房屋钢结构设计论文范文

房屋钢结构设计论文范文第1篇

关键词：钢结构现场施工

1．前言

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》公布以来已经快三年。这几年，这类工程发展，《规程》起了很大推动作用，但也陆续听到一些令人不安的情况。今冬雨水较大，降雪较多，有些地方雪特别大，结构压坏恐怕很难避免，但有的地方雪不大房子也有垮的，漏水的更多。最近某厂屋顶漏水解决不了，找到钢结构委员会来了，不是雨水，是冷凝水，以前还没有碰到过。另外，也看到一些工程，有的框架梁太细，令人担心，遇到大雪很可能出问题。有的骨架立起来摇摇幌幌，没有支撑，说装上墙板就好了，好象有了墙板就可以不要支撑。现在排架多起来。用钢筋砼柱、轻钢梁，造价较低，但有的严重不合规定。现在是市场驱动，有些企业搞承包能省就省，尽量压低造价，管它是否符合规定。有的连规定也不清楚。利用开年会的机会，结合了解到的一些情况，就门式刚架房屋设计施工中的问题，作一个发言，抛砖引玉，希望和与会代表交流，取得一致看法。

2．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，不打算修改。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》征求意见稿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。现在有的框架梁太细，檩条太小，明显有克扣荷载情况，今后应特别注意，决不允许在有限的活荷载中“挖潜”。

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，它可能讲课时说过不包括屋脊点垂度。现在了解到，美国是计算的。他们作框架分析，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。现在打算做个规定，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

少数单位设计的门式刚架，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。还有的单位，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。建筑结构是一门科学，如果不按科学办事，是要吃苦头的。今后国家要执行建筑法，实行强制性条款，违反其中一项，出了工程事故，是要受罚的。

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程》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，否则就不需要高级工程师了。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。《规程》3.1.7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”。曾有人问，这条规定是什么意思？如果有人再提这样的问题，我想问他，钢结构学过没有？因为这是钢结构的基本概念问题。如果这样的问题都签不出，说明他还不具备钢结构的设计资格的。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。人家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。

3．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，需要大声疾呼，这样不行。蒙皮作用虽然各国都在研究，但没有任何一本规范允许不设支撑。蒙皮作用的影响因素太多，并非在任何情况多能发挥作用。特别是柱间支撑，受力较大，绝不能省略。蒙皮作用最多只能视为一种刚度储备。

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，国外此法施工。最近在上海讨论轻钢施工验收规程，不少专家强调了这种方法。

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。

6）保温材料胡乱安装

保温材料一般采用玻璃棉，其厚度根据热功计算确定。正规做法是采用背面带铝箔隔汽层的玻璃棉，有的不用铝箔，用牛皮纸，我不清楚牛皮纸是否可作隔汽层，如果可以，也比不用任何隔汽层好。防止冷凝水向室内滴水，是房屋的使用要求之一。有人以为铝箔只是为了美观，或承受拉力，实际上它的主要作用是作隔汽层。承受悬挂时的拉力还可以用玻璃纤维布或钢丝网。现在看到有些工程，玻璃棉不用任何隔汽层。另外，当采用内层钢板吊顶时，不是将保温卷材压在檩条上，而是为了施工方便，将保温材剪断，放在檩条之间的吊顶上，形成冷桥。某工程在这样处理的同时，又将吊顶钢板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作业时，将周边门窗关闭，由于室内外温差大，大量水汽在屋顶凝集，由吊顶钢板搭接处流下，形成了“外面不下里面下”的状况，使工程不能交工。经验告诉我们，当保温卷材有隔汽层并保持接缝处密封时，卷材是干燥的，无隔汽层时卷材是湿的。在水份的长期浸泡下，随着时间的推移，保温棉将被逐渐压实，最终失去应有的保温作用，因此安装方法是否对头，关系很大。

4．其它

今年打算对《规程》进行修订，刚度指标要适当调整，如柱顶位移1/50将改为1/75，其它指标也可能有一些调整。腹板与翼缘用单面焊，将列入正文，除受悬挂荷载外，一般情况下允许采用单面焊，没有问题。根据上海所做的试验以及《上海市轻钢制作安装验收规程》（草案），焊缝高度在8mm及以下均无问题。还有一些问题没有最后定下来，但总的说来改动不大。

房屋钢结构设计论文范文第2篇

【关键字】轻钢门式，刚架结构，设计要点，注意问题

中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：

一．前言

轻型钢门式钢架结构在建筑结构设计中是普遍存在的，因为这种结构设计具有很强的优势，是其他一些建筑结构设计所无法比拟的。为了更大范围的发挥这种结构设计的优势，确保这种钢结构设计的质量，我们就需要对该种钢结构设计的要点进行分析，克服在轻型钢门式结构设计中存在的问题，掌握其设计要点，使轻型钢门式结构设计得到更大的发展。

二．轻钢门式刚架结构相关概述

1．轻钢门式刚架结构形式

轻钢门式刚架的结构形式多样，主要有以下几种：单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的刚架等。

2．轻钢门式刚架结构典型优势

（一）自重轻

轻钢框架结构重量比很高，墙厚较薄，因此可以使房屋的跨度达到很大，钢材可根据不同用途合理分配截面尺寸的高宽比，使用面积较其他结构要提高很多。轻钢结构与混凝土结构相比，自重约为后者的一半 。在工程设计中可以根据实际情况达到个性化的要求 。

（二）结构稳定性好，抗震性能突出

轻钢框架结构稳定性良好 ，钢梁、钢柱组成柔性框架，可充分发挥钢材强度高、延性好 、塑性变形能力强的特点，以吸收部分地震能量，房屋的抗拉伸、扭曲 、震动的能力得以强化，而且适合建造在各种地质条件的地基上，提高了结构的安全可靠性 。

（三）施工速度快

一般情况下，轻钢框架结构建筑的施工由于设计标准化 、定型化，构件加工制作工业化 ，另外加上现场安装施工的过程中不受气候影响 ，简单快捷 ，时间相对钢混结构住宅缩短 工 时1／3~1／2，加快了资金周转，大大提高了投资回报速度 。

三．轻钢门式刚架设计

1． 刚架的间距

刚架的架间距与刚架的跨度、屋面荷载及檩条形式等因素有关，刚架跨度较小时，选用较大的刚架间距，增加檩条的用钢量是不经济的，但是，如果对间距进行稍微的变动，不仅既经济，同时对于也不至于对结构的质量产生太大的影响。

2．刚架横梁的截面高度与其跨度之比

对格构式刚架横梁，截面高度宜采用跨度1／l5-1／25；对实腹式刚架横梁，截面高度宜采用跨度的1／30～1／45：轻型刚架采用比值的下限。

3．柱脚的假定

按柱脚与基础的连接形式，可分为刚接和铰接两种。经计算比较，与基础刚接的刚架比铰接的刚架可节省钢材l0%—15％，并且在提高结构承载力和减小刚架侧向位移方面，比铰接刚架有利。但刚接刚架的基础造价高，对地基条件的要求也比较高，如果把柱基做得符合刚接要求，对于轻型刚架并不一定经济，所以一般采用铰接柱脚。

四．轻钢门式钢架节点的设计

1．柱脚

刚架柱脚与基础的连接形式分理论铰接、工程铰接和刚接3种，分别示于图1。而图1所示的连接形式也难以抵抗柱脚的转动，柱脚实测应力值比计算值小，柱顶实测应力值偏大。铰接柱脚是门式刚架设计中常用的假定条件，柱脚具有部分的嵌固性，不会对刚架的受力产生不利的影响。在屋面的恒截和风载的作用下，理论铰接的柱顶位移过大，上述试验实测值为7．04cm，工程铰接可以改善这种情况。实测值为5．26cm，刚接的情况最好为2．94cm。

图1钢架柱脚形式

因墙体材料不同和柱脚连接的形式各异，对柱顶侧移的限值没有明确规定。为防止产生能够影响结构强度和稳定性的变位，将柱顶水平位移限制在1／150柱高以内比较合适。

2．角隅和屋脊节点

为保证节点连接的刚性和便于布置连接螺栓，常在角隅和屋脊处加腋。加腋高度一般为横梁截面高度为1/2，由横梁截面斜切而成。带加腋的门式刚架可以减少横梁的弯矩，从而可减小其截面的尺寸，当然也相应加大了柱子的弯矩，因为横梁的总长度通常大于柱子的长度，这样节约下来的钢材可以补偿加腋所用的费用。

在屋脊处的加腋不仅有利于节点构造，而且有助于减少刚架的垂直挠度，但由于屋脊附近的弯矩变化比较平缓，故对提高刚架的承载力并不起直接作用。

3．柱顶腹板的加劲肋

柱顶腹板常设置加劲肋，以提高角隅处板域的抗剪强度，如图3所示。同时由于图2柱顶腹板加劲形式柱翼缘板的厚度一般小于横梁端板的厚度，为防止柱翼缘板在受拉螺栓的作用下产生挠曲变形，在柱翼缘受拉螺栓附近设置加劲板(图2a)。图2c采用对角线受拉加劲肋与短加劲板相结合的形式，使加劲肋在结构上更有效，并且可克服采用其他形式加劲肋可能碰到的穿螺栓的困难。

图2 柱顶腹板加劲形式

4．檐口构件

刚架之间角隅处的檐口构件，应设计得比较刚强。檐口构件包括角隅处垂直支撑、墙梁和檩条等。它对柱顶提供“定位约束”，并把纵向风力传递给支撑系统，同时为角隅处受压内翼缘提供侧向约束。

为角隅处设置的垂直支撑，将檐口构件与受压内票缘直接而可靠地连接起来，防止侧间挠曲。如果是弧形内翼缘，支撑应设置于弧的中点或靠近中点处。在直梁和直柱的情况下，应设置于它们的交点，或沿角隅处柱内翼缘垂直布置。虽然在角隅处弯矩下降比较快，在距角隅很近的距离内受压内翼缘的弯曲应力已，不太大，但还应在附近设置侧向支撑点，一般在内翼缘的转折处，或曲线加腋的弧形端点。

在钢架角隅处测向支撑曲线加腋的角隅中，b2／Rt的关系应小于2，以减小曲线翼缘的法向分力向腹板集中的程度，此处b为翼缘的宽度，t为翼缘的厚度，R为益线加腋的益率半径。通常可用加强的墙梁和檀条，利用角撑为受压内翼缘提供侧面支撑。

五．结束语

轻型钢门式结构设计对于建筑工程钢结构设计来说具有十分重要的作用，对于钢结构设计的发展也是具有重大意义的，因此我们应该加强对于轻型钢门式结构设计的探讨。

参考文献：

[1]赵希平 某轻钢门式钢架厂房火灾后的恢复第三届全国现代结构工程学术研讨会论文集2003-07-01中国会议

[2]叶飞; 李其成; 沈小璞 带有长悬臂雨篷超大跨度门式钢架结构的有限元分析安徽建筑工业学院学报(自然科学版)2011-12-15期刊

[3]吕辉勇 轻型门式刚架平面内稳定性能及空间性能分析兰州理工大学2006-05-01硕士

[4]李久志; 王元清; 石永久 实腹式索支承梁拱结构的工程应用与研究钢结构工程研究（六）——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2006年学术交流会论文集2006-08-01中国会议

房屋钢结构设计论文范文第3篇

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.

[5] 李国强 . 多高层建筑钢结构设计 [M]. 北京：中国建筑工业出版社.2004 年版

房屋钢结构设计论文范文第4篇

【关键词】轻型钢结构，组合房屋，应用现状，发展

中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：

一、前言

轻型钢结构组合房屋一般是指采用轻型H型钢、槽钢、冷弯薄壁型钢、圆钢、小角钢及压型钢板、夹芯板组成的1～3层临时性房屋。轻型钢结构组合房屋是最简单的钢结构建筑，也是工业化程度最高的预制装配式轻型钢结构房屋。在建筑行业快速发展的今天，随着各种工程项目的开展，轻型钢结构组合房屋在越来越多的领域得到了广泛的应用，加强对轻型钢结构组合房屋的应用情况分析，并找出其中存在的问题提出解决措施，具有十分重要的社会经济意义。

二、轻型钢结构组合房屋的优势分析

近些年来，我国经济迅速发展，但是在经济高速增长的同时，也面临着严重的能源危机和生态危机，不仅仅严重威胁着国民的生命财产安全，影响到国民生活质量的提高，更严重阻碍了我国可持续发展战略的贯彻落实。其中各种建筑能耗一直在我国能源消耗中占据着很大的比例，降低建筑的能耗，发展绿色节能建筑，不仅仅是我国建筑行业发展的基本趋势，更是我国全面落实可持续发展战略的必然要求。轻型钢结构组合房屋的采用，具有很重要的意义。其独特的优势主要而言有以下几个方面，笔者将简单做出分析探讨。

1.具有很轻的重量，同时便于组装，组装速度快捷。一般而言，轻型钢结构组合房屋的重量要比传统的房屋要轻很多，平均每平米约150～300 N。同时，轻型钢结构组合房屋在另一方面也具有组装简单快速的特点。由于轻型钢结构房屋的各种构件基本都是在一些工厂开始都预先制定好的，有了需要时候，直接使用工具运送到目的地进行组装，只需要一些螺栓，自攻螺钉等构件，在熟练的组装人员的施工组装之下，可以很快的将房屋建造起来。相对于传统的房屋建造而言，其建造速度和施工周期要快速很多。

2. 轻型钢结构组合房屋在施工过程中，操作方便，施工速度快，同时会产生很小的噪音，噪声污染较小，在施工过程中，废气废水废渣排放量较小。由于钢结构中，主要的建筑材料使用的是钢材料，对土木，石灰，水泥等材料使用量大大减少，既减少了对各种资源能源的消耗，同时，可以加大建筑材料的回收利用效率，在绿色，节能，环保上具有很大的优势。

3.轻型钢结构组合房屋相对而言具有良好的抗震性能和抗风性能，不仅仅大大增强了建筑结构的稳定性，也可以大力保障建筑使用者的切身利益。在建筑的施工过程中，钢结构更有利于实施自动化，机械化生产，会减少劳动力的消耗，降低了工程造价。

三、轻型钢结构组合房屋应用和发展状况探究

1. 轻型钢结构组合房屋的结构形式

（一）板式结构：采用彩色钢板聚苯乙烯泡沫(EPS)夹芯板做成屋面、墙面的单层组合房屋，因为没有钢骨架，所以宽度(跨度)方向一般不超过5m。

（二）框架支撑结构：结构形式与日本东海租赁株式会社的基本相同，但是要根据我国现行的设计施工规程(规范)来确定钢结构的断面尺寸，合理选用已有建筑板材和保温材料。框架支撑结构体系一般多用于2层组合房屋，也可用于3层和单层组合房屋。屋顶可以做成双坡、单坡。

（三）盒子单元结构：其结构形式有整体盒子式和整体折叠盒子式两种。盒子结构可以是一个盒子单栋，也可以是多个盒子组成连排大栋以及2层组合房屋。可以配置内外钢楼梯。盒子构造做法：盒子单元的底座长度方向，梁采用轻型H型钢或槽钢；宽度方向，梁采用槽钢；地板龙骨采用C型钢或矩形钢管；立柱采用方钢管；盒子单元顶部长度和宽度方向的梁采用槽钢或C型钢，屋面檩条采用C型钢；单个盒子结构钢构件的断面尺寸应由设计计算确定，对于重叠堆放为二、三层的盒子单元房屋，每层的盒子单元结构均应由计算确定。屋面、墙面大都采用EPS夹芯板，门窗大都采用铝合金门窗或塑钢门窗。

2．轻型钢结构组合房屋应用中的问题和对策分析

（一）要加强轻型钢结构组合房屋的整体质量管理。要采取各种制度和政策对市场进行严格的规范。随着我国经济的发展和市场经济的不断完善，社会各个行业对轻型钢结构组合房屋的需求量逐渐增加，也进一步导致了很多资金流入其中，但是，除开市场很少的一些厂家能够很规范的进行经营之外，很多小企业的设计和施工都难以符合相关的质量标准，比如厂家的设计不够科学，钢材料和一些组装构件质量难以达到标准，房屋的整体很容易发生质量问题，比如房屋倒塌，漏水等，因此，加强对其质量管理控制具有十分重要的意义。

（二）轻型钢结构组合房屋属于临时建筑物，目前二、三层组合房屋钢结构构件的断面尺寸基本都不够。设计中关于基本风压的取值问题也有不同意见，厂家认为组合房屋属于临时性建筑，设计使用年限按5年考虑，风荷载计算时基本风压的重现期是取10年时的风压值还是取50年重现期相应的风压值存在争议。另外，对设计中一些系数的取值也有不同看法。为了促进行业的健康发展，当务之急是尽快组织编制轻型钢结构组合房屋行业标准和产品图集。

（三）研究开发新产品。在提高现有钢结构组合房屋质量的同时，不断研究开发新产品对每个企业都很重要。按照客户要求进行个性化设计制作，厨房、卫生问、阳台、走廊、楼梯、雨棚、电器、给排水及室外设施全部配套，客户开门即可人住。

3．轻型钢结构组合房屋的发展及应用

改革开放以来，我国的经济市场逐步和世界市场接轨，也为国外的轻型钢结构组合房屋进入我国的市场敞开了大门，在此过程中，也使得一些彩色的涂层钢板等各种配件，连接件，以及一些新材料和新产品逐步得到了引进，并得到了进一步的研发，从而进一步促进了我国的轻型钢结构组合房屋的发展和应用，但是，从总体而言，到目前二，我国的轻型钢结构组合房屋的生产厂家很多，但是其规模都相对较小。

上海宝钢产业轻型房屋有限公司是设计制作安装轻型彩钢组合房屋的专业厂家，其产品系列有城市小品、书报亭、工厂办公用房及工地盒子结构活动房等，公司以宝钢彩色涂层钢板的优势和房屋造型新颖具有现代感的特色，得到广泛应用，轻型钢结构组合房屋的需求量还在逐年增加。

四、结语

轻型钢结构组合房屋是我国房屋建筑行业的一个新的经济增长点，，对国民经济的增长和人们生活水平的提高有着巨大的推动作用。随着建筑行业不断的发展和完善，建筑结构不断出现新的趋势，在世界能源危机和生态危机日渐严重的背景下，降低建筑能耗，实施低碳环保的建筑结构设计，对我国的可持续发展战略的贯彻落实有着十分重要的意义。轻型钢结构建筑作为一种新型的建筑结构，具有其独特的优势，不仅仅有助于提高建筑结构的稳固性和安全性能，更能够满足低碳节能，生态环保的设计要求，加强轻型钢结构房屋的推广和应用，不仅仅有助于进一步推进绿色建筑节能建筑的发展，更有助于促进我国可持续发展战略的贯彻落实。

参考文献：

[1]弓晓芸 弓剑 轻型钢结构组合房屋的应用和发展 [期刊论文] 《钢结构》 -2006年3期

[2]王经龙 于江 组合房屋在我国的应用和发展 [期刊论文] 《四川建材》 -2008年5期

[3]王紫芸 轻型钢结构组合房屋应用问题探讨 [期刊论文] 《钢结构》 -2008年4期

[4]弓晓芸，再谈轻型钢结构组合房屋的应用问题 [会议论文] 2009 - 2009年全国建筑钢结构行业大会

[5]何天民 轻型钢结构组合房屋开创居住新理念 [期刊论文] 《中国建筑金属结构》 -2011年9期

[6]冯洁 轻钢结构:开创组合房屋新概念 [期刊论文] 《中国建筑金属结构》 -2012年3期

房屋钢结构设计论文范文第5篇

多层轻型房屋钢结构住宅是近年来我们国家快速发展的新型建筑体系，也是目前国内住宅研究和开发的方向。但是它的设计方法，结构体系，结构特点和常用经济指标不为设计者所熟悉，因此多层轻钢住宅示范楼的设计与施工是推广这种新型体系的最好方式。本文结合目前多层钢结构住宅的发展历史以及优势等方面进行了介绍，并对多层轻型房屋结构设计及应付提出了自己的看法。

一、轻钢住宅在我国的发展

我国轻型钢结构经过20多年的发展历史，虽然起步并不晚，主要由于经济与技术、观念意识、设计技术规范的原因使得多层轻钢住宅的发展受到制约及限制，我国建筑中采用钢结构设计的比例还不到5％。

近几年，国家加强了对钢结构住宅的政策指导和支持，钢结构住宅技术日益发展，已经具备了发展钢结构住宅的条件。由于采用“工厂化制造，现场安装”的施工方式，大大缩短了建筑周期，而且抗震性能好，免除了烧砖烧瓦对土地的破坏。

目前我国钢结构年产值约为600亿元，正以年均25%左右的幅度增长。中国钢铁工业的产量已居于世界前列，但钢材在建筑业的使用比例远低于发达国家的水平。

二、多层轻钢住宅的优势

轻型钢结构住宅的建造技术是在北美式样木结构建造技术的基础上演变而来的，经过百年以上的发展，已形成了物理性能优异、空间和形体灵活、易于建造、形式多样的成熟建造体系。

过去我国大量开发的是以小开间砖混结构为主的住宅。这种住宅体系由于使用实心粘土砖，浪费土地资源，建筑物自重大，对抗震不利。另一方面，由于结构体系自身的限制，住宅平面布局多为封闭式的小开间，不能适应不断变化的居住模式的要求。

与传统住宅相比，多层轻钢住宅具有明显的特点与优势，日益受到重视。

多层轻钢结构住宅的优势有：

（一）自重轻，抗震性能好。

采用高效轻型薄壁型材，构件截面特性优良，相对承载力高，受力性能良好，整体刚度大，抗震性能好，可以大量节约材料，减轻结构重量，降低基础，运输和安装费用。因此，对地震区，地质条件差和运输不便的地区，其优越性更为明显。

（二）外形美观，建筑造型简洁，丰富，构件截面尺寸小，净使用面积增加。

钢材强度高，可以提供较大的柱网布置；当考虑楼板的组合作用，使用组合梁或扁梁时，可以增加净高。这种开放式住宅既为建筑师提供设计的回旋余地，又为住户提供了灵活分隔室内空间的可能。

（三）供货迅速，安装方便，可以比混凝土结构至少缩短一半工期。

在当前贷款利率高的金融形式下，早投产，早回收投资，这对于降低工程总造价，增加投资效益幅度是十分重要的。

（四）干法施工，装备化程度高，建设快速，高效，质量有保证。

轻钢结构在生产和使用的过程中能源与原材料消耗低，建筑垃圾少，粉尘少，噪音低，具有很高的可重复使用性和可循环性，因此是一种绿色环保结构。

三、我国轻钢结构住宅面临的一些问题

在轻钢结构住宅的建筑设计理念上，我国同国外有明显差距。目前，我国的轻钢结构建筑设计仍然执行现行的各种建筑规范，与混凝土建筑没有本质的区别。但其建筑理念由于使用材料的特殊性，确有与混凝土不同的地方，进而使其建筑表现出多种差别。

（一）缺乏有针对性的钢结构住宅规范

我国的标准规范是针对几十年来大量使用的结构体系编制的, 轻钢结构住宅体系此前在我国属于技术空白, 所以不能满足我国现行强制性规范的某些条文不足为奇。我国《冷弯薄壁型钢结构技术规程》基本上不考虑用厚度2毫米以下的钢材制作主要承重构件, 对于国外大量采用的壁厚0.8～1.6 毫米的镀锌轻钢龙骨承重体系, 我们既缺乏对其受力状况和结构安全性、耐久性的理论分析, 也缺乏相关的实验数据, 这就使得轻钢住宅的结构设计在我国寻找不到有针对性的规范作为依据。这种与国内规范不衔接的状况, 使轻钢结构住宅项目无论在工程报建阶段还是在工程验收阶段, 都会遇到数不尽的障碍与麻烦。

（二）设计观念落后

混凝土建筑的设计都是按着先建筑设计后结构设计的理念进行设计，而轻钢结构建筑由于其特殊的材料和先进的设计软件，得以使设计程序实现建筑结构一体化设计，即建筑设计与结构设计同时完成。目前，国外轻钢结构企业都是遵循这样一条理念，而国内的大多数企业仍执行混凝土建筑设计的原则。建筑设计按混凝土建筑的设计方式进行设计，在结构设计的时候一方面很难完整地表现其建筑风格，另一方面也破坏了轻钢结构建筑特有的建筑特色。

（三）建筑保温和节能问题

钢材传热系数大, 热量散失快, 且易形成冷桥, 因此保温节能是轻钢结构住宅要解决的主要问题之一。轻钢结构住宅保温有外保温和内保温两种做法。外保温做法是在墙柱间填充玻璃纤维, 在墙外侧再贴一层保温材料, 有效隔断了通过墙柱至外墙板的热桥; 内保温层是指外墙内表面层加入内部松软的保温层, 再罩一层纸面石膏板、其他板材或做上抹面, 形成硬质面层。墙体的保温性能会大大加强。阻止了室内的大量热能向室外散发, 从而起到了节约热能的作用。

（四） 建筑防火问题

钢材不耐火, 轻钢结构住宅要进抗火设计及防火措施保护。目前常用的防火措施有四种: (1) 防火涂料法。(2)隔离法。(3) 实心包裹法。(4) 膨胀漆覆盖法。抗火极限最高达2h。对于轻钢住宅结构最关键的问题是防火技术的应用, 工程中常用作法是: 在墙的两侧与楼盖的天花处贴防火石膏板, 对于普通防火墙和分户墙用2514mm 石膏板保护, 以达到1 个小时的防火要求, 另外在墙体墙柱间与楼盖搁栅间填充的玻璃纤维对于防火与热传递也起了积极的保护作用。

（五）建筑隔音问题

建筑隔音问题已经成为业主关注的重点, 声音传播分为空气传播和固体传播两种形式。《民用建筑隔音规范》要求: 建筑隔音最低标准为40 分贝。轻钢住宅中, 采用内外墙及楼盖搁栅间填充玻璃棉, 阻止空气传播; 在分户墙用二道墙柱构成带有中间空隙的二道墙体; 对于固定吊顶石膏板的小龙骨, 用带有小切槽的弹性构造措施减少楼层间的固体声传播。

四、对目前轻钢结构住宅应用的一些思考

（一）应有计划地建造一批试验工程, 以便引进该项生产技术

如果没有一定的建造量, 就不可能编制完成我们自己的轻钢结构技术规范,在中国使这项技术成熟起来就成为一句空话。虽然一般情况下我们强调必须执行强制性规范, 但是技术标准和规范就其性质来说, 永远都是落后于技术自身的发展的。因此, 在国内规范不完善时, 建造试验工程不仅是应当的, 而且是必须的。

（二）应编制相应的轻钢结构住宅技术标准和规范

由于与国外标准体系、技术环境的差异, 甚至标准管理方式和部门分工的不同, 都使这项工作在我国具有相当的难度，根据建设部技术标准编制工作计划,目前建设部住宅产业化促进中心正在组织各有关科研设计单位、大专院校、生产企业共同编制行业技术标准《低层轻钢结构住宅技术要求》, 这项标准后, 将结束轻钢结构住宅在我国无技术标准可依的局面。

综上所述，我国的轻钢结构住宅尚处于发展阶段, 还有许多问题需要进一步研究和完善, 但产业化、技术集成化是我国住宅业发展的必由之路, 轻钢结构住宅体系符合国家发展轻钢结构住宅, 建设“百年住宅”, 实现小康社会的住宅的目标要求, 具有良好的发展前景。我们相信，钢结构将会迎来一个快速发展时期，由混凝土结构、砌体结构一统天下的格局将被打破，从事钢结构制造、施工企业将前景非常宽阔。

孙韬 钢结构住宅楼板形式的比较研究 [期刊论文] -徐州建筑职业技术学院学报2009(4)

房屋钢结构设计论文范文第6篇

关键词：抗震性能化设计，格构柱剪切变形，折减系数，性能指标

中图分类号：S611文献标识码： A

1、前言

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

图1 厂房内实物图

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

2、优化思路

2.1 主构件基于性能设计的优化

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

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

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

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

表1 主刚架优化结果

2.2 次构件基于性能设计的优化

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

2.3、抗震性能化设计

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

3、格构柱剪切变形影响

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

（1）

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

3.1、理论分析

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

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

图2 节间抗侧刚度计算简图

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

1）柱顶集中荷载情况

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

，则，得到

，即格构柱惯性矩折减系数为 （2）

2）柱身均布荷载情况

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

，即格构柱惯性矩折减系数为（3）

3.2、算例验证

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

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

表2 集中荷载作用格构柱在变化缀条面积条件下折减系数对比情况

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

图3 均布荷载作用格构柱在变化缀条面积条件下折减系数对比情况

由表2、图3可知，本文提出的折减系数更加接近三维模型计算值。

3.3 考虑剪切变形对结构侧移的影响

图4 计算简图

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

4、小结

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

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

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

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

参考文献

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

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

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

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

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

[6]张宇力，对《钢结构》教材中格构柱问题之商榷[J]，华南建设学院西院学报，1997.6，5（1）：76-78。

[7]沈祖炎，陈杨骥等，钢结构基本原理（第二版）[M]，北京：中国建筑工业出版社，2006.2。

房屋钢结构设计论文范文第7篇

关键词：大跨度体育馆；钢桁架；结构设计；内力；杆件；抗震性能

钢结构自身的重量小、强度高，可塑性和柔韧性都较强的特点，使其成为公认的具有良好性能的结构，而且以桁架为代表的钢结构被广泛应用到空间结构体系中，尤其是跨度较大，标高较高的大型场馆，空间钢结构管桁架设计作为其屋盖结构发挥着很多的优点。

1 管桁架结构的分类

大量的建筑工程实践证明：大跨度桁架结构的运用一方面满足了建筑的基本原则和要求，另一方面也与最新的设计理念相吻合。伴随着建筑业的不断深化与发展，出现了许多类似跨度大、空间形状相对复杂多变的钢结构的建筑，而且在形式方面也日渐新颖。

桁架根据杆件布置的不同以及受力方式的差异，一般分为平面和空间两种结构形式。平面桁架是指上、下弦以及腹杆全部处于同一平面，而空间桁架结构的上、下弦同腹杆通常处在一个三角形截面上。一般说来，前者的外部刚度较差，而后者的结构跨度大、稳定性高，外观通常也比较富有美感，因此被采用的较多。另外，对于管桁架的连接件杆件截面的种类，一般常用的为圆形、正方以及长方形，选择不同图形的截面相应的桁架类型也有所不同。

2 大跨度桁架结构的受力分析及结构设计

大跨度桁架结构的受力分析及计算是钢结构屋盖体系中的重点和难点，因此无论是受力分析还是结构设计，都需要借助专业计算软件的力量来达到事半功倍的效果。

2.1 计算软件的选择

大跨度桁架结构的设计一般使用同济大学的3D3S软件，同时还采用有限元软件Sap2000进行校核。3D3S可方便输入单元、节点、局部单元荷载，各种工况荷载都可以通过导荷载的方式由面荷载转化为节点荷载，风荷载可自动考虑风压高度变化系数、风振系数；可套用多种规范进行验算，特有同一模型中对不同的单元采用不同的控制参数功能；可方便输出模型以及每一单元在各工况、组合下的内力、位移、应力比图，因此，工程中最常使用计算软件为3D3S。同时，采用Sap2000对结构整体分析，可得到杆件最不利内力及结构最大变形。

2.2 受力分析

在大跨度体育馆桁架结构的设计中，传统的开口截面（如H型钢和I字钢）应用的很多，但相比较来讲，尤以管状的桁架更为常见，因此本论文在讲述桁架结构的受力特点和计算规则时，主要是以管状的桁架为例。管桁架，是指用圆杆件在端部相互连接而组成的格构式结构。

通过建模分析以及荷载的组合分配，理论上将大跨度体育馆桁架的荷载分为永久荷载与可变活荷载两类。前者主要指承重结构的自重（包括杆件及节点的自重）、屋面板及檩条的自重、马道、吊挂灯具及其他设备的自重，一般按从属面积折算荷载值；后者主要是一些不确定的载荷，如风荷载、雪荷载、上人屋面的荷载，甚至是地震荷载等作用在屋盖上的“可动力”。

管桁架结构的计算要满足基本的规定：管桁架结构应进行重力荷载及风荷载作用下的内力、位移计算以及整体的稳定性验算，并应根据实际情况，对地震、温差变化、支座沉降及施工安装荷载等作用下产生的位移与内力进行计算。其中，内力和位移可按弹性理论，采用空间杆系的有限元方法进行计算。外荷载可按静力等效原则将节点所辖区域内的荷载集中作用在该节点上。结构分析时，应考虑上部空间网格结构于下部支承结构的相互影响；另外应根据结构形式、支座节点的位置、数量和构造情况以及支承结构的刚度，确定合理的边界约束条件。

当然，受力分析的重点是桁架的节点处。统筹的讲，桁架的相贯节点有K型、T型、马鞍加强型（具体如图1所示），也需要对节点的受力形式及连接形式进行计算。

2.3 结构设计优化

追求永无止境，成功的设计是在保证安全、设计质量、规范要求等的前提下，尽可能地采用3D3S等结构设计软件对杆件、节点进行对比分析，改善结构布局，运用新工艺、新材料、新技术、新设备来不断地优化整个结构，以期达到经济性和实用性的推广作用。

3 大跨度桁架结构的强度和稳定性设计

3.1 抗风荷载作用的构造设计

对于大跨度的轻型屋盖来讲，风荷载的作用是影响结构稳定的重要因素。大跨度体育馆都要求内部空间的宽广，而这势必就造成屋盖在风的吸力作用下被掀起，因此大跨度桁架结构的设计要充分考虑整个结构的抗风系数和抗风能力。大跨度结构受力复杂，质量较轻、阻尼较小，处于湍流度高的低矮大气边界层中，导致负压作用明显，如屋面转角、边缘和屋脊等部位。另外，这些部位的压力波动往往较大，甚至有可能产生交变力的作用，因此这些部位容易成为大跨度屋盖结构在强风破坏中首当其冲，对风灾后大跨度屋盖房屋破坏情况的实地调查资料也充分证实了这一点。

对于大跨度屋盖结构的抗风问题，除了应对结构进行合理的抗风荷载设计以保证结构主体的强度以外，还需要针对桁架结构的薄弱部位和薄弱环节采取有效的抗风结构构造设计，用来加强结构各构件之间的整体性。一般来讲，体育馆中大跨度桁架结构的抗风构造设计从下列三个方面考虑：①加强屋盖系统自身的连接和整体性；②加强屋盖系统与其承重墙（柱）体的连接；③加强桁架各个节点的连接形式。

3.2 桁架的抗震性能设计

地震是地壳运动时地表产生的一系列纵向和横向颤动。根据规范，凡属剧场、体育馆等大跨度公共建筑，其抗震措施按设防烈度均应选用8度设防，而且多采用时程分析进行补充计算。

采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振形分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。当采用振形分解反应谱法进行体育馆大跨度桁架结构的地震作用分析时，要取前30个振形，而且对体形特别复杂或重要的需要取更多振形进行效应组合。在抗震分析时，应考虑支承体系对其受力的影响，此时可将桁架结构与支承体系同时考虑，按整体分析模型进行计算，其中的地震作用效应分析的阻尼比可以根据不同的情况参照下表。

参考文献

[1]戚豹，康文梅.《管桁架结构设计与施工》.中国建筑工业出版社，2012.

[2]中华人民共和国标准.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3]中华人民共和国标准.GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4]王杰，王俊平，王治.《空间钢管桁架几何尺寸对其内力变化的影响》.科学技术与工程2010第10卷第3期.

房屋钢结构设计论文范文第8篇

关键词 ：轻型钢结构 门式刚架 优化

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

Keywords: light steel structure the door frame of optimization

中图分类号：TU328 文献标识码：A文章编号：

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

1 门式刚架的形势及特点

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

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

1.1门式钢架 的结构形式

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

1.2门市刚架的特点

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

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

（3）跨度较大的钢架可采用改变腹板高度、厚度及翼缘宽度的变截面。

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

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

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

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

2 轻型结构门式钢架设计要点

2.1合理跨度的确定

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

2.2刚架最优间距的确定。

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

2.3确定科学的结构力学模型

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

3 结束语

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

参考文献 ：

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

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

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

第一作者简介

姓名 张严方 性别 女 出生年 83.12 职称 助理工程师

论文题目 关于工业厂房设计中轻型门式刚架的优化 文章编号

单位名称 国家粮食储备局西安油脂科学研究设计院 邮编 710082

基金项目编号

目前主要从事的工作：主要从事工业与民用建筑的建筑、结构设计方面的工作

房屋钢结构设计论文范文第9篇

关键词: 轻钢结构 加层 柱脚施工 钢柱 钢梁 设计 施工要点

中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：

一．引言

伴随着我国经济的快速发展，我国城市规模越来越大，人们对建筑的需求也是越来越多，对建筑质量的要求也是不断的提高。在过去由于我国的经济发展水平及技术有限，许多的建筑物建筑功能不完善，结构不合理，导致这些建筑物现在已经远远不能够满足现时代的发展要求。这种现象在我国近几年出现的特别多，其建筑物主要是受当时的经济条件及技术的限制，得不完善。正是因为这种现象的普遍存在，使得对现有建筑物加层及改建的工程越来越多。这也成了当前改变建筑物面貌，完善建筑功能最直接、最实用、最经济以及最快捷的方式。

轻钢结构具有自身的优点，主要体现在其制造安装比较方便、材料轻质高强、建筑的形式多种多样比较灵活等方面。所以在建筑的加层、改建中得到了广泛的运用，并且也取得了比较好的经济效益和使用效益。所以本文就结合某工业企业的行政楼加层工程为例，简要的分析介绍了在轻钢结构加层设计以及施工中出现的一些问题，并提出了一些自己的观点。

二．轻钢结构的优点

1. 轻钢结构的自重轻, 有较好的抗震性能。使用轻钢结构可以大幅减少建筑工程的基础造价, 特别适用于那些地质条件比较差的地区，轻钢结构属于一种柔性结构, 加之其自重比较轻, 该结构对地震的反应小, 十分适用于地震多发的地区。

2. 采用轻钢结构的工程施工周期比较短。我们知道轻钢结构的一些构件都是由工厂标准化生产的, 质量十分稳定, 可以现场拼装，并且工艺比较简单,施工受环境季节的影响比较小，可以大大的缩短工期。

3. 采用轻钢结构的综合经济效益比较好。正是因为使用轻钢结构的施工周期比较短, 许多加层工程都可以提前投入使用, 这样也可以提前获得投资的效益。同时因为轻钢结构建筑的自重比较轻,所以大部分不需要做桩基,这也可以节省大量的投资。

4. 轻钢结构的环保性好。采用轻钢结构无噪声、无污染。而且建筑材料也可以拆卸，能够100%的回收, 这也符合国家对土地资源的政策、环保政策，符合国家可持续发展的战略, 所以轻钢材料是一种典型的环保性建筑材料。

5. 轻钢的舒适性十分好。使用新型的轻质围护材料, 不霉变, 不助燃, 不虫蛀。并且装修可以一次性到位, 少维修。采用轻钢墙体符合高效节能的标准, 这种材料具有呼吸的功能, 可以有效的调节室内空气干湿度。

三．采用轻钢结构的加层结构设计

1. 加层工程概况

该行政楼是在1996年设计建造的，一共5层，是框架结构，具有独立的基础，一部分基础因为填土层比较厚所以采用人工挖孔灌注桩的方法施工。该建筑的空间为9M×6.9M，长度为42.3M，跨度为16.7M，层高为3.6M，具有7度抗震能力。

2. 结构方案的选用

近年来，随着企业规模的不断扩大。员工人数也不断增加，行政楼使用面积已经远远不能满足现实的需要了，所以在征得有关部门的同意之后，决定采取加层的办法，即在原行政楼顶再加盖一层。为了不影响行政楼现在的使用，同时满足结构承载力的有关要求，并要求在两个月之内完工。基于此建设部门对该行政楼的原结构进行了全面的分析计算，并结合了当前国内外加层改造的一些实例后，决定采取具有刚度大、自重轻、综合效益好、抗震性能高以及施工周期比较短等优点的轻钢结构作为配套的外饰面材料。

3．结构设计的几处要点

（1）钢框架柱脚节点既是轻钢结构受力最复杂之处。也是新旧结构连接的关键部位。鉴于目前植筋技术较为成熟，因此本工程在新旧柱子连接上采用直接钻孔连接法，即在原有的框架柱头上直接钻孔，通过高强度的化学粘合剂粘合锚杆和孔壁，使锚杆、锚圊基础与被锚固对象形成一个整体，从而达到固定构件或提高构件承载力的效果，待粘合剂硬化后安装钢柱。

（2）本工程下部为框架结构，上部采用轻钢结构。由于沿竖向刚度分布不均匀，因此在抗震计算的时候不宜采用底部减力法，应采用振型分解反应谱法。因结构主体仍为钢筋混凝土结构，加层后结构的阻尼比取0.05。而且需在两端设置十字形柱间支撑并且设置足够的纵横向支撑系统(横向支撑系统布置在房屋两端山墙处，纵向支撑系统布置在加层两端的开问)，以提高钢架的稳定性和刚度。

（3）为了减轻加层自重对地基承载力的影响，在满足功能使用要求前提下，应尽量选用轻型材料。本工程屋面采用100mm厚象牙镀锌夹芯板，墙面采用150mm厚镀锌复合保温板，以上材料具有轻质、高强、防水、美观耐用、抗震好、安装简便、经久耐用等优点。

四．加层工程的施工要点

使用轻钢结构进行施工时，除了要组织专业的技术人员熟悉图纸，进行图纸的会审之外，还要让施工的人员了解图纸的设计意图，不能盲目的施工。除此之外也还要注意一下几点：

1．本工程柱脚连接采用植筋技术施工中先根据设计要求，按图纸间距、边距定好位置，然后要严格控制孔深、水平度、孔内清洁度及干燥度等，以防止结构受力受到影响并进行抗拉拔实验。

2．对构件全面检查结构安装前应对构件进行全面检查，如构件的数量、长度、垂直度等，如安装中接头处螺栓孔之间的尺寸是否符合设计要求等。在安装过程中，应先安装靠近山墙有柱间支撑的两榀钢架，而后安装其他钢架；头两榀钢架安装完毕后。应将两榀钢架间的水平系杆、檩条及柱间支撑、屋面水平支撑等构件的垂直及水平度调整正确，然后方可锁定支撑，再安装其他钢架；而在施工中，一般作业人员由于考虑施工方便及吊车费用，会先行安装钢柱、钢梁等，而后再行安装柱间支撑等，这样违反操作顺序容易造成安全事故，同时待钢架全部安装完后再调整构件的垂直度和水平度会相当困难。根本无法达到规范要求。

3．根据焊缝等级的不同严格按照规定检验。因为钢结构焊接缺陷的存在会对焊接钢结构的力学性能和安全使用产生重要的影响，所以一定要按规定严格检验。危害主要是缺陷端部造成严重的应力集中；削弱焊接接头承载哉面；降低焊接接头的强度和致密性，导致焊接接头承载力的下降，缩短使用寿命，甚至造成焊接接头脆性断裂或结构倒塌事故。此外，有些焊接缺陷，如焊缝浃渣、电弧擦伤等会降低焊接结构的耐腐蚀性能。

4．轻钢结构的除锈和涂装。轻钢结构的除锈和涂装是目前轻钢结构施工中较易被忽视的一项工作，也是钢结构工程施工的薄弱环节。这种现象不纠正，对钢结构的施工质量影响甚大。因为除锈和涂装质量的合格与否直接影响钢结构今后使用期间的维护费用。还影响钢结构工程的使用寿命、结构安全及发生火灾时的耐火时间(防火涂装)，因此必须对除锈和涂装工作给予高度重视，严格按照规范对各个工序进行严格的检查验收，这是确保钢结构涂装质量的基础和保障。

五．结束语

经过差不多两个月的时间，此项加层工程设计、施工已经顺利结束，现在已经投入了使用。该建筑投入使用后也通过了一系列的检查和测试。加层部分质量达到了设计的标准，具有比较强的适用性。通过这个案例的简析，我们知道了轻钢结构加层技术不仅仅符合了建设节约型社会、环境保护的要求，而且也产生了巨大的社会效益和经济效益。所以实践再次证明，对一些原有建筑加层或者扩建采用轻钢结构，这是十分明智的选择，而且也是行之有效的一种技术手段，具有很好的推广性和运用性。当前国家日益加强了对节能减排的重视，所以我们相信轻钢结构加层的技术一定会有十分广阔的应用前景和发展空间。

参考文献：

[1]陈兴龙 对轻钢结构加层设计及施工的几点思考 [期刊论文] 《中等职业教育（理论）》 -2010年5期

[2]韩凤霞 于江Han FengxiaYu Jiang某办公楼轻钢加层设计[期刊论文] 《工业建筑》 ISTIC PKU -2006年z1期

[3]王秀丽 沈世钊 朱彦鹏 李庆福 王文达轻钢结构在房屋增层改造中的应用[期刊论文] 《兰州理工大学学报》 ISTIC PKU -2004年1期

房屋钢结构设计论文范文第10篇

关键词 ：轻钢结构；单层厂房；设计；

中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号：

引言

随着国家经济的快速发展，钢结构在建筑领域起到了举足轻重的作用，扮演着越来越重要的角色，无论在工业还是民用建筑中，钢结构以其突出的特点迅速地占领着越来越广的市场。其特点有：其整体刚度和抗震性能好、施工速度快、自重轻、承载力高，在大跨度及超高层建筑中代替了钢筋混凝土结构，但也存在着防火性能差、易腐蚀等缺点，在设计中根据其特点扬长避短才能更好地发挥钢结构的作用。

一、钢结构厂房空间结构解析

为了使本论文的钢结构厂房分析设计更具有针对性和信服力，这里以实际的炼钢厂房钢结构厂房为具体研究对象进行分析讨论。由于钢铁工业是国民经济的支柱产业，炼钢厂就成了一个重要的生产场所，属于抗震规范中的乙类设防建筑。由于工艺布置的特殊性和生产设备的需要，炼钢厂主厂房往往具有质量、刚度分布严重不均匀的特点。又基于建设周期及抗震性能等的综合考虑，这类厂房大都采用全钢结构建造。本文中以某设计生产能力为50吨的转炉炼钢厂为研究对象。

由于工艺要求的复杂性，该厂房由炉渣跨、加料跨、炉子跨、钢水接收跨、连铸浇铸跨、连铸出坯跨共六跨组成，核心设备布置在炉子跨中部的塔楼内。该转炉炼钢厂房主要由塔楼、散状料上料系统、柱子系统、屋盖系统和吊车梁系统几大部分组成，各部分的结构大都是由型钢和钢板焊接或螺栓连接而成。

二、轻钢结构单层厂房设计的要点

2.1结构体系

1) 门式刚架分为单跨、双跨、多跨以及带挑檐的和带毗屋等多种形式。多跨刚架中柱与刚架梁的连接可采用铰接。

2) 轻型钢结构工业厂房结构体系中，屋面常采用有檩体系，檩条间距为1． 5 m，屋面板为压型钢板或夹芯板，檩条采用冷弯C 型钢或高频焊接薄壁H 型钢; 外墙采用有墙梁体系，墙梁间距为1.5 m ～ 2.1 m，墙面板为压型钢板或夹芯板，墙梁采用冷弯C 型钢或高频焊接薄壁H 型钢。主刚架梁下翼缘和主刚架柱内侧翼缘平面外的稳定性，可通过在刚架梁下翼缘和檩条间或刚架柱内侧翼缘和墙梁之间设置的隅撑来保证。主刚架之间的水平支撑可采用张紧的圆钢或角钢。

3) 根据跨度、高度和荷载不同，门式刚架的梁柱可采用变截面或等截面实腹焊接工字钢或成品H 型钢截面。单层厂房中当设有桥式起重机时，柱截面宜采用等截面构件。

4) 轻钢结构工业厂房刚架柱基础，刚架柱柱脚与钢筋混凝土基础的连接可按铰接或刚接，当厂房内设有桥式起重机时按刚接连接，其他情况按铰接连接。

焊接实腹式工型截面门式刚架承重结构由刚架和基础两部分组成。门式刚架承重结构体系的刚架、檩条( 或墙梁) 以及压型钢板间通过可靠的连接和支撑相互依托，体系受力更趋向于空间化。

2.2 结构布置

1) 屋面结构平面布置

单层厂房轻刚结构房屋伸缩缝的设置: 当房屋纵向长度不小于300 m，横向长度不小于150 m 时需要设置温度伸缩缝。温度伸缩缝的做法有两种: 檩条连接处的螺栓孔采用椭圆孔或设置双排柱，使结构有足够的伸缩空间; 吊车梁与柱的连接处宜采用椭圆孔。

屋面檩条的布置，应考虑天窗、通风屋脊、采光带等因素的影响，屋面压型钢板厚度和檩条间距应按计算确定。

2)墙面墙梁布置

单层厂房轻刚结构房屋墙面墙梁的布置，应根据门窗的位置、大小确定墙梁的位置，另外设有挑檐、雨篷时还应增设墙梁等构件，墙梁的规格尺寸应由计算确定，同时还应考虑墙面板的规格，考虑到厂房的美观，一般墙面梁设在主刚架柱的外侧。

3) 支撑布置

横向水平支撑和竖向柱间支撑可提高刚架的整体刚度，并能承担和传递水平力，防止杆件产生过大的振动，避免压杆的侧向失稳，可保证结构安装时的稳定。

当设有温度伸缩缝时，在每个温度伸缩单元应分别同时设置横向水平支撑和竖向柱间支撑以形成几何不变、稳定的空间结构体系。

横向水平支撑一般设置在温度伸缩单元两端第一开间刚架梁上翼缘，在水平支撑交叉的节点处应设置刚性系杆。横向水平支撑的间距不大于45 m。横向水平支撑既可以采用十字交叉圆钢，又可以采用双角钢作支撑。

当温度伸缩单元长度不超过90 m 时，在温度伸缩单元两端第一开间的上柱处设置上柱柱间支撑，在温度伸缩单元中间的柱开间内分别设置上下柱柱间支撑。上柱柱间支撑为单片角钢，连接在柱腹板的中间，下柱柱间支撑为双片角钢，连接在下柱两侧翼缘。值得注意的是在温度伸缩单元的端部不设下柱柱间支撑。

在刚架转折处应沿房屋全长设置刚性系杆。

三、轻钢结构厂房钢构件的设计

3.1 主要承重构件( 刚架) 内力计算方法

刚架的内力计算方法分弹性分析和塑性分析方法，变截面门式刚架通常采用弹性分析方法，等截面门式刚架通常采用塑性分析方法，同时还应满足现行《钢结构设计规范》的相关要求。

3.2 门式刚架位移( 侧移) 计算

当屋面坡度不大于1 ∶ 5 时，柱顶在水平力H 作用下的位移( 侧移) u，可按下列公式计算:

柱脚铰接刚架:

柱脚刚接刚架:

其中，h，L 分别为刚接柱高度和刚架跨度; Ic，Ib分别为柱和横梁的平均惯性矩; H 为刚架柱顶等效水平力; ζt为刚架柱与刚架梁的线刚度比。

3.3 构件强度计算

工型截面受弯构件在剪力、弯矩共同作用时，强度按下式进行计算:

当

当截面为双轴对称时:

其中，Mf为两翼缘所承担的弯矩; Me为构件有效截面所承担的弯矩，Me = We f，We为构件有效截面最大受压纤维的截面模量;Af为构件翼缘的截面面积; Vd为腹板抗剪承载力设计值，Vd =hw tw fv '。

3.4 构件稳定计算

轴心受压构件( 工型截面) 局部稳定计算:

受压翼缘:

腹板:

其中，b 为受压翼缘自由外伸宽度; t 为受压翼缘的厚度; fy为钢材屈服强度; hw为腹板的计算高度; tw为腹板的厚度。

3.5刚架柱基础的设计

3.5.1基础形式

门式刚架轻型房屋钢结构常用的基础形式有:

1) 钢筋混凝土独立基础，一般用于地基承载力比较大，土质比较均匀的情况。

2) 柱下条形基础多用于加固工程中，在处理新旧建筑物基础时，可以避免对旧建筑物基础造成不利的影响。

3) 桩基础一般用于深基础，地基回填土较多、持力层较深的情况。

3.5.2 基础的设计

1) 轻钢结构厂房门式刚架柱基础通过钢板与钢筋混凝土基础之间连接采用铰接或刚接柱脚。

2) 柱脚锚栓应采用Q235 钢或Q345 钢制作。锚栓的锚固长度应符合GB 50007-2002 建筑地基基础设计规范的规定，为抵抗上拔力锚栓端部设置弯钩或锚板，锚栓的直径不小于24 mm，且应采用双螺母或采取防止螺帽松动的有效措施; 柱脚锚栓按下柱柱间支撑传递的纵向风荷载和吊车刹车力或纵向地震作用的上拔力计算。刚架柱底部的水平力由柱脚底板与钢筋混凝土基础顶面之间的摩擦力来承担，若还不满足须设置槽钢或角钢抗剪键。计算柱脚锚栓的受拉承载力时，应采用螺纹处的有效截面面积。

结束语

轻钢结构具有自重轻、工厂化和商品化程度高、施工周期短、节能环保等明显的优点。轻钢结构门式刚架设计在单层工业厂房中越来越得到人们的青睐，但它毕竟还是一个新生事物，需要我们设计人员在工程设计中不断的探索、改进、回访中积累经验，进而解决在工程设计中遇到的新技术、新问题。新技术、新材料的应用给设计人员提供了锻炼的机会，带来了新的挑战，只要对不断出现的新技术、新材料、新问题勇于探索、勇于创新，就能攻克难关，从而使新技术、新材料得到广泛应用，我们的设计水平也会有较大的提高。

参考文献

[1]魏明钟.钢结构设计新规范应用讲评[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[2]李春祥,黄金枝,金兢.高层钢结构抗风抗震控制若干问题探讨[J]. 振动与冲击,2000.

[3]崔佳，等．钢结构设计规范理解与应用．北京：中国建筑工业出版社，2004．