学文网钢结构设计规范篇1
与中国的GB 50017―2003《钢结构设计规范》相比，BS EN199311： 2005等欧洲钢结构设计规范对构件的验算过程要复杂得多.针对国内设计单位近年来所承担的涉外项目激增的现状，研发基于欧洲钢结构规范的设计软件EuroSD.该软件应用Object ARX技术对AutoCAD进行二次开发，相对于目前国内常用的国外设计软件，其前处理建模更灵活.EuroSD提供多种内力分析方式，实现欧洲钢结构规范中的第1～4等级截面的验算，并能按照有效截面进行抗剪强度验算，最后提供详细的构件验算计算书.
关键词：
钢结构设计； 欧洲规范； 系统设计； 截面等级； 有效截面； Object ARX
中***分类号： TU391
文献标志码： B
0 引 言
20世纪70年代，欧盟国家为消除贸易过程中的技术壁垒并且协调各成员国的技术规范，欧洲共同体委员会开始编制一套建筑设计技术规范，即欧洲规范Euro Code，并于20世纪90年代颁布欧洲标准试行规范.21世纪初，欧洲共同体委员会正式推出欧盟部级标准――欧洲规范EN.执行欧洲标准的国家包括英国、德国、法国、意大利、西班牙、瑞士、奥地利、比利时、丹麦、芬兰、希腊、冰岛、爱尔兰、卢森堡、荷兰、挪威、葡萄牙和瑞典等欧洲各国.[12]
我国与世界各国的商业交往日益密切，涉外工程建设合作项目呈增长趋势，国内很多工程建设企业开始在世界舞台上展现我国的设计能力和施工技术.当我国设计人员承担欧洲地区的建设工程项目时，不得不应用国外软件，以符合欧洲规范的设计规定.国内设计人员常用的国外设计软件包括美国CSI公司的SAP 2000和Etabs，美国REI公司的STAAD.Pro，韩国的Midas等.[3]这几种软件均不是欧洲规范应用国开发的，所以各软件对于欧洲标准的理解呈现仁者见仁的现象.另外，这些软件的研发核心团队均在国外，一旦软件在使用过程中出现漏洞，问题的反馈渠道少、软件更新速度慢.因此，开发基于国外规范的钢结构设计软件是非常必要和急需的.[4]
1 软件系统介绍
随着钢Y构产业规模的扩大和建筑造型复杂性的提高，设计软件已经成为结构工程师进行设计必不可少的工具.国内许多工程师选择采用3D3S软件，该软件直接对CAD进行二次开发，适用于空间钢结构[57]，但是该软件至V12.1版本为止仍没有实现基于欧洲钢结构规范的设计.针对目前市场上基于欧洲规范的设计软件稀缺的现状，研发基于欧洲规范的钢结构设计软件EuroSD.
EuroSD对AutoCAD平台进行二次开发，是一款三维结构设计软件，其主要功能包括：各种特种钢结构体系三维建模、内力分析、设计验算以及验算结果显示与查询.根据软件功能需求，将软件分为4个系统：前处理系统、内力分析系统、设计验算系统和后处理系统，4个系统的数据流向见***1.
EuroSD的前处理系统和后处理系统应用Object ARX技术，生成若干ARX工程项目.前处理系统提供用户包括网架、桁架、框架在内的多种常用结构快键建模功能.EuroSD模型直接在AutoCAD三维平台上生成，用户也可根据结构的需要，在AutoCAD界面任意添加、修改或删除局部模型.后处理系统主要用于展示结构的内力分析和设计验算结果，结构展示方式包括结构表格、查询对话框以及AutoCAD***形展示等.
内力分析系统和设计验算系统采用VC++语言进行编程，生成若干动态数据库项目dll.内力分析系统包括结构静力分析算法、动力分析算法、非线性算法等.设计验算系统将所有支持的规范标准按标准之间的相关性抽象为具有多层继承派生关系的规范类群.内力分析系统和设计验算系统中的算法均经过封装，2个系统提供数据交互dll，外部可以通过接口获取分析及设计的结果，但不能干涉其内部算法.
内力分析系统和设计验算系统的框架设计方式可提高系统的数据安全性，并增加产品开发的灵活性，其只需对接口dll中的数据交互接口进行重载，即可将这2个核心系统应用到其他平台上.
2 设计验算系统的设计
2.1 项目设计
EuroSD软件的研发重点在于设计验算系统的设计和编写.设计验算系统包括3个主要项目：（1）将用户数据输入项目ARX中，有若干与钢结构规范相关的设计参数设置对话框会引导用户输入规范相关的数据；（2）验算核心项目dll，主要完成结构设计验算；（3）数据交互项目dll，对验算结果进行存储，并提供后处理获取数据的接口.
2.2 验算核心项目介绍
验算核心项目中包含3个主要类和4个类体系，其关系见***2.
为增加系统的后期可扩展性，对构件类体系、规范类体系、截面类体系和材料类体系根据规范分类设计相同的继承关系，见***3.
通过继承关系，构件验算核心编码可灵活添加不同国家、不同结构类型、不同材料类型的规范代码.通过分析规范条文之间的异同，对基类进行抽象；通过重载子类验算函数，实现各规范的设计验算功能.每个类体系的作用如下.
（1）模型类：组合节点类CNode，构件类CUnit，材料类CMat和规范类CCode的链表，存储整个结构的信息.
（2）载荷类：存储载荷信息、载荷组合信息和载荷效应信息（反力、内力、位移、挠度等）.
（3）材料类：记录钢材牌号、设计强度和弹性模量等材料信息.
（4）节点类：记录节点坐标、支座情况等信息.
（5）构件类体系：存储2部分信息.一部分是构件的输入信息，包括几何信息和设计信息，比如节点编号、端部约束释放、构件材料对象指针、构件设计采用的规范列表的序号以及相应规范的各种设计参数等；另一部分是当前验算组合的验算结果.
（6）截面类体系：存储截面的几何信息以及设计验算需要用到的截面设计参数，比如截面面积、截面惯性矩等.
（7）规范类体系：规范类中的数据均为临时存储.主调程序会将当前组合和需要验算的构件传入规范类中，并对规范类对象进行初始化操作.规范类主要实现根据规范条文对构件进行设计验算的功能，最后将验算结果返回到构件类中.
3 欧洲钢结构规范的实现
与中国GB 50017―2003《钢结构设计规范》相比，欧洲规范在对构件进行设计验算时有诸多不同之处.
GB 50017―2003的验算项目包括：（1）对所有构件按净截面验算强度；（2）对所有构件按毛截面验算抗剪强度；（3）对轴压、压弯、拉弯构件按毛截面验算稳定；（4）对截面中的受压板件控制宽厚比.
欧洲规范的验算项目包括：（1）对轴拉构件验算净截面抗拉强度和毛截面极限抗拉强度；（2）对于轴压、压弯、拉弯构件的强度和稳定验算，根据受压板件的宽厚比，将截面分为4级，并对应不同的验算公式（第1和2级截面采用截面的塑性特性验算强度和稳定，第3级截面采用截面的弹性特性验算强度和稳定，第4级截面采用截面的有效截面特性验算强度和稳定）；（3）对于受剪、压弯、拉弯构件进行抗剪强度验算，根据腹板的宽厚比分别采用毛截面特性验算或有效截面验算.[810]
综上所属，GB 50017―2003的验算公式统一，而欧洲规范的验算公式根据不同的截面等级采用不同的验算公式.
根据欧洲规范的设计要求，EuroSD的构件设计分为5个主要部分：（1）截面等级判断；（2）有效截面特性计算；（3）截面强度验算；（4）截面抗剪强度验算；（5）构件稳定验算.其中，截面等级的判断和有效截面特性的计算是最复杂的部分，而构件强度、稳定的验算只需按照BS EN 199311：2005，BS EN 199315：2006和BS EN 199316：2007的相关公式逐一实现即可，在此不作赘述.欧洲规范的构件验算涉及到3本规范，具体见表1.
3.1 截面等级判断
截面等级判断是欧洲规范的核心，其作用主要有3个：（1）BS EN 19931：2005的第5.6节指出只有结中拥有第1级截面的构件可以在进行塑性整体分析时考虑塑性铰的出现；（2）截面等级判断完成才能选用适当的公式对构件进行验算；（3）因为第4级截面直接采用有效截面进行构件验算，故BS EN 1993不再控制截面中板件的宽厚比.
为确定截面等级，程序首先将计算截面的塑性应力分布和弹性应力分布情况[8]；接着将截面拆分为若干板件，并根据BS EN 199311：2005表5.2依次判断板件的等级；最后根据BS EN 199311：2005第5.5.2条确定截面分类，判断原则为截面等级取所有受压板件的最高等级.BS EN 199311：2005第5.5.2条第（9）～（11）款还给出判定等级的例外情况，这些例外情况在软件中全部实现.
3.2 有效截面特性计算
有效截面特性计算的内容包括：（1）截面的有效面积；（2）截面的有效惯性矩；（3）截面新的形心以及相对原形心的偏心；（4）由轴力引起的板件局部失效所产生的附加弯矩.每个截面特性对应的内力不同，见表2.需要说明的是：在计算有效截面时只需要计算第4等级截面中的第4等级板件的有效宽度.
4 软件应用
EuroSD的快捷建模方式非常多，全部实现可视化和参数化建模方式，以网架为例，建模对话框见***4.
建模完成后，对结构进行截面、钢材等级、荷载、支座等设计信息进行设置，即可进行结构内力分析.内力分析结果的查看方式也包括对话框方式和***形展示方式，见***5.
根据欧洲规范的设计需要，EuroSD提供大量可修改的规范参数，见***6.
验算完成后，EuroSD提供结果查询对话框和构件验算计算书2种构件验算查询方式，分别见***7和8.
通过结果查询对话框，用户可以对构件各项验算项的结果一目了然，并可查得哪些组合起到设计控制作用.若计算过程中对内力进行设计调整，此处显示的设计内力为经过调整后的值.完整的构
件验算计算书中详细列出结构的计算条件，主要验算项给出具体的计算公式和主要的计算参数，让用户清晰了解软件的计算过程.
5 结 论
介绍基于欧洲规范研发的钢结构设计软件EuroSD，其在建模方面采用Object ARX技术在AutoCAD界面进行二次开发，实现结构直接在三维状态下的可视化建模，可适用于复杂结构的设计.软件提供丰富的快捷建模方式，实现常用结构形式的参数化建模.
与国内市场常用的其他结构设计软件相比，EuroSD严格按照欧洲钢结构规范BS EN 199311：2005，BS EN 199315：2006和BS EN 199316：2007
进行构件验算，并且提供详细的设计计算书，可提高设计效率.
EuroSD的验算核心工程采用dll项目，其接口
的设计与软件平台的耦合度低，可方便迁移到其他平台.EuroSD设计的类体系根据规范分类设计类的继承关系，不仅适用于欧洲规范，也可以拓展补充其他国家的钢结构设计规范，甚至是混凝土结构设计规范.所以，EuroSD的验算核心代码拥有高度的可扩展性和应用灵活性.
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钢结构设计规范篇2
关键词：钢结构；厂房设计；柱距选择
中***分类号：TU746.3
1.引言
门式刚架结构因其自重轻、施工速度快、工业化程度高、抗震性能好、构件工厂制作、安装方便、综合经济和社会效益好、环保等优点在工业建筑工程中被广泛应用，并因此成为钢结构房屋体系中发展最快的一种。2002年国家颁布了CECS102：2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[1] （以下简称《门刚规程》），2012年中国工程建设标准化协会对此规程进行了修订，为门式刚架结构的应用和发展创造了更有利的条件。
2.项目概况
西安某有限责任公司厂房为大跨度单层五跨厂房，厂房上部结构采用钢结构，基础采用钢筋混凝土***基础。跨度为21+24+21+24+24m，柱距为7.5m，全长180m，车间内每跨设有两台吊车，除第二跨吊车为32/5t桥式吊车外，其余均为20/5t桥式吊车，吊车的工作级别均为A5， 吊车梁采用工字形焊接钢吊车梁，吊车轨顶标高为9.8m柱顶标高为11.3m，每跨均带门式电窗天窗，屋面及外墙围护均采用彩色钢板夹玻璃丝绵保温板。抗震设防烈度为8度，场地类别为II类。
3.设计方案
3.1结构形式分析
对于设计人员，如何确定工业厂房结构形式是非常重要的。工业厂房一般有以下几种结构形式：砌体结构、钢筋混凝土排架结构、钢结构。砌体结构适用于跨度比较小、无起重或小起重设备的厂房；钢筋混凝土排架结构是工业厂房最常用的结构形式之一，但由于其刚度大、自重大，地震力也大，占用场地大、施工工期较长；而钢结构厂房（特别是门式刚架厂房）相比有以下优点：
（1）自重轻、柔性好、抗震性能好。
（2）安装方便、施工工期短。
（3）轻钢结构是一种绿色环保结构，具有较高的利用价值。由于本工程厂房跨度较大，起重吊车吨位较高，施工场地小，工期要求短，所以选择了门式刚架结构。但由于《门钢规程》1.02条规定：本规程适用于桥式吊车不大于20t的厂房，故本工程第二跨不能按《门钢规程》设计，应按GB50017-2003《钢结构设计规范》[2]进行设计。
3.2计算软件
常见的门刚计算软件有同济的3D3S和建研院的PKPM系列中的STS，本工程采用STS软件进行设计分析。
3.3柱距、跨度设计
本工程跨度根据工艺要求有两种21m和24m，柱距一般6-9m，参照标准***集04SG518-3选用刚架、屋面檩条、墙面檩条，按每平米折算（墙檩按立面面积折算），吊车梁按标准***集08SG520-3选取，按每平米折算按屋面实际做法计算，屋面选用双面彩钢板夹50厚玻璃绵，加上檩条折算荷载，加上悬挂灯及管道荷载，一般可取0.3KN/ m2。
3.5.2屋面活荷载
计算钢梁时《门刚规程》规定屋面活荷载为0.5kN/m2，但构件的荷载面积大于60m2时，取值为0.3kN/m2；因此一般檩条取0.5kN/m2；刚架取0.3kN/m2。
3.5.3雪荷载
雪荷载按照《建筑结构荷载规范》中的要求进行计算，屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合。
3.5.4 吊车荷载
吊车荷载是工业厂房的最主要荷载，分为吊车竖向荷载和吊车水平荷载。按照《建筑结构荷载规范》[3]中的要求，吊车竖向荷载标准值，应采用吊车最大轮压或最小轮压；吊车横向水平荷载取值时一定要分清软钩吊车和硬钩吊车，取值是不一样的。在此特别注意的是GB50017-2003钢结构设计规范在计算重级工作制（A6～A8）吊车梁及其制动结构的强度、稳定性以及连接的强度时，应考虑由吊车摆动引起的横向水平力HK（此水平力不与建筑结构荷载规范规定的吊车横向水平荷载同时考虑），HK=apk.max，通常情况下此横向水平力要比建筑结构荷载规范规定的吊车横向水平荷载大。
3.5.5风荷载
3.6设计参数
3.6.1 门式刚架柱、梁平面外计算长度的选取
采用平面分析程序，由于没有平面外信息，程序自身无法正确判断平面外计算长度的选取，程序默认取的平面外计算长度为杆件自身的长度，工程设计人员应对平面外计算长度进行确认和修改。
平面外的计算长度应取平面外有效支撑之间的间距。门式刚架类型，对于边柱和屋面梁，当采用压型钢板屋面、墙面，且压型钢板与檩条有可靠连接时，墙梁和檩条设置隅撑的情况下，隅撑能起到边柱和屋面梁的平面外支撑作用，则边柱和屋面梁的平面外计算长度可以取设置隅撑的间距。对于有吊车或跨度较大的厂房，柱平面外计算长度建议按柱间支撑选取。
3.6.2吊车超过20t的门式刚架形式单层厂房设计
对于吊车吨位超出20吨，但又不是特别大吨位（≤50吨）的单层厂房，采用了一种与门式刚架形式相似的结构形式：如本实例，焊接工形实腹梁柱截面形式的门形刚架、轻型的屋面墙面体系。从这类结构的特殊性和设计的安全性考虑，对这类结构的计算，提供以下建议：
（1）对于吊车吨位超出20吨的单层钢结构厂房，已经超出门规的适用范围，应该按照钢结构设计规范来进行设计与控制，如：长细比、局部稳定、挠度、柱顶位移等项控制指标，其中长细比、挠度、柱顶位移项控制指标在参数输入中的设计控制参数中可以按照钢结构设计规范进行人为指定，局部稳定控制程序会根据指定的构件验算规范按对应规范自动进行控制；
（2）结构类型应该选择“单层钢结构厂房”，如果为抗震地区且选择了地震作用于计算，程序会自动按照抗震规范第九章关于单层钢结构厂房的规定进行控制；
（3）柱构件应条用刚接柱脚，不宜采用摇摆柱，构件的验算规范应指定为钢结构设计规范。梁构件考虑到一般采用坡面梁，会存在一定的轴力影响，尤其是采用变截面梁的情况下，如果采用钢结构规范计算：第一，没有考虑轴力影响（纯弯构件计算）；第二，钢结构规范没有规定相应变截面梁的稳定计算，采用钢结构规范计算，程序对变截面梁的稳定没有计算。建议这类梁构件承载力的校核采用按门式刚架规矩进行校核，以考虑轴力的影响与变截面梁的稳定计算。梁构件尽量采用等截面构件。
（4）对于柱的计算长度系数，默认程序自动计算为按照总的参数输入的验算规范进行确定（与单个构件的验算规范无关），如果在参数输入中选择的是钢结构规范，对于有吊车作用的柱，程序按钢结构规范5.3.4单层厂房阶形柱方式进行确定，无吊车作用的柱按钢结构设计规范5.3.3条线刚度比方法确定；如果在参数输入中选择的是门式钢架规程，则对所有的柱计算长度系数按门式钢架规程3.1（3）条的一阶分析法确定。
对于吊车作用柱，如果上下柱段采用相同截面（非阶梯形），梁柱连接采用刚接，如果采用钢结构规范计算，程序对应采用钢结构规范附表D-4、D-6刚接排架柱确定计算长度，实际计算发现，对于这种形式的刚架按对应附表中的公式计算，下柱的计算长度系数经常出现非常小的情况（有时
对于上下柱采用变截面的阶形柱，计算长度系数的确定，建议还是按钢结构设计规范阶形柱的方法确定。梁柱采用刚接连接的刚接排架柱，如果考虑到与排架连接的实腹梁刚度达不到刚性约束，可以考虑先把排架柱顶设为铰接计算，程序这时按钢结构规范附表D-3、D-5铰接排架柱确定计算长度系数（柱顶可移动、也可转动），记录该计算长度系数结果，然后再把模型中的柱顶连接改回刚接连接，人为按铰接排架柱确定的结果进行修改排架柱的平面内计算长度系数，这也是一种偏于安全的处理方式，或者也可以直接在“参数输入”中勾选“当实腹梁与作用有吊车荷载的柱刚接时，该柱按照上端为自由的阶形柱确定计算长度系数” [7] 。
3.7刚架梁柱设计
门式刚架是梁、柱单元构件的组合体，是主要的承重构件。刚架梁柱的截面尺寸应根据其跨度、柱距、屋面荷载及吊车吨位确定。一般门式刚架由变截面的实腹焊接工字型或轧制H型截面柱和梁组成。刚架斜梁一般情况下，当跨度小于24m时采用等截面，当跨度不小于24m时采用变截面。在门式刚架厂房结构体系中，常采用单跨、双跨、多跨、双坡或单坡的单层门式刚架。 一般可以先按标准***集或类似项目选用截面，符合软件优化条件的可以让软件优化；不符合软件优化条件的要多次试算，得出既安全又经济的截面。
屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条；外墙宜采用压型钢板墙面板和冷弯薄壁型钢墙梁。通常厂房外墙在离地面1.0m高范围内采用砖砌体，以防腐蚀、碰撞发生损坏。
檩条可以直接按标准***集选用。
抗风柱可按标准***集选用并进行风荷载验算得出。
3.8钢材设计
作为设计人员，应充分了解各种型号钢材市场价格后，对钢材的选用进行优化设计，并根据截面强度和结构变形等不同强度选用相应的钢材。一般厂房的门式刚架等构件宜采用Q345-B的钢。檩条、支撑、拉杆等宜采用Q235-B钢。
4.支撑布置
4.1屋面支撑、刚性系杆布置
对于符合《门刚规程》适用范围的门式刚架，可按《门刚规程》的要求布置屋面支撑及刚性系杆；对于不符合《门刚规程》适用范围的门式刚架，应按钢结构规范及抗震规范的要求布置屋面支撑及刚性系杆。
4.2柱间支撑布置
对于符合《门刚规程》适用范围的门式刚架，可按《门刚规程》的要求布置柱间支撑并验算；对于不符合《门刚规程》适用范围的门式刚架，应按钢结构规范及抗震规范的要求布置柱间支撑并验算。
5.连接节点设计分析
连接节点的设计是钢结构设计中重要内容之一。钢结构的连接方法可分为焊接、铆接、普通螺栓连接、高强螺栓连接。
5.1梁柱或横梁节点设计
工业厂房一般情况下梁柱或横梁节点的连接采用高强螺栓连接或高强螺栓焊连接。
端板连接是门式刚架目前实际工程中应用最多的梁柱或横梁间节点连接类型，主要有外伸式、平板式、外伸式加肋等几种形式。加劲肋能大大提高节点抗弯能力，有效减少螺栓数量和端板厚度，故一般优先选用外伸式加肋的节点形式。
对于有吊车及大跨度，大荷载厂房的梁柱节点，应采用全焊与螺栓焊连接节点，此焊连接节点具有节点转动刚度大，工程费用低，但高空焊接工作量大。
该节点应按《门刚规程》的2012修订版7.2.21条验算，确保梁柱节点为刚性节点；对于该规程未提及的构造及验算方法，可详见陈绍番《轻型门式刚架梁柱连接如何设计成刚性节点》[9]。
5.2柱脚连接设计
厂房的钢柱与混凝土基础通过锚栓连接形成了柱脚。柱脚根据能否抵抗弯矩分为刚接柱脚或铰接柱脚。确定柱脚的刚接和铰接，关键在于锚栓布置。柱脚的区别在于对侧移的控制，如果结构对侧移控制较严，则采用刚接柱脚，其余情况下，柱脚可设计成铰接。另外，如果底板和基础顶面的摩擦不能满足柱底剪力的传递要求，则须设置抗剪键，通常对有吊车的厂房需设置抗剪键。对于吊车其中量大于5t的桥式吊车厂房柱脚应采用插入式柱脚，确保柱与基础的刚性连接。见***2[5]，对于吊车其中量大于15t的桥式吊车厂房的插入式柱脚应加焊栓钉。其他柱脚刚接时宜优先采用插入式柱脚。
6.防腐蚀和防火设计分析
6.1防腐蚀设计
钢结构的优点非常多，但它生锈腐蚀是一个致命的缺陷。钢结构的腐蚀不仅可能造成巨大的经济损失，也给结构的安全带来了隐患。本人曾经遇到过某选煤厂主洗煤车间，由于经常用水，车间内环境非常潮湿，导致钢结构厂房下部工字形钢柱结构腐蚀非常严重，有的柱腹板、翼缘板局部已腐蚀透，给主洗煤车间造成非常大的安全隐患。所以钢结构的防腐蚀设计和施工非常重要。
钢结构的防腐包括防锈和涂装：
（1）钢结构的防腐关键在于除锈。只有彻底除锈才能消除隐患。除锈宜用喷砂或抛丸除锈，除锈等级不低一般为Sa2.5。
（2）钢结构表面在涂底漆之前，应彻底清除铁锈、焊渣、毛刺、油污、漆层、积水、积雪及泥土等。
（3）在钢结构表面刷防腐涂料，并应给定涂膜厚度。
6.2防火设计
根据GB50016-2006建筑设计防火规范中的要求进行防火设计。钢结构耐火性能差，其耐火极限仅为15min，厂房是否进行防火设计应根据厂房的生产类别和耐火极限来确定，对于耐火等级为二级的厂房，当厂房的生产类别为丁、戊类时可不进行防火设计；对于厂房的生产类别为甲、乙、丙类时应进行防火设计。必须对钢结构构件表面采取防火措施，主要有：涂抹防火涂料；将耐火轻质板作为防火外包层；在构件浇筑混凝土或砌筑耐火砖。一般门式刚架的承重钢结构宜采用防火涂料防火。板、梁一般采用超薄型及薄型防火涂料，柱采用厚型防火涂料。
7.门式刚架厂房设计建议
通过上述实例的分析，得出如下设计建议：
（1）对照《门刚规程》的适用条件，满足该规程条件的按该规程计算；对不满足《门刚规程》的适用条件的部分按钢结构规范及抗震规范计算。
（2）一般情况下，该类型厂房7.5米最经济，其次为6米柱距；如无特殊要求建议采用7.5m柱距。
（3）门式刚架梁柱连接应设计成刚性节点，应按《门刚规程》的2012修订版7.2.21条验算，现有计算软件尚未进行此项验算，设计人员应手算复核。
（4）对于吊车其中量大于5t的桥式吊车厂房柱脚应采用插入式柱脚，确保柱与基础的刚性连接；对于吊车其中量大于15t的桥式吊车厂房的插入式柱脚应加焊栓钉。其他柱脚刚接时宜优先采用插入式柱脚。
（5）应加强钢结构厂房的防腐蚀和防火设计。
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钢结构设计规范篇3
【关键词】 钢筋砼结构；最小配筋率；受弯构件；带肋钢筋
【中***分类号】 TU528.0 【文献标识码】 B【文章编号】 1727-5123（2011）01-065-02
Selection of minimum reinforcement ratio of reinforced concrete bending part
【Abstract】 Steel ratio of capacity to ensure the safe use of the main factors to determine reasonable minimum steel reinforcement
ratio， to ensure building safety and bring good social and economic benefits， the paper design of the structure under the current minimum
allocation Rate of reinforcement.
【Key words】 Reinforced concrete structure； Minimum reinforcement ratio； Bending part； Ribbed steel bars
现行的国家规范“砼结构设计规范”(GB50010-2002) 中把HRB400钢筋确定为钢筋砼结构的主导用筋。其后冶金企业研制开发的符合国情标准“钢筋砼用热轧带肋钢筋”(GB1499-1998) 的新型号筋。HRB500钢筋具有强度高、延性好、耐高低温、耐疲劳和可加工性能好的优点，符合砼结构对建筑用筋性能指标的主要内容要求。HRB500钢筋在建筑行业中己得到广泛使用，会促进其它相关建筑材料的发展提高，因此而带来可观的社会及经济效益，促进建筑业健康有序的发展具有重要意义。
钢筋砼梁的主筋纵向筋配筋率是保证安全使用影响承载力的主要因素，配筋率的变化不仅使梁的受弯承载力产生变化，而且会使梁的受力性能和破坏特征发生质的变化。当纵向主筋配筋率少到一定值后，梁的受力性能会产生大的变化，同无筋素砼梁没有什么差别。当这种梁一旦在受拉区的砼出现开裂，裂缝截面的拉力会很快超过屈服强度而进入强化阶段，造成整根梁发生撕裂，甚至使整个钢筋被拉断，这种破坏现象没有明显的预兆，属于脆性破坏。为了防止这种脆断的产生，钢筋砼结构设计规范明确规定：钢筋砼受弯构件的纵向受力主筋的配筋率不能低于某一限定值，该值即为受控钢筋的最小配筋率。HRB500钢筋作为一种新型的高强钢筋，已经在工程实践应用范围较广，必须合理确定其作为受拉钢筋的最小配筋率。在实践应用中探讨对HRB500钢筋作为受弯构件纵向主受拉的最小配筋率作浅要分析。
1最小配筋率确定的一般原则
钢筋砼受弯构件的最小配筋率是一个比较复杂的技术问题。试验和理论分析均表明，构件的最小配筋不仅与受力形态、表面尺寸及形式、材料强度有关，而且与受荷时间的长短、温度变化的大小、收缩及徐变的程度有关。目前世界一些国家对钢筋砼受弯构件的受拉钢筋最小配筋率的取值方法基本上有两种：即模型法和经验法。模型法是以截面受拉区砼开裂后，受拉钢筋由于配置过少而立即屈服进入强化阶段，此时的受拉钢筋配筋的最小配筋率。经验法是指直接给出最小配筋率的的取值，而没有受完整的受力模型作为取值准则，但其中也从不同角度考虑了一些因素对最小钢筋率取值的影响，所考虑的这些因素的影响规律与模型方案的趋势有一定的近似性。
而国内现行的《混凝土结构设计规范》对钢筋砼受弯构件的最小配筋率的确定原则是：截面开裂后，构件不会立即失效（裂而不断），即在最小配筋率的条件下，构件的抗弯承载力不低于同截面素混凝土构件的开裂弯矩，即：
MEY≤Mu ①
现以单筋矩形截面承受纯弯矩作用为例探讨钢筋砼受弯构件的纵向主受拉钢筋的最小配筋率问题。首先要计算钢筋砼梁的开裂弯矩。由于钢筋砼梁开裂时，钢筋的应力很低，因此计算钢筋砼梁开裂弯矩时，可以忽略钢筋的作用，即钢筋砼梁的开裂弯矩等于素砼的开裂弯矩。根据文献对素砼梁的开裂弯矩的推导计算，无筋素砼梁的开裂弯矩为：
MEY =0.256Fftbh2 ②
试中： ft-为混凝土轴心抗拉强度设计值。
根据钢筋砼梁的受力进行过程， 按照现行砼设计规范关于正截面承载力计算的基本假定“不考虑砼的抗拉强度”，假定钢筋砼梁达到极限承载力状态时的截面力臂为yho，其中y为内力臂长度系数，则钢筋砼梁的极限弯矩为:
MU = yhoòyAS
此时òy= fyAS =pmin bho Y=1
MU = ho fypmin bho③
将式②、式③ 带入式① 以后，求出：
pmin=0.256ft / fy[h/ho]2 ④
2国内不同时期砼结构设计规范对最小配筋率的规定
根据介绍对世界各有关国家砼结构设计规范，对钢筋砼受弯构件规定的最小配筋率进行了简单比较，见表1。为转化为国内材料强度后各有关国家砼结构设计规范，对钢筋砼受弯构件规定的最小配筋率表达式。
表1不同国家对钢筋砼构件最小配筋率计算要求
我国的设计规范对于钢筋砼受弯构件，确定的最小配筋率的规定基本上是沿用前苏联20世纪五、六十年代的规定，数值明显偏低。随着我国国力的增强，结构设计的安全度增大以及结构耐久性设计概念的应用，钢材供应状况及水平的偏高，每次规范修订均适当提高了受力钢筋的最小配筋率，而且使其更为合理。a.在原《钢筋混凝土结构设计规范》TJ10-74中规定受弯构件最小配筋百分率:当砼强度标号为200号及以下时为0.1;当砼强度标号为250-400号时为0.15。b.在进行了修改后的《混凝土结构设计规范》GBJ10-1989中规定受弯构件最小配筋百分率:当砼强度等级为C35时为0.15；当砼强度等级为C40-C60时为0.2。c.在现行的《混凝土结构设计规范》GB50010-2002中规定受弯构件最小配筋百分率为0.2和45 ft / fy中的较大值。
从国各内各个阶段设计规范对最小配筋率规定的变化可以看出:随着我国改革开放的进一步推进，国民经济收入稳步的提高，对结构安全度的要求逐渐提高，综合考虑各种因素，构件的最小配筋率均有提高，而且考虑了材料强度的影响，有利于促进高强材料在工程中的大量应用。
3HRB500钢筋砼受弯构件的最小配筋率的应用
根据我国现行的《钢筋砼用热扎带肋钢筋》GB1499-1998中规定:HRB 335的屈服强度为335 MPa，HRB 400的屈服强度为400 MPa，HRB 500的屈服强度为500 MPa。我国现行的《混凝土结构设计规范》规定：HRB 335的屈服强度设计值为300 MPa，HRB 400的屈服强度设计值为360 MPa，不同种类钢筋材料分项系数ys均为1.10，因此HRB500钢筋的屈服强度设计值应取为450MPa。根据资料介绍的试验结果并考虑到裂缝宽度的影响，对HRB500钢筋的屈服强度设计值建议为420MPa，材料分项系数ys为1.19。根据我国现行的《混凝土结构设计规范》GB50010-2002中规定受弯构件最小配筋率百分率公式45 ft / fy，分别计算出各种钢筋的最小配筋率。详见表2。
表2钢筋混凝土受弯构件配筋率要求
根据表2可以看出，钢筋砼构件的最小配筋率的确定，不完全是技术问题，还反映了某一地区当时的经济建设发展水平，具有一定的社会性和***策性。因此，考虑将HRB 500钢筋砼受弯构件的最小配筋率百分率（%）为：当混凝土强度等级不大于C30时为0.15，当砼强度等级为C30以上时为0.2和45ft / fy 中的较大值为宜。根据上述浅要分析，国家推广应用HRB500钢筋不仅可以满足建筑行业科技飞速发展的需用，还具有明显的经济效益和社会效益。为了在工程实践中大力推广HRB500钢筋，考虑到我国实际国情，要采用HRB 500钢筋砼受弯构件的最小百分率（%）为：当砼强度等级不大于C30时为0.15，当砼强度等级为C30以上时为0.2和45ft / fy，中的较大值安全。
参考文献
1徐有邻等．混凝土结构设计规范理解与应用．中国建筑工业出版社， 2002
钢结构设计规范篇4
关键词： 轻钢结构； 活荷载； 体型系数； 柱脚； 材料
中***分类号： TU356 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）04-0082-02
1轻钢结构与普钢结构的区别
最早的轻钢结构概念就是指在普钢设计中不允许采用的材料如圆钢、小角钢等做成的结构而言的。随着工业发展与科技进步，现代轻钢结构概念中已经充实了更多的内容，又创新了更好的结构形式，进一步拓展了初始的应用领域。轻钢结构是采用区别于普钢结构使用的传统型材，如热轧H型钢、T型钢、冷弯薄壁型钢及薄壁焊接型材等；采用区别于普钢结构的设计理论方法，如考虑屈曲后强度，计入蒙皮效应等。
不同的规范有不同的设计体系，有许多不同的的规定。以《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）和《钢结构设计规范》（GB50017-2003）为例，它们有以下不同的内容：
①荷载取值不同，特别是风荷载和屋面活荷载等；
②分析方法不同，尤其是计算长度确定和局部稳定计算等；
③限制条件不同，如变形和长细比控制等；
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》第一页的总则说明了轻钢结构的范围，超出此范围其他钢结构应属于普钢或重钢。轻钢结构在设计过程中主要遵守《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，而普钢结构在设计过程中应遵守《钢结构设计规范》。作为工程界我们设计的依据是国家颁布的各种规范规程。如果建筑物超出了《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》画定的轻钢结构范围，仍要按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》设计(主要是经济原因)，则需要提前与审***部门沟通或召开专家评审会，以免造成返工。
2活荷载取值问题
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定“对受荷水平投影面积大于60的钢架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3KN/。”
对受荷水平投影面积大于60的钢架构件，现在常用的设计方法是，屋面活荷载计算，计算钢架时一般取0.3KN/，计算檩条是一般取0.5KN/。与美国规范相比，作为安全储备的活荷载取值为0.3~0.5KN/，仅为美国规范0.6~1.0KN/的1/2左右。
近几年，全球气候异常，极端天气频出，遇到百年不遇的雪荷载或大风，就会影响到整个结构的安全问题，再加上门式钢架房屋截面小，重量轻，且依靠隅撑檩条来保证主钢架的侧向稳定，如果活荷载取值偏小，则会给整个结构带来安全隐患。笔者认为计算钢架时活荷载取0.3KN/还是取0.5KN/，应根据具体工程的实际情况来考虑。如果工程所在地冬季很少下雪，建筑功能变化的可能性很少，如仓库，民用建筑等，活荷载取0.3KN/问题不大；如果工程所在地冬季常下雪，建筑物带有吊车，有可能以后进行改造，如工业厂房，以后可能进行技术改造升级或增加设备，增加悬挂在钢架上的电缆、风管，在屋面放置新的设备等，活荷载应至少取0.5KN/。
如果雪荷载不小于活荷载，则计算时屋面活荷载取雪荷载与恒荷载或其他可变荷载组合。此时的雪荷载应该乘以1.25，主要是考虑屋面积雪的不均匀分布。
如果公用专业的管线悬挂在钢架上，主钢架设计时应考虑悬挂荷载，轻钢的经济性有赖于提供的荷载的准确性，公用专业最好把荷载大小作用位置准确提供。主钢架在不能准确提供荷载时，计算时活荷载应取活荷载+不小于0.4KN/的悬挂荷载。
3计算风荷载体型系数取值问题
到底按哪个规范取值，首先须知道两本规范体型系数是怎么来的。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）的风荷载体型系数是针对低矮房屋的，特点是梁的风荷载敏感性大，借鉴了美国金属房屋制造商协会MBMA《低层房屋体系手册》（1996），这些系数来源于加拿大风洞试验室做得试验，是比较详尽的，而且在MBMA中有檐高18m的算例。而《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）中的体型系数针对的是较高而窄的体型，这种体型柱的风荷载敏感性更大。按哪本规范的体形系数取，在设计时应进行进行判别。判别可参考中国有色工程设计研究总院魏利金编著的《建筑结构设计常遇问题及对策》一书中提供的方法：
（1）当跨高比L/H不大于4时，门式钢架结构的计算应按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）选用。
（2）当跨高比L/H不大于4时，门式钢架结构的计算应按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）附录A选取选用。
4轻钢门式刚架的柱脚设计
4.1柱脚刚接铰接选用问题
柱脚按其与基础的连接方式不同，分为铰接和刚接两种。前者主要承受轴力，后者用于承受轴力和弯矩。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102：2002)第4．1．4条规定：“门式刚架的柱脚多按铰接支承设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚螺栓。当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。”规范这样规定，是因为门式钢架如果有吊车，钢柱横向荷载偏大，如柱脚采用铰接，柱顶位移、应力较大，为控制柱顶位移和应力要增大梁柱断面，增加用钢量，如果柱脚设计成刚接截面，柱子的计算长度系数是铰接情况下的0.8倍左右，柱顶位移和柱子应力小很多。在我们弄清楚规范此条编制的原因和力学原理后，笔者认为柱脚设计成铰接还是刚接，不光看有无吊车还要看房屋的高度和风荷载的大小，如果房屋的高度较大而风荷载也较大，就是无吊车，也应设计成钢接。
4.2钢柱脚底板边距的要求
柱脚的作用是把柱下端固定并将柱内力传给基础。由于混凝土的强度远比钢材低，所以，必须把柱脚底板放大，以增加与基础的接触面积。钢柱脚底板距基础边缘最小距离我国规范上没有相关规定。钢柱脚底板距基础边缘最小距离，考虑到地脚螺栓受拉时混凝土发生锥形破坏，国外规范都有此规定。日本《建筑设备耐震设计/施工指南》（2005版）规定：“C不小于4d，且C-d不小于50。其中，C为地脚螺栓中心到基础边缘的距离(mm)，d为地脚螺栓直径(mm)。”国内一些设计手册也有相关规定，如中国有色工程设计研究总院魏利金编著的《建筑结构设计常遇问题及对策》一书中要求“地脚螺栓中心到基础边缘的距离不小于4d且大于150mm。”；《混凝土结构构造手册》中规定：“钢柱柱脚底板边缘至基础边缘的距离不应小于100mm。”
笔者认为实际设计中应同时满足《建筑结构设计常遇问题及对策》和《混凝土结构构造手册》的要求。
5钢结构材料的选择
近些年由于钢材品种的增多，结构设计时可选择的构件形式很多。钢柱钢梁可选择热轧H型钢、焊接H型钢，材质可选择Q235普通钢，也可采用Q345低合金钢。设计时要选用经济截面型材，比如热轧H型钢，焊接H型钢等。在某些情况下，采用热轧H型钢柱、梁可能比采用焊接H型钢用钢量稍多，但从加工成本、施工进度等方面综合考虑，其造价可能更有优势。市场价格Q345钢要略高一些，但Q345钢性价比较高。强度控制时，且在有条件的情况下，宜采用Q345钢，它比Q235钢屈服强度提高45%左右，理论上可节约15%~25%的用钢梁。但是，当结构跨度较大，有重荷载作用，结构是以变形控制为主，用Q345时，构件的局部稳定性相对于Q235稍差一些。从规范的局部稳定性计算公式，可以很明显的看出来。用Q345钢时翼缘的挑出长度比Q235钢的小，大约是其0.825倍。总之材料的合理选用是钢结构承载能力的根本保证和追求经济性的前提，选用材料时需要综合考虑，比如构件是强度控制还是稳定控制。
参考文献：
[1] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）[M].北京：中国计划出版社，2003.
[2] 钢结构设计规范（GB50017-2003）[M].北京：中国计划出版社，2003.
[3] 建筑结构荷载规范（GB50009-2001）[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.
[4] 建筑设备耐震设计/施工指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[5] 混凝土结构构造手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.
钢结构设计规范篇5
关键词：水工 少筋 混凝土 结构 设计 方法
一、概述
少筋混凝土结构是指配筋率低于普通钢筋混凝土结构的最小配筋率、介于素混凝土结构和钢筋混凝土结构之间的一种少量配筋的结构，简称少筋混凝土结构，也称为弱筋混凝土结构。
这类结构在水利工程设计中是难于避免的，有时，它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从逻辑概念讲，只要允许素混凝土结构的存在，必定会有少筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和适筋混凝土结构之间的中介产物。
凡经常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土，水工混凝土多数为大体积混凝土，水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻等要求，不允许出现裂缝，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。
对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构，有其特殊意义。
关于少筋混凝土结构的设计思想和原则，我国《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)作了明确的规定。
二、规范对少筋混凝土结构的设计规定
对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，这里将《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)（下文简称规范）有关最小配筋率的规定，摘录并阐述如下：
1．一般构件的纵向钢筋最小配筋率
一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。
2．大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率
截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即
1)对底板(受弯构件)或墩墙(大偏心受压构件)的受拉钢筋As的最小配筋率可取为：
ρmin=ρ0min ()
也可按下列近似公式计算：
底板 ρmin= (规范9.5.2-1)
墩墙 ρmin= (规范9.5.2-2)
此时，底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制，但应配置适量的构造钢筋。
2)对墩墙(轴心受压或小偏心受压构件)的受压钢筋As’的最小配筋率可取为：
ρ＇min=ρ′0min ()
按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经2—3次试算得出。
上列诸式中 M、N——截面弯矩设计值、轴力设计值；
e0——轴向力至截面重心的距离，eo=M／N；
Mu、Nu——截面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力；
b、ho——截面宽度及有效高度；
fy——钢筋受拉强度设计值；
γd——钢筋混凝土结构的结构系数，按规范表4.2.1取值。
采用本条计算方法，随尺寸增大时，用钢量仍保持在同一水平上。
3．特大截面的最小配筋用量
对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2。
规范对最小配筋率作了三个层次的规定，即对一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定；对于截面厚度较大的板、墙类结构，则可按规范9.5.2计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。
为慎重计，目前仅建议对卧置于地基上的底板和墩墙可采用变化的最小配筋率，对于其他结构，则仍建议采用规范表9.5.1所列的基本最小配筋率计算，以避免因配筋过少，万一发生裂缝就无法抑制的情况。
经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05％。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。
转贴于 三、规范的应用举例
例1 一水闸底板，板厚1.5m，采用C20级混凝土和Ⅱ级钢筋，每米板宽承受弯矩设计值M=220kN／m(已包含γ0、φ系数在内)，试配置受拉钢筋As。
解：1)取1m板宽，按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。
αs= ==0.012556
ξ=1-=1-=0.0126
As===591mm2
计算配筋率ρ= = =0.041%
2)如按一般梁、柱构件考虑，则必须满足ρ≥ρmin条件，查规范表9.5.1，得ρ0min=0.15%，
则 As=ρ0bh0=0.15%×1000×1450=2175mm2
3)现因底板为大尺寸厚板，可按规范9.5.2计算ρmin
ρmin===0.0779%
As=ρminbh0=0.0779%×1000×1450=1130mm2
实际选配每米5Φ18（As=1272mm2）
讨论：1)对大截面尺寸构件，采用规范9.5.2计算的可变的ρmin比采用规范表9.5.1所列的固定的ρ0min可节省大量钢筋，本例为1：1130／2175=1：0.52。
2)若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m，按规范9.5.2计算的ρmin变为：
ρmin===0.0461%
则 As=ρminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2
可见，采用规范9.5.2计算最小配筋率时，当承受的内力不变，则不论板厚再增大多少，配筋面积As将保持不变。
例2 一轴心受压柱，承受轴向压力设计值N=9000kN；采用C20级混凝土和I级钢筋；柱计算高度l0=7m；试分别求柱截面尺寸为b×h=1.0m×1.0m及2.0m×2.0m时的受压钢筋面积。
解：1) b×h=1.0m×1.0m时，轴心受压柱承载力公式为：
N≤φ(fcA+fy′As′)
==7＜8，属于短柱，稳定系数φ=1.0，
As′===3809mm2
ρ′===0.38%
由规范表9.5.1查得ρ0min′=0.4%，对一般构件，应按ρ0min′配筋
As′=ρ0min′A=0.4%×106=4000mm2
2) b×h=2.0m×2.0m时，若仍按一般构件配筋，则
As′=0.4%×2.0×2.0×106=16000mm2
现因构件尺寸已较大，可按规范9.5.3计算最小配筋率：
ρmin′=ρ0min′()
式中因实际配筋量As′尚不知，故需先假定As′计算Nu。
①假定As′=4000mm2。
Nu=fy′As′+ fyAs
=210×4000+10×4.0×106=40.84×106 N
ρmin′=ρ0min′()
=0.4%()=0.106%
As′=ρ0min′A=0.106%×4.0×106=4231mm2
②假定As′=4231mm2。
Nu=210×4231+10×4.0×106=40.89×106 N
ρmin′=0.4%()=0.1056%
钢结构设计规范篇6
关键词：高层建筑；钢结构；设计；关键问题
1 引言
近年来，随着我国钢产量的迅猛增长，再加上国家产业***策的调整，在建筑工程中，钢结构应用越来越广泛，各地相继建成许多高层，大跨度的钢结构工程，像几十层的办公商务楼，大型展馆、会展中心、体育馆、飞机库、机场候机楼等；同时出现许多新型结构体系，如索- 梁、索-桁架、索穹顶，索-膜结构、开合结构等等。网架和门式刚架为代表的轻钢结构建设规模达到每年几百万平方米的速度发展。住宅钢结构已进入起步阶段，钢结构加工制造企业也如雨后春笋般涌现[1]。但也应该指出，当前一些重大项目基本上都由国外设计，其中不少项目结构方案不够合理，用钢量太大，造价惊人，不符合中国国情。面对当前大批工程上马，我们的设计体制、设计理念、设计水平、设计质量、设计人员素质还远远不能适应，还有许多急待解决的问题[2]。本文结合一些实际问题，分析了建筑钢结构建设中需要注意的关键问题。
2 高层建筑钢结构设计中的关键问题
2.1钢结构体系的选择
高层建筑钢结构体系一般可分为以下几种[3]：框架体系，双重抗侧力体系（钢框架-支撑体系、钢框架-混凝土剪力墙体系、钢框架-混凝土核心筒体系），筒体体系（框-筒体系、桁架筒体系、筒中筒体系、束筒体系）。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。总的来说，高层钢结构建筑的结构体系的选择应遵循以下基准则[4]：
1）应具有明确的计算简***和合理的地震作用传递路线；
2）宜有多道抗震设防防线，避免因部分结构或构件失效而导致整个体系丧失抗震能力或丧失对重力的承载能力；
3）应具备必要的承载能力，良好的变形能力和耗能能力；
4）应具有均匀的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变而形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其承载能力。
2.2 钢材的选择
在钢结构设计中，设计人员要注意正确选用质量合格的钢材、连接材料和焊接材料。钢结构所用的钢材应该具有抗拉强度、延展强度、伸长度、冷缩度和硫、碳等物质含量的合格证明。在地震频发区，钢材除以上要求以外，还要求它们具有合格的冲击韧性强度。一般的，钢结构的钢材主要采用的是Q235和Q345，不建议使用等级为A的钢材，因为这类钢材的冲击韧性强度和延展性达不到标准。焊接材料的质量直接影响整个钢结构的安全，所以应该要根据钢结构的受力性能和焊缝的受力情况，确定焊接材料的等级。通常来说，板材的对接焊缝，承
受动力荷载构件的焊接，需作疲劳验算的焊接，以及须与钢材等强的受拉、受弯对接焊缝，其焊缝应采用坡口全熔对接焊缝，期焊缝等级不得低于二级。
2.3建筑钢结构的抗震设计
在建筑结构中，钢结构具有良好抗震性，特别对于钢结构建筑具有的延展性可以对地震波产生衰减作用，减少地震对钢结构建筑的破坏。但是钢结构建筑如果设计与制造不相适应，可能会发生归纳钢结构的失稳和破坏，造成灾难性的后果。所以，高层建筑的钢结构抗震设计就显得非常重要了。钢结构建筑的抗震设计中，应该要根据设防强度、结构类型和房屋高度，采用不同的抗震结构。首先，钢结构的刚柔度的选择应该结合结构的具体高度、体系和场地条件进行综合性判断，使钢结构同时满足变形和强度的要求。受弯钢构件的板件局部稳定要通过限制构件的宽厚比较，达到受弯的极限能力，然后利用其受弯的极限能力达到构件的承载能力。其次，对于钢结构体系的选择，在钢结构建筑中纯框架钢结构抗震性能好，但是由于抗侧刚度差，不适宜于太高的建筑。框架-中心支撑结构抗侧刚度大，适用层数较多的钢结构建筑，但是其抗震性能不如纯框架。框架-偏心支撑结构的抗震性能优于框架-中心支撑结构。框筒结构具体抗侧刚度大，并具有较好的抗震性能[5]。最后，设计人员要加强各构件之间的连接，保证结构的整体性，抗震支承系统应保证地震时钢结构的稳定。
2.4建筑钢结构的抗火设计
钢材常温下为非燃烧材料，但耐火性较差，在高温下，钢结构的强度和刚度迅速降低。研究表明，当温度达到350℃、500℃、600℃时候，钢结构的强度分别降低1/3、1/2、2/3。温度达到600℃以上的时候，钢结构则完全丧失承载力。因此在火灾中若钢结构没有采取防火措施，钢结构建筑极容易发生破坏，钢结构建筑抗火能力直接影响钢结构的使用安全。目前我国的高层建筑钢结构的抗火能力设计比较低，不能考虑到高温下，钢材的变形以及应力影响，也没有考虑各种构件间相互作用的影响。总的来说抗火设计还是基于构件层次的，构件的耐火极限要求也是基于建筑防火设计规范的要求确定的。因此有必要基于建筑物的整体安全目标确定钢结构的抗火设计要求，对钢结构进行基于性能目标要求的抗火设计。
2.5钢结构设计要重视技术标准和规范
一个国家的结构设计标准是对结构安全度的最低合格要求，它是保证在使用期间达到安全保证率的起码的技术要求，而不是较高的要求，是结构造价与安全风险的综合平衡。要做好钢结构工程中的设计、加工、安装工作，就必须全面地了解熟悉钢结构工作中有关规范。更应该了解这些规范在整个国家规范体系中的位置以及相互关系。现行的规范中，与建筑钢结构工程有关的，包括设计、加工制造、施工、安装、材料标准、配件标准等不下几百种、主要的也有几十种，还有各种结构类型专用规范，其中有国标、行标、地方标准。有通用标准，也有专项工程标准。钢结构设计、施工规范、规程和材料及配件标准等都是国家的技术性法律文件，广大设计、施工工程技术人员必须共同遵守。
3 结论
近年来，随着我国钢产量的迅猛增长，再加上国家产业***策的调整，在建筑工程中，钢结构应用越来越广泛，各地相继建成许多高层，大跨度的钢结构工程。但是我们的设计体制、设计理念、设计水平、设计质量、设计人员素质还远远不能适应，还有许多急待解决的问题。本文结合一些实际问题，分析了建筑钢结构建设中需要注意的关键问题：钢结构体系的选择；钢材的选择；建筑钢结构的抗震设计；建筑钢结构的抗火设计；钢结构设计要重视技术标准和规范。高层建筑钢结构设计发展是国家经济发展与科技进步的重要体现。随着我国的整体技术水平的提高，高层建筑钢结构存在的问题会逐渐解决、克服，高层建筑钢结构的应用也将越来越广泛。
参考文献
[1] 薛发. 建筑钢结构工程设计中的几个问题[J]. 现代物流报，2013年7月21日，第C03 版.
[2] 梁伟宇. 建筑钢结构设计及其内在的问题[J]. 中华建设，2012（04）：110-111.
钢结构设计规范篇7
关键词：压型钢板；非组合板；受弯承载力
0 引言
压型钢板与混凝土组合楼板作为一种新型的楼板结构，因其具有节省模板、施工简便快捷、高性价比等优点，受到许多建设者的欢迎，目前已被广泛应用于房屋建筑与工业建筑的楼（屋）面工程中。
AP1000核电站附属厂房（40厂房）中，土建结构主要采用了组合楼板结构，其设计依据美国《核安全有关的混凝土结构的规范要求》（ACI 349-01）和《美国混凝土结构建筑规范和注释》（ACI 318M-05）。组合楼板在我国主要应用于高层建筑和钢结构厂房中，设计的主要依据是《高层民用建筑钢结构设计技术规程》（JGJ99-1998）。为促进组合楼板在核电厂土建结构中的应用，加深对组合楼板的认识，本文比较了中美两国规范对组合楼板设计规定的异同之处，并以AP1000核电站40厂房 EL.182’屋面板为例进行了相关计算，为工程设计及研究人员提供参考。
1 压型钢板与混凝土组合楼板的分类和构造要求
1.1组合楼板的分类
压型钢板与混凝土组合楼板分为组合板和非组合板，这两种类型楼板的主要差别在于对压型钢板的功能要求。组合板中的压型钢板不仅用作永久性模板，而且作为混凝土板的下部受拉钢筋与混凝土一起共同工作形成组合楼板；非组合板中的压型钢板仅用作永久性模板，不考虑与混凝同工作。AP1000核电站40厂房中采用的就是上述非组合板。
1.2 组合楼板的构造要求
组合楼板的构造要求如下：（1）组合板的压型钢板宜采用带有特殊波槽、压痕的开口板，缩口板及闭口板；非组合板的压型钢板不要求采用特殊波槽、压痕的板型。（2）用于组合板的压型钢板厚度不应小于0.75mm；仅作模板用的非组合板，其厚度应不小于0.5mm。浇注混凝土的波槽平均宽度不应小于50mm。（3）支撑于钢梁上连续板或搭接板，支撑长度不应小于50mm。（4）组合楼板端部应设置栓钉锚固件，栓钉应设置在端支座的压型钢板凹肋处，穿透压型钢板并焊牢于钢梁上。
2 设计规范的比较
压型钢板与混凝土非组合板的承载能力计算包括压型钢板施工阶段的验算和非组合板使用阶段计算。
2.1 压型钢板在施工阶段的验算
压型钢板在施工阶段的受弯承载力及挠度计算时，可按强边（顺肋）方向的单向板计算正、负弯矩和挠度，对弱边方向可不进行计算。计算简***可视实际支承跨数及跨度尺寸确定，考虑到下料的不利情况，一般取两跨连续板或单跨简支板进行计算。
2.1.1 受弯承载力计算
1）中国规范
采用极限状态设计法，压型钢板的受弯承载力应符合下式要求：
式中， 为计算宽度内压型钢板的弯矩设计值； 为压型钢板抗拉强度设计值； 为计算宽度内压型钢板的有效截面抵抗矩。
2）美国规范
采用容许应力法（ASD），按下式进行计算：
式中， 为压型钢板弯矩截面系数。
因为设计方法的不同，两者的承载力计算有明显的不同。中国规范采用极限状态设计法，美国规范则采用容许应力法来进行压型钢板的抗弯强度验算。在计算弯矩设计值方面，两者也有所不同：中国规范采用考虑荷载分项系数的基本组合值来进行计算；美国规范以标准组合值来进行弯矩设计值的计算，所得出的弯矩设计值相对中国规范偏小。
2.1.2 挠度验算
中国规范和美国规范对压型钢板在施工阶段的挠度计算方法是一致的，均采用压型钢板有效截面惯性矩。
两跨连续板：
单跨简支板：
式中， 为计算宽度内的均布短期荷载标准值； 为压型钢板弹性模量； 为计算宽度内压型钢板的惯性矩； 为压型钢板的计算跨度； 为板的允许挠度，取 及20mm的较小值。
2.2 非组合板使用阶段计算
使用阶段，压型钢板不作为混凝土板的受拉钢筋，属于非受力钢板，因此按如同无压型钢板的钢筋混凝土楼板计算其承载力。
2.2.1 荷载组合
中国规范对荷载效应组合采用将荷载标准值计算的荷载效应值乘荷载分项系数，对可变荷载效应再乘组合值系数。
可变荷载起控制作用下：
永久荷载起控制作用下：
美国规范对荷载效应组合采用将荷载标准值计算的荷载效应值乘荷载分项系数。
工况1： L
工况2：
2.2.2 正截面受弯承载力
1）中国规范
按普通混凝土板设计，有效高度考虑压型钢板波谷的影响。
适用条件： 且
式中， 为压型钢板肋以上混凝土厚度；b为楼板计算宽度；x为混凝土受压区高度； 为组合楼板截面有效高度； 为混凝土抗压强度设计值； 为相对界限受压区高度。
2）美国规范
采用的是基于概率理论的荷载和抗力系数法（LRFD），按下式进行计算：
式中，为折减系数，取0.9；d为截面有效高度；a为混凝土受压区高度； 为混凝土抗压强度设计值。
可以看出，中美两国规范对正截面受弯承载力计算的基本原理是一致的，都是利用同一截面力和弯矩平衡原理进行求解，所以计算公式没有本质的区别，只是公式中参数的物理意义和取值有所不同。
3 算例分析及设计结果对比
以AP1000核电站附属厂房（40厂房）EL.182’屋面板为例进行计算。选用Lysaght 2W-DECK压型钢板，厚度1.2mm，截面尺寸和截面特性参考***3.1和表1。压型钢板采用ASTM A36镀锌钢板，弹性模量 ，最小屈服强度 。
楼板总厚度 ，计算跨度5’-6”。选用圆柱体抗压强度 的混凝土和ASTM615钢筋，钢筋强度值 ；中间支座处，在板的上方配有#4@12”（）的受拉钢筋。在计算荷载时，施工阶段的恒荷载为 ，活荷载为 ；使用阶段的恒荷载为 ，活荷载为 ，竖向地震荷载 。
本文分别对压型钢板施工阶段受弯承载力和挠度、以及非组合板使用阶段正截面抗弯承载力进行了计算和对比。所得结果如表1所示。
可看出，中美两国规范对压型钢板施工阶段的挠度计算结果是一致的。但在计算承载力时，计算方法差别给承载力计算结果造成较大影响。如表1所示，无论是压型钢板施工阶段的承载力，还是非组合板使用阶段的承载力，与中国规范相比，按美国规范计算得出的结果都偏于保守，说明美国规范在构造方面要求较高，安全性更高。
4 总结
本文对中美两国关于压型钢板混凝土非组合板设计的相关规范进行比较，并以40厂房EL.182’屋面板为例进行了相关计算，得出以下结论：
（1）两国规范在压型钢板施工阶段的挠度计算方面是一致的；施工阶段承载力的计算方面，两者有明显的不同：中国规范采用极限状态设计法，美国规范采用容许应力设计法。
（2）在计算非组合板使用阶段正截面承载力时，两者基本原理是一致的，都是利用同一截面力和弯矩平衡原理进行求解，只是公式中参数的物理意义和取值有所不同，由此可看出中国规范和美国规范具有一致性。
参考文献：
[1]APP-CD01-C1-001（Rev.1），APl000 Design Criteria for Steel Decking and Stay-In-Place Forms
钢结构设计规范篇8
关键词：美标规范；钢结构；抗弯构件
中***分类号：TU392 文献标识码：A
中美两国规范体系不同，两者在结构设计上也迥然不同。随着我们企业逐渐走出国门，进入广大的国际市场，尤其是在亚非拉众多国家，当地的结构设计往往按照美标设计，或者以美标为基础建立发展自己国家的设计规范，在这些国家承包的工程，其结构设计往往要求必须遵循当地规范或者美标规范，这就要求我们的企业必须掌握美标规范设计。出于这方面考虑，我们对美标规范设计进行了研究，在本文中我们选取构件设计中常见的抗弯构件设计来进行对比分析，并以某钢结构简支梁截面为例进行案例验算分析。
1.受弯构件强度计算流程
1.1 中国标准（GB）计算流程
根据现行钢结构设计规范GB50017-2003，钢结构受弯构件的正应力强度计算、剪应力计算、局部承压强度计算、以及折算应力计算分别如下列公式（1）、（2）、（3）、（4）。
上述公式中有关参数见GB50017第4.1.1～4.1.4条相应条款，上述公式仅适用于主平面内受弯的实腹式构件，不适用于腹板屈曲后强度验算。一般验算主平面内受弯的腹板未屈曲的实腹式构件，均要验算上述式（1）、式（2）。特殊情况还需要根据GB50017按照式（3）、式（4）验算。
1.2 美标规范计算流程
美国钢结构协会AISC提出了两种钢结构设计方法，即LRFD和ASD法。设计人员可自行选定采用何种方法进行结构设计，而选取的依据是设计的经济合理性。
剪应力强度计算公式见式（5）。
kv―腹板稳定系数；对于非加劲截面且h/tw3.0或a/h>[260/（h/tw）]2；横向加劲肋除应满足上述要求，还应满足构造要求，具体详ANSI/AISC 360-10 G3.3节。
2.受弯构件稳定计算流程
2.1 中国标准（GB）计算流程
当不满足钢结构设计规范GB50017-2003第4.2.1条规定时，钢结构受弯构件的整体稳定计算，单向弯矩作用和双向弯矩作用分别如下列公式（9）、（10）。
不满足上述第一种情况的箱形截面简支梁，其截面尺寸满足h/b0≤6，l1/b1≤95（235/fy）时可不计算整体稳定性。有关参数见《钢结构设计规范》第4.2.2～4.2.4条相应条款。
2.2 美标规范计算流程
（1）无需计算整体稳定
ANSI/AISC 360-10中，F2、F3、F4、F5章节所列的截面，当Lb≤Lp时，不用进行侧向扭转屈曲极限状态计算；F6、F7、F8章节所列的截面不用进行侧向扭转屈曲极限状态计算。
3.2 中国标准（GB）验算
强度：由规范得，对于双轴对称工字形截面γx=1.05；
结论
本文介绍了中国标准和美国规范对于钢结构抗弯构件的强度计算及稳定计算的流程，并且选取一实际案例进行对比计算。从上文可以看出美标规范在构件计算上的规定要细、要求更多，计算流程更为烦琐。
钢结构设计规范篇9
关键词：水运工程；混凝土结构；构造设计
中***分类号： TV331 文献标识码： A
一、水工设计的内容
工程设计是指在工程开始施工之前，设计者根据设计任务书，为具体实现拟建项目的技术、经济要求，拟定建筑、安装及设备制造等所需的规划、***纸、数据等技术文件的工作。由于设计方案及其所采用的材料、结构形式决定了施工方案，因此，工程设计的内容对工程造价的影响显著，成为控制项目工程造价的主要因素。
水运工程设计的内容主要包括：根据项目建设需求，论证项目建设必要性，同时结合项目建设的社会环境条件和自然环境条件，拟定项目建设技术方案，并进行项目建设的工程投资估算与经济效益分析，分别从不同的角度论述项目实施的技术可行性与经济合理性。
水运工程设计的过程是在外部环境各种前提条件约束下为达到预期目的――实现船舶顺利通航、安全靠泊作业――而在多种方案中间进行选择的过程，方案比选包括总平面布置方案、装卸工艺方案以及水工建筑物结构方案等。在进行水运工程设计时，外部环境的约束分为强制性约束和非强制性约束。强制性约束主要包括国家法律、法规及地方各级***府的规定、要求，规范中的强制性条款，工程设计范围，建筑物的具体使用功能要求等；而非强制性约束主要指陆域范围和水工建筑物及港池航道的平面布置形态、设计红线范围内建筑物具置和所采用的结构形式等。一般情况下，施工条件属于非强制性约束，但在某些特定的情况下，作为强制性约束。
二、水工钢筋混凝土结构设计
工程设计的最终目的不仅是完成文字报告和设计***纸，最主要的是通过具有技术可行、经济合理的设计方案，由施工过程将设计***纸转化成建设单位所需要的建筑实体，从而实现其使用功能价值，满足其社会效益。因此，在水运工程设计过程中，尤其是水工建筑物结构设计时，要充分考虑其结构能够满足安全性、适用性、耐久性标准，使得设计结构在外部荷载作用下能够满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。
大多数水运工程中，水工建筑物都以钢筋混凝土结构形式为主。水工钢筋混凝土建筑结构设计不但要注重结构强度设计，更要重视在结构使用年限内，正常使用极限状态下，建筑结构由于外部荷载作用、水下环境等因素引起的结构变形、混凝土开裂、材料腐蚀等影响。因此，应尽可能通过合理的结构设计，延长构件使用寿命。
水工钢筋混凝土建筑结构设计应严格按照现行的有关国家、地区及行业标准和规定进行水工钢筋混凝土建筑结构的设计,除了满足承载能力极限状态下的设计，更要充分考虑建筑结构在正常使用极限状态下的设计，因此，水工钢筋混凝土结构构造设计也十分重要。
水工钢筋混凝土建筑结构设计要兼顾结构可靠性和工程经济性，在保证达到相关规范要求的基础上，尽可能减少工程量。所以，在进行水工钢筋混凝土结构构造设计时，要考虑材料老化和受环境侵蚀等因素对结构性能产生的影响，还要确保结构和构件存有足够的整体稳定性和安全性，同时兼顾其在施工阶段为后续工作提供可实施的预留工作面。下面就几个常见的水工钢筋混凝土结构构造设计问题进行阐述和分析。
三、水工钢筋混凝土结构构造设计常见问题
(一)不重视腐蚀对裂缝的影响，尤其是纵向顺筋裂缝的问题
水工建筑物往往处于水下环境和大气环境交界处，大部分钢筋混凝土构件都会受到腐蚀。在水运工程设计中，腐蚀对构件变形性能会产生较大的影响。而实际设计过程中，部分设计人员往往不重视重视腐蚀对裂缝的影响，尤其是纵向顺筋裂缝的问题。
当水工建筑物投入使用后，构件可能在受力作用下开裂。随后，受外部环境腐蚀作用的影响，钢筋截面减小、产生滑移，钢筋混凝土构件的受力横向裂缝可能变宽，进而超过规范规定，无法满足耐久性要求。混凝土构件钢筋被腐蚀后的一个明显特征是沿被腐蚀钢筋会出现明显的顺筋裂缝，钢筋锈蚀越严重，顺筋裂缝越宽，在潮湿或有水的环境中，经常可以看到从纵向裂缝流出的锈液形成的锈斑。与受力产生的横向裂缝及其他收缩、温度裂缝不同，顺筋锈胀裂缝对钢筋混凝土构件耐久性和使用性能的影响要严重得多。首先，出现顺筋裂缝就意味着钢筋已经锈蚀到一定的程度；其次，出现顺筋锈胀后，顺筋锈胀成为外部腐蚀介质进入混凝土内部钢筋附近的直接通道，增大了腐蚀介质进入混凝土内部的含量，严重时导致混凝土保护层剥落，钢筋直接暴露在腐蚀环境中；第三，沿顺筋锈胀的钢筋容易形成一个宏观阳极，将进一步加快钢筋的锈蚀速率；第四，锈胀裂缝的形成减弱了混凝土对钢筋的握裹力，降低了钢筋与混凝土的协调工作能力，若混凝土剥落，则混凝土将完全丧失对钢筋的握裹。
由于钢筋混凝土构件力学性能明显降低是在锈胀裂缝出现之后，所以出现锈胀裂缝是钢筋混凝土构件耐久性失效的一个重要标志，锈胀裂缝对结构使用性能的影响要比对安全性的影响严重，从耐久性和使用性能考虑锈蚀对混凝土结构的影响及对设计使用年限确定的影响也更为合理。因此，在设计阶段，重视重视腐蚀对裂缝的影响，满足水工钢筋混凝土构件的各项构造设计要求。
（二）水工钢筋混凝土构件混凝土保护层的设计问题
根据前一个问题的分析可知，腐蚀会构件裂缝造成很大的影响，要尤为重视，因此，在水工钢筋混凝土构件设计时，其混凝土保护层厚度需要达到一定要求才能满足其构造设计规定。而实际工程设计中，部分设计人员将所有构件的混凝土保护层按照统一厚度设计，这是十分不合理的。
由于构件所在区域不同，受到腐蚀程度也不同，且受力钢筋与构造钢筋对混凝土保护层的要求也不同，应区分设计。根据《水运工程混凝土机构设计规范》（JTS151-2011）7.2节规定，钢筋混凝土结构受力钢筋的混凝土保护层应按海水环境、淡水环境、构件所在部位等条件分别达到相应的最小厚度，同时，宜配构造钢筋的素混凝土结构，构造筋的混凝土保护层最小厚度，海水环境不应小于40mm，且不应小于2.5倍构造筋直径，淡水环境不应小于30mm。
在设计过程中，如果按照统一值设计保护层，选用某一最大要求设计值，会使得部分构件混凝土保护层过大，构件有效受力面积减小，构件所需配筋面积增加，造成工程量增加，造价提高，影响工程经济性。因此，设计人员应对构件混凝土保护层区别设计。
(三)高强度的钢筋替换原设计计算中满足要求的低强度钢筋问题
在实际工程设计中，部分设计人员因***设计方便，在正常使用极限状态设计时，当构件裂缝宽度或挠度不能满足规范要求时，直接用高强度的钢筋替换原设计计算中满足要求的相对较低强度钢筋，认为这样做对工程安全没有问题。
显然，不能简单的用高强度的钢筋替换原设计计算满足要求的低强度钢筋来解决问题，需要特别注意以下两点：一是当构件受裂缝宽度或挠度控制时，代换前后应根据采用的新的钢筋强度重新进行裂缝宽度和挠度的验算；二是钢筋代换后要满足混凝土结构设计规范规定的间距、锚固长度、搭接长度、截面最小配筋率等要求。
实际设计中，当构件受裂缝宽度控制而不能满足规范要求时，首先应校核该构件所在区域与其最大裂缝宽度限制是否匹配，当构件在水位变动区和水下区时，其限制比大气区和浪溅区较大；其次，当需要确实所配钢筋不满足要求时，尽量通过增加钢筋数量来解决，从而避免引起设计调整后对钢筋间距、锚固长度、搭接长度和截面最小配筋率等造成影响。
(四)大直径钢筋连接采用绑扎搭接问题
由于水运工程通常所受的外部荷载较大，且要考虑波浪、强风、地震等极端自然条件的影响，因此水工钢筋混凝土构件的配筋直径较大。钢筋的连接可采用绑扎搭接、机械连接或焊接。一般钢筋不需要严格焊接，仅采用绑扎搭接来进行连接，而部分设计人员对大直径钢筋连接时也像一般直径的钢筋一样对待，造成实际构件强度无法满足要求。
根据《水运工程混凝土机构设计规范》（JTS151-2011）7.4节规定：轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵向受力钢筋不得采用绑扎，不应采用绑扎搭接接头。受拉钢筋直径大于25 mm，不宜采用绑扎搭接接头。
因此，大直径钢筋采用绑扎搭接是不合适的，这是因为较粗的钢筋采用绑扎连接时，混凝土保护层相对变薄或钢筋间距相对变小，在搭接钢筋间容易产生较宽的劈裂裂缝或滑移。设计人员在设计过程中应严格按照规范执行，避免造成因钢筋连接方式错误而造成构件损坏，甚至引起更严重的工程事故。
结语
水运工程是我国的基础性产业，是目前正在进行大力开发建设的重点工程，而且其中大多数工程都以钢筋混凝土结构形式为主；就通常的水工建筑结构而言，建筑结构的荷载承重和防渗功能等均主要由混凝土结构承担，因此，混凝土结构的设计与施工质量的好坏直接关系到工程结构的运行安全、效益发挥和使用寿命等，其设计阶段的质量控制也就显得尤为重要。
根据本文的介绍和阐述，分析了水工钢筋混凝土结构构造设计的重要性，并强调了设计人员在设计过程中应当重视的几个问题，希望能借此提高设计质量和水运工程的经济效益。
参考文献
[1]水运工程混凝土机构设计规范（JTS151-2011）
[2]陈磊. 港口工程混凝土结构全寿命设计指标体系研究[D].大连理工大学,2013.
[3]张春宇. 港口工程结构可靠度分析[D].大连理工大学,2005.
钢结构设计规范篇10
【关键词】钢结构设计；轻钢结构；厂房设计；门式刚架
对于钢结构设计方法，我国自《钢结构设计规范》（GBJ17-87）和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GBJ18-88）颁布起，采用极限状态设计方法，而在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102-98）中直接参照国内外轻钢结构设计规范采用极限状态设计法。轻型钢结构厂房设计要点有设计布置、构件设计、节点设计等。
1 工程概况
某钢结构工业厂房采用轻型门式刚架结构体系，厂房跨度42m，长度90m，柱距6m，檐口高度9m，屋面坡度为1：20，屋面墙面均采用镀锌钢板。厂房主体钢结构设计合理使用年限为50年，抗震设防烈度为八度，地震分组为第一组；建筑抗震设防类别为丙类，结构安全等级为二级；场地类别为Ⅱ类；地面粗糙度为B类。钢架采用Q345B钢材，焊条采用E50。
2 轻钢结构厂房设计布置
2.1 柱网布置
由于本厂房荷载较小，故选用质量较轻、工业化程度较高、施工周期短、结构形式较简单的轻型门式刚架结构。确定柱距应该与跨度相协调，跨度较大可以扩大柱网，这样可以满足厂房的通用性，扩大生产面积，节约用地，加快建设速度，提高吊车的服务范围。因此本厂房刚架采用两跨，每跨21m的跨度，柱距7.5m。
2.2 屋面布置
根据屋面压型钢板的规格，檩条沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102-2002中6.3.5和6.3.6的规定，应在檩条三分点处设置一道拉条，拉条采用Φ10圆钢，圆钢拉条设在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内，屋脊拉条为刚性。
2.3 柱间支撑布置
根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定应在厂房两端第一柱间设置柱间支撑，并应在中间一个柱间设置柱间支撑，柱间支撑分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑布置。两端设上柱支撑，中间设上下柱支撑。在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。当有起重量不小于5t的吊车时，柱间宜采用型钢支撑。
2.4 屋盖支撑布置
由于本厂房长90m，宽42m，根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定，将整个厂房可划分为一个温度区段。因此在厂房两端第一个柱间支撑设置横向水平支撑。此外，还应在厂房中间柱间内设置屋盖横向水平支撑，并应在上述相应位置设置刚性系杆。
2.5 墙面结构布置
根据墙板的板型和规格，墙梁的布置沿高度方向间距每隔1.5m布置一道，根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》规定，本厂房跨度7.5m>6m，应在跨中三分点处各设置一道拉条，拉条承担的墙体自重通过斜拉条传至承重柱和墙架柱，且应每隔5道拉条设置一对斜拉条，以分段传递墙体自重，拉条为Φ10圆钢。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定，设置门柱窗柱，且由于门柱、窗柱需承受墙板重及自重，所以应考虑为双向受弯构件。
3 轻钢厂房结构设计
3.1 构件设计
构件设计时首先是选择材料，为了施工时工程管理方便通常主结构使用单一钢种，但从经济角度考虑又会选取不同强度钢材的组合截面。设计实践表明，当构件强度起控制作用时，适宜选取Q345，当稳定控制时则适宜选取Q235。但实践经验表明采用软件进行构件设计时，要注意以下一些问题：（1）软件在做构件的截面验算时，计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定，特别是对于节点连接情况复杂或变截面的构件，结构工程师应该逐个检查。（2）对于构件强度不满足时，一般会加大组成截面的板件厚度，如抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度。（3）对于变形超限，通常不应加大板件厚度，而应加大截面的高度，这样设计就比较经济。
3.2 节点设计
连接节点的设计是轻型钢结构厂房设计重要步骤，在结构分析前，应该对钢结构节点的形式预先确定，应避免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。在设计时根据传力特性不同，节点分刚接、铰接以及半刚接。连接的不同对结构影响较大，例如刚接节点虽然承受弯矩但不会产生较大转动，不符合结构分析中的假定，会造成计算数据的变形小于实际工程变形，因此合理地选取节点连接方式是一个关键问题。节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。
4 钢结构厂房现场安装连接
门钢的安装需根据设计***纸的要求精心施工，安装程序应保证结构形成稳定的空间体系，且不能使结构永久变形。运输存放安装以及后续的结构的涂装和隔热均应符合相应的质量验收标准。本工程现场安装连接主要采取以下措施：（1）钢柱与基础锚栓的连接采用双螺母加焊。（2）压型板与檩条采用自攻螺栓连接。（3）屋面檩条与檩托采用M12永久螺栓连接；屋面支撑采用M16安装螺栓加焊；钢架安装时先做好临时支撑，屋面檩条安装好后，将支撑花篮螺丝拧紧；各构件之间必须保证连接可靠。
参考文献：
[1]钱永旺.浅谈轻型钢结构厂房设计的几个问题[J].山西建筑，2008，26（12）．
[2]张宜辉.浅谈轻钢结构门式钢架的设计体会[J].四川建材，2011（5）.
[3]钢结构设计规范GB50017-2003[S]．北京：中国建筑工业出版社，2003．
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