刚架结构设计论文范文
时间：2023-02-26 07:11:09
刚架结构设计论文范文第1篇
关键词：轻型门式刚架结构设计计算
轻型门式刚架房屋结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期。近十多年来得到迅速的发展，目前国内每年有上千万平方米的轻钢建筑工程，主要用于轻型的厂房、仓库、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。
单层轻型门式刚架结构是指以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H形钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（槽形、Z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系。
在目前的工程实践中，门式刚架的梁、柱多采用焊接H形变截面构件，单跨刚架的梁柱节点采用刚接，多跨者大多刚接和铰接并用；柱脚可与基础刚接或铰接；围护结构多采用压型钢板；保温隔热材料多采用玻璃棉。
1单层轻型门式刚架结构的特点和设计中的注意事项
1.1单层轻型门式刚架结构相对于钢筋混凝土结构具有以下特点：
(1)质量轻
围护结构采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量都很轻。根据国内工程实例统计，单层轻型门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为10~30kg/m2，在相同跨度和荷载情况下自重仅约为钢筋混凝土结构的1/20~1/30。由于结构质量轻，相应地基础可以做得较小，地基处理费用也较低。同时在相同地震烈度下结构的地震反应小。但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载可能成为单层轻型门式刚架结构的控制荷载。
(2)工业化程度高，施工周期短
门式刚架结构的主要构件和配件多为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便；除基础施工外，基本没有湿作业；构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。
(3)综合经济效益高
门式刚架结构通常采用计算机辅助设计，设计周期短；原材料种类单一；构件采用先进自动化设备制造；运输方便等。所以门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益相对较高。
(4)柱网布置比较灵活
传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6米，当采用12米柱距时，需设置托架及墙架柱。而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。
1.2设计中的注意事项
(1)由于门式刚架结构构件的抗弯刚度、抗扭刚度较小，结构的整体刚度较弱，因此设计时应考虑运输和安装过程中要采取的必要措施，防止构件发生弯曲和扭转变形。
(2)要重视支撑体系和隅撑的布置，重视屋面板、墙面板与构件的连接构造，使其能参与结构的整体工作。
(3)组成构件的杆件较薄，设计中应考虑对制作、安装、运输的要求。
(4)设计中应充分考虑锈蚀对结构构件截面削弱的影响。
(5)门式刚架的梁柱多采用变截面杆件，梁柱腹板在设计时考虑利用屈曲后的强度，所以塑性设计不再适用。
(6)设计中对轻型化带来的后果必须注意和正确处理，比如风力可使轻型屋面的荷载反向等。
2结构形式和结构布置
2.1结构形式
门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨，按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/20~1/8。单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车的房屋时，当刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时，依据“材料集中使用的原则”，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。门式刚架的柱脚多按铰接设计，当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。门式刚架上可设置起重量不大于3t的悬挂吊车和起重量不大于20t的轻、中级工作制的单梁或双梁桥式吊车。
2.2结构布置
2.2.1刚架的建筑尺寸和布置。
门式刚架的跨度宜为9~36m，当柱宽度不等时，其外侧应对齐。高度应根据使用要求的室内净高确定，宜取4.5~9m。门式刚架的合理间距应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，一般宜取6m、7.5m、9m。纵向温度区段小于300m，横向温度区段小于150m（当有计算依据时，温度区段可适当放大）。
2.2.2檩条和墙梁的布置
檩条间距的确定应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条规格等因素按计算确定，一般应等间距布置，但在屋脊处应沿屋脊两侧各布置一道，在天沟附近布置一道。侧墙墙梁的布置应考虑门窗、挑檐、雨蓬等构件的设置和围护材料的要求确定。
2.2.3支撑和刚性系杆的布置
(1)在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。
(2)在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。
(3)端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取30~45m，有吊车时不宜大于60m。
(4)当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；当房屋宽度大于60m时，内柱列宜适当设置支撑。
(5)当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。
(6)在刚架的转折处（边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶）应沿房屋全长设置刚性系杆。
(7)由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。
(8)刚性系杆可由檩条兼做，此时檩条应满足压弯构件的承载力和刚度要求，当不满足时可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其他截面形式的杆件。
(9)当房屋内设有不小于5t的吊车时，柱间支撑宜用型钢；当房屋中不允许设置柱间支撑时，应设置纵向刚架。
3刚架设计
3.1荷载及荷载组合
3.1.1永久荷载
永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。
3.1.2可变荷载
可变荷载包括屋面活荷载（设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载，其标准值为1KN）、屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。
3.1.3荷载组合
荷载组合一般应遵从《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2002的规定，针对门式刚架的特点，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:98给出下列组合原则：
(1)屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中较大值。
(2)积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑。
(3)施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑。
(4)多台吊车的组合应符合《建筑结构荷载设计规范》的规定。
(5)当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。
3.2刚架内力和侧移计算
3.2.1内力计算
对于变截面门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法（直接刚度法）编制程序上机计算。地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。
根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。控制截面的内力组合主要有：
(1)最大轴压力Nmax和同时出现的M及V的较大值。
(2)最大弯矩Mmax和同时出现的N及V的较大值。
(3)最小轴压力Nmin和相应的M及V，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。
3.2.2侧移计算
变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移刚度不满足要求，需采用下列措施之一进行调整：放大柱或（和）梁的截面尺寸，改铰接柱脚为刚接柱脚；把多跨框架中的个别摇摆柱改为上端和梁刚接。
3.3刚架柱和梁的设计
(1)梁柱板件的宽厚比限值和腹板屈曲后的强度利用。（主要包括梁柱板件的宽厚比限值验算、腹板屈曲后强度利用验算、腹板的有效宽度验算等内容）
(2)刚架梁柱构件的强度验算。
(3)梁腹板加劲肋的配置。（梁腹板应在中柱连接处、较大固定集中荷载作用处和翼缘转折处设置横向加劲肋）
(4)变截面柱在刚架平面内的计算长度确定。
(5)变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算。
(6)变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算。
(7)斜梁和隅撑的强度和稳定性计算。
(8)节点设计。（包括斜梁与柱的连接及斜梁拼接、柱脚设计、牛腿设计、摇摆柱与斜梁的连接构造等内容）
4辅属结构构件设计
4.1压型钢板设计
(1)压型钢板材料的选择可根据建筑功能、使用条件、使用年限和结构形式等因素考虑，钢板基板的材料有Q215钢和Q235钢，工程中多用Q235-A钢。
(2)压型钢板的截面形式较多，根据波高的不同，一般分为低波板、中波板和高波板。波高越高，截面的抗弯刚度就越大，承受的荷载也就越大。
(3)压型钢板的强度和挠度可取单槽口的有效截面按受弯构件计算。计算内容包括压型钢板腹板的剪应力计算、支座处腹板的局部受压承载力计算、挠度限值验算等。
(4)压型钢板尚应满足其他相关构造规定。
4.2檩条设计
(1)檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种。当檩条跨度不大于9m时，应优先选用实腹式檩条。
(2)檩条属于双向受弯构件，在进行内力分析时应沿截面两个形心主轴方向计算弯矩。
(3)檩条应进行强度计算、整体稳定计算、变形计算。
(4)檩条尚应满足其他相关构造规定。
4.3墙梁、支撑设计
(1)墙梁一般采用冷弯卷边槽钢，有时也可采用卷边Z形钢。
(2)墙梁在其自重、墙体材料和水平风荷载作用下，也是双向受弯构件。
(3)墙梁应尽量等间距设置，在墙面的上沿、下沿及窗框的上沿、下沿处应设置一道墙梁。为减少竖向荷载作用下墙梁的竖向挠度，可在墙梁上设置拉条，并在最上层墙梁处设斜拉条将拉力传至刚架柱。
(4)墙梁可根据柱距的大小做成跨越一个柱距的简支梁或两个柱距的连续梁。
(5)门式刚架结构中的交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计，非交叉支撑中的受压杆件及刚性系杆按压杆设计。
(6)刚架斜梁上横向水平支撑的内力，根据纵向风荷载按支承于柱顶的水平桁架计算，并计入支撑对斜梁起减少计算长度作用而承受的力，对于交叉支撑可不计入压杆的受力。
(7)刚架柱间支撑的内力，应根据该柱列所受纵向风荷载按支承于柱脚的竖向悬臂桁架计算，并计入支撑对柱起减少计算长度而应承受的力，对于交叉支撑可不计压杆的受力。当同一柱列设有多道柱间支撑时，纵向力在支撑间可平均分配。
5小结
综上所述，轻型门式刚架结构设计应遵守以下原则：
(1)保证结构的整体性。门式刚架属于平面结构，它们在纵向构件、支撑和围护结构的联系下形成空间的稳定体系，结构只有组成空间稳定整体，才能承担各种荷载和其他外在效应。
(2)明确各类外力从作用点到基础的传递路径和传递全过程中产生的效应。
刚架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
刚架结构设计论文范文第3篇
【关键词】大跨度；工业厂房；悬挂吊车；门式刚架；应用
自我国《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》颁布和实施以来，大跨度的门式刚架结构在众多工业厂房中得到广泛应用。其平面布置灵活多变，不受模数限制，跨度大，自重轻，不仅抗震性能好，而且施工简便，安全度高，有效提高了工业化程度以及企业的综合经济效益。历经多年改革和发展，门式刚架结构也凭借其独有优势，在工业厂房等众多领域得到了广泛运用。然而，在实际使用过程中，由于大多数大跨度厂房建设中悬挂吊车所需的门式刚架跨度超过了传统规程中建议的适宜的最大跨度，超规程大跨度工业厂房建设中的门式钢架如何设计和构建，成为众多企业在建设大跨度厂房时所遇到的难题。因此，研究大跨度工业厂房中悬挂吊车的门式刚架如何应用这个问题是非常有必要的。本论文将从门式刚架的结构选型和布置，结合算例分析，陈列计算结果，以及此结构的节点设计和施工安装方式等几个方面逐一进行以下陈述。
1 结构选型和布置
我国门式刚架结构应用大约从20世纪80年代初期开始，历时二十多发展，门式刚架结构凭借自身显著的适用性与优越性，在众多刚架结构中脱颖而出。在大跨度工业厂房建设中，由于钢屋架要直接承受吊车的荷载，并且跨度一般都较大，因此门式刚架结构的选型非常重要，因为它直接关系到整个结构的安全和稳定，以及企业的综合经济效益。
1.1 结构选型
由于门式刚架结构的空间刚度和整体性能好，在成熟的理论支撑下，其安全度高，在满足抗震要求的同时，空间系统结构还能协调工作。在大跨度工业厂房中建设中，在满足安全构建，经济合理等原则条件外，一般以节约钢材为最主要参考依据。从结构设计方案来讲，一般是采用混凝土柱和短钢柱相结合的设计理念。这种设计方式，可以增强整个结构的刚度，还可以有效减小门式刚架的扰度以及刚截面的高度，从而节省用钢量。同时，因受混凝土柱较高的影响，一般在钢柱脚和混凝土柱间采用铰接方式连接，而在钢梁和钢柱间采用刚接方式连接，从而可以有效节省空间，同时减小柱截面，简化工程。
1.2 结构布置
在结构布置方面，在大跨度工业厂房中采用的门式刚架结构的跨度大，而且梁截面也高，因此为了增强门式钢架平面外的刚度，将吊车产生的水平刹车力等其他水平外力，以最短的途径传给基础，一般在房梁屋脊，钢梁两端以及吊杆处钢梁等位置设置H型钢刚性系杆促进支撑，从而缓解梁上直接承受的动力荷载；钢梁的平面外侧，则利用隅撑作为支撑，从而减小钢梁平面外的计算长度；在屋面、伸缩处、屋脊处设计中，采用封闭式圆钢水平作为支撑，而在屋面以及短钢柱所在的墙面则采用Z型冷弯薄壁型钢檀条的彩色压型钢板体系进行支撑；在边跨以及伸缩缝等地，要设置钢管所制的柱间支撑，来维持整个构架的平衡和稳定。
2 计算和分析
为避免门式刚架结构中的钢梁出现塑性铰，一般情况下，钢柱采用变截面H钢，钢梁采用等截面焊接H钢， 吊车水平力由吊杆之间的纵横垂直的刚架支撑和承受，因此在计算时，主要是考虑吊车产生在竖直方向直接承受吊车的动力荷载，利用SSDD软件进行有限元分析计算以及复核。根据不同柱距时的刚架、檩条、墙梁及支撑的含钢量，可计算得到不同柱距时的结构体系总用钢量，如下图所示：
从上述图表可以看出：随着门式刚架中柱距的增大，整体用钢量比率逐渐呈现递降趋势，并且随着柱距的增加，用钢量下降量幅度逐渐趋向于水平。此外，随着柱距的增加，墙梁、檩条、柱间支撑、屋面支撑等方面的用钢量也会增加，并且檀条用钢量增加的幅度是其中最大的一项。
对于整个厂房的门式刚架的钢结构体系来说，柱距的高度还是整个钢结构体系总用钢量的关键因素，当柱距较小时，总用钢量可以得到一等程度的节省，并且这时候包括墙梁、檩条、柱间支撑、屋面支撑在内的其他各个方面的用钢量只是相对较少的一部分。对于整个工业厂房的上部结构来说，墙梁、檩条、柱间支撑、屋面支撑等用钢量总体呈现先增加后减少的，而后增加的趋势，因此存在一个最优柱距，从图上可以看出，一般情况下最佳柱距为8M，但是也会根据具体情况以及结构体系要求作相应的调整和改变。
3 节点设计和施工安装
在大跨度厂房中悬挂吊车的大跨度门式刚架的设计过程中，由于扰度控制对整个结构起主导作用，因此在节点设计以及施工安装方面必须考结构形式的刚度以及扰度的大小。
3.1 “强节点，弱构件”的设计原则
节点设计是钢结构设计的重要环节和步骤，门式钢架中各个构件之间的内力是依靠节点来传递的。在整个构架中，节点设计合理性至关重要，因为它关系到整个结构的承载力，可靠性，以及整个刚架结构的可行性，甚至是安全性。
在门式刚架结构中，一般遵从“强节点，弱构件”的设计原则，最常用的节点连接方式为刚接，比如刚架主梁和刚架柱，以及刚架主梁和主梁之间，都是使用高强度的螺栓进行刚接，同时，吊杆与刚架主梁之间的节点连接方式也是一样，只是一般采用摩擦型高强螺栓进行刚接。在连接之前，还需要结合高强螺栓的总体使用数量，验算节点以及刚架结构的承载能力，一般以“四面焊接”的方式来增强节点的承受能力。
除了刚架主梁与刚架和主梁之间采用刚接方式外，在钢柱与混凝土之间则一般采用铰接方式连接，在大跨度工业厂房悬挂吊车门式刚架结构中，因受钢柱和混凝土本身属性和质地等因素影响，需要进一步增强节点的设计，一般采用8M至39M地脚螺栓进行强化连接。这种连接方式不仅使得整个门式刚架结构传力作用明确，结构体系更加安全可靠，而且还使施工更为方便。
3.2 施工安装
在大跨度工业厂房中，由于钢梁的截面高度一般都较高，因此，在门式刚架结构安装时，除保证整个安装过程简便而易于操作外，还需要确保刚架平面外稳定性。在吊装过程中，需要进行多次检查和校正，确保每一步骤的明确度和精准度。
在钢柱吊装完成后，还需要以简易的平面外施工支撑作为整个刚架结构的第二道防护。此外，为了保证整个门式刚架结构形成刚度较大的结构体系，待两榀刚架吊装工作以及校正工作完成之后，需要及时安装柱间支撑，屋面刚性系杆以及水平支撑部分并条，从而进一步保证整个刚架结构中各个部件的稳定以及整个施工过程的质量和安全。
经济的发展促进了我国大跨度工业厂房的发展，作为我国工业建筑中最为主要的结构形式，门式钢架结构体系也凭借其适用性、经济性等优势成为众多大跨度工业厂房中刚架结构应用的首选。总而言之，在大跨度工业厂房悬挂吊车的门式刚架设计中，前期的策划与理论设计是非常有必要的，而合理的结构选型是整个结构体系能否正常发挥其优势的关键。在大跨度门式刚架结构设计过程中，要尽量去减小扰度，在保持平面外稳定的同时，选用刚度较大的结构形式，才能使得整个门式刚架结构发挥其最佳工作状态。
参考文献：
[1]夏汉强.钢结构设计规范[J].中国计划出版社，2003.
[2]汪崖.门式刚架轻型房屋刚结构技术规程[J].中国计划出版社，2003.
刚架结构设计论文范文第4篇
关 键 词：刚架失稳 有侧移失稳 强支撑框架 有侧移框架
中图分类号：TU33+7文献标识码：A 文章编号：
Abstract：Frame instability has two modes, respectively, lateral instability and no lateral instability. Correct understanding of lateral displacement and lateral instability, is the application of member effective length method conditions. At present domestic to frame instability mode comparison across studies, put forward a variety of relevant frame stability concept, especially in the lateral shift problems. This article briefly summarizes the stability of rigid frames in sideway questions related concepts, the lateral displacement and lateral displacement were compared systematically. The full text of the understanding of rigid frame instability have a very good help.
Key words：Frame stability; Lateral instability; Strong support frame; Sway frames
1引言
目前在刚架稳定设计中，国内外应用比较广泛的方法就是构件计算长度法。就是先将作用有荷载的刚架按一阶弹性分析的方法确定内力，再利用按照弹性理论得到的刚架柱的计算长度系数，把柱转化为具有如此计算长度的压弯构件作弯矩作用平面内的稳定计算[3]。显然，在刚架稳定设计中，确定构件的计算长度非常重要，在规范中对有侧移失稳和无侧移失稳采用不同的计算公式，得出的计算长度系数相差很大，那么如何确定刚架失稳是无侧移失稳还是有侧移失稳就显得首当其冲了。本文介绍刚架失稳问题中有关侧移问题的概念解析，清晰明了的阐述刚架侧移问题。
2有侧移失稳和无侧移失稳
2.1 基本概念
刚架稳定分析中一个很重要的问题就是确定刚架的失稳模态，这对于计算刚架的稳定承载力是很重要的。同一个结构在相同的荷载作用下发生不同形式的失稳，其稳定承载力存在巨大差异[1]。
设计工作所用的单层刚架柱计算长度，是以荷载集中于柱顶的对称单跨等截面框架为依据的[2]。我们以单层单跨刚架为例说明刚架的失稳形式。
图1 刚架的失稳形式
图1 (a)所示单跨对称刚架，受两相同的柱顶集中荷载，可能发生图1 (b)所示的对称性变形失稳，也可能发生图1 (c)所示的非对称性失稳。发生对称性失稳时，变形大致呈左右对称形状，刚架节点无侧移但有转角，通常称之为无侧移失稳；发生非对称性失稳时，变形大致呈左右反对称形式，刚架同层节点向同一个方向发生相等侧移并有转角，这种失稳形式称为有侧移失稳。
3有侧移失稳和无侧移失稳的判断
3.1 判断失稳模式的框架分类
目前国内在判断刚架失稳形式时，都是将框架分为无支撑的纯框架和有支撑框架，其中有支撑框架根据抗侧移刚度的大小分为强支撑框架和弱支撑框架[4]。在文献[4]中，框架的定义如下：
纯框架：依靠构件和节点连接的抗弯能力，抵抗侧向荷载的框架。
强支撑框架：在支撑框架中，支撑结构（支撑桁架、剪力墙、电梯井等）抗侧移刚度较大，可将该框架视为无侧移的框架。
弱支撑框架：在支撑框架中，支撑结构抗侧移刚度较弱，不能将该框架视为无侧移的框架。
这样的定义比较模糊，而且没有和刚架稳定联系起来。而在文献[5],[6]中对这种分类给出了直接与稳定相关的定义。其中分类的前提是当内力采用线性弹性分析，采用计算长度法计算框架柱的稳定性时，才采用上述分类。即
(1) 强支撑框架：当框架―支撑结构体系中，支撑的抗侧刚度足够大，使得框架以无侧移的模式失稳时，这个框架称为强支撑框架。
(2) 弱支撑框架是支撑架的抗侧刚度不足以使框架发生无侧移失稳的框架。
(3) 纯框架是未设置任何支撑的框架结构，它的整体失稳是有侧移失稳[6]。
3.2 强支撑框架和弱支撑框架的判断
文献[4]（钢结构设计规范）中5.3.3给出了设计中判断强支撑框架和弱支撑框架的判断公式。内容总结下来就是，当支撑结构的侧移刚度 满足公式
（1）
式中 ， ――第i层层间所有框架柱用无侧移框架和有侧移框架柱计算长度系数算得的轴压杆稳定承载力之和，则为强支撑框架。框架柱的计算长度系数 按规范中的无侧移框架柱的计算长度系数确定。
当支撑结构的侧移刚度 不满足公式（1）的要求时，为弱支撑框架，框架柱的轴压杆稳定系数 按公式（2）计算。
（2）
式中 ， ――分别是框架柱用文献[4]的附录中无侧移框架柱和有侧移框架柱计算长度系数算得的轴心压杆的稳定系数。
上述的判断方法是在实际应用中的简化方法，当考虑到实际结构的支撑体系（剪切型支撑、弯曲型支撑、弯剪型支撑）不同时，强支撑框架的判定准则会产生变化。文献[5],[6]对双重抗侧力体系的框架进行了全面的分析，也给出了更全面的强弱支撑框架的判断准则。
3.3 有侧移失稳的本质
结构（构件）失稳表示其不再能承受附加的水平力或竖向力，代表了其水平抗侧刚度或竖向抗压刚度的丧失（刚度=0）[10]。轴心压杆受压失稳的本质是压力使受压构件的弯曲刚度减小，直至消失的过程[2]。这是稳定分析中一个很重要的概念。那么对于框架有侧移失稳，就是表明框架的抗侧刚度消失。
框架每一层的抗侧刚度可以从结构的线性分析直接得到。例如 是第 层的总剪力， 为这一层的层间位移，得到的层抗侧刚度为
是什么使这个框架层从抗侧刚度 变为等于0？显然是竖向荷载，竖向荷载就像是一种负刚度的因素，抵消了框架的正刚度[6]。怎么得到框架竖向荷载的负刚度呢?
我们从最简单的结构受力情况说起。
图2 竖向荷载的负刚度
如图2(a)所示杆件没有抗侧刚度，作用了压力P之后，因为竖向荷载是负刚度，杆件很快就会垮掉（几何可变）。必须给以侧向支撑才能保持稳定（图2(b)）[10]。侧向支撑的刚度 时才能使杆件稳定。反过来可以推论：P的负刚度为 。侧移失稳时
即负刚度+抗侧刚度=0.
对于悬臂柱，临界荷载为 ，当作用的竖向荷载 时，抗侧刚度 ，记 为P的等效负刚度，要求 得到 。参照 的形式可以假定：
得到 ，此时。
再对如图2(c)的柱上下端均为弹性转动约束的情况，可以推导出 式中 在1.0～1.216之间变化，绝大多数在1.1～1.16之间变化，偏安全可以取 [10]。
应用到多层多跨框架中，文献[6]给出了说明。根据规范查表得到框架柱的计算长度系数，求得各柱子的临界荷载 之后，从而得到竖向荷载的等效负刚度，即
（3）
因此框架有侧移失稳时
（4）
式中， 即层间抗侧刚度， 是第 层的总剪力， 为这一层的层间位移，通过线性分析可以得到。 是这一层的第 个柱的轴力； ，这个系数变化非常小，从工程实际的角度来看，取1.1的情况下，得到的临界荷载最大值误差为10%，如果换算到计算长度系数，则最大的误差只是5%[6]。
这样得到的公式（4）有非常重要的实际应用价值，在帮助我们理解框架爱有侧移失稳本质的基础上，能解决框架中各柱子轴力分布不均时的临界荷载及计算长度，也能分析框架各层的稳定性。
4有侧移框架和无侧移框架
文献[3]中在4.1节中提到：按规定，对于有支撑的刚架，当其抗侧移的刚度大于或等于同类无支撑刚架抗侧移刚度的5倍时，方认为支撑系统有效，否则仍按无支撑刚架计算其稳定性。但又在4.9节中抛弃了这种说法，采用了文献[4]的规定。这里面涉及到一个概念性的问题，就是有侧移框架和无侧移框架到底指的是什么？它们与框架有侧移失稳和无侧移失稳有什么区别和联系？
4.1 有侧移框架和无侧移框架的概念解析
《钢结构设计规范》(GBJ17-88) [7] 第5.2.2条最末尾有这样一个注释：无侧移框架系指框架中设有支撑架、剪力墙、电梯井等支撑结构，且其抗侧移刚度等于和大于框架本身抗侧移刚度的5倍者。有侧移结构系指框架中未设上述支撑者，或支撑结构的抗侧移刚度小于框架本身抗侧移刚度的5倍者。
这样的概念让人困惑。因为稍有结构常识的人都清楚的知道，所有的结构及框架-支撑结构中的框架在水平风力或地震力作用下，都会产生侧移。那么文献[7]中的分类又是什么意思呢，或者具有什么用途呢？
实际上，文献[7]中的准则是对国外规范误解的结果。5倍关系最早由欧洲钢结构协会于1977年提出，提出5倍关系的最早本意是对支撑部分和框架部分分担水平力的比例进行界定，当支撑抗侧刚度大于纯框架抗侧刚度的5倍时，框架分担的水平力可以忽略不计，框架因不承担水平力而无侧移，并不是框架发生无侧移失稳[8]。
那么，对于有侧移框架和无侧移框架的定义，其实是针对双重抗侧力结构体系中的框架，根据其水平力的分担比例来划分的。
(1) 在双重抗侧力结构中，框架承受的总水平力小于等于总剪力的20％，则可以以足够的精确度假设所有的水平力都由支撑架（剪力墙）承受，框架本身不承受水平力，从而这个框架可以看作无侧移框架。
(2) 不满足上述规定的框架―支撑结构体系中的框架，是有侧移框架。
这样的区分，在没有计算机的时代，可以带来计算上的简化，在计算机时代，实用上已经没有必要。但是仍然可以根据这个分类，对结构的受力特性有一个初步的总体上的了解：有侧移框架是要承担水平力的，而无侧移框架依靠其他刚度更大的子结构来承担水平力[6]。
4.2 两种框架分类的区别
有侧移框架和无侧移框架的区分，不涉及到框架的稳定性计算，只是通过了解建筑物各子结构在承受水平力上的相对比例，对框架进行一个分类。在框架分担的水平力小到一定程度时可以进行简化的力学分析。
强支撑框架和弱支撑框架的区分是用于判断双重抗侧力结构中框架部分的失稳模式的。根据框架结构是发生有侧移失稳还是无侧移失稳，或者介于两者之间，选择和计算对应的框架柱的计算长度及承载力。
5结语
本文从整体上对刚架稳定中侧移问题进行了阐述，据此可以更好地学习刚架稳定内容，理解钢结构稳定性设计的有关规定，更准确地选择钢结构稳定计算的图表或公式。
参考文献：
[1] 郭耀杰.钢结构稳定设计[M].武汉:武汉大学出版社,2003.
[2] 陈绍蕃，顾强.钢结构上册：钢结构基础(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[3] 陈骥.钢结构稳定理论与设计（第三版）[M].北京:科学出版社,2006.
[4] 钢结构设计规范（GB50017-2003）[S].北京,2003.
[5] 童根树.钢结构平面内稳定[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[6] 童根树.钢结构设计方法[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[7] 钢结构设计规范（GBJ17-88）[S].北京,1989.
[8] 季渊.多高层框架-支撑结构的弹塑性稳定分析及其支撑研究[D].浙江大学博士学位论文，2003.
[9] 陈绍蕃.钢结构稳定设计指南[M].北京：中国建筑工业出版社,1996.
[10] 饶芝英，童根树.钢结构稳定性的新诠释[J].建筑结构,2002,32(5):12-14.
刚架结构设计论文范文第5篇
关键词：工业厂房；门式钢架；轻钢结构；PHC管桩；预应力；结构设计
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
某工业厂房位于湖南长沙星沙经济开发区东二路，厂房长度144 m，跨度为26+26 m，两侧檐口高分别为12 m和15 m，建筑面积8414 m2。两台15t中级工作制吊车，吊车轨顶标高为7.93 m和11.3 m(详见图1)。柱脚采用刚接，采用门式刚架结构，主刚架采用热轧H型钢， Q345级。屋面坡度采用1/10和0.85/10，基础选取PHC预应力管桩。计算软件采用钢结构STS软件和广厦GSCAD。
图1
2 基础设计
2.1 地质条件及单桩承载力计算
本工程地质条件及PHC管桩系数详见表1。
表1
单桩承载力根据《建筑大家基础设计规范》(GB50007-2002)第(8.5.5-1)公式:Ra=qpaAp+up∑qsiali和《预应力混凝土管桩基础技术规程》(DBJ/T15-22-98)第(5.2.8)公式:Uk=∑ξsiλiqsikuli进行估算。
2.1.1桩侧阻力特征值计算(选取PHC壁厚90 mm,桩径400 mm预应力管桩) 桩端端阻力特征值qpaAp=502kN；单桩竖向承载力特征值Ra=1297kN；总拔极限承载力标准值Uk=448kN；再根据《预应力混凝土管桩基础技术规程》(DBJ/T15-22-98)第(5.2.9)公式Rpl=σpcA=328kN
2.1.2分析
根据工程地质条件及电算结果,由于业主工期要求快,故采用PHC预应力高强管桩,取单桩竖向承载力特征值R=1200kN,由于柱脚固接,吊车作用下,柱底弯矩较大,桩可能会现拉力,而形成抗拨桩,因此必须采用双桩,而且需要验算桩抗拨力,由于Uk>Rpl,故应按Rpl考虑桩的抗拔力。本工程边柱最大轴压力N=621kN, M=-444kN, V=-21kN。根据广厦计算结果,桩距取3.5d:桩最小反力Nmin=-15kN
3上部结构设计
本工程为两跨26m,两台15t重级工作制吊车,柱距8m,共有18跨固接的门式刚架,为保证吊车正常运转,厂房稳定,满足位移变形要求加强支撑设计和吊车制动桁架来增加厂房的整体空间刚度,全长144 m,墙体采用压型钢板。选用热轧变截面H型钢经STS电算定下,用钢量最低的刚架尺寸(详见图1)。
3.1柱间支撑设计
若支撑设置不当,吊车行走时,就会造成刚架晃动,存在安全隐患,因此支撑的设置非常关键,又因选用用钢量小的窄翼缘H型钢,因此柱平面外计算长度仅能取4m,在高4m处设置一道焊接钢管侧向水平支撑。交叉支撑采用角钢,在厂房的头、尾跨设置柱间支撑,中间跨每隔4跨设置一道。在设置柱间支撑的同一跨并设屋面支撑,为能更好传递风荷载在屋面每隔4m设一道水平钢管刚性系杆。
3.2抗震措施
工程地处设防烈度6度区,房屋自重小,承载力不受地震作用效应组合控制,可不进行抗震计算。仅针对轻钢结构的特点采取抗震构造措施。构件之间的连接均采用螺栓连接,斜梁下翼缘与刚架柱的连接均加腋,柱脚底板设抗剪键。增设吊车制动桁架。
3.3隅撑的设计
隅撑可以用来提高屋面梁式柱的受压翼缘稳定能力,因此在檐口位置,刚架斜梁与柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处,各设置一对隅撑。在斜梁下翼缘受压区隔一檩条设隅撑,并使其间距不大于相应受压翼缘宽度的16倍(详见图2)。
图2
3.4高强螺栓连接设计
由于屋面荷载很轻,在设计荷载作用下,斜梁与柱的连接部位主要承受弯矩作用,剪力很小,高强螺栓以受拉为主。剪力由连接构件间的摩擦力传递剪力。本工程建筑大量采用阳光板,开窗面积少,风顺力大减少,相应剪力也小,选用摩擦型高强螺栓,因此表面可不作专门处理。不必进行摩擦而抗滑移试验,这有助于提高效益和降低成本。
3.5檩条设计
檩条的设计计算是最为困难的。首先,在目前设计规范或规程中尚无简单实用的计算公式供设计人员采用,其次,为节省钢材,轻钢结构中的檩条除用于承担梁的功能外往往兼作支撑体系中的压杆,同时还通过隅撑对门式刚架的梁和柱提供侧向支承。如果考虑门式刚架房屋中的蒙皮效应,则檩条的构造和受力计算更为复杂。檩条通常由薄钢板冷弯成型,计算中还需考虑屈曲后的有效截面等问题,因此,精确计算檩条的承载力非常困难。在竖向荷载作用下,檩条的自由翼缘受拉,受压翼缘由于和屋面有可靠的连接面不存在稳定问题。
由于Z型连续檩条是拱接而成的连续檩条,其内力分布较均匀刚度大,能节省用钢量,同时在制作、运输、安装诸方面都很便利,因此本工程采用Q345Z型檩条,内力计算按如下一种简单通用的模式考虑:按等截面连续梁计算模式,考虑活荷载按不利分布作用,光按50%活载均匀满布得到一个效应值S1,再用50%活荷载按最不利隔跨分布得到一个效应S2。两者相加即为最不利活荷载所产生的效应S。另外再考虑在支座处因搭接嵌套松动所产生的弯矩释放10%。
在风吸力作用下,檩条的自由翼缘受压。因此,当檩条下翼缘无面板侧向支撑时,必须对檩条的下翼缘进行稳定性验算。开平地区基本风压为0.6 kN/m2,按门式刚架技术规程附录E公式计算结果得知,是风吸力作用下稳定计算起控制作用。选用Z220×75×20×2.0 Q345,檩距1.2m,可以满足要求。
4采用预应力门式钢架的构想
为了进一步提高门式钢架轻钢结构的刚度和承载力，降低钢耗，笔者认为可在门式钢架的不同部位，有针对性的施加预应力。如通过强迫上升或下降中间柱的柱脚标高，可调整跨中弯矩和中柱负弯矩的峰值。施加预应力的方法，可通过预先计算好的提升量，用千斤顶升高中柱或边柱，再塞垫板，进行锚固。
在门式钢架横梁上的中下部位置，直接布置预应力索，并在跨中四分之一的位置，以一对栓钩拉住钢索，拧紧栓钩螺母，下拉钢索，索内产生拉力（预应力），栓钩处产生上压力，是附加的卸载力，栓钩处可视作钢架横梁的中间弹性支点。这种横向张索法用于钢架立柱，立柱则视为增加了中间支座，改变立柱边界条件，提高临界荷载力。
对于屋面檩条，可在檩条中间二分之一处，先将檩条与蒙皮固定，再在檩条与檩条连接处，强力钉入碶块，拉伸蒙皮，引入预应力，再栓接固定檩条 ，最后将蒙皮与檩条固定成整体。
5结语
门式轻钢结构的优点是节材高效,耗钢少,自重轻,制造安装运输简便,工期短,可拆迁,定型批量生产易于实现商品化等。近年来发展迅速,应用领域日益广泛。本工程采用刚接柱脚和Q345钢使用钢量减少了许多,经对比验算采用Q345钢的用钢量比采用Q235钢的用钢量下降16%左右,采用较平缓坡度(1/10)的门式刚度也可节约钢材。
在本工程的设计实践中，未能充分引入预应力技术，但笔者认为在门式钢架轻钢结构中应用预应力技术以加强结构刚度和承载力，提高结构稳定性，若能在檩条中张拉板材可以防止风吸力下的局部失稳和提高弹性受力幅值，将可大大减少檩条的用钢量，这也是完全可行的。为此，在谋求改进方面希望本文能起到抛砖引玉的作用，期待着与专家同行的合作，请大家共同关注与探讨并指正。
参考文献
1、郑明星,陈京芳;轻钢结构设计若干问题的探讨[J];钢结构;2005年04期。
2、于荣彦;;轻钢结构门式刚架设计中若干问题的探讨[A];山东建筑学会建筑结构专业委员会、山东土木工程学会工程设计及电算专业委员会2006年学术交流会论文集[C];2006年。
刚架结构设计论文范文第6篇
关键词: 钢结构栈桥; 桁架;水平防风撑; ∏形刚架。
近年来，在火力发电厂工程设计中, 尤其是高参数、大容量的火力发电厂，钢结构栈桥的应用日趋广泛。同时, 钢结构计算程序的应用, 如STAAD.Pro、STS、SAP6等三维空间设计计算软件, 又为设计提供了更便利的途径。本文结合实际工程的设计实践经验,谈谈在火力发电厂钢结构栈桥设计中的一点体会。
1 栈桥的横断面尺寸的确定
桁架宽度方向的轴线尺寸一般参照工艺专业要求确定，比如，根据工艺专业资料，要求栈桥净空宽8900，高2800。在做结构设计时，应预留出桁架自身宽度及挡水沿宽度。故总宽度应算至桁架中心, 通常a = 250～300。
桁架高度方向的轴线尺寸取决于栈桥的跨度,也与桁架相邻节点间距离有关， 且为100 的倍数。栈桥一般可视为简支梁，单跨栈桥跨度一般情况下为30～36m 。桥跨尺寸的确定除上述条件外, 还要考虑到所用钢材的经济性、制做简单及安装方便。理论上，钢材消耗最少的桁架其h/ L ( h 为桁架高度,L 为桁架跨度)在1/ 10 左右。这样，假设不加下撑的桁架高度为3.3m , 最优跨度为33～39m，但由于受到型钢截面等因素的限制，栈桥不宜过长。综合考虑，实践中一般栈桥h/ L 在1/ 10左右，并且如果多跨栈桥的跨度不等, 通常为了使栈桥的高度统一, 小跨度的桁架高度就要随大跨度的桁架高度而加大。
2 桁架的跨间结构
桁架一般设计成简支梁式或悬臂式, 一般不采用连续梁式超静定多跨桁架, 悬臂桁架的悬臂长度一般不超过6～8m 。桁架的节点间距离主要由桁架高度、楼板形式及跨度综合考虑确定的。设计原则是使桁架中杆件间夹角接近45°，如不能，至少也要在30°～60°之间。支撑楼板的横梁应该放在桁架的节点上。
桁架一般采用两种形式: ①带有辅助竖杆的三角式腹杆系桁架。②斜杆受
拉、竖杆受压的下斜式桁架。
三角式腹杆体系的桁架中只有向跨度中心倾斜的腹杆才是受拉的, 另一半的斜杆和辅助竖杆受压。两种形式桁架各有优劣。第一种桁架，优点是由于在桁架纯受弯时，平面内，两端竖杆为零杆。这样在桁架平面外，两端竖杆只承受整个桁架的水平力作用，受力比较单一明确。缺点是计算长度大的斜腹杆受压，要按压杆长细比设计，截面会较大。第二种桁架正好弥补了第一种的缺点，计算长度短的垂直腹杆受压，按压杆长细比设计。
桁架杆件布置时应使桁架节间数为偶数, 若不能则中央节间可采用交叉斜腹杆。承重桁架所受竖向荷载(恒载、活载包括风在竖向产生的荷载) 应通过桁架的节点变成桁架的轴力传递到支座。桁架中，除两端竖杆外，应控制所有杆件尽量只承受轴向力。在staad空间三维设计计算中，可以真实的模拟水平风荷载栈桥的作用。通常将水平风荷载加在上下弦或垂直竖杆上。
3 水平支撑系统
上弦水平支撑系统用来承受栈桥的横向荷载, 是保持桁架的空间稳定及空间刚度的重要组成构件, 也是栈桥构件中除主桁架以外很重要的构件。它布置在两桁架间的上弦平面内。水平支撑系统由两侧桁架上弦、支撑斜杆、屋面横梁等构件组成。桁架的上弦杆同时是支撑的组成杆件。下弦水平支撑系统由桁架下弦、楼面梁、楼板等组成。由于目前楼板都设计成压型钢板做底模的现浇钢筋混凝土组合楼板，所以刚度较大，下弦一般不再设支撑斜杆。
4 栈桥两端门架
按照《火力发电厂土建结构设计技术规定》，桁架端竖杆应与端部横梁组成∏形刚架。以保证栈桥的横向稳定，承受整个栈桥的水平荷载。根据这个要求，栈桥两端门架为刚接的刚度较大的∏形刚架。两端门架应成为水平支撑系统承受水平力的支点。水平支撑系统将栈桥的水平作用力通过两端门架传向支座, 以保证栈桥在横向的刚度及稳定。在连接节点设计时必须保证两端门架端竖杆与端部横梁的连接点为刚接。同时，端竖杆又是桁架组成部分。端竖杆截面的选择必须考虑两者的内力组合。端门架的横梁及立柱通常均选用H型钢。 立柱的底部基板应与地面平行, 从而保证斜栈桥桁架在重力作用下不产生整体水平滑移。
5 桁架构件截面选择与桁架杆件的计算长度
桁架上下弦一般采用H型钢，在第一种承重桁架中腹杆全部由双角钢组成的T形截面构成。在第二种承重桁架中，不难看到，在竖向力作用下，斜杆全部受拉，垂直腹杆全部受压。这是一种比较理想的受力状态。斜杆按拉杆长细比选择双角钢组成的T形截面，垂直腹杆按照压杆选择截面。桁架受竖向荷载较小时可以选择双角钢，荷载大时可以选择H型钢。实践中一般选择等边双角钢组合。
6 栈桥支座
火力发电厂的栈桥一般为倾斜放置的, 铰支座布置在栈桥的下方，动支座(滚动支座、滑动支座)布置在栈桥的上方，以适应栈桥的自然形变。桥跨大于35m 时, 不应再采用滑动支座, 应采用滚动支座。
7 结语
刚架结构设计论文范文第7篇
关键词:钢结构 实践性课程 教学改革
我国《建筑钢结构产业“十五”计划和2010年发展规划纲要》早在10多年前就已颁布[1],《纲要》明确提出了大力培养钢结构技术人才的要求,但钢结构领域中专门技术人才缺乏的现象至今没有太大的改变,人才问题仍然是我国钢结构发展的一个“瓶颈”。为此,许多高校对土木工程类专业钢结构方向理论性课程的教学进行了改革,有些高校在实践教学方面也做了一些探索研究工作[2～5],文献[6]对机械类钢结构专业方向课程体系改革进行了研究,建立了钢结构方向课程体系的足球队模型,由于受篇幅限制,该文对实践性教学环节方面的改革只作了简单介绍,未展开讨论。本文在文献[6]研究工作的基础上,对机械工程及自动化（简称为机自）专业钢结构方向实践性课程教学改革开展研究,探讨改革的思路,对其它专业方向实践性课程的教学改革提供参考。
1、实践性课程教学的现状分析
实践性课程结构方面,我院钢结构方向设立在机自专业整体平台上,现行教学计划中除大平台课程外,钢结构方向理论教学课程仅开设5门:结构力学、弹性力学与有限元法、起重机械、钢结构原理、钢结构设计,相应的集中实践性教学环节只安排了三门课程:两门课程设计（包括弹性力学与有限元法课程设计、钢结构设计课程设计）和毕业设计[6]。在实践性课程教学内容方面如下:(1)弹性力学与有限元法课程设计:使学生进一步巩固、充实和提高理论知识,并较系统地掌握复杂结构的强度、刚度分析方法;(2)钢结构设计课程设计:完成简单钢结构物（平面钢闸门或普通钢屋架）的设计计算,绘制相应图纸;(3)毕业设计:进行金属结构设计或相应水工、电力机械设计。实践性课程教学方法和教学手段方面,目前仍然沿用传统的指导方法和教学,即教师布置课题任务,学生分别查阅相关资料,开展设计工作,过程中教师指导为辅,学生在规定时间内上交设计内容。考核方法方面,主要根据设计结果给出成绩。
从以上实践性课程教学计划的安排可以看出:目前我院钢结构方向实践性课程的教学存在诸多问题,主要反映在:实践性环节薄弱,实践课程教学内容欠缺,教学内容重理论轻应用,不利于提高学生的动手能力,难以达到培养学生工程观念和创新能力的目标;教学方法和教学手段落后,考核方法不能准确反映学生的知识掌握程度。其结果是学生缺乏钢结构工程观念,创新能力不强,毕业后不能较快适应钢结构行业要求。为了培养钢结构领域高素质应用型专业技术人才,必须对钢结构方向实践性课程教学进行改革。
2、实践性课程教学改革的几个方面
2.1 改革的总体思路
实践性课程是工科高等院校教学体系中的一个重要组成部分,是培养学生动手能力和创新精神的重要教学环节,从这种意义上来讲,它甚至比理论课程更为重要。钢结构工程技术包括设计计算技术、制造安装技术和防护技术等,钢结构方向实践性课程的教学应符合人才知识结构的要求。实践性课程教学改革的总体思路是:在钢结构方向课程体系改革的基础上,结合钢结构工程相关技术,对课程结构和教学内容、教学方法和教学手段、考核方法等几个方面进行全方位、立体化改革。第一:强化实践课程,确保模块化课程体系中实践性教学课程不断线;第二:调整实践性教学内容,加强能力培养;第三:采用多样化教学方法,利用先进的教学手段,提高教学质量;第四:完善考核方法,鼓励创新思维。
2.2 课程结构和教学内容的改革
(1)课程结构方面:文献[6]提出理论教学需增设三门课程:结构振动、焊接技术、钢结构制造与安装。按钢结构领域专门技术人才知识结构的要求,实践性课程也必须强化,建议增设“焊接操作”和“生产实习”两门实践课程,培养学生动手能力和工程观念,同时为学习钢结构设计、钢结构制造与安装这两门专业课程打下基础。以培养应用型人才为目标,集中实践性教学进程调整如下:1)将弹性力学与有限元法课程设计更名为有限元技术应用（1学分,第五学期）; 2)在专业方向课程体系中增设焊接技术课程的基础上,增设焊接操作（1学分,第六学期）;3)增设生产实习(1学分,第七学期);4)将钢结构设计课程设计更名为钢结构设计技术应用(1学分,第七学期);5)毕业设计(论文)(12学分,第八学期)。通过以上调整,从而保证钢结构方向模块化课程体系中各个学期都有实践性课程,并形成钢结构方向完整的模块化实践性课程体系。
(2)教学内容方面:改变传统的重理论轻应用,调整实践性教学内容,注重应用能力的培养。1)有限元技术应用:作为弹性力学与有限元法的课程设计内容,通过对有限元软件的实际运用,对典型钢结构进行强度、刚度、稳定性进行分析,从而掌握有限元技术的分析方法,培养学生进行工程结构数值分析的初步技能;2)焊接操作:作为焊接技术的实训内容,结合钢结构方向培养目标,通过实际焊接操作,制作简单钢结构模型（如刚架、网架等）,培养学生应用焊接技术的基本能力;3)生产实习:主要参观钢结构生产制造单位、在建工程或已建工程现场,使学生了解钢结构生产制造、施工安装过程和防护技术的应用,培养学生的工程观念;4)钢结构设计技术应用:作为钢结构设计的课程设计内容,通过应用钢结构设计软件,培养学生从事钢结构设计的基本技能;5)毕业设计:通过独立地分析、解决钢结构工程实际问题,培养学生综合运用钢结构基础理论、专业知识和基本技能的能力。
2.3 教学方法和教学手段的改革
实践性课程也可以采用多样化教学方法,利用先进的教学手段进行教学。
(1)示范教学法。如前所述,在传统的实践性课程教学过程中,教师的指导作用并不十分明显。例如在两门课程设计的教学中,学生在遇到问题和困难时才会与教师进行交流与沟通,但在课题任务下达后的一段时间内,往往由于不清楚整个设计过程,从而无从下手。焊接操作这门实践性课程主要在现场进行教学,教学方式以指导老师做示范操作,学生观察并学习模仿为主,这种教学方法可称为“示范教学法”。实践表明示范教学法受到广大学生的普遍欢迎,同时提高了学生的学习兴趣和教学质量,效果很好。在新的模块化实践性课程体系基础上,受焊接操作课程教学的启发,可将示范教学法引入到两门课程设计（有限元技术应用、钢结构设计技术应用）的教学中。例如:在有限元技术应用的教学过程中,第一个单元可以安排在机房进行,由指导教师介绍有限元商用软件进行分析计算的整个过程。以ANSYS软件为例,可针对几种基本结构:桁架、刚架、四边简支板等,演示前处理、求解、后处理三个基本过程。重点介绍几何模型的建立、单元类型（杆、梁、板和壳）的选用和单元相关参数的确定、网格划分方法、如何加载（集中载荷和分布载荷）、求解过程中算法的选用、计算结果的获取（应力或位移云图显示、具体结点或单元的数据结果等）。通过近几年的实践表明:这种方法有事半功倍的作用,实践性课程的教学质量明显得到了提高,取得了预期的教学效果。
(2)引导教学法。人们的思维都是从问题开始的。在钢结构方向理论课程（如理论力学、材料力学、钢结构原理等）的教学过程中,经常是从自然现象和工程实际先提出问题,引导学生进行思考,这种教学方法称为“引导教学法”,是一种启发式教学方法。问题的提出犹如在学生平静的“脑海”中投入一粒石子,可以起到“一石激起千层浪”的作用,能提高学生的学习兴趣,激起学生思维的浪花,使学生处于思维的最佳状态,从而能更好地理解和掌握学习内容。将引导教学法运用于钢结构方向各门实践性课程的教学中。指导教师根据课程教学的需要从不同角度、不同层次提出相应问题,引导学生思考,可以使学生在掌握知识的同时发展思维能力,提高思维的积极性、灵活性和创造性。对于生产实习这一实践性教学环节,引导教学法不仅能使学生巩固所学知识,而且能为后继理论和实践课程打下良好基础。在生产制造单位和在建、已建工程现场,首先让学生仔细观察钢结构的结构形式,如城市中体育场馆中屋顶的网架结构和屋面的网壳结构、各类桥梁结构的结构形式（桁架式、悬索式、斜拉式等）、水工钢闸门的板梁结构、起重机械和工业厂房的刚架结构等,在此基础上提出相关问题,例如:为什么采用这类结构形式,有何特点,引导学生思考与分析;其次针对具体钢结构让学生观察构件截面的形状,联系结构力学和钢结构原理知识提出相关问题,例如:构件主要承受哪种内力,引导学生思考所采用的截面和其放置方位是否符合力学基本原理,能否对其设计进行改进,如何改进等;然后让学生观察连接件和构件的连接方式,针对节点板、球铰等具体连接件提出钢结构连接的相关问题,例如:为什么采用焊接（或螺栓连接、铆接）,能否用其它连接方式,从而达到巩固钢结构原理知识的目的。教学实践表明:生产实习中采用引导教学法极大地提高教学质量,有效地培养学生的工程观念和创新意识。在有限元技术应用的实践教学中,可以引导学生在建立模型时如何对实际工程钢结构中构件、连接件、约束进行简化,怎样选择单元类型（如工业厂房的梁、柱单元类型,各类闸门的面板、主梁、次梁、隔板的单元类型,载荷如何确定,数值计算结果的分析与处理等。从而使学生全面的掌握好有限元分析软件的应用,达到培养学生进行工程结构数值分析的能力。引导教学法也适用于钢结构设计技术应用和毕业设计这两门实践性课程,这里不再详述。
(3)利用多媒体和网络资源进行教学。对于生产实习,参观钢结构生产制造单位、在建工程或已建工程现场时,由于时间和条件所限,能见到的钢结构类型毕竟有限,不可能面面俱到。可以在实习前后或实习期间安排适当的时间,利用多媒体教学课件进行教学。对于钢结构形式、构件和连接件的掌握,可结合实际工程,用大题的动画、工程图片和视频作介绍;对于钢结构的制造与安装,可以先在生产制造单位与建设单位拍摄录像,然后用视频对钢结构的加工制作过程、焊接工艺、安装施工流程等进行教学。这种形象化教学方式,不仅可增强学生的感性认识、提高学生学习的兴趣,还能调动学生学习的主动性和积极性,从而提高教学效率和质量。多媒体教学也可以应用到焊接操作这一实践性课程。焊接操作在现场进行教学,由于学生人数较多,指导教师有时穷于应付,因此可以在条件允许的情况下,在现场播放焊接操作的图片或视频,使学生掌握焊接方式、工艺和操作规程,在较短时间掌握焊接操作实用技术。网络资源也可用于实践性课程的教学环节中。在建立实践性课程教学网的基础上,学生可以利用教学网进行自学,指导教师可以在网上进行辅导与答疑;另外,指导教师可以在教学过程中,给学生适当布置一些与课程相关的任务,让学生利用网络收集资料并消化吸收。对于21世纪的大学生,这种方法不仅能提高他们的学习兴趣,更能激发他们的激发学习热情。
2.4 考核方法的改革
改革实践性课程的考核方法,全面考核学生学习情况,鼓励创新思维。课程设计传统的考核方法主要是根据设计或计算结果进行评分,而毕业设计（论文）的考核方法由三部分组成,包括指导教师评分、评阅教师评分和答辩成绩等。可将毕业设计（论文）的考核方法引入到各门实践性课程的考核中来,在课程开始时指导教师即下发任务书,明确课程学习的目标和任务。课程结束时,由3至5位教师成立课程学习考核小组,对学生课程学习的各方面综合进行考核,包括工作态度、基本知识和操作（或应用）能力的掌握情况、任务完成情况、创新思维的体现、报告或论文的质量等。指导教师根据学生在教学过程中的工作态度、操作或应用能力和最终任务的完成情况等进行评分;报告或论文评阅教师则根据任务完成的质量、学习报告或论文的规范性和创新情况进行评分;考核小组根据学生在答辩过程中表现出来的知识点掌握情况、表达能力等集体决定答辩成绩;最后考核小组根据课程的类型和性质,将以上3个成绩按一定比例加权平均得到课程学习的总成绩。表1给出了有限元技术应用考核时内容和各项所占的建议比例。
钢结构设计技术应用和毕业设计（论文）的考核可参照表1,焊接操作和生产实习这两门课程的考核可由考核小组对各项比例进行适当调整。
3、保障机制
钢结构实践性课程教学改革是该专业方向教学体系改革的重要内容,在某种意义上它决定了教学改革的成功与否,而教学改革能否顺利开展和进行取决于保障机制是否完善。
(1)领导大力支持。钢结构方向的实践性课程和理论课程共同组成了该方向的教学体系,两个方面都进行教学改革才能满足21世纪钢结构人才培养目标的要求。学校各级领导应充分认识到实践性课程教学改革的重要性,必须高度重视和大力支持,这是进行教学改革的根本保障,可以制定相关政策鼓励和支持教师开展实践性课程教学改革。如果得不到领导的支持,任何教学改革都必将以失败而告终。
(2)教师积极投入。指导教师是实践性课程教学改革的主要实施者,应充分认识到实践性课程教学改革的重要性和必要性,积极投身到改革中来。实践性课程全方位教学改革实施,需要指导教师花更多的时间和精力用于教学过程中,可能还会触及到部分教师的一些利益,指导教师不能过于计较得失,为了改革的顺利开展和人才培养的整体目标实现,其付出是完全值得的。
(3)经费确保到位。实践性课程的教学改革需要一定的经费作保证,首先,实践性课程的教学需要一定的设备,如有限元技术应用和钢结构设计技术应用这两门课程设计,由于计算量大,所用软件需在高性能计算机上运行,因此需要一次性投入用来购置计算机。另外,生产实习或参观实践基地、材料及其加工、聘请专家讲学等都需要一定的经费,指导教师必须做好预算,确保教学时经费到位。
(4)实践基地建设。实践基地是实践性课程教学的最基本、最重要的基础条件,必须将其放在战略高度上予以重视。实践基地需要长期建设,可结合钢结构专业方向特点,充分利用产学研合作关系、校友资源等,与钢结构生产制造单位、建设单位或工程管理单位等建立长期合作关系,共建实践基地。学校或学院可聘请实践基地有丰富工程实际经验的钢结构专家担任兼职教授,在生产实习的教学过程中,可请他们给学生作专题报告,另外,在其它的实践性教学环节中,也可以将他们请到学校来讲学。这样不仅能深化双方的合作关系,又能提高实践性课程的教学质量。
4、结语
钢结构方向实践性课程的教学改革是该方向课程体系改革的重要组成部分,本文探讨了钢结构方向实践性系列课程的教学改革,对实践性课程教学环节相关的几个方面提出了具体的改革措施和建议。改革措施的实施将有利于提高教学质量,有利于培养学生的应用能力和创新意识,从而为实现培养应用型人才这一目标奠定坚实基础。
参考文献
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[5]郇筱林,戴素娟,刘艳.钢结构实践教学改革探讨[J].大众科技,2010,3:140-141.
刚架结构设计论文范文第8篇
1.1预埋地脚螺栓与砼短柱边距离过近。在刚架吊装时，经常不可避免的会人为产生一些侧向外力，而将柱顶部砼拉碎或拉崩。在预埋螺栓时，钢柱侧边螺栓不能过于靠边，应与柱边留有足够的距离。同时，砼短柱要保证达到设计强度后，方可组织刚架的吊装工作。
1.2往往容易遗忘抗剪槽的留设和抗剪件的设置。柱脚锚栓按承受拉力设计，计算时不考虑锚栓承受水平力。若未设置抗剪件，所有由侧向风荷载、水平地震荷载、吊车水平荷载等产生的柱底剪力，几乎都有柱脚锚栓承担，从而破坏柱脚锚栓。
1.3柱脚底板与砼柱间空隙过小，使得灌浆料难以填入或填实。一般二次灌料空隙为50mm。
1.4有些工程地脚螺栓位置不准确，为了方便刚架吊装就位，在现场对底板进行二次打孔，任意切割，造成柱脚底板开孔过大，使得柱脚固定不牢，锚栓最小边（端）距亦不能满足规范要求。
2梁、柱连接与安装
2.1多跨门式刚架中柱按摇摆柱设计，而实际工程却把中柱与斜梁焊死，致使实际构造与设计计算简图不符，造成工程事故。所以，安装要严格按照设计图纸施作；
2.2翼缘板与加厚或加宽连接板对接焊缝时，未按要求做成倾斜度的过渡。对接焊缝连接处，若焊件的宽度或厚度不同，且在同一侧相差4mm以上者，应分别在宽度或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1：2.5（1：4）的斜角。
2.3端板连接面制作粗燥，切割不平整，或与梁柱翼缘板焊接时控制不当，使端板翘曲变形，造成端板间接触面不吻合，连接螺栓不得力，从而满足不了该节点抗弯受拉、抗剪等结构性能。
2.4刚架梁柱拼接时，把翼缘板和腹板的拼接接头放在同一截面上，造成工程隐患。拼接接头时，翼缘板和腹板的接头一定要按规定错开。
2.5刚架梁柱构件受集中荷载处未设置对应的加劲肋，容易造成结构构件局部受压失稳。
2.6连接高强螺栓不符合《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接的技术条件》或《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈型式尺寸与技术条件》的相关规定。高强螺栓拧紧分初拧、终拧，对大型节点还应增加复拧。拧紧应在同一天完成，切勿遗忘终拧。一定要在结构安装完成后，对所有的连接螺栓应逐一检查，以防漏拧或松动。
2.7有些工程中高强螺栓连接面未按设计图纸要求进行处理，使得抗滑移系数不能满足该节点处抗剪要求。必须按照设计要求的连接面抗滑移系数去处理。
2.8有的工程缺乏有针对性的吊装方案，吊装刚架时，未采用临时措施保证刚架的侧向稳定，造成刚架安装倒塌事故。应先安装靠近山墙的有柱间支撑的两榀刚架，而后安装其他刚架。头两榀刚架安装完毕后，应在两榀刚架间将水平系杆，檩条及柱间支撑，屋面水平支撑，隅撑全部装好，安装完成后应利用柱间支撑及屋面水平支撑调整构件的垂直度及水平度，待调整正确后方可锁定支撑，而后安装其他刚架。
3檩条、支撑等构件的制作安装
3.1为了安装方便，随意增大、加长檩条或檩托板的螺栓孔径。檩条不仅仅是支撑屋面板或悬挂墙面板的构件，而且也是刚架梁柱隅撑设置的支撑体，设置一定数量的隅撑可减少刚架平面外的计算长度，有效的保证了刚架的平面外整体稳定性。若檩条或檩托板孔径过大过长，隅撑就失去了应有的作用。
3.2隅撑角钢与钢梁的腹板直接连接，当刚架受侧向力时，使腹板在该处局部受到侧向水平力作用，容易导致钢梁局部侧向失稳。
3.3有的工程所用檩条仅用电镀，造成工程尚未完工，檩条早已生锈。檩条宜采用热镀锌带钢压制而成的檩条，且保证一定的镀锌量。
3.4因墙面开设门洞，擅自将柱间垂直支撑一端或两端移位。同一区隔的柱间支撑、屋面水平支撑与刚架形成纵向稳定体系，若随意移动其位置将会破坏其稳定体系。
3.5有些单位为了节省钢材和人工，将檩条和墙梁用钢板支托的侧向加劲肋取消，这将影响檩条的抗扭刚度和墙梁受力的可靠性。故施工单位不得任意取消设计图纸的一些做法。
3.6有的单位擅自增加屋面荷载，原设计未考虑吊顶或设备管道等悬挂荷载，而施工中却任意增加吊顶等悬挂荷载，从而导致钢梁挠度过大或坍塌。任何单位均不得擅自增加设计范围以外的荷载。
3.7屋面板未按要求设置，将固定式改为浮动式，使檩条侧向失稳。往往设计檩条时，会考虑屋面压型钢板与冷弯型钢檩条牢固连接，能可靠的阻止檩条侧向失稳并起到整体蒙皮作用。
3.8刚性系杆、风拉杆的连接板设置位置高低不一，使得水平支撑体系不在同一平面上，从而影响刚架的整体稳定性。刚性系杆与风拉杆构成水平支撑体系，其设置高度在同一坡度方向应保持一致。
目前，我国钢结构住宅产业已进入一个新的发展阶段，有关规范和标准已经出台，国内钢材产量充足，有了一批钢结构住宅试点与示范的建设经验和科技成果，钢结构住宅的发展已具备了较好的物质和技术基础。当然，在钢结构住宅发展方面，还有一些技术问题有待解决。钢结构住宅的推广还需要做大量的工作，完善不同类型结构设计规范和施工技术标准，研制新型的轻质保温墙体材料以及与住宅部品的配套问题，同时还要广泛宣传开发轻钢住宅的益处，让更多的开发商、设计师和用户认识了解钢结构住宅的优点。
参考文献
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[2]陈禄如等.攻克关键技术推动钢结构住宅发展.建设科技，2003年12月.
论文关键词：轻钢结构；安装；预防
刚架结构设计论文范文第9篇
关键词：建筑设计；结构设计；关系
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1.建筑设计与结构设计的概念
1.1建筑设计的概念
建筑设计指的是建筑工程在建造之前，建筑设计师充分按照工程任务，把可能在工程施工过程中或者使用过程中出现的问题作好通盘的设想，并拟定好解决问题的方案。建筑设计的主要内容包括：初步方案、初步设计、搜集资料、技术设计施工图、技术设计施工详图等。随着科学技术的不断发展，建筑设计中越来越深入广泛的利用各种科学技术的成果。
1.2结构设计的概念
结构设计指的是建筑工程的结构设计，主要包括建筑工程的基础设计和上部结构设计。建筑工程的上部结构设计的主要内容和步骤包括：(1)根据建筑工程设计来确定建筑物的结构体系和结构的主要材料；(2)建筑物的结构平面布置；(3)初步筛选建筑材料的类型和强度等级，并根据以往经验初步确定建筑物构件的截面尺寸；(4)建筑物的结构内力分析、各种荷载作用分析、结构荷载计算；(5)建筑物结构荷载效应组合；(6)建筑物构件的截面设计。
2.现代建筑设计与结构设计存在的问题
2.1现代建筑结构设计中的扭转和共振问题
在现代建筑工程的结构设计中要求建筑三心要尽量汇于一个中心点，建筑三心指的是建筑物的结构重心、刚度中心和几何形心。现代建筑结构设计中的扭转问题主要是指在建筑物的结构设计过程中没有做到三心汇于一点，在建筑物的水平荷载作用下建筑结构出现了扭转振动效应。所以，为了避免建筑工程因水平荷载作用而出现的扭转破坏，就必须在对建筑物的结构设计时尽量选择合理的平面布局和结构形式，让建筑物的三心尽量汇于一点。还有现代建筑结构设计中出现的共振问题，如果发生地震，而建筑场地的特征周期与建筑物的自振周期又很接近，那么建筑物和建筑场地就有可能发生共振。所以，在设计建筑工程方案时，必须要针对预估建筑场地的特征周期，选择合适建筑结构体系和结构类型，并通过调整建筑物结构的层数，扩大建筑场地特征周期与建筑物的自振周期之间的差别，从而避免共振问题的发生。
2.2现代建筑结构的水平侧向位移问题
现代建筑工程设计的水平侧向位移即便能够满足建筑工程结构规程的要求，也不能代表该建筑结构设计是合理的，因为这其中还要充分考虑到地震力的大小和周期等因素。在对建筑工程进行抗震结构设计时，建筑物的结构刚度和地震力的大小有着直接的关系。当建筑物结构刚度小，而建筑工程的结构设计并不合理，但由于地震力比较小，所以结构位移也比较小，位移也就控制在规范允许的范围内，但是这并不是合理的结构设计。因为地震力小、结构周期长是很不安全的，并且位移的曲线变化应该具有连续性，除了沿着竖向发生刚度突变之外，不能够有其他明显的折点或者拐点。在一般情况下位移曲线有三种类型：(1)剪力墙结构的建筑工程发生的位移曲线应该是弯曲型；(2)框架结构的建筑工程发生的位移曲线应该是剪切型；(3)框一筒结构和框一剪结构的建筑工程发生的位移曲线应该是弯剪型。
3.建筑设计与结构设计的关系
3.1建筑设计与结构设计的相互配合
在建筑工程的建设过程中，无论是公共建筑、工业建筑还是民用建筑大致可以分为分为两类：(1)拥有完善的使用功能，优美的建筑造型，通过专业化的施工工艺和制造技术与先进的结构体系有机地结合，创造出经济适用的、新颖的、技术先进的建筑物；(2)主要追求新奇的艺术效果为主，没有合理的建筑结构方案，创造出奇特的建筑物。在现代建筑物中主要实施和提倡第一类建筑。以具体的工厂厂房设计来谈结构设计和建筑设计相互配合。工厂厂房的设备较大，车间要求十分宽敞，防火要求比较高，并且不改隔墙。以往的设计大都采用的是排架结构，厂房的墙体为240砖墙，厂房的屋盖为薄腹梁钢筋混凝土大板结构，这样的厂房才能满足使用要求。但这种排架结构的设计不足之处施工周期长、跨度受限制、不经济。
根据结构设计必须要考虑到厂房施工方便和经济合理的条件，在现代的工厂设计中可以采用门式刚架轻型房屋钢结构，在标离1米以下的地方为砖砌体，而墙体则用压型彩钢板，屋盖也一样。这样的设计不但能克服上述厂房结构形式的不足，而且还满足了厂房的使用要求。比如在对棉花加工厂这类厂房进行结构设计时，要充分满足厂房的生产工艺要求，在厂房的功能布局上要充分考虑运输活动和生产活动的方便，要为工厂创造良好的工作环境，这是这类厂房的设计原则。所以，在满足基本要求的前提下，施工最方便、最经济、施工周期最短的设计方案必然成为首选方案。对于公共建筑来说，建筑的设计不能离开具体的设计对象。一个优秀的建筑必然是结构设计和建筑设计之间密切配合的结果，同时还要分清配合的侧重点。一个好的建筑设计能够将建筑物完善的使用功能和优美的建筑造型与结构设计充分地结合在一起。
3.2建筑设计与结构设计之间的密切联系
在建筑设计过程中，有少数的建筑设计师把结构总是放在第二位，并一直强调结构必须服从建筑，这种观念不但忽略了最基本的力学规律，还分割了科学的完整性。这种最大满足使用功能和片面地追求建筑艺术与建筑技术结合的要求，往往会给建筑工程的质量带来严重的隐患。在建筑设计过程中，任何一个建筑设计方案都会对建筑具体的结构设计产生一定的影响，并且建筑结构设计的技术水平也制约着建筑设计得层次。所以，在建筑工程的设计过程中，建筑设计师必须要具备一定的结构方面的基础，并且能够与结构设计相互协调，适当的结合，让二者互相统一，从而创作出优秀的、完美的建筑设计作品。
有的建筑设计师在设计中过分强调创作的标新立异、新颖、美观，从而不能与结构设计有效的结合。而建筑物本身承受着巨大的地震力、自重荷载与活载、扭矩力、水平风力等，要是建筑设计师不按照建筑的结构受力特征和基本的结构技术原理进行竖向设计和平面设计，也不征询结构设计师的意见，这样就会导致结构设计师不能合理的选择结构体系，从而出现建筑结构不稳定问题发生。比如可以讲建筑物的截面设计成为三角形，这样建筑物的抗侧能力和抗弯矩力就会小很多。还有些建筑设计师经常忽视结构力学的基本规律。比如：对于需要抗震设防的地方，建筑的高层电梯设置在建筑物的一侧，不能与建筑物的刚度中心相互重合，电梯筒就会受到很大的刚度，从而造成结构偏正，产生扭转。
结束语：
从建筑结构效益的角度来看，片面追求建筑物的艺术表现，忽视结构原理，设计出来的建筑作品往往只能作为雕塑作品或者是虚假的造型。只有符合正确的结构逻辑的建筑，充分发挥结构本身造型特点，充分融合结构设计构思和建筑设计构思去实践个性的建筑，才能算得上是成功的建筑作品。同时，建筑设计师要不断提高自身的艺术修养，勇于创新，充分利用结构设计原理来完善建筑设计。而建筑结构设计师也要充分了解建筑设计师的意图，促进结构设计和建筑设计的有机融合和密切配合，从而设计出更高水平的建筑作品。
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刚架结构设计论文范文第10篇
>> 浅析建筑框架结构施工中存在的问题 框架结构中地坪拉梁设计问题探讨 浅析框架结构中的 框架结构强柱弱梁实现中的问题与对策分析 浅谈多层框架结构中次梁的设计 浅析框架结构砌体裂缝的问题 框架结构施工问题浅析 浅析高层建筑框架结构设计中的常见问题 浅析框架结构设计中的力学问题 浅析框架结构在施工技术中应注意的问题 浅析地震地区框架结构在施工技术中应注意的问题 浅析施工中框架结构的构造设置 框架结构施工中的质量问题防治 框架结构施工中的问题及措施探讨 浅谈建筑框架结构梁的施工应注意的一些问题 框架结构中基础拉梁设计 浅析混凝土框架结构的设计 框架结构的抗震设计浅析 浅析框架结构裂缝的防治 框架结构抗震设计中强柱弱梁的实现探讨 常见问题解答 当前所在位置：中国论文网 > 经济法律 > 浅析框架结构中主次梁相交引起的扭矩问题 浅析框架结构中主次梁相交引起的扭矩问题 杂志之家、写作服务和杂志订阅支持对公帐户付款！安全又可靠！ document.write("作者：未知 如您是作者，请告知我们")
申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 摘要:本文将在对框架问题的理解上，分析扭矩产生的三种情形，以期引起设计者更加重视它的意义及重要性。 关键词:框架结构；主梁；次梁；扭矩 中图分类号： TU323.5 文献标识码： A 文章编号：
在目前的建筑结构设计中,在结构上采用主次梁的方式承受竖向荷载和水平荷载的情况比较广泛,因而在主、次梁的受力体系中,主次梁相交在主梁中引起的扭矩问题就成为结构设计中不可忽视的问题。 框架结构及主梁次梁的基本概念 1.1框架结构
框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。
房屋的框架按跨数分有单跨、多跨；按层数分有单层、多层；按立面构成分有对称、不对称；按所用材料分有钢框架、混凝土框架、胶合木结构框架或钢与钢筋混凝土混合框架等。其中最常用的是混凝土框架（现浇整体式、装配式、装配整体式，也可根据需要施加预应力，主要是对梁或板）、钢框架。装配式、装配整体式混凝土框架和钢框架适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。
其优点：空间分隔灵活，自重轻，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状；缺点为：框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破色数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大；不适宜建造高层建筑，框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的（即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度，但也是有限的），它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，其总体水平位移上大下小，但相对于各楼层而言，层间变形上小下大，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素，对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大。 1.2主次梁
主梁指的是在上部结构中，支承各种荷载并将其传递至墩、台的梁，次梁在主梁的上部，主要起传递荷载的作用。在主梁和次梁的交接处，可以把主梁看成是次梁的支座（固定支座），次梁的钢筋伸入主梁的长度只要满足锚固长度的要求即可，钢筋的锚固长度与梁的跨度无关，只与钢筋的抗拉设计强度、混凝土的抗拉设计强度及钢筋的直径和外形有关。
在框架梁结构里,主梁是搁置在框架柱子上，次梁是搁置在主梁上。在相交处，小心计算主梁，这是个主要受力构件，马虎不得。计算要点和构造特点： （1）主梁除承受自重外，主要承受由次梁传来的集中荷载。为简化计算，主梁自重可折算成集中荷载计算； （2）与次梁相同，主梁跨中截面按T型截面计算，支座截面按矩形截面计算； （3）主梁支座处，次梁与主梁支座负钢筋相互交叉，使主梁负筋位置下移，计算主梁负筋时，单排筋h0=h－（50～60）mm，双排筋h0=h－（70～80）mm。 2. 主次梁相交引起的扭矩问题 2.1扭矩产生的原因及其重要性
1）框架结构中主次梁相交时的边梁承受由于次梁引起的扭矩;2)主梁由 两侧次梁跨度相差过大而在主梁中引起的扭矩;3)主梁由两侧不在同一轴线上次梁在主梁中引起的扭矩。目前对大多数多层建筑结构来说，一般都简化成平面框架来分析，这种扭矩的作用往往又被忽视，平面计算软件也不能考虑这种扭矩的作用，其后果将导致建筑结构可靠度降低，留下事故隐患，甚至诱发安全事故。 2.2单跨楼面梁
单跨楼面梁计算属于空间刚架，超静定结构。如图1所示,次梁Lb支承于主梁La上,而形成主、次梁相交。根据变形协调条件求得La梁中L3段内的扭矩T3: 式中:GIT为抗扭刚度从式(1)中可以看出,随着次梁跨度L2、荷载qb的增加,以及主梁跨度L1,次梁到主梁支座的距离L3的减小,T3迅速增加。反之迅速减小。扭矩T3的变化范围在零到次梁Lb的固端弯矩之间。从而有可能在主梁La中形成较大的影响,甚至因抗扭过大而出现La因抗扭截面尺寸不足,而出现抗扭超筋的现象。 2.3双侧次梁的情况
双侧次梁的主梁受扭计算，可采用单次梁的结果叠加。如图2，次梁La.、L。在边梁产生的协调扭矩分别为T1、T2，从扭矩图可以看出，在主梁中间AB区域的扭矩最大，这是在设计中最容易忽视的，而实际工程中这种情况并不少见，应引起工程设计人员的重视。 图2 2.4多跨连续梁条件下边梁产生扭矩计算
实际工程中，对于求解楼面梁为多连续梁条件下边梁的协调扭矩时，考虑到在等跨、等截面、等荷载且忽略活载不利分布的情况下，其第一内支座的左右转角差较小这一特点，不妨可视为固定端，计算简图如图3，计算得A点的变形协调条件可以推出边梁的协调扭