筋構(gòu)造措施，并在框支主梁的下部配筋區(qū)設(shè)置鋼梁的措施。

4、在住宅部分開設(shè)角窗，削弱了剪力墻結(jié)構(gòu)體系的整體性，對其抗震性能帶來了不利影響，改變了剪力墻與框支梁之間的傳力方式。針對這一不利因素，我們決定從受力計算和構(gòu)造措施兩方面予以加強(qiáng)處理。

3、計算結(jié)果分析

3.1、總體計算結(jié)果

1、計算軟件：

采用中國建筑科學(xué)研究院的PKPM系列中的TAT（多層及高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與設(shè)計軟件），SATWE（多、高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件）兩種不同程序分別進(jìn)行對比計算，其總體計算結(jié)果接近。下面列出TAT、SATWE的計算結(jié)果。地震影響系數(shù)采用《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GBJ11-89中的數(shù)值：多遇地震0.16，罕遇地震0.9，阻尼比取0.05

2、設(shè)計參數(shù)：

地震烈度8度；場地土類別Ⅱ類；抗震等級框架、剪力墻均為一級；樓層自由度數(shù)：每個塔樓每層3個自由度（兩個平動，一個扭轉(zhuǎn)）；地震作用按側(cè)剛分析模型考慮扭轉(zhuǎn)耦連，用18個振型計算，固定端取在±0.000處。

3、結(jié)構(gòu)基本周期：

SATWE結(jié)果：T1=1.3611T2=1.3455T3=1.2611

T4=1.1075T5=1.0510T6=1.0458

（僅列出前六個振型）

TAT結(jié)果：T1=1.5046T2=1.4899T3=1.3669

T4=1.2368T5=1.1506T6=1.0749

(僅列出前六個振型)

4、地震作用下的底層水平地震剪力系數(shù)：

SATWE結(jié)果：Qox/G=4.44%Qoy/G=4.35%

TAT結(jié)果：Qox/G=4.08%Qoy/G=4.08%

5、地震作用下按彈性方法計算的最大層間位移與層高比值：

SATWE結(jié)果：Ux/h=1/2262Uy/h=1/2187

TAT結(jié)果：Ux/h=1/1573Uy/h=1/1583

6、地震作用下按彈性方法計算的最大頂點位移與總高比值：

SATWE結(jié)果：Ux/H=1/3021Ux/H=1/2649

TAT結(jié)果：Ux/H=1/2428Ux/H=1/2373

7、結(jié)構(gòu)振型曲線及時程分析的部分圖形

3.2、計算結(jié)果分析

根據(jù)以上計算結(jié)果來看，兩種計算結(jié)果接近。下面以SATWE程序為主進(jìn)行分析：

1、自振周期在合理范圍之內(nèi)，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.9，滿足規(guī)范要求。

2、振型曲線光滑符合規(guī)律。

3、底層剪重比>3.2%,滿足規(guī)范要求。

4、最大層間位移和頂點位移<1/1000，滿足規(guī)范要求。從最大樓層位移曲線可以看出，五層以下較緩，而轉(zhuǎn)換層以上較陡，說明底盤剛度比塔樓剛度小。

5、分析表明，時程分析的最大位移均不超過反應(yīng)譜法計算的位移值，y向樓層剪力，X、Y向樓層彎矩均不超過反應(yīng)譜法計算的樓層剪力及樓層彎矩，僅X向樓層剪力TAF-2波大于反應(yīng)譜法，但三個波的平均值仍小于反映譜法樓層剪力。動力時程分析復(fù)核結(jié)果表明，不需要調(diào)整個樓層構(gòu)件的內(nèi)力和斷面配筋。

3.3、局部計算及構(gòu)造處理

1、框支梁：采用SATWE程序中的框支剪力墻有限元分析程序進(jìn)行計算，并進(jìn)行應(yīng)力分析。同時，加強(qiáng)框支梁的配筋構(gòu)造措施，為避免框支梁鋼筋過密，在框支主梁的下部配筋區(qū)加設(shè)一根580mm高的鋼梁。

2、角窗：整體計算時，角窗上部墻體按雙懸臂梁進(jìn)行計算。配筋設(shè)計時同時滿足剪力墻連梁的要求。同時，加強(qiáng)角窗周圍的暗柱及連梁的配筋，邊墻剪力墻加墻垛，角窗部分樓板加斜筋。

3、鋼骨柱的計算：首先，確定鋼骨的截面形式，預(yù)定鋼骨柱的鋼骨含鋼率，帶入SATWE程序中進(jìn)行整體計算，并根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整含鋼率。有關(guān)鋼骨柱的構(gòu)造及具體做法見下面的詳細(xì)介紹。

4、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計前的準(zhǔn)備工作

采用鋼骨混凝土是解決超限問題的重大技術(shù)措施，也是本次設(shè)計的重要組成部分，在我省也是首次采用。在本次設(shè)計中，鋼骨柱采用的是實腹式十字型鋼，鋼骨梁采用的是工字型鋼。在鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注意的幾個問題如下：

4.1、鋼骨的含鋼率：

關(guān)于鋼骨混凝土構(gòu)件的最小和最大含鋼率，目前沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，但當(dāng)鋼骨含鋼率小于2%時，可以采用鋼筋混凝土構(gòu)件，而沒有必要采用鋼骨混凝土構(gòu)件。當(dāng)鋼骨含鋼率太大時，鋼骨與混凝土不能有效地共同工作，混凝土的作用不能完全發(fā)揮，且混凝土澆注施工有困難。因此，在冶金部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》YB9082-97中將鋼骨含鋼率定為2%~15%。一般說來，較為合理的含鋼率為5%~8%。另在建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ138-2001中定為4%~10%。在中廣大廈鋼骨混凝土柱的設(shè)計中，考慮到建設(shè)單位盡量節(jié)約鋼材，節(jié)省資金的要求，經(jīng)專家委員會認(rèn)可，鋼骨柱的含鋼率確定為3.5%。

4.2、鋼骨的寬厚比：

鋼板的厚度不宜小于6mm，一般為翼緣板20mm以上，腹板16mm以上，但當(dāng)鋼板厚度大于36mm時，鋼材的厚度方向的斷面收縮率應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《厚度方向性能鋼板》GB5313中的Z15級的規(guī)定。這是因為厚度較大的鋼板在軋制過程中存在各向異性，由于在焊縫附近常形成約束，焊接時容易引起層狀撕裂，焊接質(zhì)量不易保證。鋼骨的寬厚比應(yīng)滿足規(guī)范的要求。

4.3、鋼骨的混凝土保護(hù)層厚度：

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對鋼骨柱，混凝土最小保護(hù)層厚度不宜小于120mm，對鋼骨梁則不宜小于100mm。

4.4、要重視鋼骨混凝土柱與鋼筋混凝土梁在構(gòu)造連接上的配合協(xié)調(diào)問題。

5、鋼骨的制作與構(gòu)造措施

5.1、鋼骨的制作

鋼骨的制作必須采用機(jī)械加工，并宜由鋼結(jié)構(gòu)制作廠家承擔(dān)。型鋼的切割、焊接、運輸、吊裝、探傷檢驗應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》GB50205、《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81、《鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》GB50221的規(guī)定，鋼材、焊接材料、螺栓等應(yīng)有質(zhì)量證明書，質(zhì)量應(yīng)符合國家有關(guān)規(guī)范的規(guī)定。焊接前應(yīng)將構(gòu)件焊接面除油、除銹，焊工應(yīng)持證上崗。施工中應(yīng)確保施工現(xiàn)場型鋼柱拼接和梁柱節(jié)點連接的焊接質(zhì)量，型鋼鋼板的制孔，應(yīng)采用工廠車床制孔，嚴(yán)禁現(xiàn)場用氧氣切割開孔，在鋼骨制作完成后，建設(shè)單位不可隨意變更，以免引起孔位改變造成施工困難。

5.2、鋼骨混凝土中設(shè)置抗剪拴釘?shù)囊?/p>

鋼骨混凝土與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的顯著區(qū)別之一是型鋼與混凝土的粘結(jié)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋與混凝土的粘結(jié)力。根據(jù)國內(nèi)外的試驗，大約只相當(dāng)于光面鋼筋粘結(jié)力的45%。因此，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中認(rèn)為鋼筋與混凝土是共同工作的，直至構(gòu)件破壞。而在鋼骨混凝土中，由于粘結(jié)滑移的存在，將影響到構(gòu)件的破壞形態(tài)、計算假定、構(gòu)件承載能力及剛度、裂縫。通?？捎脙煞N方法解決，一是在構(gòu)件上另設(shè)剪切連接件(栓釘)，并按照計算確定其數(shù)量，即滑移面上的剪力全由剪切連接件承擔(dān)，稱為完全剪力連接。這樣可以認(rèn)為型鋼與混凝土完全共同工作。另一種方法是在計算中考慮粘結(jié)滑移對承載力的影響，同時在型鋼的一定部位：如（1）柱腳及柱腳向上一層范圍內(nèi)；（2）與框架梁連接的牛腿的上、下翼緣處；（3）結(jié)構(gòu)過渡層范圍內(nèi)的鋼骨翼緣處加設(shè)抗剪栓釘作為構(gòu)造要求。構(gòu)件中設(shè)置的栓釘應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《園柱頭焊釘》GB10433的規(guī)定，栓釘直徑一般為Ø19,長度不宜小于4倍栓釘直徑，間距不宜小于6倍栓釘直徑，且不宜大于200mm。并采用特制的設(shè)釘槍進(jìn)行焊接，焊接質(zhì)量應(yīng)滿足規(guī)范要求。

5.3、鋼骨的拼接

鋼骨柱的長度應(yīng)根據(jù)鋼材的生產(chǎn)和運輸長度限制及建筑物層高綜合考慮，一般每三層為一根，其工地拼接接頭宜設(shè)于框架梁頂面以上1~3m處。鋼骨柱的工地拼接一般有三種形式：（1）全焊接連接；（2）全螺栓連接；（3）栓、焊混合連接。設(shè)計施工中多采用第三種形式，即鋼骨柱翼緣采用全溶透的剖口對接焊縫連接，腹板采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接。中廣大廈設(shè)計中的鋼骨工地拼接采用第三種形式。

5.4、鋼骨柱的柱腳構(gòu)造

1、鋼骨柱的柱腳分為埋入式和非埋入式兩種，在抗震區(qū)宜采用埋入式柱腳，柱腳鋼骨的混凝土最小保護(hù)層厚度為：中間柱：不得小于180mm，邊柱和角柱：不得小于250mm。

2、鋼骨柱埋入式柱腳的埋入深度不應(yīng)小于3倍型鋼柱截面高度，在注腳部位和柱腳向上一層的范圍內(nèi)，鋼骨柱翼緣外側(cè)設(shè)置栓釘，栓釘直徑不小于Ø19，間距不大于200mm,且栓釘至翼緣板邊緣的距離大于50mm。

3、在中廣大廈的鋼骨設(shè)計中，由于建筑物嵌固端取在±0.000米處，為保證地下一層汽車庫的使用功能，經(jīng)多次反復(fù)研究、討論，最終確定了底層框架梁水平、垂直加腋，鋼骨伸入框架柱內(nèi)長度為1.5m，下部與鋼筋混凝土柱柱心鋼筋焊接。在施工過程中，施工單位提出，鋼骨注腳放在半層柱上施工有困難，施工質(zhì)量無法保證。后經(jīng)施工單位、設(shè)計單位、制作單位及建設(shè)單位多次研究，決定在鋼骨柱柱腳底部另設(shè)格構(gòu)式支架，將支架一延伸至地下一層底板（支架必須保證拉力傳遞），比上述方法容易施工，加快了施工進(jìn)度。經(jīng)實踐證明在今后的設(shè)計中若遇到同類問題，宜將鋼骨直接伸入地下一層，這樣即滿足了埋入式柱腳的埋深問題，又取消了底層梁加腋的施工工序、支架的制作安裝工序，節(jié)省了時間，施工質(zhì)量較易保證。

5.5、鋼骨柱的節(jié)點構(gòu)造

框架梁、柱節(jié)點核心區(qū)是結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵部位，設(shè)計時應(yīng)保證傳力明確，安全可靠，施工方便，節(jié)點核心區(qū)不允許有過大的變形。

在鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)中，梁、柱節(jié)點包括以下幾種形式：（1）鋼骨混凝土梁—鋼骨混凝土柱的連接；（2）鋼梁—鋼骨混凝土柱的連接；（3）鋼筋混凝土梁—鋼骨混凝土柱的連接。在中廣大廈設(shè)計中我們遇到的是第三種情況。

規(guī)范規(guī)定，節(jié)點區(qū)鋼骨部分的連接構(gòu)造應(yīng)與鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點連接相一致，在柱鋼骨的鋼牛腿翼緣水平位置處應(yīng)設(shè)置加勁肋，其構(gòu)造應(yīng)便于混凝土澆灌，并保證混凝土密實。柱中鋼骨和主筋的布置應(yīng)為梁中主筋貫穿留出通道，梁中主筋不應(yīng)穿過鋼骨翼緣，也不得與柱中鋼骨直接焊接，鋼骨腹板部分設(shè)置鋼筋貫穿孔時，截面缺損率不宜超過腹板面積的25%。

根據(jù)規(guī)范要求，在中廣大廈鋼骨設(shè)計中，我們采用的方法是：在鋼筋混凝土梁與鋼骨柱連接的梁端，設(shè)置一段工字型鋼梁（牛腿），鋼梁的高度由鋼筋混凝土梁高決定，一般為鋼筋混凝土梁高的0.7倍以上，鋼筋混凝土梁內(nèi)鋼筋的一部分與鋼牛腿焊接或搭接，鋼牛腿的長度應(yīng)滿足梁內(nèi)鋼筋內(nèi)力傳遞要求。因鋼骨柱主筋穿過鋼牛腿翼緣，鋼牛腿強(qiáng)度有所削弱，因此梁內(nèi)鋼筋焊接或搭接長度應(yīng)從牛腿根部起算。在實際施工中，由于鋼牛腿長度較長，運輸有困難，鋼牛腿的長度均取滿足梁內(nèi)主筋焊接長度要求。在鋼牛腿的上、下翼緣上設(shè)置栓釘，栓釘?shù)闹睆綖?Oslash;19，間距200mm，從框架梁梁端至鋼梁（牛腿）端部以外2倍梁高范圍內(nèi)為框架梁端箍筋加密區(qū)，梁內(nèi)主筋保證有不少于1/3主筋面積穿過鋼骨連續(xù)配置。

為方便鋼骨的工廠化制作，鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中不同且難度最大的是：

（1）需確定鋼骨柱中每根鋼筋的準(zhǔn)確位置；

（2）根據(jù)鋼骨這種型鋼翼緣的寬度確定框架梁的寬度；

（3）確定框架梁中每根鋼筋的位置；

（4）根據(jù)柱梁鋼筋的位置確定鋼骨穿孔的位置；

（5）鋼骨中穿鋼筋的孔徑由鋼筋直徑確定，一般比鋼筋直徑大4~6mm；

（6）,鋼骨中縱橫兩方向穿鋼筋孔的位置至少應(yīng)錯開一個孔徑。

5.6、鋼骨的柱頂構(gòu)造

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，但結(jié)構(gòu)下部采用鋼骨混凝土柱、上部采用鋼筋混凝土柱時，其間應(yīng)設(shè)置過渡層。在本次設(shè)計中，過渡層設(shè)置在轉(zhuǎn)換層中，柱頂加設(shè)一塊25厚柱頂錨固板。但在實際施工過程中，轉(zhuǎn)換大梁配筋較多，柱頂錨固板直接影響轉(zhuǎn)換大梁鋼筋的錨固，經(jīng)多方研究，取消了柱頂錨固板，為轉(zhuǎn)換大梁的順利施工創(chuàng)造了條件。

6、經(jīng)濟(jì)比較

未采用鋼骨混凝土柱前，框支柱截面尺寸為1300X1300mm,上部住宅為6~25層。采用鋼骨混凝土柱后，框支柱截面尺寸為1100X1100mm,上部住宅為6~26層，框支柱截面面積減少了30%左右，住宅面積增加了1860平方米。

在整個建筑中，共使用型鋼650噸，型鋼的材料、制作、安裝綜合預(yù)算價約為6500元/噸，減去縮小柱截面及減少鋼筋面積的費用后，增加費用257.63萬元，柱截面縮小后商場部分增加使用面積115.2平方米，按20000元/平方米計算，增加收益230.4萬元。增加住宅面積增加收益372萬元（1860平方米，按2000元/平方米計算），變更后增加凈收益352.77萬元。

篇（8）

一、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的原則

1、結(jié)構(gòu)整體布置必須必須兼顧整個體系以及組成部分的穩(wěn)定性要求

我國目前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計大多都是以平面體系設(shè)計為主,設(shè)計中的結(jié)構(gòu)體系是結(jié)構(gòu)各組成部分構(gòu)件構(gòu)成的。因此在大跨度結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中,結(jié)構(gòu)局部穩(wěn)定性是保證整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵前提。在設(shè)計中需要注意結(jié)構(gòu)各組成部分構(gòu)件的整體布置,設(shè)計有針對性的支撐構(gòu)件,來保證平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)布置與平面穩(wěn)定計算之間的一致性。

2、結(jié)構(gòu)計算簡圖和實用計算方法所依據(jù)的簡圖保持一致

目前設(shè)計單層和多層框架結(jié)構(gòu)時,一般以框架柱的穩(wěn)定計算為準(zhǔn),而不作框架穩(wěn)定分折。在采用這種方法時,必須通過框架整體穩(wěn)定分析計算框架柱穩(wěn)定時用到的柱計算長度系數(shù),才能使柱穩(wěn)定計算等效于框架穩(wěn)定計算。但是在實際設(shè)計工程中,這種操作方法簡便。GBJl7-88規(guī)范對單層或多層框架給出的計算長度系數(shù)采用了五條基本假定中包括:“框架中所有柱子是同時喪失穩(wěn)定的,即各柱同時達(dá)到其臨界荷載”。根據(jù)這條假定,當(dāng)設(shè)計單層或多層框架結(jié)構(gòu)時,框架各柱的桿件穩(wěn)定和穩(wěn)定參數(shù)計算的常用方法是依據(jù)一定的簡化假設(shè)或者典型情況得出的,保持結(jié)構(gòu)參數(shù)計算方法與前提假設(shè)和具體計算對象一致,設(shè)計者需確認(rèn)所設(shè)計的結(jié)構(gòu)符合這些假設(shè)時才能正確應(yīng)用。

3、設(shè)計結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計算必須相互配合

設(shè)計者處理構(gòu)造細(xì)部時要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點連接,應(yīng)分別賦與它足夠的剛度和柔度,對桁架節(jié)點應(yīng)盡量減少桿件偏心。但是,當(dāng)涉及穩(wěn)定性能時,構(gòu)造上時常有不同于強(qiáng)度的要求或特殊考慮。例如,簡支梁就抗彎強(qiáng)度來說,對不動鉸支座的要求僅僅是阻止位移,同時允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。然而在處理梁整體穩(wěn)定時上述要求就不夠了。支座還需能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn),同時允許梁在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)動和梁端截面自由翹曲,以符合穩(wěn)定分析所采取的邊界條件。

二、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的特點

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的重點在于找出結(jié)構(gòu)內(nèi)部抵抗力與外荷載間的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)。主要從下面幾個特點進(jìn)行設(shè)計:

1、計算臨界荷載:臨界荷載是理想構(gòu)件平衡路徑分支點所對應(yīng)的載荷。鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題中有一類分支點失穩(wěn)問題,即完善平板中面受壓時的屈曲以及完善直桿軸心受壓時的屈曲。這一問題是由建筑鋼材做成的偏心受壓構(gòu)件在彈縮性變形時喪失穩(wěn)定的能力造成的。因此在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中要求得鋼結(jié)構(gòu)的臨界荷載,避免分支點失穩(wěn)。根據(jù)臨界荷載的定義,通常按以下兩個基本原理求得臨界荷載:①建立構(gòu)件在微曲狀態(tài)下屈曲位移與荷載間的微分方程,求其在滿足邊界條件下的臨界載荷解。②在構(gòu)件微曲狀態(tài)下建立以屈曲位移和載荷的總勢能式:E=U+V(U為變形體應(yīng)變能;V為外力勢能,它等于外力功的負(fù)值),然后根據(jù)能量法原原理,由總勢能一次微分為零,即E0=0的條件可求得臨界荷載。

2、失穩(wěn)和整體剛度:現(xiàn)行規(guī)范通用的軸心壓桿的穩(wěn)定計算法是臨界壓力求解法,臨界壓力是由著名歐拉公式給出的:

,式中E為鋼材料特性,I為截面特性,L 為桿的長度。它表明軸心受壓的桿件,壓力使桿件的彎曲度下降,而當(dāng)壓力達(dá)到臨界值NE時,桿的彎曲度就會消失。

3、對穩(wěn)定性進(jìn)行整體分析:必須從整體著眼進(jìn)行穩(wěn)定分析,因為桿件的穩(wěn)定性來自結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

4、二階彈性分析:這種分析對柔性構(gòu)件尤為重要,這是因為柔性構(gòu)件的大變形量對結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生了不能忽視的影響。可按照以下步驟完成:

(1)根據(jù)《規(guī)范》得,應(yīng)在每層柱頂附加考慮由下式計算的假想水平力Hni:

其中,Qi為第i樓層的總重力荷載設(shè)計值; ns為框架總層數(shù),當(dāng)0.2+1/ns>1時,取此根號值為1.0;αy為鋼材強(qiáng)度影響系數(shù),Q235鋼為1.0,Q345鋼為1.1,Q390鋼為1.2。

(2)①對有側(cè)移的純框架結(jié)構(gòu),當(dāng)采用二階彈性分析時,各桿桿端的彎矩MⅡ可按下式近似計算:其中MⅠb為假定框架無側(cè)移時按一階彈性分析求得的各桿端彎矩;MⅠs為各節(jié)點側(cè)移時按一階彈性分析求得的各桿端彎矩;

為考慮二階效應(yīng)第i層的側(cè)移彎矩增大系數(shù)。

②對于有側(cè)移的純框架,當(dāng)采用二階彈性分析方法計算內(nèi)力,且在每層柱頂附加假想水平力Hni時, P―Δ效應(yīng)已在內(nèi)力分析中計入,柱計算長度系數(shù)取1.0,因此柱穩(wěn)定計算的計算長度就可取其幾何長度。

(3) 在解決了以上問題的基礎(chǔ)上,根據(jù)壓彎構(gòu)件穩(wěn)定性驗算公式進(jìn)行穩(wěn)定性設(shè)計驗算:

三、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中的難點

1、目前梁-柱單元理論已成為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究中的主要研究工具,但是梁-柱單元并不能確保真實反映網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),因此如何反映軸力和彎矩的耦合效應(yīng)是目前網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中的主要問題。

2、目前結(jié)構(gòu)隨機(jī)影響分析所處理的問題大部分局限于確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)、隨機(jī)荷載輸入這樣一個格局范圍,而在實際工程中,由于如材料(彈性模量,屈服應(yīng)力,泊松比等)、桿件尺寸、截面積、殘余應(yīng)力、初始變形等不確定性會引起結(jié)構(gòu)響應(yīng)的顯著差異。所以應(yīng)著眼于考慮隨機(jī)參數(shù)的結(jié)構(gòu)極值失穩(wěn)、跳躍型失穩(wěn)、干擾型屈曲等問題的研究。

3、在統(tǒng)計與穩(wěn)定性有關(guān)的幾何量和物理量時,一般只是根據(jù)有限樣本來選擇概率密度分布函數(shù),帶有很大程度上的統(tǒng)計信息局限性,造成對穩(wěn)定性設(shè)計的數(shù)據(jù)依據(jù)不夠準(zhǔn)確。因此在統(tǒng)計時,要結(jié)合實踐經(jīng)驗和相關(guān)規(guī)范確定統(tǒng)計信息的準(zhǔn)確性。

四、總結(jié)

在實際設(shè)計中,設(shè)計人員應(yīng)把握鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的原則,明確知道結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性能,完善設(shè)計方案,達(dá)到穩(wěn)定性要求。同時針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失穩(wěn)的問題進(jìn)行研究,不斷完善鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計理論。

篇（9）

2混凝土水池設(shè)計

在分析完混凝土水池荷載情況之后，在水池結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮這些荷載作用.下面我們以矩形鋼筋混凝土水池為例做結(jié)構(gòu)設(shè)計分析.首先，完成長高比池壁的計算假定.側(cè)向荷載作用下，水池不同長高比受力情況有所差異，根據(jù)池壁單向與雙向受力情況做劃分。水池結(jié)構(gòu)的布置要符合設(shè)計原則，像矩形水池均為長方形，布置時要考慮地形.基礎(chǔ)形式為擋土墻水池基礎(chǔ)多采用池壁下設(shè)置帶形基礎(chǔ)，地板采用鋪砌式結(jié)構(gòu)，地板做成整體式，水池基礎(chǔ)為水平框架式和雙向板式.伸縮縫的設(shè)置上要考慮建造位置，比如土基中矩形水池，伸縮縫間隔情況如下：普通≤20m，溫度區(qū)間段≤20m，巖基中間隔≤15m；比如建造在土基中的鋼筋混凝土矩形地下式水池，伸縮縫間隔情況如下：普通≤30m，巖基中間隔≤20m.水池池壁結(jié)構(gòu)形式的選擇情況如下：開敞式水池宜選擇變厚池壁，池底厚度為池壁的1.5倍；擋土墻式選擇等厚池壁；水平框架式池壁選擇變厚池壁.遵照以上設(shè)計原則，水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計將會保持合理性與穩(wěn)定性，利于施工.

3鋼筋混凝土水池施工要點

鋼筋混凝土水池施工中要注意施工縫、混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)等施工要點.像施工縫，在底板澆筑完成后，池壁與底板的施工縫要在八字以上1.5m與2m處，底板和柱的施工縫在表面.池壁豎向澆筑要一次澆到施工縫處，并對柱身、柱帽等做兩次澆筑，以確保穩(wěn)定性.對施工縫還要做鑿毛處理，將不密實表面或者浮漿鑿掉，還要避免損及混凝土棱角，避免剔出粗集料.鋼筋綁扎時可使用板凳筋做法或者排架法.混凝土澆筑過程中要保持池壁模板的穩(wěn)定，避免變形或硬化失敗.至于施工縫要提前清理，保持合理濕潤度，在澆筑前鋪與混凝土配比相同的水泥砂漿，澆筑部分分層完成，每層厚度≤4m，間隔時間不宜過長，均勻攤鋪.在澆筑頂部時，要暫停1h，在混凝土下沉后做二次震動，消除可能因沉降造成的裂縫，澆筑完成后及時灑水養(yǎng)護(hù).養(yǎng)護(hù)根據(jù)季節(jié)不同有不同注意要點，比如夏季因高溫干燥或者多雨等混凝土強(qiáng)度會受影響出現(xiàn)收縮裂縫后，必須在初凝后聯(lián)系養(yǎng)護(hù)兩周才能拆模，養(yǎng)護(hù)期間還要及時灑水，保證濕潤到位.完成養(yǎng)護(hù)拆模時表面還要添加超時的覆蓋層，及時回填土，保證混凝土水池的施工質(zhì)量.

4鋼筋混凝土水池施工實例分析

篇（10）

(一)題目的設(shè)置應(yīng)有助于教學(xué)相長

畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容的設(shè)置除了應(yīng)密切結(jié)合指導(dǎo)教師的科研項目外，還應(yīng)結(jié)合指導(dǎo)教師的專業(yè)特長，這樣教師對學(xué)生的指導(dǎo)才能高效。例如，筆者從攻讀博士學(xué)位開始，就從事新型高層鋼結(jié)構(gòu)體系及抗震性能等方面的研究。留校后，承擔(dān)了研究生選修課高層建筑鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)工作，負(fù)責(zé)講授高層鋼結(jié)構(gòu)的制作和安裝，以及新型抗側(cè)力和耗能構(gòu)件在高層鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用等內(nèi)容。以上研究和教學(xué)工作均為指導(dǎo)采用新型結(jié)構(gòu)體系的高層鋼結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。同時，通過給學(xué)生答疑，筆者感到，雖然學(xué)生的著眼點不同，但多數(shù)問題是圍繞設(shè)計任務(wù)提出來的，一些問題也是指導(dǎo)教師尚未涉及而想弄明白的問題。因此，教師愿意投入時間去研究問題，這樣既解決了學(xué)生的疑惑，也有利于指導(dǎo)教師提高自身的專業(yè)技能。

(二)設(shè)計題目的指定應(yīng)兼顧學(xué)生的興趣

目前，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的題目，大體上是由學(xué)院統(tǒng)一指定的。這樣做是為了避免學(xué)生“偏科”，即避免一些設(shè)計題目出現(xiàn)無學(xué)生選擇的窘境。但是，高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計題目與其他題目一樣，也僅是提升學(xué)生在一個專業(yè)方向上的理論水平和技能。而且相當(dāng)多的設(shè)計院在未來一定時期內(nèi)仍主要是開展量大面廣的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計。因此，由學(xué)院指定畢業(yè)設(shè)計題目的方式無法完全滿足學(xué)生的專業(yè)設(shè)計興趣和愛好，使真正對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計有興趣的學(xué)生又得不到應(yīng)有的鍛煉。倘若學(xué)生對指定的題目毫無興趣，畢業(yè)設(shè)計就可能收效甚微。其實，每個學(xué)生經(jīng)過3年多的學(xué)習(xí)，基本已有感興趣的專業(yè)方向，畢業(yè)設(shè)計題目應(yīng)結(jié)合學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)方向或深造計劃，并綜合考慮學(xué)生自己的興趣、能力和未來發(fā)展等因素來選擇建議。題目指定要有適當(dāng)?shù)撵`活性，給學(xué)生一定的選題權(quán)利，可列出每年開設(shè)的所有題目，讓學(xué)生提前自愿申報2～3個題目，然后綜合分組。這種適當(dāng)考慮學(xué)生興趣的選題做法將使學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計更有積極性，收效可能更好。

(三)設(shè)計內(nèi)容應(yīng)結(jié)合專業(yè)最新發(fā)展而適時更新

為避免多年使用同一設(shè)計題目可能出現(xiàn)的抄襲現(xiàn)象，指導(dǎo)教師有必要適時更換設(shè)計內(nèi)容和要求。鑒于目前設(shè)計院或施工單位“以高層設(shè)計為主流”的情況，應(yīng)結(jié)合高層建筑的實際工程應(yīng)用，增加新型結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計內(nèi)容，以縮短學(xué)生就業(yè)后的工作適應(yīng)期。對高層鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)要求學(xué)生掌握目前比較流行的結(jié)構(gòu)形式、計算方法和構(gòu)造要求。因此，筆者在設(shè)計任務(wù)書中鼓勵學(xué)生應(yīng)用新型的抗側(cè)力構(gòu)件和新型的結(jié)構(gòu)體系作為設(shè)計任務(wù)。除了采用傳統(tǒng)的純鋼中心支撐，推薦采用新型的墻板內(nèi)置無粘結(jié)鋼支撐或桿狀防屈曲支撐(BucklingRestrainedBrace)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的純鋼支撐。除了中心支撐，也鼓勵采用偏心支撐和鋼板剪力墻等抗側(cè)力構(gòu)件。例如，在2014年的畢業(yè)設(shè)計中，一名學(xué)生自愿嘗試采用偏心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)形式，通過努力，圓滿完成了設(shè)計任務(wù)，最終取得了較好成績。

二、積極有效的師生互動是畢業(yè)設(shè)計取得實效的基石

(一)注重培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力

對20多層的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，要求學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和設(shè)計軟件的使用，進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模、內(nèi)力分析和設(shè)計，這樣的工作不僅量大而且有難度。建議教師提前布置和安排任務(wù)，給學(xué)生自學(xué)的機(jī)會和時間。以結(jié)構(gòu)建模和分析為例，筆者一開始便盡早安排學(xué)生安裝和學(xué)習(xí)使用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件ETABS，這樣學(xué)生在做荷載匯集等準(zhǔn)備工作之余，就可以有針對性地查閱和學(xué)習(xí)該軟件的使用說明等資料，到建模和分析環(huán)節(jié)時，學(xué)生就可以建立結(jié)構(gòu)模型。為學(xué)生自學(xué)軟件后建立的結(jié)構(gòu)模型。應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然大多數(shù)學(xué)生之前并未有建立復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型的經(jīng)驗，也可能因此而心生畏懼，指導(dǎo)教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)和使用通用軟件的必要性，讓學(xué)生明白學(xué)好一個軟件對將來應(yīng)用其他類似設(shè)計軟件也有很好的借鑒作用。教師要耐心引導(dǎo)和鼓勵，培養(yǎng)學(xué)生的興趣和自信心?？梢髮W(xué)生先簡后繁，積累經(jīng)驗。學(xué)生消除畏懼心理后，建模和設(shè)計操作就會逐漸得心應(yīng)手，在實踐中熟能生巧。有的學(xué)生在熟練使用軟件后甚至主動去鉆研軟件內(nèi)的參數(shù)和求解設(shè)置等功能，提高了對理論知識的歸納消化和應(yīng)用能力。

(二)營造積極的心理互動氛圍

結(jié)構(gòu)方案的確定以及結(jié)構(gòu)建模、分析和設(shè)計等，這些任務(wù)一環(huán)緊扣一環(huán)，教師應(yīng)在各階段工作中嚴(yán)格檢查，認(rèn)真引導(dǎo)和解惑。以建模和分析為例，因大部分學(xué)生是初次接觸大型設(shè)計軟件和設(shè)計規(guī)范等，面對陌生的軟件以及系數(shù)重重的設(shè)計公式，要在短時間內(nèi)掌握并熟練應(yīng)用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，有較大難度。特別是對這些軟件在內(nèi)部分析環(huán)節(jié)可能存在的一些缺陷，指導(dǎo)教師必須強(qiáng)調(diào)指出，以免學(xué)生誤入歧途而影響進(jìn)度。因此，指導(dǎo)教師應(yīng)對軟件的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)有使用經(jīng)驗，并能做出正確的判斷，才能引導(dǎo)學(xué)生去認(rèn)真求證，加深理解。這樣也才可能幫助學(xué)生較快熟悉設(shè)計過程，培養(yǎng)學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)興趣。畢業(yè)設(shè)計為師生提供了長達(dá)一學(xué)期的交流互動機(jī)會，教師應(yīng)在指導(dǎo)工作中傾注熱情，與學(xué)生積極互動，這樣不僅能使任務(wù)完成得更加高效，而且也有利于學(xué)生的全面發(fā)展。教師不僅要關(guān)注學(xué)生的專業(yè)訓(xùn)練，也要不失時機(jī)地對學(xué)生進(jìn)行職業(yè)道德的言傳身教，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題去思考和討論，啟迪學(xué)生的智慧，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性。

三、畢業(yè)設(shè)計應(yīng)適當(dāng)增加針對性實習(xí)

與單純課堂教學(xué)相比，畢業(yè)設(shè)計屬于實踐環(huán)節(jié)。但若不加以恰當(dāng)引導(dǎo)，相當(dāng)多的學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計僅僅是對參考書等資料的簡單模仿。因此，在畢業(yè)設(shè)計過程中，應(yīng)通過小組或個人(以整個年級為單位的統(tǒng)一畢業(yè)實習(xí)，針對性不強(qiáng))的實習(xí)活動，例如參觀鋼結(jié)構(gòu)工程或鋼構(gòu)件制作等，夯實書本所學(xué)知識，拓寬知識面，使學(xué)生獲得真實感受。此外，通過實習(xí)，還可消除學(xué)生不切實際的想法和由此導(dǎo)致的誤差或錯誤，有助于學(xué)生深入思考，以開展更加符合實際應(yīng)用需求的理性創(chuàng)作。

(一)參觀鋼結(jié)構(gòu)工程和鋼結(jié)構(gòu)安裝

應(yīng)組織學(xué)生參觀正在建設(shè)的高層鋼結(jié)構(gòu)工程。因為從施工中暴露的鋼骨架，學(xué)生可以清楚地觀看構(gòu)件和節(jié)點的加工和連接做法。實地考察如不可行時，也應(yīng)提供必要的實錄視頻、圖形資料和講解，以加深學(xué)生的理解。還可以推薦一些好的參考書和期刊，例如《鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展與市場》和《建筑結(jié)構(gòu)》等，幫助學(xué)生了解新型鋼結(jié)構(gòu)工程和建造技術(shù)。此類資料圖文并茂，是本科生很好的課外讀物。另外，因高層建筑鋼結(jié)構(gòu)一些基本的構(gòu)造和連接做法等，在低層和多層鋼結(jié)構(gòu)中也有體現(xiàn)。因此，也可組織學(xué)生考察當(dāng)?shù)匾恍┰诮ǖ亩鄬由踔羻螌愉摻Y(jié)構(gòu)工程，例如施工現(xiàn)場的焊縫和螺栓連接等。通過接觸實際工程，增強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)知能力。

(二)參觀鋼結(jié)構(gòu)加工廠和鋼構(gòu)件制作

在實習(xí)中，還可組織學(xué)生參觀鋼構(gòu)件加工廠等。隨著新材料和新工藝的快速發(fā)展，目前鋼結(jié)構(gòu)中的大型構(gòu)件的加工制作方法和質(zhì)量控制技術(shù)等都有革新，書本上的知識也非常有限。必要的學(xué)習(xí)參觀有利于學(xué)生拓展知識面，幫助他們更好地理解和繪制施工圖。指導(dǎo)教師可組織學(xué)生參觀了解鋼構(gòu)件的生產(chǎn)過程。例如，參觀工廠的焊接、刨邊和鉆孔等相關(guān)工藝流程等，并做好有針對性的實地講解，有利于學(xué)生對重要概念的理解和對書本知識的消化。

四、考核應(yīng)以學(xué)生實質(zhì)性的進(jìn)步為依據(jù)

(一)注重形式，更追求質(zhì)量

學(xué)院畢業(yè)設(shè)計要求學(xué)生完成不少于9張的1號圖紙，有些學(xué)生甚至能提供多達(dá)14張或者更多的圖紙。誠然，為確保培養(yǎng)質(zhì)量，數(shù)量上的要求是必要的，但任務(wù)完成的質(zhì)量更為重要。筆者曾在一次鋼結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計的答辯中發(fā)現(xiàn)，能夠提供十多張圖紙的學(xué)生，計算書雖然寫的很飽滿，但是連一個常用角焊縫的符號代表什么意思也回答不上來?？梢?，依葫蘆畫瓢的做法，在本科畢業(yè)設(shè)計中依然存在。再以結(jié)構(gòu)施工圖的繪制為例，在堅持部分圖紙必須手繪完成這一傳統(tǒng)做法的基礎(chǔ)上，為了提高學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)作圖的能力，目前鼓勵采用計算機(jī)繪圖。但應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，計算機(jī)作圖應(yīng)讓學(xué)生利用Auto-CAD軟件親手繪制，不能依靠設(shè)計軟件和繪圖軟件等自動出圖。雖然從表現(xiàn)形式上看，自動出圖比學(xué)生親手繪圖的圖面更美觀和全面，但這樣會使學(xué)生過分依賴軟件而使其基本技能得不到應(yīng)有的訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生對設(shè)計理論不熟悉，不能提高識圖和繪圖能力，并且也難以準(zhǔn)確把握和判斷其設(shè)計結(jié)果。因此，教師在畢業(yè)設(shè)計過程中應(yīng)時刻提醒學(xué)生，在寫計算書或繪圖時，每寫一句，每畫一筆，都要弄清楚為什么，真正弄懂了才算得上學(xué)有所獲。