学文网钢结构房屋篇1
钢混结构是指钢筋与混凝土两种不同材质的原料相互作用，配有钢筋的混凝土制成的结构。钢混结构中，钢筋的作用是承受拉力，混凝土的作用是承受压力，以此加固建筑物使其稳定坚固。钢混结构在强度、坚固性以及柔韧度与延展性方面，有着独特的优势，并且由于其成本较低，防火性能好等特点，被广泛运用，但是，钢混结构的连接形式多样，构造方法会因连接构件、及受力性质其材质的变形能力有所不同，或掌控不好，在设计及施工中就会存在一些问题。由此，钢混结构在房屋设计中，应当抓住以下关键点:(1)安全实用性。钢混结构的本质就是整体受力，在实际的应用中，可规避钢筋和混凝土的各自的不足，将二者的优势完全发挥出来，在房屋设计中，应当完全体现这种优势，着重考虑结构构件的承载力，二者整体的安全性等。此外，由于钢混结构的成本较低，在设计时，本着安全的基础，控制好建筑成本，达到安全实用的标准;(2)稳定性。钢混结构的最基本的功能即加固建筑物，在对房屋设计中，稳定性是必须要满足的，这也是探究钢混结构在房屋设计中的问题的重要考察因素之一;(3)抗震性。近年来，由于气候问题，地震频发，是人民财产生命的重大威胁之一，因此房屋的抗震性研究必不可少。钢混结构的稳定及抗压抗拉性为房屋提高了一定的抗震性，但是，地震的难预测性，使得房屋的抗震标准进一步提高，所以，在对房屋设计中，钢混结构的抗震也是需要重要考虑的。
2钢混结构房屋设计中的问题
2．1地基与基础设计的问题
(1)裂缝与沉降。在房屋建筑中，一般都采用天然地基，必然会出现沉降问题，如果对建筑沉降导致的附加应力影响没有进行充分的估量与考虑，很容易会出现混凝土裂缝问题。(2)地基防水问题。在对房屋的设计中，建筑物的防水与降水功能不容忽视，尤其是柱下承台的形式，基槽地模的形状非常复杂，经常会出现阴阳坡与放坡的情况，这为地基的防水与降水带来了一定的难度，在地基与基础设计中，也要注意到这个问题。(3)配筋计算问题。配筋的计算往往会出现实际情况与结算结构不符的情况，这是由于在地下室底板与外墙配筋的计算中，假设条件与实际情况不符，而计算方式没有选择正确导致的。(4)基础坡面的设置。在天然地基的基础设计中，基础坡面往往会设置到1/3以上，为混凝土的捣实工作带来一定的障碍，必须要用人工拍打振捣来弥补，大大影响到钢筋混凝土强度的均匀性除此之外，在对地基及基础中的拉梁设计中，没有考虑到其他的因素，而与普通的拉梁行类似设计方法，也使得钢混结构下地基及基础的稳定性不能够得到保证。
2．2上部结构设计中的问题
上部结构设计中的问题，主要是框架－剪力墙的结构设计问题，如果剪力墙的布置不能均匀，或者存在较大刚度的单肢情况，就会影响到梁板等构件的设计，出现应力破坏及集中应力的问题，严重影响到建筑的稳定性。(1)强柱弱梁和强剪弱弯的问题。这是建筑抗震的结构设计，实现难度比较大，容易出现问题。如果在设计过程中，采取强梁弱柱或者弱剪强弯的结构设计原则，就会产生严重的破坏力，但在实践过程中，强柱弱梁和强剪弱梁又不太容易实现，一旦出现地震，出现柱梁倒塌，造成损失。(2)挑梁变形和墙体外闪的问题。挑梁变形和墙体外闪问题的出现，大多出现在钢筋混凝土结构的局部受力较大的情况，在房屋设计中，需要注意规避这类问题的出现。(3)其他问题。除了以上主要四类问题，在房屋设计中，钢混结构还存在着一些细节方面的问题，包括钢筋混凝土结构中的钢筋保护层的厚度问题，框架梁端的受拉钢筋的配筋率取值等，都应当在设计中予以重视。
3有效措施
3．1针对地基及基础设计的问题
在地基和基础设计中所出现的问题，需要根据具体情况进行有效防治:首先，针对地基设计中出现混凝土裂缝的情况，如果建筑房屋的沉降量不大，可采取在地下板和持力层之间铺设褥垫来缓和建筑附加应力的影响;其次，在房屋地基及基础的设计过程中，应当对不同季节地下建筑的水位进行勘测标注，计算出精确的包络***，以科学的数据作为设计的数值基础，以提高房屋的防水功能;第三，对于配筋的问题，应当统一地下室底板与墙外配筋的计算方式，一般受压构件最小配筋率为:全部纵向钢筋0．6%，一侧纵向钢筋0．2%，受拉钢筋0．2%。同时，确定底部固结和顶部铰接计算模型的应用范围，以此消除配筋问题为建筑带来的不良影响;第四，在基础坡面的设置问题中，由于常采用的是天然地基锥体***基础设计方案，要解决这类问题，可以采取阶梯型基础设计，设置合理的坡面坡度，以保证混凝土均匀性受力。同时，在对地下***基础之间的拉梁设计中，应当按照实际的建筑情况，对梁坡上扩散角内土的重量进行必要的估量，采取符合实际情况的拉梁设计，从而保证拉梁结构的稳定性。
3．2针对上部结构设计中的问题
在框架－剪力墙的设计中，首先要注意房屋的高度，按国家规定，当楼层高于50M时，框架－剪力墙结构应当采用现浇楼盖结构，并且加大混凝土的强度，应当在C20～C40范围内。其次，为了分散应力，应当保证墙肢数不少于4，此外，必须要遵循框架结构的多层设防原则，以增强剪力墙的防御能力，有效抵抗外来的破坏力。同时，对于剪力墙梁柱的设计，应当采取强柱弱梁和强剪弱弯结构形式，将大放小，以增强框架－剪力强结构的稳固性。
3．3抗震性的问题
抗震性是房屋设计的重要因素之一，要根据抗震等级对房屋进行合理设计。在这个过程中，结合我国地震具体情况，对抗震设计时行改良与完善，促使强柱弱梁及强剪弱弯的结构设计能够在实际操作中产生效用。3．4针对挑梁变形及墙体外闪的问题对于挑梁变形和墙体外闪，采取的有效措施为:在挑梁的端头设置构造柱，以连接每层的挑梁，这样的设计可以消除挑梁及墙体局部过大受力，对压力进行有效的分散与缓解，从而彻底规避此类问题。
3．5其他问题
在钢混结构的房屋设计中，一些细节上的问题必须要注意，比如钢混结构中钢筋混凝土的保护层厚度的设置，并不是越厚越能够起到保护作用，比如基础中的保护层厚度分为无垫层与有垫层，前者为40MM，后者为70MM;预应力钢筋保护层必须大于15MM，而受弯构件端头保护层应当不小于10MM……诸如此类，因此，一定要按照房屋设计的实际情况进行标配与取值。
4结束语
钢结构房屋篇2
关键词：房屋钢筋混凝土；建筑结构设计
中***分类号：TU318文献标识码： A
钢筋混凝土建筑结构是当前房屋建筑工程最常见的一种建筑结构，房屋钢筋混凝土建筑结构设计对于房屋建筑工程的可靠性和安全性有着直接的影响。因此要结合房屋钢筋混凝土建筑结构的特点，合理设计房屋钢筋混凝土建筑结构，不断提高房屋建筑工程的施工质量。
一、房屋钢筋混凝土建筑结构的原理和特点
1、房屋钢筋混凝土建筑结构的原理
钢筋混凝土建筑结构主要是指由钢筋材料和混凝同组成的建筑结构。钢筋混凝土建筑结构承担着房屋建筑的大部分重力，因此其建筑结构设计对于整个房屋建筑工程的稳定性有着非常重要的影响。混凝土的结构抗压能力较好，钢筋的延展性较，钢筋混泥土将两者有效地结合起来，极大地提高了房屋建筑工程的结构强度。另外，钢筋混凝土建筑结构还具有良好的防火性能[1]，工程施工成本较低，被广泛的应用在现代化建筑工程中。
2、房屋钢筋混凝土建筑结构的特点
虽然传统的混凝土建筑结构的承载能力较强，但是在长期的使用过程中容易出现裂缝、断面等问题，钢筋混凝土结构融入钢筋材料，有效地提高了建筑结构的抗拉性能，对于保障房屋建筑工程质量有着非常重要的意义。
二、房屋钢筋混凝土建筑结构设计原则
1、持久性
在设计房屋钢筋混凝土建筑结构时，要坚持持久性的原则，做好对钢筋混凝土的防护措施，提高钢筋混凝土的抗腐蚀能力，在正常使用状态下，最大程度地延长钢筋混凝土的使用寿命，确保房屋建筑工程的施工质量。
2、实用性
房屋钢筋混凝土建筑结构设计要注意实用性的原则，严格控制房屋建筑结构的断裂和变形情况，充分利用钢筋混凝土的优势，优化房屋建筑工程重点部位的施工设计，改进钢筋混凝土建筑结构，满足房屋建筑工程的使用要求。
3、安全性
安全性是房屋钢筋混凝土建筑结构设计的重要原则，房屋建筑工程的钢筋混凝土结构设计，要充分考虑到支座沉降、温度变化以及承受负载等因素的影响，即使在强烈撞击、地震或者爆炸情况下，也要能够最大程度地保持房屋建筑工程的稳定性和安全性，保护人们的生命财产安全，减少经济损失。
三、房屋钢筋混凝土建筑结构设计
1、设计合适的钢筋混凝土建筑结构
由于各个地区的风俗习惯、地理环境以及人们的生活方式等方面都存在很多的不同，因此在设计不同地区的房屋混凝土建筑结构时，要充分考虑到这些因素，设计人员首先要深入了解当地的建筑结构设计特点和人们的风俗习惯，满足当地人们对于房屋建筑工程的需求，设计科学合理的房屋钢筋混凝土建筑结构。例如，我国北方很多城市的房屋钢筋混凝土建筑结构设计都采用了钢筋混凝土框架剪力墙的设计形式，这种设计形式不仅具有良好的降噪效果和结构强度，其占地空间较小、施工方便、施工成本较低。
2、科学处理钢筋混凝土结构的刚度
近年来，我国国民经济快速发展，城市人口越来越多，与此同时城市的土地资源日益紧张，各个地区的高层房屋建筑工程开始蓬勃发展，和占地面积同样的地层或者多层建筑相比，高层房屋建筑工程的利用率更高，能够有效地节约城市资源，受到广大建筑企业的青睐。高层房屋建筑工程的竖向高度较高，因此对于建筑结构的要求也较高，因此要科学处理钢筋混凝土结构的刚度，提高高层房屋建筑工程的承载能力，结合高层房屋建筑工程施工现场的实际情况，如果当地的土质性能较好，可以在满足建筑结构强度要求的基础上，减少使用剪力墙，最大程度地节约施工成本。
3、房屋钢筋混凝土建筑结构的抗震设计
房屋钢筋混凝土建筑结构的抗震设计，要科学选定建筑工程的建设位置，充分考虑到房屋建筑工程周围的地质条件和地形地貌情况，规范布置建筑工程的平面结构，构建完善的钢筋混凝土建筑结构体系。在设计过程中，首先房屋钢筋混凝土建筑结构的平面设计要尽量遵循对称、简单的规则，减少建筑结构的偏心。其次，将房屋钢筋混凝土建筑结构的质量中心和刚度中心进行重合。再次，房屋钢筋混凝土建筑结构的边缘位置不能设置重量较大的跨间，尽可能将跨间设置在接近建筑结构刚度中心的位置[2]。最后，房屋钢筋混凝土建筑结构的抗震设计，要尽量使用轻质材料设计围护结构，避免设计大悬挑的建筑结构。
4、合理使用加固方法
（1）预应力加固法
房屋钢筋混凝土建筑结构可以采用预应力加固法来提高房屋建筑工程的稳定性和安全性。预应力加固法可以改变钢筋混凝土建筑结构的加固、卸载和内力分布，消除建筑结构应变应力的滞后问题，可以应用在高应变、高应力条件下或者大跨度和重型结构的钢筋混凝土建筑结构中。
（2）碳纤维加固法
碳纤维是一种抗拉性极强的环氧树脂胶黏剂[3]，在房屋建筑工程的某些重点重点加入碳纤维，可以极大地提高房屋钢筋混凝土建筑结构的抗拉能力，提高房屋建筑的强度，并且碳纤维加固法具有良好的加固效果。但是在使用过程中，也要注意日常维护，因为这种材料很容易引发火灾，严重威胁人们的生命财产安全，因此只有在房屋建筑工程的某些特殊部位才会使用这种加固方法。
结束语：
房屋钢筋混凝土建筑结构改善了传统混凝土建筑结构的很多缺点，有效地提高了房屋建筑的抗拉能力、抗压能力和结构强度，因此一个稳定、科学的钢筋混凝土建筑结构对于整个房屋建筑工程的安全性和稳定性有着重要的影响。
参考文献：
[1]刘伟权. 试论房屋钢筋混凝土建筑结构设计[J]. 中国新技术新产品,2012,15:173-174.
钢结构房屋篇3
关键词：大跨度房屋 钢结构 设计分析
中***分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
1、前言
随着社会的发展与进步，钢结构在大跨度房屋设计中应用越来越广泛。钢结构相较于其他的材料结构有其鲜明的优点，比如有足够高的材料强度、较好的塑性和韧性、简单的制造工艺和较短的施工周期等。在实际的工程应用中，应该科学的对钢材进行筛选，尽可能的选择有较高强度和性价比相对高的钢材；在其结构选择上，根据其标准要求合理的选择相应的结构方案；在其连接处的设计中，尽量采用较为简单的力学传递结构，满足其应有的运动要求。此外，在实际的钢结构设计中，还要使钢结构在实际应用过程中满足其各个参数的要求，并根据实际需要做好防火和防腐等方面的设计。所以，应该优先选择通用性的钢结构构件，减少其制作安装的流程，提高材料的实用性。
2、大跨度房屋主要的钢结构划分
根据刚性差异，大跨度房屋钢结构可以分成以下三种：刚性结构、柔性结构和杂交结构。其中，杂交结构可以用两种方式来获得，一种是通过刚性结构和柔性结构的有机组合，另一种是利用变更传统结构的特点，这里我们更多来讨论刚性大跨度房屋和柔性大跨度房屋。
2.1刚性大跨度房屋结构
刚性大跨度房屋的组成结构主要包括钢梁和钢相架，且它们自身的刚度决定着刚性大跨度房屋总体的机构刚度。所谓的空间网格结构就是指结构组成是规则的空间单元，而空间结构的定义与其正好相反。
空间网格结构的形式主要有网站结构、网壳结构、组合网架结构和预应力网架结构等。空间网格结构一般由钢杆件组成，有众多优点，比如合理的受力、简单方便的计算过程、较大的刚度、优良的抗震性能、丰富的造型、较强的适应性等。
空间结构一般由钢梁或者钢析架组成，在跨度较大的情况下还应该用预拉力索来增加结构的刚度、减少钢的用量。除了与空间网格结构相同的优点之外，还有其它优点。如简单的结构体系、 更容易表现建筑造型。不过与空间网格结构作对比时，还有一些不足，如较多较复杂的构件和节点类型，较为繁琐的制作过程。
2.2柔性大跨度房屋钢结构
从受力体系来看，柔性大跨度结构可分为竖直平面、水平层面以及空间三大类。竖直平面受力体系包括张力弦屋架、预张力索衍架体系。水平层面受力体系包括单层预张力索网体系和张力膜结构体系。空间受力体系包括空间预张力索网格体系、索弯顶和张拉集成体系。
3、结构设计存在的问题及分析
3.1存在的问题
由于大跨度房屋钢结构有其他各种材料结构不可代替的优越性，使得它越来越被广大的遇着所接受，相应的跨度也越来越大，超过30米跨度的房屋结构已经屡见不鲜。但是因为钢材的多用性和实用性，钢材的价格波动较大，二钢柱的用量往往大于钢梁的用量，又因为防火涂料的昂贵性，从而使得不少的技术人员提出并采用了传统的的钢筋混凝土柱和H钢屋梁来代替原先设计中的钢材。实际上，这些设计的内容已经给相关的设计人员带来了一种新的设计理念和设计结构体系。但是由于我国目前并没有针对此种结构设定专门的参数，使得此种结构方式在实际中容易出现细节的含糊，给房屋的安全带来不必要的隐患。所以对于此种结构，应该先对其在实际中需求的参数极限值进行详细的分析和探究，清楚的认识其内部的受力特点，这样才能使得整个结构更加的合理和安全。
3.2结构计算应考虑的问题
对于上述问题中用传统的钢筋混凝土柱和H钢屋梁来代替原先设计中的材料的结构体系，如果没有设置拉杆，就会使得计算过程变得极为繁琐，但如果无视其跨度的大小，仅仅采用通常平面系的计算机软件计算，则会给结构留下一定的安全隐患。就目前而言，平面杆系计算机软件是在两个基本的假设基础上进行各种受力分析的，第一是平截面假设，即每一个构件受力过程中杆件的截面不变；第二是杆件相互之间的夹角不变，即在实际的受力中，钢梁和钢柱之间的夹角相互保持不变。这种假设主要是为了门式钢架而设定的，基本符合受力简***，但是这种假设对于当下的结构不适用，也不符合其受力简***。其具体在于先下的人字型的钢梁的推理过大，因为拱脚没有相应的拉杆或者柱没有充足的抗推力，构件就会产生很大的水平位移，造成钢梁夹角的改变，这与前面的两个假设中的夹角不变假设相互冲突，不便于计算；其次，因为拱脚水平位移加大，钢筋混凝土有了其附加的弯矩，即存在二阶效应问题，但是相应的软件计算中由没有考虑二阶效应。擦外，由于悬索效应的影响，位于屋面上的钢梁内力将会急剧的增加，其剪力也会急剧的增加，造成更加不利的情况，这些都是目前的计算机软件不能解决的问题，所以电算的结果势必会有很大的误差，直接利用电算结果进行设计显然是不合理的，会有其必然的安全隐患。
4、大跨度房屋钢结构的设计要点
按照荷载类型，大跨度房屋的荷载主要可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。其中，永久荷载的代表值采用的是标准值。可变荷载的代表值则根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值。而偶然荷载的代表值则通过建筑结构使用的特点来确定。
4.1 永久荷载
永久主要是指屋盖结构自重和屋面覆盖材料自重。在大跨度房屋结构方面主要是利用一些经验公式或者是计算机的软件来计算屋盖机构的自重。但是要注意的是，如果在整个系统中有擦体系的话，还要注意擦条的自重。其中屋面覆盖材料的自重主要是根据实际的情况来统计和计算所有相关机构和材料的自重。
4.2 可变荷载
在大跨度房屋钢结构的应用中，可变荷载有以下几种。
(1)屋面活荷载。一般由屋面的水平投影面来决定。对于不上人屋面，其屋面均布荷载采用标准值0.5kN/m2，但是当施工力度或者是维修程度较为严重的时候，应该按照其实际的情况进行具体的采用，或者在施工的过程中采取特殊的举措，例如上人屋面,屋面均布活荷载标准值采用2.0kN/m2。
(2)雪载荷。屋面的雪载荷主要由屋面的形状以及风向决定的。在大多数的情况下，屋面的雪载荷往往小于本雪压。其主要的原因是因为雪花从坡度大的曲面屋顶滑落，位于平屋顶上的雪被风刮下，有时候雪还会屋顶的散热所融化。但是有时候也会产生积雪，此时应该考虑使用较大的雪载荷，以避免屋顶所收载荷过大而引发一些不必要的麻烦。
(3)风荷载。风荷载是指当建筑物阻碍空气的流动，在建筑物的表面形成的压力或者吸力。风荷载具有静力和动力两种特点，其静力部分主要是稳定风，动力部分主要是脉动风。其中稳定风可以根据静力学求得，而动脉风应根据动力学理论知识求得。
(4)温度作用。
在由于温度变化而出现温差的情况下，因打垮的房屋钢结构的杆件不能自由的变形，从而会在杆件中产生应力，这种应力被称为温度应力。当年的最高温度或者最低温度会影响温差以及结构合拢时的温度，所以在设计中需要考虑这一点。至于温度应力的计算则需要参考空间结构的相关规定。
(5)支座位移。
由于位移的不均匀沉降而引起大跨度房屋钢结构的构件内附加应力。
4.3 偶然荷载
在分析大跨度房屋钢结构的过程中，偶然荷载主要指的是地震作用。建筑物因为地面运动而产生的一种惯性作用就是地震作用，属于一种动力作用。它的大小不仅和结构的固定振动特性有关，由和地面运动的特性有关。
5、结语
随着社会经济的发展，大跨度房屋结构设计已经成为了当今社会的发展主流，大跨度房屋的结构设计也会随着人们的需求有其新的意义和内涵。作为一个大跨度房屋钢结构的设计者，在当下更应该对钢结构的发展和其核心的内容进行深入的了解，积极的借鉴国内外其他区域的大跨度房屋钢结构的设计理念和设计经验，充实自身的设计思路和对整个设计系统的规划，从而使得大跨度房屋钢结构设计在未来有其新颖性和创新性。
6、参考文献
[1] 郭彦林,王小安,张庆林,姜子钦.波浪腹板门式刚架轻型房屋钢结构设理论及应用[J].建筑结构,2011,04:11-19.
[2] 郭彦林,刘锋,兰涛,姜子钦,陈航.波浪腹板构件的设计原理与工程应用[J].施工技术,2012,14:20-25.
[3] 王元清,石永久,陈全.大跨度预应力混凝土空心板及其在多层轻型房屋钢结构中的应用[J].新型建筑材料,2004,02:59-61.
钢结构房屋篇4
关键词：房屋设计；钢结构；常见问题；探讨分析
中***分类号：S611文献标识码： A
引言
良好的结构设计是房屋建筑的灵魂所在，同时，房屋建筑整体质量的提升也离不开结构设计。近年来，钢结构在房屋结构设计过程中得到广泛运用的同时，国家利用宏观调控的手段针对钢结构在建筑行业领域的运用也提出了很多***策方针以保障其正常运行。但是，在房建设计上的创新性与多元化并非轻而易举就能实现，首先要考虑到房建施工中钢结构设计本身的安全与实效，就需要创新的融入，否则建筑的质量与安全就会受到影响，人们的正常生活起居、生命财产安全也会受到不同程度的威胁。因此就要求建筑设计师在具备原有设计能力的同时，弥补自身不足，将自身所拥有的专业知识与运用钢结构技术建设实践相结合，增加对各种结构技术的新知识与新经验，创新思维，与时俱进，从而促进我国在房屋建设过程中钢结构技术的发展。
一、钢结构在房屋结构设计中应用概述
钢结构住宅技术是一种先进的建筑技术，是社会经济发展和科技进步在建筑业的产物，符合住宅产业化以及建筑资源可持续发展的要求。钢结构具有抗震性能好、施工速度快、可循环再利用的优点，属技术密集型产业，结合保温隔热、废旧利用的新型墙体建材的开发，能够做到“节能省地”和环保建筑的要求。在粘土砖被禁用以及每年数亿吨钢产量的国情下，加上钢结构住宅的相关标准规范逐步齐全，开发钢结构住宅建筑体系是可行的和必要的。
1、钢结构具有许多特点：量轻、强度高。用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅的二分之一左右；可满足住宅大开间的需要，使用面积比钢筋混凝土住宅提高百分之四左右；抗震性能好，其延性比钢筋混凝土好。从国内外震害调查结果看，钢结构住宅建筑倒塌数量最少；钢结构构件及有关部品在工厂制作，减少现场工作量，缩短施工工期，钢结构住宅在工地的施工实质上是工厂产品的组装和集成，再补充少量无法在工厂进行的工序项目，符合产业化的要求；钢结构工厂制作质量可靠，尺寸精确，安装方便，易与相关部品配合；钢材可以回收，建造和拆除时对环境污染较少。符合推进住宅产业化，发展节能省地型住宅的国家***策。在经济层面上看，钢结构住宅可消耗目前国内钢产能过剩问题，从而带来社会效益。
2、一般来说，建筑设计的实现主要取决于结构设计，建筑钢结构设计是受制于建筑设计，必须重视结构设计重要性。一项标准的钢结构设计，能够带来经济、合理、安全、舒适的设计方案，服务人们的生活居住，就成为了建筑质量的决定环节中不可缺少的一部分。所以，作为房屋建筑结构设计人员，要懂得转换陈旧的设计理念，不断地开拓出满足现代化发展要求的结构设计方案，就成为新时代下每一个房屋建筑结构设计人员的必修功课，从而针对性地制定合理的方案来解决房建结构设计中的问题，提升房建钢结构设计的整体质量。
3、钢结构相较于钢筋混凝土而言在房屋设计中得到越来越多的应用，此结构拥有如下特点：钢结构这种建筑材料自身的重量比较轻便，对房屋建设中的其他结构产生的负重量小，这就避免了繁琐的地基处理的面积，降低了房屋建造的工作量及成本、缩短了施工周期；面对现如今地震活跃度高的现状，钢结构具有硬度高、密度大、负重力强度大的特点，有利于抗击地震，减少因地震带来的房屋破损，也给建筑投资商降低了投资风险，带来了良好的经济效益；在房屋建设过程中钢结构自身的抗压力强、结构断面小、应用覆盖面积小，这样就实现了房屋布置的灵活性和美观性。
二、房屋结构设计中钢结构设计应注意的问题探讨
1、构件设计
构件的设计首先是材料的选择。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理，经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面，这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级，并自动重新分析验算，直至通过，如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的很多工作量
2、节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。
3、***纸编制
钢结构设计出***分设计***和施工详***两阶段，设计***为设计单位提供，施工详***通常由钢结构制造公司根据设计***编制，有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计***编制的情况也很普遍。设计***及施工详***的内容表达方法及出***深度的控制，目前比较混乱，各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。初学者可参考他人的优秀设计并参考相关的工具书，并依据规范规定编制。
4、钢结构的抗震设计
结构抗震性能与结构布置规则性有很大关系。结构布置不规则，地震时易损坏，而且除弹性设计外还要作弹塑性层间位移验算。因此应尽量使结构布置符合规则性要求。住宅钢结构的平面布置应力求规则、对称。住宅钢结构常见的布置不规则，主要是平面不规则。如平面形状不规则，L形等，特别是支撑剪力墙偏置，明显不对称等。若楼层的最大弹性水平位移超过质心水平位移的1.2倍就属于平面不规则此时需对支撑剪力墙的配置进行调整。
钢结构的抗震性能远比钢筋混凝土结构优越。但是，由于设计特别是构造上的不当，也发生了一些破坏，构件节点的连接破坏更为突出。抗震设计的基本原则是“强剪弱弯，强柱弱梁，强节点弱构件”。由此可以从一个侧面看出，对于抗震结构而言，节点设计构造的合理性，直接关系到整个结构的抗震性能。梁柱节点是整个结构传力的中心枢纽，是整个结构得以发挥作用的“主关节”。因此，若是能研究设计出一种受力明确合理、构造简单、施工方便、抗震性能优越、经济实用的梁柱节点，将会使得整个钢结构的档次和使用范围得到扩大。
结束语
现代化社会，建筑工程施工技术水平也随着新技术的发展而不断地提高。这也进一步为钢结构的发展创造了更多有利的空间。因此，只有在不断发挥钢结构积极作用的同时，对钢结构在房屋结构设计过程中比较频繁发生的难题进行分析、讨论，并根据实践经验解决问题，建筑行业才能获得长足发展。作为房屋建筑结构的设计人员，就应该严格执行构造的规范标准，才能够将设计质量隐患从根本上消除掉。结构设计人员的理论基础与灵活思维不可少，并且保持严谨的工作态度，认真、仔细地分析建筑结构设计中存在的问题，不断地提升设计人员自身的水平，使设计能够高于现阶段其余的建筑标准，确保其经济性、合理性始终保持在最前沿。
参考文献
[1]姜学诗.钢结构房屋结构设计中常见问题分析[J].建筑结构,2003（06）.
钢结构房屋篇5
关键词 门式刚架 轻型房屋 设计要点
中***分类号：TU391文献标识码： A
门式刚架作为一种房屋结构形式，用途十分广泛，许多国家如英，美，日，澳大利亚等国家已作为一种经济快捷的建筑结构体系，以商品的形式出售。近些年来，随着我国彩色钢板产量的增加和焊接H型钢的出现，门式刚架轻型房屋结构在我国大量涌现。据资料统计，我国每年仅新建和在建的钢结构工业民用建筑物就达到：高层钢结构约150多万平米，重型工业厂房约1000多万平方米，门式刚架轻型厂房约1000多万平米，其他的还有很多的空间网架，空间桁架等钢结构建筑物也被大量的建造。不仅国外的轻钢生产厂家纷纷推向我国市场，国内的钢结构生产厂家和设计单位也纷纷转入此类结构的设计与生产。由此可见，对门式钢架轻型房屋结构进行优化设计，使其达到标准化，规范化，通用化，经济化势在必行，笔者通过多年的设计，提出了优化设计应从以下几方面着手考虑，供同行们参考。
1 合理跨度的选择
不同的生产工艺流程和使用功能在很大程度上决定着厂房的跨度，有的业主甚至要求轻钢生产厂家根据自己的使用功能，确定较为经济的跨度，在尽可能满足生产工艺和使用功能的基础上，应根据房屋的高度确定较为合理的跨度。一般情况下，当柱高，荷载一定时，适当加大跨度，刚架的用钢量增加不太明显，但节省空间，基础造价低，综合效益较为可观。通过大量计算发现当檐高为6米，柱距为7.5米，荷载情况完全一致情况下（恒载0.4KN/平方米，活载0.5KN/平方米，吊挂荷载0.2KN/平方米，基本风压0.4KN/平方米，无吊车），跨度18-48米之间的刚架单位用钢量（Q235-B）为18-35KG/平方米，当檐高为12米时（其他情况同上），跨度18-48米之间的刚架单位用钢量（Q235-B）为25-40KG/平方米，当檐高超过18米时，宜多采用多跨刚架（中间设置摇摆柱，其用钢量较单跨刚架节约16.7%左右，因此，设计者应根据具体的要求在选择方案时选择较为经济的跨度，不宜盲目追求大跨度。
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，从综合经济的角度看，确定合理的柱距才能既节约钢材，又使设计真正做到定型化，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大，就房屋的总用钢量而言，随着柱距的增大先下降而后又上升。综合各项用钢量表明，对一定条件下的轻钢房屋而言存在一最优柱距。表1所列即为一般情况下，柱高为6米，各种跨度对应的刚架最优间距。
表一 相同条件下各种跨度对应的最优刚架间距
跨度/m 最优间距/m
9-12 5.5左右
12-18 6左右
18-36 6-7.5
36-45 1/5-1/6跨度
45以上 8-9
综合表1所示，一般情况下，门式刚架的最优间距应在6-9米之间，柱距不宜超过9米，超过9米时，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。
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，柱脚与基础通常做成铰接，多跨刚架的中柱多采用摇摆柱。但当柱高度较大时，为控制风荷载作用下的柱顶位移值，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接，多跨刚架宜做成多坡较为节省钢材。
门式刚架一般采用实腹式变截面梁和柱，柱通常为楔形杆件，横梁通常做成加腋梁，加腋长度一般取跨度的1/6-1/5较为经济，楔形柱的最大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的强度和稳定性，将构件设计成为高而窄的截面形式（最小截面高度比一般为3-5），构件的平面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竖向支撑及屋面横向水平支撑，同时，当屋面与檩条连接可靠时，可利用型钢檩条兼作刚性系杆。
在有条件时，檩条可设计成连续檩条，檩条平面外应根据具体情况设置拉条。
4梁柱连接节点
门式钢架斜梁与柱的连接，可采用端板横放，端板竖放和端板斜放三种形式。端板竖放适用于局部等截面柱。当竖向荷载起控制作用时，将端板横放可以减少节点的设计剪力，同时充分利用柱的压力对节点受力的有利作用。如果节点弯矩很大，可采用端板斜放形式，加长抗弯连接的力臂，有利于布置螺栓。端板拼接连接形式有外伸式和平齐式两种形式，端板外伸式节点受力合理，承载力高于平齐式节点，因此应尽量使用外伸式端板连接，同时应在节点板外伸部分设置加劲肋，使靠近受拉翼缘两侧的螺栓受力均匀，接近一致，提高节点的抗剪能力，有效减少节点板的变形。
5 结语
以上针对门式刚架轻钢房屋结构的特点，对其结构体系的优化设计从四个方面做个简单介绍。实际上，对此类结构进行优化设计应考虑的因素还有许多，如蒙皮效应，空间协同作用等，在此不再一一讨论。
参考文献
1.张运田 轻型钢结构的运用和发展 见：建设部国家冶金工业局建筑用钢技术协调组。我国建筑钢结构的现状与发展论文集。北京：2005.5
2.CECS 102:2002 门式刚架轻型房屋结构技术规程。中国计划出版社 2003
钢结构房屋篇6
关键词：建筑设计，门式轻型钢，结构特点，布置方法
Abstract: with the development of The Times, the design of the building structure in gradually green, economic and environmental protection, therefore, this article mainly around the door type of light steel structure housing design, this paper discusses some problems for the building designers reference.
Keywords: architectural design, the door type of light steel, structural characteristics, decorate method
中***分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、轻型门式刚架的特点
(1)所谓的轻型门式刚架，一般我们将其称之为工业化全装配式结构，具体地说，就是从房屋的屋面、墙架、承重结构、墙面和保温层，形成一套完整的体系，具有高度的系列化和装配化，因此这样的房屋构件，可以像其它商品一样批量生产，方便运作。
(2)此外，此结构的房屋在外观上，较为简练美观，内部空旷中，比一般结构更符合使用要求。
(3)在房屋构件的外形和横截面形式上，也趋于合理化，结构自重较为轻。一般来说，门式刚架钢结构的重量只是混凝土结构的1／8―1／10，是普通钢结构的1／2一1／3，因此，非常有利于建筑施工的需求，满足最经济、合理的建筑设计的目的。
(4) 轻型门式刚架的最大优点，就是安装方便，这种结构的房屋在施工过程中，不需要大型起重设备进行运输，因为全部的构件通常都是在工厂制造好，然后运送到施工现场进行装配即可，在安装过程中，全部采用普通螺栓、高强度螺栓、自攻螺丝、拉铆钉等，焊接工作量较少，无湿作业，有效地加快了施工的进度与速度，例如建筑面积为一万平方米左右的厂房，只需一个月左右时间就可以全部安装完成。
(5)再者，门式刚架房屋也大大地降低工程的基础造价，为企业节省了建筑成本。这种新型的建筑结构，也有利于房屋的抗震，因为门式刚架房屋很轻，由房屋自重产生的水平地震作用很小，在一般情况下可以不计算地震作用，所以特别适宜在地震区建造。
二、门式轻型钢结构房屋的结构布置
1、门式刚架结构平面布置
(l)、门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度(即伸缩缝间距)，应符合下列规定：纵向温度区段不应大于300m，而在横向温度区段，则不应大于150m；当有计算依据时，温度区段长度可适当增加。
(2)、在多跨刚架局部抽掉中间柱或边柱处，可布置托梁或托架，当边柱宽度不等时，其外侧应对齐。门式刚架的高度(地坪柱轴线与斜梁轴线交点的高度)应根据使用要求的室内净高确定，有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空的要求确定，一般来说取4．5～9m为宜。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或9m。挑檐长度可根据使用要求确定，宜为0．5～1．2m，其上翼缘坡度与刚架斜梁坡度相同。
(3)、至于屋面檩条的布置，首先要考虑采光带、天窗、屋面材料、通风屋脊、檩条供货规格等因素的影响。
(4)、山墙可设置由斜梁、抗风柱、墙梁及其支撑组成的山墙架，或采用门式刚架。
2、檩条和墙梁的布置
首先，门式刚架轻型房屋钢结构侧墙墙梁的布置，要充分地考虑挑檐、门窗、遮雨篷等构件的设置，以为围护材料的安装要求。
其次，门式刚架轻型房屋结构的侧墙，如果采用压型钢板作为围护面时，那么墙梁宜布置在刚架柱的外侧，就应该充分考虑墙板板型和规格确定其间距，而且不应大于由计算确定的数值。
再次，门式刚架轻型房屋的外墙，如果抗震设防烈度为9度时，一般会使用采用轻型钢墙板或与柱柔性连接的轻质墙板；当抗震设防烈度不高于7度、8度时，则可以使用非嵌砌砌体或者轻型钢墙板；如果抗震的设防烈度不高于6度时，就可以使用砌体或者轻型钢墙板。
3、门式刚架结构的支撑布置方法
门式刚架结构支撑布置的目的，就是让分期建设的区段建筑或者每个温度区段能构成稳定的空间结构骨架，通常应遵循以下原则：
(1) 在分期建设的区段或每个温度区段中，要分别设置能***构成空间稳定结构的屋盖横向支撑体系，以组成几何不变体，柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内，形成抵抗纵向荷载的支撑桁架，支撑的间距通常是30～40m，不该大于60m，如果建筑物宽度大于60m时，应在内柱列适当增加柱间支撑。
(2) 支撑可布置在温度区间的第一个或第二个开间，当布置在第二个开间时，第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。此外，在刚架转折处(单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊)应沿房屋全长设置刚性系杆。
(3) 门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，一般使用带张紧装置的十字交叉圆钢进行支撑；而当柱子较高导致单层支撑构件角度过大时，应考虑设置双层柱间支撑，最有效地传递水平荷载的是45°的支撑斜杆；当不允许设置任何支撑时，可设置纵向刚架；当不允许设置交叉柱间支撑时，可设置其它形式的支撑。
(4)轻型门式刚架结构中的刚性系杆可由相应位置处的檩条兼作，檩条刚度或承载力不足时设置附加系杆。
除了结构设计中必须正确设置支撑体系，以确保其整体稳定性之外，还必须注意结构安装过程中的整体稳定性。安装时应该首先构建稳定的区格单元，然后逐榀将平面刚架连接于稳定单元上，直至完成全部结构。在稳定的区格单元形成前，必须施加临时支撑固定已安装的刚架部分。
三、门式刚架节点和梁柱连接设计
1、设计要求
由于门式刚架结构的形式比较多，所以关于其节点构造和连接形式也是多种多样，但是设计要点大致一样，一般需要注意一下几点设计要求：
将梁端垂直剪力传递于柱上，将端弯矩由梁传递于柱上；
刚架节点的设计应满足以下条件：
A、构造简单，传力直接；
B、适当的变形能力，经济合理；
C、足够的强度、刚度；
D、易于施工。
2、梁、柱连接节点的构造及特点门式刚架梁与柱的的连接，一般使用螺栓端板来进行连接，因为它是在构件
端部截面上焊接平板(端板与梁柱的焊接要求等强，多采用熔透焊)，同时以螺栓与另一构件的端板相连的一种节点形式，其连接形式分为端板平放、竖放、斜放三种基本形式。
梁柱连接节点的构造在设计过程汇总，应遵循以下的要求及规定：
(1) 为了保证梯形加腋部分的稳定性，防止侧向压曲，应在加腋部分的两端设置加劲肋及侧向支撑。连接应按所受最大内力设计，当内力较小时，应按能够承受不小于较小被连接截面承载力的一半设计。
(2)刚架构件的连接应采用高强度螺栓，吊车梁与制动梁的连接宜采用摩擦型高强度螺栓连接。吊车梁与刚架连接的螺栓孔宜设长圆孔。檩条和墙梁与刚架横梁和柱的连接则多用M10或M12普通螺栓，而高强度螺栓直径可根据需要选用，一般会使用M16～M24的螺栓。
(3)板连接螺栓应该要采用对称布置方法：即在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧都进行设置，并且使得每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近，因此，设计人员要使用将端板伸出截面高度范围以外的外伸式连接。
此外，还要在节点板外伸部分设置加劲肋，使靠近受拉翼缘两侧螺栓受力均匀，接近一致。螺栓拉力的分布要求端板厚度不宜小于螺栓直径。当螺栓群间的力臂足够大(例如在端板斜置时)或受力较小时(例如某些横梁拼接)，也可采用将螺栓全部设在构件截面高度范围内的端板平齐式连接。
四、小结
综上所述，在门式轻型钢结构的房屋设计时，不但要求设计人员在前期的模拟设计中，精准的计算出承重力及其他数据，使得荷载取值正确，还需要根据实际的情况，因地制宜地进行设计，这样才能把设计做的更安全、可靠、经济、合理。
参考文献
[1]《钢结构设计规范》(GB50017．2003)
[2]《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECSl02：2002)
钢结构房屋篇7
随着建筑技术的不断发展，建筑的结构和形式也开始朝多样化发展，无论是审美还是使用功能都有了很大的飞跃。而多门式刚架轻型钢结构作为轻型钢架结构中的一种，在现代建筑行业得到了很大的发展。在门式刚架轻型钢结构房屋设计方面，也有了很高的要求。这就需要设计人员根据工程的实际情况，充分掌握门式刚架轻型钢结构房屋设计的特点、适用范围、结构形式等，同时，还需要对门式刚架的塑性设计与计算、节点设计和支撑布置等方面的知识有充分的了解。
1.刚架特点
刚架结构是梁柱单元构件的组合体，形式种类多样。根据不同的建筑，又有不同的使用范畴。一般而言，单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架，在单层工业与民用房屋的钢结构中，应用较多。
单跨、双跨门式刚架的斜梁和柱常为刚接，而柱的底部多数为铰接。在工程需要的情况下，在多跨刚架中间柱与斜梁的连接部，可以考虑采用铰接。而多跨刚架，通常需要采用双坡或单坡屋盖，如果工程有需要，也可采用由多个双坡单跨相连的多跨刚架形式。
与屋架结构相比，门式刚架的整个构件的截面尺寸较小，这样就方便我们更好、更有效地利用建筑空间，不仅能够有效的降低房屋的高度，也可以有效的减小建筑体积，同时也对建筑造型起到美观作用。
一般的门式刚架用于跨度为9~36m、柱距为6m、柱高为4．5~9m，而且设有起重量较小的悬挂吊车的单层工业房屋，或者公共建筑。需要架设桥式吊车时，其起重量控制在20t以内，属于A1～A5中、轻级工作制吊车；而在设置悬挂吊车时，起重量控制在3t以内。
2.结构形式
从类型上看，门式刚架的结构形式有很多种。按构件体系分，有实腹式与格构式；按横截面形式分，有等截面与变截面；按结构选材分，有普通型钢、薄壁型钢、钢管或钢板焊成。一般来说，实腹式刚架的横截面是工字形，当然，也有少数是z形；而一般而言，格构式刚架的横截面是矩形或者三角形。
2.1建筑尺寸
通常情况下门式刚架轻型房屋钢结构的尺寸应该满足下列规定：1）门式刚架的跨度取值标准为，横向刚架柱轴线间的距离。2）门式刚架的高度的取值标准，应该是地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度。当然，具体的高度需要安装使用要求的内净高确定。3）在柱的轴线选择上，一般可以通过柱下端中心的竖向轴线。如果是工业建筑边柱的定位轴线，则应该考虑取柱外皮。斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。4）门式刚架轻型房屋的檐口高度，应该按照地坪至房屋外侧檩条上缘的高度来取定。其最大高度，一般由地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度决定，而房屋侧墙墙梁外皮之间的距离，则为宽度应取的距离，长度则按照两端山墙墙梁外皮之间的距离作为标准取值。
通常来说，门式刚架的跨度应该为9~36m，如果边柱的宽度不等，那就需要把外侧对齐。而一般的高度应该在4．5~9．0m之间，如果有桥式吊车时，就不能超过12m。间距，也就是柱网轴线在纵向的距离一般要采用6~9m。挑檐长度可根据使用要求确定，但是通常是在为0．5~1．2m之间取值，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。
2.2结构平面布置
（1）门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度必须要满足这两个规定：1）纵向温度区段不大于300m；2）横向温度区段不大于150m。当然，这只是参照值，如果有计算依据和需要时，温度区段长度可根据工程的实际需要适当加大。
（2）在多跨刚架局部抽掉中间柱，或者边柱处需要考虑布置托架梁。
（3）屋面檩条的布置应考虑天窗、屋面材料、采光带、通风屋脊、檩条供货规格等因素的影响，屋面压型钢板厚度和檩条间距应按计算确定。
（4）山墙可设置由抗风柱、斜梁、墙梁及其支撑组成的山墙墙架，或采用门式刚架。
3.门式刚架的塑性设计与计算
3.1门式刚架荷载
门式刚架的荷载一般有三类：一是屋面结构等的自重，即永久荷载；二是屋面活荷载和雪荷载中的较大者；三是风荷载。在一般的弹性设计中，可以根据各类荷载单独计算刚架中的内力，最后再有目的的对各个构件进行内力组合，求出最不利的内力设计值。而在塑性设计中，找到结构中形成机构的塑性铰位置，进而求得构件截面的塑性弯矩M，是机构分析的目的。当然，在实际的计算中，避免对分析结果进行叠加，而是要首先进行荷载组合，然后才能进一步对每种组合进行内力分析。
因为屋面部分风荷载的体型系数是负值，风力为吸力，其方向是与屋面活荷载或雪荷载相反的，所以，在进行无吊车荷载的门式刚架设计时，需要考虑的荷载基本组合为两个：1）永久荷载+屋面活荷载（或雪荷载）；2）永久荷载+屋面活荷载（或雪荷载）+风荷载。要特别强调的是，对于“永久荷载+风荷载”，通常情况下不需要进行控制组合，只有当风荷载特别大，而且可能产生内力变号的情况下，才有必要进行考虑。
3.2门式刚架的机构分析
利用简单塑性理论进行刚架内力分析的方法很多，本文只介绍较为常用的静力法。所谓的静力法，指的是通过求解静力平衡方程，来确定塑性铰位置和塑性弯矩的方法。具体的步骤是：1）为了形成静定结构，应该去除构件中的超静定赘余反力，然后绘制荷载作用下此静定结构的弯矩***。2）把赘余反力作用在静定刚架上，然后在根据具体要求画出由赘余反力产生的弯矩***。3）把前面的两弯矩***叠加，求得成机构的塑性铰位置，求得截面的最大全塑性弯矩MP。按照唯一性原理，塑性分析的唯一结果，也就是在破坏情况下的弯矩分配必须要同时符合平衡、机构、屈服这3个条件。
根据上述静力法的分析，一定可以使得平衡条件和机构条件得到满足，当然，如果找错了塑性铰位置，那就很有可能在所确定的塑性铰位置以外的其他截面上产生大于MP的弯矩，此时，也就完成背离了屈服条件。所以，求得MP后，还需要进行检查，确保构件的任何一个截面的弯矩的绝对值不超过MP。
3.3门式刚架的截面设计
一般来说，在完成通过内力分析确定截面的塑性弯矩MP后，就可以接着进行截面的初选。尽管门式刚架的柱子和斜梁都是压弯构件，但是，根据相关的原理，我们在进行截面的初选时，仍然可以将它们各看做受弯构件，也就是要忽略轴力的影响。而对于纯弯构件，在荷载使梁处于全塑性工作阶段的背景下，截面上的应力***形为两块矩形，形成塑性铰，截面上的弯矩为全塑性弯矩，简称塑性弯矩，记为 （式中： 为塑性截面模量， 为截面形状系数，Wp为弹性截面模量，对工字形截面 =1.10~1.17，随截面尺寸不同而变化）。引入荷载分项系数和抗力分项系数后，得： 。由此可求得所需构件截面的弹性截面模量： ，由 即可初选构件的截面。
4.结语
总之，门式刚架轻型钢结构房屋设计是一个较为复杂的体系，在设计中需要顾及很多方面的内容，需要按照各种原理进行，设计人员只有对门式刚架轻型钢结构的特点、分类，以及使用范围，才能更好的在设计中发挥出门式刚架轻型钢结构的优势。
参考文献
[1] 邱冬瑞. 门式刚架轻钢结构优化设计及程序开发[D]. 北京工业大学，2008.
钢结构房屋篇8
在工程需要的情况下，在多跨刚架中间柱与斜梁的连接部，可以考虑采用铰接。而多跨刚架，通常需要采用双坡或单坡屋盖，如果工程有需要，也可采用由多个双坡单跨相连的多跨刚架形式。与屋架结构相比，门式刚架的整个构件的截面尺寸较小，这样就方便我们更好、更有效地利用建筑空间，不仅能够有效的降低房屋的高度，也可以有效的减小建筑体积，同时也对建筑造型起到美观作用。一般的门式刚架用于跨度为9~36m、柱距为6m、柱高为4．5~9m，而且设有起重量较小的悬挂吊车的单层工业房屋，或者公共建筑。需要架设桥式吊车时，其起重量控制在20t以内，属于A1～A5中、轻级工作制吊车；而在设置悬挂吊车时，起重量控制在3t以内。
2.结构形式
从类型上看，门式刚架的结构形式有很多种。按构件体系分，有实腹式与格构式；按横截面形式分，有等截面与变截面；按结构选材分，有普通型钢、薄壁型钢、钢管或钢板焊成。一般来说，实腹式刚架的横截面是工字形，当然，也有少数是z形；而一般而言，格构式刚架的横截面是矩形或者三角形。
2.1建筑尺寸
通常情况下门式刚架轻型房屋钢结构的尺寸应该满足下列规定：1）门式刚架的跨度取值标准为，横向刚架柱轴线间的距离。2）门式刚架的高度的取值标准，应该是地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度。当然，具体的高度需要安装使用要求的内净高确定。3）在柱的轴线选择上，一般可以通过柱下端中心的竖向轴线。如果是工业建筑边柱的定位轴线，则应该考虑取柱外皮。斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。4）门式刚架轻型房屋的檐口高度，应该按照地坪至房屋外侧檩条上缘的高度来取定。其最大高度，一般由地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度决定，而房屋侧墙墙梁外皮之间的距离，则为宽度应取的距离，长度则按照两端山墙墙梁外皮之间的距离作为标准取值。通常来说，门式刚架的跨度应该为9~36m，如果边柱的宽度不等，那就需要把外侧对齐。而一般的高度应该在4．5~9．0m之间，如果有桥式吊车时，就不能超过12m。间距，也就是柱网轴线在纵向的距离一般要采用6~9m。挑檐长度可根据使用要求确定，但是通常是在为0．5~1．2m之间取值，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。
2.2结构平面布置
（1）门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度必须要满足这两个规定：1）纵向温度区段不大于300m；2）横向温度区段不大于150m。当然，这只是参照值，如果有计算依据和需要时，温度区段长度可根据工程的实际需要适当加大。（2）在多跨刚架局部抽掉中间柱，或者边柱处需要考虑布置托架梁。（3）屋面檩条的布置应考虑天窗、屋面材料、采光带、通风屋脊、檩条供货规格等因素的影响，屋面压型钢板厚度和檩条间距应按计算确定。（4）山墙可设置由抗风柱、斜梁、墙梁及其支撑组成的山墙墙架，或采用门式刚架。
3.门式刚架的塑性设计与计算
3.1门式刚架荷载
门式刚架的荷载一般有三类：一是屋面结构等的自重，即永久荷载；二是屋面活荷载和雪荷载中的较大者；三是风荷载。在一般的弹性设计中，可以根据各类荷载单独计算刚架中的内力，最后再有目的的对各个构件进行内力组合，求出最不利的内力设计值。而在塑性设计中，找到结构中形成机构的塑性铰位置，进而求得构件截面的塑性弯矩M，是机构分析的目的。当然，在实际的计算中，避免对分析结果进行叠加，而是要首先进行荷载组合，然后才能进一步对每种组合进行内力分析。因为屋面部分风荷载的体型系数是负值，风力为吸力，其方向是与屋面活荷载或雪荷载相反的，所以，在进行无吊车荷载的门式刚架设计时，需要考虑的荷载基本组合为两个：1）永久荷载+屋面活荷载（或雪荷载）；2）永久荷载+屋面活荷载（或雪荷载）+风荷载。要特别强调的是，对于“永久荷载+风荷载”，通常情况下不需要进行控制组合，只有当风荷载特别大，而且可能产生内力变号的情况下，才有必要进行考虑。
3.2门式刚架的机构分析
利用简单塑性理论进行刚架内力分析的方法很多，本文只介绍较为常用的静力法。所谓的静力法，指的是通过求解静力平衡方程，来确定塑性铰位置和塑性弯矩的方法。具体的步骤是：1）为了形成静定结构，应该去除构件中的超静定赘余反力，然后绘制荷载作用下此静定结构的弯矩***。2）把赘余反力作用在静定刚架上，然后在根据具体要求画出由赘余反力产生的弯矩***。3）把前面的两弯矩***叠加，求得成机构的塑性铰位置，求得截面的最大全塑性弯矩MP。按照唯一性原理，塑性分析的唯一结果，也就是在破坏情况下的弯矩分配必须要同时符合平衡、机构、屈服这3个条件。根据上述静力法的分析，一定可以使得平衡条件和机构条件得到满足，当然，如果找错了塑性铰位置，那就很有可能在所确定的塑性铰位置以外的其他截面上产生大于MP的弯矩，此时，也就完成背离了屈服条件。所以，求得MP后，还需要进行检查，确保构件的任何一个截面的弯矩的绝对值不超过MP。
3.3门式刚架的截面设计
钢结构房屋篇9
关键词 拱结构屋架；多跨钢结构房屋；矢跨比λ；最不利柱顶水平位移
中***分类号TU765 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）116-0069-02
1 问题的提出
采用拱结构屋架的多跨钢结构房屋是一种较为常见的房屋建筑形式。此类型的房屋往往在建筑形式允许下，拱结构屋架的矢跨比λ（拱高度与跨度的比值）可在一定范围内任意取值。从结构设计的角度考虑，需要在此取值范围内找到一个最优的矢跨比。从强度方面考虑，因拱的力学特性，矢跨比λ越大，屋架截面受到的弯矩越小，与屋架连接的柱子受到的水平推力越小，即矢跨比λ越大越好。但从柱顶位移方面考虑，矢跨比λ的影响就比较复杂，并非越大越好，而是存在一个最优的中间值，在其它条件完全相同的情况下，使得最不利的柱顶位移最小。
2 分析问题
2.1 柱顶水平位移的主要影响因素
采用拱结构屋架的多跨钢结构房屋，其柱顶水平位移的情况较为复杂，有其特有的特点。如不考虑地震作用（考虑地震作用情况将更为复杂），此类房屋，产生柱顶水平位移的因素主要有2个：1）水平风荷载；2）拱结构屋架支座的水平推力。除了这2个产生柱顶水平位移的因素外，拱结构屋架的水平抗推刚度是一个能影响柱顶位移的重要因素。以一个横向4跨拱屋架的单层钢结构房屋为例，具体结构简***详见***1。
首先分析风荷载W作用下的柱顶水平位移SW。如***1所示，若采用一般梁式屋架，可近似认为屋架水平面内刚度无限大，若A～E柱的抗侧刚度相同，则风荷载产生的水平力平均分配给5个柱子，即5个柱子由风荷载引起的柱顶位移相同。若屋架是拱结构，拱结构传递水平力的能力受自身水平抗推刚度K影响，即5个柱子无法平均地承担风荷载产生的水平力，此时迎风面的A柱和背风面的E柱受到的水平力最大，由此引起的柱顶水平位移SWA、SWE也最大。拱结构的水平抗推刚度K与矢跨比有关，λ越大K越小，对于A柱和E柱越不利。
接着分析拱结构屋架支座水平推力产生的柱顶水平位移ST。如***1所示，中间的B～C柱由于相邻两个拱支座的水平力相互抵消，水平位移可以忽略不计，水平位移最大的还是A、E两柱。拱结构屋架支座水平推力T同样与矢跨比λ有关，λ越小T越大，由此产生的A、E两柱的柱顶位移STA、STE也越大。
若SW与ST均以绝对值表示，如***1所示风向，A、E两柱柱顶的实际水平位移应该是SA=SWA-STA、SE=SWE+STE。由上述分析可知，A、E两柱的实际柱顶位移SA、SE与矢跨比λ之间并非是λ越大，SA、SE越大或越小的这种简单线性函数关系。对它们的复杂关系可以通过一个具体的算例来帮助我们进一步分析。
2.2 算例分析
某低抗震设防烈度地区的物流仓库，为横向4跨单层钢结构房屋，每跨跨度20m，柱顶高度10m。为减小屋架支座传给柱子的水平推力，屋架采用带拉杆的钢结构圆弧形桁架拱，具体结构简***见***2。荷载只考虑自重、屋面活载及风荷载，不考虑地震作用。由于结构的对称性，风荷载均只考虑左风向。迎风面和背风面风荷载简化为集中荷载分别作用于A、E柱顶。按照荷载规范的要求，荷载组合采用：1）恒+活；2）恒+风；3）恒+活+0.6风；4）恒+0.7活+风。
根据表1～3的计算结果做一个简单的分析，可分为以下三种情况：
1）拱结构屋架支座水平推力T较小，风荷载引起的柱顶水平位移SW较为显著的情况（SW远大于ST）。此时，虽然对于A柱，SWA与STA方向不同，二者叠加对SA有利，但是由于迎风面与背风面体型系数的原因，SWA>SWE。在SW远大于ST的情况下，最不利的柱顶水平位移仍然应该是A柱柱顶水平位移SA。表1数据为仅有风荷载作用下，5种矢跨比的各柱柱顶位移的绝对值，可以近似看作此种情况的一种极端形式。表1数据说明，最大柱顶位移绝对值确实是出现在A柱，且随着矢跨比λ的增大而增大。此情况下，矢跨比λ越小越有利，不仅可以用STA减弱SWA，还可以增大拱结构自身水平抗推刚度K，使得中间的柱子能分摊更多的风荷载引起的水平力；
2）风荷载W较小，拱结构屋架支座水平推力产生的柱顶水平位移ST较为显著的情况（ST远大于SW）。此时，对于E柱，SWE与STE方向不同，且ST远大于SW，必定SE>SA。最不利的柱顶水平位移显然应该是E柱柱顶水平位移SE。表2数据为仅有竖向荷载作用下，5种矢跨比的各柱柱顶位移的绝对值，可以近似看作此种情况的一种极端形式。表2数据说明，最大柱顶位移绝对值出现在A、E两柱，因为只有对称布置的竖向荷载作用，两柱柱顶位移绝对值相同，方向相反，且随着矢跨比λ的增大而绝对值减小。此情况下，矢跨比λ越大越好，可以减小拱结构屋架支座水平推力T，或增加拉杆（若已有拉杆可增强拉杆抗拉刚度）来减弱T；
3）SW与ST相差不显著的情况。表3为按照荷载规范将各种荷载进行组合后，5种矢跨比的最不利柱顶位移绝对值及其所在位置，是此种情况的典型代表，也是生产实践中最常遇到的情况。表3数据说明，随着矢跨比λ的不同，最大柱顶位移绝对值出现在A柱或E柱，而且矢跨比λ就不是越大或越小越好，而是存在一个最优的中间值，使得柱顶的最不利位移绝对值最小。表3数据表明，该算例最优矢跨比是0.25，此时最不利柱顶位移出现在E柱，最不利柱顶位移绝对值达到了5组矢跨比计算结果中的最小值71mm。
3 结论
从上文的分析中，可以得出结论：采用拱结构屋架的多跨钢结构房屋，拱结构屋架矢跨比λ对柱顶水平位移确实有显著影响，且较为复杂，不能简单的认为矢跨比λ越大越好，而是存在一个最优的中间值。因此，在具体设计当中，在没有更进一步的理论公式指导下，应该通过对多个矢跨比模型分别计算的方式，在指定的范围内找到最优的矢跨比。这种做法往往是设计这类结构时容易被忽视的。
参考文献
[1]适用建筑结构静力计算手册，北京：机械工业出版社，2009，1.
钢结构房屋篇10
关键词 门式刚架 轻型房屋钢结构 发展
中***分类号：TU39文献标识码：A
门式刚架轻型房屋钢结构主要是由梁、柱、檩条、墙梁、支撑、屋面和墙体等构件组成的一种结构体系。具有重量轻、整体刚度较好、柱网布置灵活、支撑系统简洁、综合经济效益较高等特点。被广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。如各类轻型厂房、体育场馆、车站候车大厅、仓库、物流中心、大型超市、展览厅、活动房屋、加层建筑、码头建筑、办公场所以及辅建筑等。
1 门式刚架轻型房屋钢结构的发展历史
从人类发展历史看，建筑形式与结构体系的产生与发展总与一定时期的生产和生活水平密切相关，门式刚架轻型房屋钢结构的产生也有着特定的历史背景。
轻型钢结构在国外发展较早，最初是随着汽车工业的发展，主要用于建造私人车库等简易房屋。第二次世界大战期间，由于战争的需要，轻型房屋钢结构主要用于建造一些拆装方便的营房和库房。
门式刚架轻型房屋钢结构最早起源于美国，并且发展最快、应用最广。后来在欧洲、日本和澳大利亚等国也得到了广泛发展和应用。因其构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，此种结构形式一经推出就深受建筑业喜爱。
上世纪20世纪中期，建筑钢材产量大增，钢材的冶炼水平也有了很大突破，色彩丰富、耐久性强的彩色压型钢板随之出现， H型钢和冷弯薄壁型钢相继问世，这些都极大地推动了门式刚架轻型房屋钢结构的发展。加之加工设备的不断改善，设计形式的多样化，使门式刚架轻型房屋钢结构体系逐渐应用于大型工业厂房、商业建筑及公共交通设施等。实现了结构分析、设计、出***的程序化，构件加工的工厂化，安装施工和经营管理的一体化流程。
目前，大部分国外轻钢结构公司都具有自己的门式刚架轻型房屋钢结构系列，由于门式刚架构件的刚度良好，其平面内、外的刚度差别较小，为制作、运输、安装提供了较有利的条件。结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高，运输便捷，安装方便快速，土建施工量小，综合经济效益高。在美国、日本等一些钢结构技术比较发达的国家，门式刚架轻型房屋钢结构体系已经作为一种及既经济又快捷的建筑结构体系，以商品的形式对外出售。
2 我国门式刚架轻型房屋钢结构的发展
我国门式刚架轻型房屋钢结构的研究和应用起步较晚，建国初期在一些旧工厂改建时曾应用过类似门式刚架体系的结构。上世纪50年代我国大规模建设时期，为了节约钢材，则大量地采用钢筋混凝土构件。80年代后，随着外资的引进，门式刚架结构因其结构简洁、刚度良好、受力合理、使用空间大及施工方便等特点，得到迅速发展。主要表现在两个方面：
2.1 外国厂家的进入，新技术新产品的引进
（1）1979年上海引进日本S60压型钢板成型机并用于厂房仓库的屋面，1980年上海宝钢引进日本W550、V115N压型钢板成型机，并在一期工程屋面墙面围护结构应用近60万平方米，是80年代初首次用量最大的工程。
（2）1983年开始深圳经济开发区蛇口工业区大量引进英国、美国、澳洲和日本等国门式刚架轻型钢结构厂房仓库。随后沿海经济开发区也陆续引进国外轻钢厂房仓库。
（3）1994年美国公司投资创建上海美建钢结构有限公司，1996年嘉定工厂建成投产。
（4）1994年美国美联钢结构有限公司（U.S.A.公司）和美国宏宇建筑有限公司在中国建成工程数十项。
（5）1994年ASTRON建筑体系进入中国，先后在北京、苏州等地建成十几项大工程。
而后还有很多外资、台资企业进入我国。
2.2 门式刚架轻型钢结构房屋在我国的发展
（1）1980年上海宝钢建设指挥部成立压型钢板压型铝板试验研究专题组，对一期工程引进的日本彩色涂层压型钢板及成型设备进行消化吸收，试验利用国内铝合金板替代彩色涂层钢板做成压型板用于屋面墙面围护结构，经过调查及大量的试验研究，在宝钢一期工程屋面墙面推广应用铝合金压型钢板60多万平方米。
（2）1984年冶金部建筑研究总院科研人员在学习上宝钢及深圳蛇口工业区压型钢板及门式刚架轻型钢结构国外先进技术的基础上，结合我国具体情况研究开发门式刚架轻型钢结构厂房仓库，首先用于商业部急需建设的国家棉花储备仓库，三年间在冀鲁豫三省四十多个地区，建设轻钢棉花仓库300多栋，建筑面积达20多万平方米。
（3） 冶金部建筑研究总院是国内最早进行轻型钢结构房屋研究开发的单位，院内有一批科研人员对轻型焊接H型钢、冷弯薄壁型钢、压型钢板的力学性能、加工工艺及其加工设备、另配件连接件及密封材料进行研究开发，并结合工程进行轻型钢结构建筑的设计和推广应用，主持或参加国家规程规范和标准的编制。
（4）随着我国经济的快速增长，门式刚架轻型钢结构房屋行业也得到飞速发展，尤其在东南沿海地区，新建工厂仓库的需求增长促使轻型钢结构房屋加工安装的厂家如雨后春笋般的发展起来，从开始的小规模发展到现在的现代化大企业，杭萧钢构、浙江精工、恒达钢构、上海通用、吴泰钢构、宝钢彩板、北方空间钢构、北京福田钢构、北京多维钢构、四川恒升等企业都是专业门式刚架轻型钢结构厂家，每年的销售额都在几亿、十几亿元以上。
（5）压型钢板夹芯板加工厂家遍布全国各地，有的厂家已经具有独自的屋面墙面围护系统，有的厂家引进国外先进设备，技术水平不断提高。目前国内的压型板板型几十种，其生产线大部分都是国内制造的。引进夹芯板生产线的厂家比较多，据不完全统计有二十多条生产线，主要从意大利、德国、韩国、澳洲等国引进。目前国内厂家也能制作夹芯板生产线。
（6）门式刚架轻型钢结构房屋的大量应用，带动了相关配套行业的发展和兴旺，设计软件的开发，焊接型钢、冷弯薄壁型钢及压型钢板等加工设备的制造，采光瓦、零配件连接件和密封材料的生产厂家和也很多，技术水平都在逐步提高。
回顾我国二十多年来钢结构建筑发展历史，可以说以门式刚架为主的轻型钢结构房屋是一项发展最快、应用最广的建筑新技术新产品。
除此之外，门式刚架轻型房屋钢结构的有关设计施工规程规范和***集也在进一步完善。
（1）冶金工业部部标准《压型金属板设计施工规程》YBJ216-88，冶金工业部建筑研究总院主编。
（2）中国工程建设标准化协会标准《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002。《门式刚架轻型房屋钢构件》JG144-2002。
（3）中华人民共和国国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2002中都有刚架、檩条与墙梁、压型钢板的专门章节。
（4）新编标准***集有：《门式刚架轻型房屋钢结构（无吊车）》***集号02SG518-1，《门式刚架轻型房屋钢结构（有吊车）》***集号04SG518-3，《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》01J925-1，06J925-2等。
3 目前门式刚架轻型房屋钢结构的研究热点
与传统结构体系相比，门式刚架轻型房屋钢结构体系的理论还不很完善，存在着很大的理论探索空间。目前的热点问题有以下几个方面：
理论研究方面：
（1）门式刚架体系中存在着较大的蒙皮效应，蒙皮结构具有较大承载力及刚度，而自重却很轻。如何考虑蒙皮效应与结构共同工作的空间作用。
（2）由于刚架的截面抵抗矩与抗弯承载力成正比，故刚架梁和柱都可以根据其截面上的弯矩值大小，采用变截面形式，变截面位置处根据需要可改变腹板的高度和厚度及翼缘的宽度，以达到节省材料的目的。又因为门式刚架的腹板较薄，可按有效宽度设计，即允许部分腹板失稳，并可利用其屈曲后强度。
而变截面的梁柱，在腹板局部屈曲后，其刚架结构体系稳定极限承载力的研究还有待进一步深入。
实验验证方面：在静力和动力荷载及地震荷载作用下，节点、基本构件和整体刚架结构的受力性能、破坏机理，及其对门式刚架体系的极限稳定承载力的影响。
设计方面：
（1）需进一步开发更合理的设计软件，如以用钢量为目标函数，以极限承载力或不适合变形为控制参数的计算机分析、优化设计软件。
（2）构件、刚架节点、彩板节点设计的可靠性、方便性和适用性。
生产技术方面：焊接工艺的连续性和高效性，切割、组立（或拼装）、焊接、校正以及抛丸除锈和防腐处理技术等。吊装过程中的安全性以及安装精度对结构受力的影响。压型板以及配套附件安装的安装工艺，板型连接和节点处理质量等。
参考文献
[1] 中国工程建设标准化协会标准 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECSl02：2002）北京:中国计划出版社,2002.
[2] 李雄彦.门式刚架轻型钢结构工程设计与实例.中国建筑工业出版社,2008.
[3] 李一凡等.门式刚架轻型结构房屋的发展现状.钢结构,2006.2.