時間：2022-12-20 02:04:02
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【關鍵詞】公路 鐵路 房建行業 鋼結構設計
我國建筑行業的快速發展，對建設施工標準提出了更高的要求。在我國的建筑領域，關于鋼結構設計和鋼材料的規范設計方面有許多規定，明確指出了鋼材料型號、尺寸、計算、施工技術及檢驗標準等要求。為了使建筑施工及管理人員更好的掌握鋼結構的設計原則與標準，本文主要對公路、鐵路與房建行業的鋼結構設計規范進行了比較分析，希望對相關研究領域提供幫助。
1 建筑施工中鋼材型號選擇
根據公路建設施工條件要求，公路鋼橋主體結構通常采用Q345鋼，無論哪種型號的鋼材，都要滿足公路橋梁設計施工標準。由于普通碳素結構鋼也比較適用于橋梁結構設計，因而也可以在建設施工中采用該型號的鋼材;《鐵橋鋼規》中明確指出，鐵路鋼橋的主體結構中應該使用質量等級是D、E級的Q345q、Q370q、Q420q 鋼，在鐵路橋梁的輔助結構或者是在橋梁的連接處，則需要使用Q235―B或Q（z）345c鋼;而房建行業對于鋼材型號的選擇則具有不同要求，在房屋建設中使用剛才的型號通常為Q235、Q390、Q420 等，房屋建設中鋼結構的質量標準要根據《低合鋼》、《碳鋼》中的要求來確定。從我國當前建筑行業的運行與發展情況來看，公路橋梁和鐵路鋼橋基本都是按照100年使用期限來進行設計與施工，而大部分的房屋建設則是按照50年的使用標準來設計，橋梁承受的重量多為動力載荷或者是沖擊載荷。由此可以看出，公路和鐵路設計施工中，鋼材的性能要明顯高于房屋建設中使用的鋼材性能，其主體結構需要應用高強度的鋼材。
2 鋼結構設計方法
目前，容許應力法與極限狀態法是工程建設領域中經常使用的結構設計方法。容許應力法從使用初期一直沿用至今，該方法主要是把建設材料看成是一種理想狀態的彈性體，構件中任何部位的應力都不能超出材料本身的容許應力。在20世紀50年代，我國公路橋梁設計施工中，主要借鑒國外先進的施工經驗，在施工中主要采用容許應力法。而且直到現在，我國鐵路建設施工中，還依然采用容許應力法進行設計。
發展到80年代以后，我國在建筑施工中開始逐漸使用極限狀態法，并且在鋼結構房屋建設中得到了廣泛應用，該計算方法把結構可靠度理論和概率理論作為了基礎，而且設計標準進行了多次修改，逐步得到完善。盡管容許應力法具有操作簡便、實用性較高等特點，但是也存在一定缺陷，該方法不能正確反映出材料的特性、構件抗力變異以及載荷效應，不能對材料的繼續承載力進行準確分析，因而導致結構設計過于保守。而極限狀態法則能夠有效彌補容許應力法的缺陷，通過對可靠度指標的詳細分析，使構件可靠度相互協調，并依托塑性理論，使材料的最大性能得到了發揮。當前，極限狀態法已經成為了國際鋼結構設計的主要方式，更好的滿足了現代化大規模鋼橋建設與發展的需要。
3 載荷設計
公路橋梁、鐵路橋梁設計中的荷載要選用荷載的標準值，而在房屋鋼結構的設計中，往往使用極限狀態法，在應用該方法時，設計荷載是由荷載標準值與荷載分項系數、結構重要性系數以及可變荷載組合系數的一個組合值。在房屋鋼結設計中，設計使用年限主要是由γ0（結構重要性系數）來反映，如果設計使用年限超過100年，或者安全等級是1級的鋼結構構件，通常γ0值都會≥1.1，而其他結構構件的γ0值可以小于1.1。一般情況下，公路、鐵路建設的使用設計年限都不小于100年，而房屋鋼結構設計的安全等級也都為1級，因而γ0值都不能小于1.1。表1主要對房屋、公路和鐵路鋼結構設計中的強度和穩定性計算方法進行對比。
通過對房屋、公路和鐵路鋼結構強度、整體穩定性計算方法進行分析，可以發現，房屋建設設計規范雖然與公路、鐵路設計之間存在差異，但是差異較小，計算公式基本相同。在房屋建設設計中，需要應用極限狀態的計算方法，因而對主平面內的受彎正應力強度進行計算時，需要認真分析塑性的發展系數γx與γy。而在公路和鐵路橋梁設計中，會使用容許應力法來進行設計，在對構件內力進行計算時，僅僅需要對材料彈性受力階段的性質進行分析，并可以發現，在計算公式中并沒有能夠反映出材料塑性的相關參數。在《鋼規》中，需要利用凈截面面積和毛截面面積分別對結構強度和穩定性進行驗算。《鋼規》把鋼結構的穩定性分成了整體穩定性與局部穩定性兩種類型，整體穩定系數φ都小于1.0，并通過其來對整體結構的承載能力進行判斷，通過對構件的高（寬） 厚比進行驗算，并設置加勁肋，從而避免局部出現不穩定的現象。而《公橋鋼規》《鐵橋鋼規》鋼構件的穩定性主要憑借容許應力折減系數的方法來進行控制，在計算局部穩定性時，采用的方法與《鋼規》中規定的方法相近，但是高（寬） 厚比卻存在一定差異。
4 結語
本文主要對公路、鐵路與房建行業的鋼結構設計規范進行了比較分析，明確公路、鐵路和房屋鋼結構之間存在的差異，從而使建設施工人員能夠更好的掌握鋼結構的設計標準，同時為相關部門的管理者提供參考依據，從而提高工程項目的施工質量，促進我國建筑行業的發展。
參考文獻：
[1]原華，吳衛華，李臨慶.公路、鐵路與房建行業鋼結構設計規范比較研究[J].高等建筑教育，2014，08（15）：12-13.
[2]高策，薛吉崗.鐵路橋梁結構設計規范由容許應力法轉為極限狀態法的思[J].鐵路標準設計，2012，（04）：41-45.
關鍵詞：美標規范；鋼結構；抗彎構件
中圖分類號：TU392 文獻標識碼：A
中美兩國規范體系不同，兩者在結構設計上也迥然不同。隨著我們企業逐漸走出國門，進入廣大的國際市場，尤其是在亞非拉眾多國家，當地的結構設計往往按照美標設計，或者以美標為基礎建立發展自己國家的設計規范，在這些國家承包的工程，其結構設計往往要求必須遵循當地規范或者美標規范，這就要求我們的企業必須掌握美標規范設計。出于這方面考慮，我們對美標規范設計進行了研究，在本文中我們選取構件設計中常見的抗彎構件設計來進行對比分析，并以某鋼結構簡支梁截面為例進行案例驗算分析。
1.受彎構件強度計算流程
1.1 中國標準（GB）計算流程
根據現行鋼結構設計規范GB50017-2003，鋼結構受彎構件的正應力強度計算、剪應力計算、局部承壓強度計算、以及折算應力計算分別如下列公式（1）、（2）、（3）、（4）。
上述公式中有關參數見GB50017第4.1.1～4.1.4條相應條款，上述公式僅適用于主平面內受彎的實腹式構件，不適用于腹板屈曲后強度驗算。一般驗算主平面內受彎的腹板未屈曲的實腹式構件，均要驗算上述式（1）、式（2）。特殊情況還需要根據GB50017按照式（3）、式（4）驗算。
1.2 美標規范計算流程
美國鋼結構協會AISC提出了兩種鋼結構設計方法，即LRFD和ASD法。設計人員可自行選定采用何種方法進行結構設計，而選取的依據是設計的經濟合理性。
剪應力強度計算公式見式（5）。
kv―腹板穩定系數；對于非加勁截面且h/tw3.0或a/h>[260/（h/tw）]2；橫向加勁肋除應滿足上述要求，還應滿足構造要求，具體詳ANSI/AISC 360-10 G3.3節。
2.受彎構件穩定計算流程
2.1 中國標準（GB）計算流程
當不滿足鋼結構設計規范GB50017-2003第4.2.1條規定時，鋼結構受彎構件的整體穩定計算，單向彎矩作用和雙向彎矩作用分別如下列公式（9）、（10）。
不滿足上述第一種情況的箱形截面簡支梁，其截面尺寸滿足h/b0≤6，l1/b1≤95（235/fy）時可不計算整體穩定性。有關參數見《鋼結構設計規范》第4.2.2～4.2.4條相應條款。
2.2 美標規范計算流程
（1）無需計算整體穩定
ANSI/AISC 360-10中，F2、F3、F4、F5章節所列的截面，當Lb≤Lp時，不用進行側向扭轉屈曲極限狀態計算；F6、F7、F8章節所列的截面不用進行側向扭轉屈曲極限狀態計算。
3.2 中國標準（GB）驗算
強度：由規范得，對于雙軸對稱工字形截面γx=1.05；
結論
本文介紹了中國標準和美國規范對于鋼結構抗彎構件的強度計算及穩定計算的流程，并且選取一實際案例進行對比計算。從上文可以看出美標規范在構件計算上的規定要細、要求更多，計算流程更為煩瑣。
通過系統計算，說明設計過程。
關鍵詞臨時立柱 臨時立柱基礎 連系梁截面
中圖分類號：TU921 文獻標識碼：A 文章編號：
1引言
一號橋站是成都地鐵3號線一期工程中的一個中間站，無換乘，為地下二層雙柱三跨12m島式車站，本站兩側區間為盾構區間，盾構機從北向南過站。車站位于紅星路-府青路與建設北路-星輝東路交叉口，主體沿紅星路-府青路布置，附屬分布在紅星路-府青路兩側，A出入口及1號風道部分處于機動車路面下的圍護結構采用蓋挖法施工。
A出入口及1號風道長63.6m，寬26.8m,第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐，混凝土支撐截面采用600mm×800mm，第二道支撐采用鋼支撐,鋼支撐采用Φ609，t=14mm。沿長度方向設置一排臨時立柱。臨時立柱上第一道連系梁采用截面為600mm×800mm的鋼筋混凝土連系梁，第二道連系梁采用雙拼40C槽鋼。圍護結構平面布置圖如下圖所示：
2臨時立柱和連系梁設計
2.1臨時立柱截面設計
臨時立柱根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）按軸心受壓構件計算，其軸向力設計值：
（Nzl—水平支撐及柱自重產生的軸力設計值；Ni—第i層支撐軸力設計值；n—支撐層數）
臨時立柱采用格構柱截面采用4根等邊角鋼L125X125X14,四塊綴板300X300X10間距是600mm， (臨時立柱高7.4m)，一邊高度方向約為9塊綴板，查型鋼表角鋼的線密度:26.2kg/m.綴板的線密度=0.3*0.1*7.85*1000=233.5kg/m.
因此格構柱自重：
聯系橫梁采用槽40C,重：
混凝土撐作用在立柱上自重：
鋼支撐作用在立柱上自重：（支撐共1道）直徑609mm壁厚14mm其線密度為：205.429kg/m，
故：
根據里正深基坑的計算結果：第一道混凝土支撐的最大軸力標準值N=328.73kN，第二道鋼支撐的最大軸力標準值N=512.02 kN,
軍便梁上傳遞的荷載：
總共作用在立柱上的荷載值：
立柱長度：L=7.4m
立柱兩端鉸接，鋼支撐長度系數：；
立柱計算長度：
根據《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)的規定：
根據《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)5.1.3條查型鋼表L125X125x14如下圖所示的截面特性：
， ,,
根據材料力學知識計算該組合截面的慣性矩：(格構柱截面400x400)
《根據鋼結構設計規范》(GB50017-2003)分肢對最小剛度軸的長細比，其計算長度取為：焊接時為相鄰兩綴板的凈距離l=600mm。
則換算長細比：（根據《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)5.1.3-3式）
根據《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)表5.1.2對于格構柱的截面分類對X,Y軸均為b類。
采用Q235B級鋼，查《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)附表C-2
軸心受壓構件的穩定性系數：
根據《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)5.1.2式）計算穩定性：
(穩定性滿足要求)
根據《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)5.1.1式）計算強度：
（強度滿足要求）
結論：臨時立柱采用直徑截面為400x400mm，四角采用L125x125x10的角鋼，綴板采用300x300X16,綴板凈距600mm的格構柱滿足要求。
2.2臨時立柱基礎設計
根據《建筑樁基規范》(JGJ94-2008)（5.3.6式）單樁承載力標準值：（立柱樁徑為1200mm，根據≤建筑樁基規范≥(JGJ94-2008)屬于大直徑樁）
根據≤建筑樁基規范≥(JGJ94-2008)表5.3.6-2（碎石類土層），大直徑樁側阻，端阻尺寸效應系數分別為：
樁周長：
根據《成都地鐵3號線詳細勘察階段一號橋站巖土工程勘察設計參數建議值表》：樁的極限側阻力和端阻力的標準值分別為：，立柱軸向力設計值為：1725.102kN。
=3.14x0.87358x120x3.5+0.87358x2500x1.1304
=1152.08+2468.74=3620.82kN
承載力特征值：
R=Quk/2=1810.4>1725.102
故承載力滿足要求。
2.3連系梁的設計
第一道臨時聯系橫梁采用兩道槽40C鋼。
聯系梁跨度取L=5.0m
聯系梁自重:
聯系梁上作用混凝土撐（截面600X800）傳來集中力（取聯系梁段第二道鋼支撐480.5kN）：
（取支撐自重+軸力的10%作用在連梁上）
假定鋼支撐集中力作用在跨中(按最不利位置考慮)，則
支座處最大彎矩：
兩道槽40c鋼抗彎截面系數：
第二道臨時聯系橫梁采用兩道槽40C鋼。
聯系梁跨度取L=5.0m
聯系梁自重:
聯系梁上作用鋼支撐（直徑609，壁厚14mm,傳來的集中力（取聯系梁段第二道鋼支撐軸力標準值501.12kN）：
（取支撐自重+軸力的10%作用在連梁上）
假定鋼支撐集中力作用在跨中(按最不利位置考慮)，則
支座處最大彎矩：
雙槽40c鋼抗彎截面系數：
滿足要求。
參考文獻
[l] 《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）
[2] 《建筑樁基規范》(JGJ94-2008)
[3] 《鋼結構設計手冊》.北京.中國建筑工業出版社.2003
【關鍵詞】 節點連接 等強連接 剛性連接 節點域 彈性階段 塑性階段
中圖分類號:G808 文獻標識碼:A 文章編號:1003-8809(2010)08-0202-02
1.引言
本文通過對STS模塊中節點連接計算的實例計算數據,分析梁柱的剛性連接計算要點,在分析中綜合軟件,設計知識,規范三部分內容,將其有機結合。從而歸納總結節點設計的要點,同時提出軟件計算的不足之處,STS模塊采用的是2006.3的版本。
1.計算原則
建筑鋼結構的節點連接,當非抗震設防時,應按結構處于彈性受力階段設計,當抗震設防時,應按結構處于彈塑性階段設計,節點連接的承載力應高于構件截面承載力。
2.計算目的
梁與柱的連接,按梁對柱的剛度的約束(轉動剛度)大致可分為三類:即鉸接連接、半剛性連接、剛性連接。本文僅對梁柱的剛性連接做計算分析。
梁與柱的剛性連接,其計算方法主要有以下兩種:
(1)常用設計法
(2)精確計算法
節點抗震驗算。
1)滿足強柱弱梁的要求,即滿足《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)第8.2.5-1式即
。
2)滿足強節點弱構件的要求:連接的受彎承載力和受剪承載力,滿足《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)第8.2.8-1
即和8.2.8-2即 。
3)節點域強度計算,滿足《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)第8.2.5-2。
本例計算簡圖及手算復核如下:
軟件有關塑性截面模量的計算只給出計算的結構,對于計算過程未反映,現塑性截面模量計算如下:
HW300X300為雙對稱截面,所以全截面考慮塑性屈服時,受拉和受壓側的截面靜矩相同:
ST=SC
應力計算,抗震設計時應滿足《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)第5.4.2條。本例手算復核如下:
對接焊縫與角焊縫的抗拉強度設計值不同,計算焊縫強度時,可先將對接焊縫面積 換算為等效的角焊縫面積 ,令焊縫的有效厚度不變,翼緣對接焊縫的長度即可按下式換算為等效角焊縫長度。
翼緣的慣性矩:
腹板的慣性矩:
翼緣慣性矩/全截面慣性矩:
0.9584
按照《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)第5.4.2條:
高強螺栓承擔的剪力設計值為
焊縫承擔的剪力設計值為
梁翼緣和腹板與柱形成的工字性焊縫中翼緣設計彎矩為:
腹板設計彎矩:
節點域屈服承載力:應滿足《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)第8.2.5-2或《高層民用建筑鋼結構技術規程》(JGJ99-1998)中第8.3.9-2. 節點域的體積:
折減系數:(假設按7度設防)
節點域屈服承載力:
假如節點域的屈服承載力不滿足,如何來補強呢?依據《高層民用建筑鋼結構技術規程》(JGJ99-1998)中第8.3.9-2,在柱、梁截面一定的情況下,對H型鋼柱,可在節點域加貼焊板,焊板上下翼緣應伸出加勁肋以外不小于150mm,并用不小于5mm的角焊縫連接貼板和柱翼緣可用角焊縫或對接焊縫連接。當在節點域的垂直方向有連接板時,貼板應采用塞焊與節點域連接。因柱、梁截面已定,唯獨能改變的是節點域的體積,也即柱腹板的厚度tw。
實際柱腹板厚度為13mm。從這一角度也驗證了計算的正確性。
小結:
通過以上對電算的計算過程分析及手算復核,可以歸納出梁柱剛性連接的計算要點有如下幾點:
1. 當考慮地震計算組合時,應勾選“設計內力是否為地震作用組合”,不考慮地震作用組合時,可不選此項。
2. 當為非抗震設計時,內力采用梁端的實際內力設計值,當為抗震設設計時,可按梁端承載力計算。
3. 考慮現場實際的連接,操作工藝為先栓后焊,有可能才用高空焊接,焊接溫度對高強螺栓預拉力有影響,高強螺栓的實際承載力應做折減,折減系數取0.9,系統默認值為1.0。角焊縫的連接強度設計值當不采用引弧板時取0.85.
4. 梁翼緣采用對接焊與柱翼緣連接,在分配彎矩時,應將對接焊縫轉化為角焊縫,按翼緣慣性矩占全截面慣性矩的比例分配彎矩。
5. STS程序中計算節點域的穩定采用的是,而規范采用的是
參考文獻
[1]中華人民共和國國家標準,《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001) (2006年版),北京:中國建筑工業出版社,2006
[2] 中華人民共和國國家標準,《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002),北京:中國建筑工業出版社,2009
[3] 中華人民共和國國家標準,《建筑抗震設計規》(GB50011-2001)(2008年版),北京:中國建筑工業出版社,2008
[4] 王建,董為平編著,《PKPM結構設計軟件入門與應用實例-鋼結構》,北京,中國電力出版社,2008
[5] 夏志斌,姚諫編著,《鋼結構設計―方法與例題》,北京,中國建筑工業出版社,2005
[6] 《鋼結構設計手冊》編輯委員會,《鋼結構設計手冊手冊》(第三版),北京,中國建筑工業出版社,2004
【關鍵詞】鋼結構；結構設計；要點分析
21世紀是一個科技高速發展的時代，我國處于社會主義初級發展階段。我們只有大力發展生產力，增加科研投入，不斷地進行改革探索最后一定會取得很好地成績。在我國的建筑行業近幾年呈現良好的態勢，我們在這個領域取得了很好地效果，尤其在鋼結構的改革方面更是取得了很好地效果。在傳統的觀念，鋼結構的做大的作用就是穩固的作用，對于工程的質量起到很好的保證作用；如今想在原有的基礎之上更好的使鋼結構具有更好的強度，質量輕便，施工的過程簡單易行。面對于市場需求的要求，我們的建筑企業就要不斷地改革創新，如今的壓力主要來自于兩個方向：第一，近幾年建筑企業呈直線型上升，之間形成了強烈的競爭關系，很多的企業進行價格戰，這樣減少了收益；第二，想要占領市場就要加大科研投入，具有強大的質量保證，及時出現更新換代的產品，只有這樣才會更好地具有競爭力。
一、明確鋼結構設計所涉及規范、規程
鋼結構設計中所涉及規范、規程總體上可分為三種：1.國家規范（GB），如《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）、《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》（GB50018-2002）、《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）等等；2.行業規程（JGJ）或地方規程（DBJ）有：《高層民用建筑鋼結構技術規程》（JGJ99-98）、《空間網格結構技術規程》（JGJ7-2010）等等；協會規程（CECS）有：《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程（2012年版）》（CECS102：2002）、《預應力鋼結構技術規程》（CECS212：2006）等等。
二、理解鋼結構設計使用年限、設計基準期和建筑壽命的概念
鋼結構設計使用年限、設計基準期和建筑壽命的區別。所謂的設計的年限，通常是指在設計之初規定的時間之內，該項產品不會出現大的問題進行大型的維修，只需進行日常的維修保養即可，就能達到設計之初的設計理念。對于設計基準期，是指在設計的過程中確定活荷載代表值選用的時間參數，根據某一特定的區域與關系，進行不同年段進行統計，確定其失效率，最后定下基準。在我們這里提到的建筑的壽命，指的是建筑最終的使用時間，一般情況下，這個時間是按建筑開始，一直到完全報廢退出歷史的舞臺的整個的時間。在我們的如今的鋼結構設計中這幾方面的參數數據是不可缺少的。
三、區分鋼結構設計的承載能力極限狀態和正常使用極限狀態
承載能力極限狀態是指結構或結構構件達到最大承載能力或出現不適宜繼續承載的變形。正常使用極限狀態指結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規定限。鋼結構設計中，對承載能力極限狀態進行嚴格的控制，保證結構不發生安全破壞；對正常使用極限狀態，要結合建筑物的安全等級，使用功能等要求進行有效地控制。既滿足建筑物的使用要求，又要兼顧建筑結構的經濟性。
四、單層鋼結構廠房設計注意事項
1.注意單層廠房的溫度區段的分隔措施。隨著我國工業建筑規模的擴大，近年來建成了一些特大面積的廠房，有的縱向長達數百米，有的橫向十余跨相連。《鋼結構設計規范》有關溫度區段的分隔長度應按《鋼結構設計規范》或《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》的相關要求。縱向溫度區段的分隔以雙柱伸縮縫為宜，對有托架的廠房，也可采用鉸接短鋼柱或吊掛鋼板支撐的構造來實現雙柱伸縮縫。縱向溫度區段的分隔如采用雙柱伸縮縫會影響廠房的使用功能，以采用滑動支座的方法為宜。
2.注意單層廠房屋面支撐系統的布置。廠房屋面支撐系統保證了結構在安裝和使用過程中的穩定性，提高結構的整體剛度，控制了屋面桿件的平面外計算長度以較少桿件的截面尺寸。屋面支撐系統包括橫向支撐、縱向支撐、豎向支撐（僅用于梯形屋架）和系桿。
3.注意單層廠房柱間支撐系統的布置。廠房的柱間支撐保證廠房縱向的穩定和空間剛度，承受廠房所受縱向的風荷載、吊車荷載及地震力并傳至基礎，控制了柱的平面外計算長度以較少柱的截面尺寸。柱間支撐的設置除按規范要求滿足其上述功能外，還要注意與屋面支撐系統相協調，與屋面支撐設在同一柱距內。對于屋面支撐形式，應首選十字形交叉支撐，這種支撐傳力直接、構造簡單、用料省、剛度大；對于柱間距與支撐高度比值大于2的上柱支撐，可采用人字型或八字型支撐以減少用料；當支撐位置處要考慮人員出入或放置設備，應考慮空腹式門形支撐，但這種支撐用料費、剛度差，所以柱間支撐，尤其是下柱支撐盡量設于無人員或設備的柱距處。
五、鋼結構制圖注意事項
鋼結構的設計圖紙和很多的設計圖一樣也是分為兩部分，設計之初的設計圖和施工圖兩部分，我們嚴格按照設計審核的相關的規定，圖紙的設計者主要的方向是在設計圖方面進行深入的鉆研探索，鋼結構的相關的施工單位根據實際的工程方向進行設計。在設計的過程中這兩部分的設計人一定要進好工作的協調工作，互相滲透自己的思想理念，達成共同的目標，以保證工程的進度順利地實施，最后達到工程的目的。
六、結語
激烈的競爭的形式是今天我們必須要面臨的，我們可以想象每天報道的中小企業的倒閉的現象很多，正由于面對著嚴峻的壓力，沒有很好的處理好這方面的關系，想要企業有很好的發展，就要不斷地發開發新的產品，提高品質，與同類產品相比較更具競爭力。我們的鋼結構就是面臨著這樣的問題，經過自身不斷的改革創新，使自身更具競爭力。目前，鋼結構的設計取得了一定的成績但是還有很多的問題存在，想要更好地發展，我們還要不斷的走下去，一步一個腳印的解決問題，不斷地滿足市場的需求，用先進的科學技術說活，我相信在不久的將來我們的鋼結構設計一定會取得更大的成績。
參考文獻
Abstract: Through analyzing the defections of steel column, the behaviours of column under axial compression are introduced in the paper. Based on the buckling and finite element theory, the residual stress and the defections distributions for box welded column are presented along with calculation ,analysis, discussion and comparison of overseas' experimental result . It proved that the model is correct. Through the result comparison of AISC, EN1993 and GB 50017-2003, the paper presented a complement method of description of the column curve.
關鍵詞：軸心受壓柱；箱型焊接截面；整體穩定；有限元分析
Key words: column under axial compression; box welded column; overall buckling; the infinite element analyze
中圖分類號：TH12 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2010）36-0157-03
0引言
自從人類開始應用鋼結構以來，鋼結構的發展始終是與鋼材材料特性和生產工藝的發展緊密相連的。正是鋼材材料的不斷改進，提高了鋼結構的承載力、經濟性能和使用性能，促進了鋼結構的發展和應用。對于軸心受壓構件的受力性能與設計一直以來都被認為是鋼結構設計的基礎與重點。建筑工程部于1954年頒布的《鋼結構設計規范試行草案》，代號規結-4-54[1]，就有了我國的第一條柱子曲線。此后，鋼結構設計規范經歷了74版，88版，一直到2003年4月建設部批準并頒布的2003版GB50017―2003《鋼結構設計規范》[2]，我國對于軸心受壓鋼構件的研究已處于世界領先水平。但是隨著材料科學的進步與冶金工藝的發展，高性能的鋼材在機械、船舶、橋梁、建筑工程領域的應用已越來越多。針對鋼材性能改善，對于鋼結構受力性能及設計的研究亦需要不斷完善。
1壓桿缺陷的影響
軸心受壓鋼構件極限承載力的設計計算是以現實鋼壓桿缺陷為前提，以強度、穩定理論為基礎建立起來的。現實的鋼壓桿是用彈塑性材料制成的，它既有幾何缺陷又有力學缺陷。幾何缺陷主要是桿件并非直桿，或多或少有一點初始彎曲，也可能有一點初始扭曲。另外，截面并非完全對稱，組合截面的制造偏差和構件安裝偏差都可以使荷載作用線偏離桿件軸心，從而形成初始偏心。力學缺陷包括屈服點在整個截面上并非均勻以及存在殘余應力。上述缺陷中對壓桿性能影響最大的是初始彎曲和殘余應力。初彎曲的存在使軸心壓桿喪失穩定的性質發生了改變，這里不再累述。
殘余應力在壓桿截面內的分布變化多端，它既和軋制后的冷卻、焰割、焊接等過程有關，也和材料厚度和截面組成形式有關。同一型式但尺小不同的截面，殘余應力分布還會有不小的差別，如軋制H型鋼翼緣的殘余應力有時更接近于線性分布。軋制型鋼殘余應力的絕對值不受其屈服點的影響。因此，隨著材料屈服點提高，殘余應力的影響相對降低。焊接截面在焊縫處一般都有高達材料屈服點的殘余拉應力。如果它的位置在截面的邊上，和它相平衡的殘余壓應力又不大，則殘余應力對壓桿的不利影響就不顯著。由于焊接殘余應力的大小和材料屈服點無關，材料強度很高的焊接截面（f>430N/mm2）的殘余應力可能達不到fy，它的影響也會比普通鋼材焊接截面的低，但低的程度和軋制型鋼的不完全相同。殘余應力對壓桿性能的影響程度，主要取決于殘余壓應力的大小，它的變化情況、分布寬度以及在截面上占據的部位。原因是殘余壓應力使壓桿的一部分提前屈服，從而削弱桿件的剛度。
Rasmussen[3]等于1995年制作了6個焊接箱型柱，測定其殘余應力及極限承載力，試件的截面尺寸及主要參數如表1、圖1所示。從圖表中可以顯示上述箱型焊接截面殘余應力的分布情況。本文應用文獻試驗數據，用以第3節進行有限元模型計算對比。
2軸心受壓鋼構件受力性能
2.1 軸心壓桿的失穩形式
軸心壓桿承載能力的極限狀態是喪失穩定，完善彈性挺直桿失穩的臨界力，可以由著名的歐拉公式算得，這些都是學過材料力學的人所熟知的。歐拉公式所給出的臨界力：
NE=π2EI/L2（1）
是桿件能夠繼續保持直線平衡形式的極限荷載，達到這一荷載后桿件就發生彎曲變形。然而，喪失直線形式的平衡并不一定是由直變彎，也可能由直變扭，即里扭轉屈曲：
N=（GIt+）（2）
式中：GIt是桿自由扭轉剛度；EIω是桿約束扭轉剛度。i0是截面關于剪心的極回轉半徑。
一根具體的軸心壓桿，達到承載能力的極限狀態時究竟呈彎曲屈曲還是扭轉屈曲，要看它的材料和截而特征EI，EIω，GIt以及長度l的大小。在工程實踐中，抗扭性能低，有可能出現能出現N
除了彎曲屈曲和扭轉屈曲外，軸心壓桿還有另外一種可能的失穩形式，即彎曲和扭轉同時發生的彎扭屈曲。只有一個對稱軸的截面，剪心S和形心O不重合。當桿件繞對稱軸oy彎曲時，產生的剪力不經過截面剪心，必然導致桿件扭轉。因此，當截面繞對稱軸彎曲剛度較小，扭轉剛度也不大時，彎扭屈曲成為這種桿件承載能力的極限狀態。
對兩端鉸支且翹曲無約束的彈性桿，彎扭屈曲臨界力 由下式計算，即：
i20（Ny-Ny）（N-Ny）-N2yy2s=0（3）
式中 為按歐拉公式計算的繞y軸彎曲屈曲的臨界力； 為由式（2）計算的扭轉屈曲臨界力，ys為剪心坐標。
此式可以化成：
Ny/Ny+Ny/N-k（）=1（4）
如果軸心壓桿采用沒有對稱軸的截面，則剪心坐標不僅y不為零，xs也不為零。這時繞兩主軸彎曲都會伴隨有扭轉，使臨界荷載總是低于彎曲屈曲臨界力，也低于扭轉屈曲臨界力。不等邊的單角鋼就屬于這種情況。這類截面的桿件實際很少用作壓桿，也不宜采用。
2.2 軸壓構件極限承載力的設計計算
對軸心受壓構件的穩定計算采用多條柱子曲線開始于上個世紀七十年代。
美國里海大學（Lehigh University）的研究者于1972年提出了3條柱子曲線，代表112條曲線分成的3組，曲線1由30條曲線經統計得出；曲線2由70條曲線經統計得出；曲線3由12條曲線經統計得出。
112條曲線都考慮了初彎曲和殘余應力，采用最大強度理論得出[4]。美國鋼結構協會（American Institute of Steel Construction）在其頒布的規范[5]中參考了上述研究成果，不過只采用了第2條柱子曲線，即采用單一柱子曲線。歐洲標準化協會（European Institute for Stand-ardization）于2005年頒布了鋼結構設計規范EN1993[6]。和以前的試用版僅為推薦使用、沒有強制約束效力不同，本次頒布的EN 1993規定其28個成員國應在2010年之前全面修改本國的設計條文，以符合EN1993的規定。
EN 1993推薦了5條柱子曲線用于軸心受壓構件的設計。我國鋼結構設計規范GB50017[2]是在1988年頒布的鋼結構設計規范的基礎上修改而成。
新規范在保留老規范的3條柱子曲線的基礎上增加了第4條柱子曲線用于厚板截面的設計。
我國鋼結構設計規范GB-50017，軸壓構件承載力的設計公式為：
NRd=φAf
其中f為鋼材的強度設計值，整體穩定系數φ如圖所示
為了使用方便，φ曲線還應該用比較簡便的公式來表達。公式采用Perry型式可以得到和曲線很接近的結果，即：
（1-φ）（1-λ2φ）=a（λ-0.2）λ （5）
或
φ=（6）
對于歐鋼協的a，b，c三條曲線，a分別取為：
a 曲線，a=0.206
b 曲線，b=0.339
c 曲線，c=0.489
板件厚度超過40mm的重型截面，翼緣外邊緣的殘余壓應力很高。歐鋼協還為此增添了一條比c曲線更低的d曲線，它的a值可取為0.759。
我國為了采取多條柱曲線，做了大量計算分析和一部分實驗。結合我國的應用情況，重點放在焊接H型鋼和雙角鋼組合截面上。其他截面如普通工字鋼、T形鋼和鋼管等也做了分析，最后歸納出三條曲線。
和歐鋼協的曲線不同的是沒有λ從0-0.2時的水平段。常用的雙角鋼T形截面、焰割邊的焊接工字形截面以及格構式截面都歸入b曲線。因此b曲線將是設計中用得最多的曲線。
2.3 軸壓構件極限承載力的設計計算比較
設計計算算例：fy=345MPa，E=2.1×1011Pa，長細比λ=30，80，150，按照美國鋼結構設計規范（AISC 360-05），歐盟鋼結構設計規范（EN1993）和我國鋼結構設計規范計算得到的整體穩定系數如表2所示。
由表中數據的比較可見，在工程常用的λ=80時，AISC規范的柱子曲線介于EN 1993和GB50017的a， b曲線之間。與EN 1993相比，GB 50017的a曲線略高于EN 1993中的a曲線。
3有限元模型計算比較
本文計算的6個超高強度鋼材焊接工形軸心受壓柱的幾何屬性如圖3和表1[1]所示，表1中，L為柱的長度，e為柱中截面處的總的幾何初始缺陷，等于柱中截面處的構件初彎曲V0和荷載的初偏心e0之和。試件所用鋼板為焰切邊，采用氣體保護金屬極電弧焊焊接成工形截面。
有限元模型計算使用ANSYS通用有限元軟件。柱子采用BEAM188單元，每根柱沿長度方向劃分為50個等長單元。箱型截面采用PLANE82單元自定義劃分網格，存為截面信息文件。模型單元劃分見圖3。
模型采用Mises屈服準則和雙線性隨動強化BKIN模型模擬理想彈塑性鋼材本構關系。
殘余應力采用文獻[3]實測殘余應力值如表1所示 ，建立初始應力文件，在分析時每個截面單元積分點從初始文件中讀入相同的殘余應力值。
有限元計算得到的典型試件的極限變形狀態（z軸方向位移）。有限元計算得到的所有試件的極限承載力及其與試驗結果的對比如表3所示，其中，test為試驗值，RS表示采用殘余應力分布模式用有限元計算得到的結果。
表3顯示了六根柱的極限承載（RS項）與計算模型的計算結果（TEST），從其結果的比較可以看出，殘余應力的變化對鋼材焊接箱形截面軸心受壓柱整體穩定承載力的影響較小，這與已有的相關研究結論一致。
4結論
通過對上述軸壓鋼構件受力性能與設計計算的研究，可以得到以下結論：
①通過對壓桿缺陷的各因素比較分析，得出桿件的殘余應力對極限承載力影響最為嚴重，并且隨著材料屈服點提高，殘余應力的影響相對降低。
②AISC 360-05采用單一柱子曲線，因而不能充分考慮加工工藝、殘余應力等因素對各種截面構件穩定承載力的影響；EN 1993和GB 50017分別采用5條和4條柱子曲線，較為科學的。
③通過有限元模型計算結果與已有文獻試驗的比較，得出考慮了幾何初始缺陷與殘余應力的有限元分析可以準確地計算試件的極限承載力。因此，可用來分析比較各種因素（截面形狀、材料性能、殘余應力、初彎曲、初偏心等）的影響，能較方便的繪制出多柱子曲線。
參考文獻：
[1]中華人民共和國建設部.規結-4-54，鋼結構設計規范試行草案[S].1954.
[2]GB 50017-2003 中華人民共和國建設部. 鋼結構設計規范[S].2003.
[3]K. J. R. RASMUSSEN， G. J. HANCOCK. Tests of high strength steel columns[J]. Journal of Constructional Steel Research， 1995，34（1）：27-52.
[4]夏志斌，姚諫.鋼結構原理與設計[M].北京:中國建筑工業出版社，2004：170.
關鍵詞：輕型輕型鋼結構設計；剛度；穩定性；連接
Abstract: based on the basic condition of steel structure gently and gently steel structure characteristics of the development of understanding, introduces the light of light steel structure design principle, and then to steel structure stiffness, gently overall stability, high strength bolt connection, support, and weld in design are discussed in this paper.
Keywords: light of light steel structure design; Stiffness; Stability; connection
中圖分類號：TU391文獻標識碼：A 文章編號：
引言： 輕型鋼結構在高層建筑使用已經幾十年。輕型鋼結構建筑的許多優點,比傳統的混凝土結構、砌體結構等,它具有性能穩定、強度高、質量輕、抗震性能好、施工可廠方制造現場裝配,不僅加快了施工進度,能大大縮短施工周期，而且基本的成本低,材料可回收再生、節能、節地、節水。作為一種綠色環保建筑,近年來,輕型鋼結構建筑被列為重點推廣項目。由于煉鋼技術和成型制造技術日益成熟,它給用輕型鋼結構工程帶來了新的生命,工程建設也不斷增加,因此,它將不斷完善自身的輕型鋼結構的設計。一、輕型鋼結構工程設計原則 1、輕型鋼結構的穩定設計
輕型鋼結構的一個突出問題就是穩定性。在各類輕型鋼結構中,都會遇到穩定性問題。對這種問題,將造成嚴重的后果。所以,我們輕型鋼結構設計必須掌握穩定設計。目前,輕型鋼結構出現在失穩的事故是由于設計師的缺乏經驗、結構和成分的穩定性的概念,使總體結構設計中存在的薄弱環節的穩定性設計。另一方面是由于新出現的結構,如空間網架、網殼結構,設計了如何設計還沒完全理解。
2、結構計算簡圖和計算方法的簡圖相一致
框架結構的穩定性計算是非常重要的,目前在設計單層及多層框架結構,往往不分析框架的穩定性,而只是框架柱穩定性計算。在使用計算簡圖這種方法,使用的框架柱計算長度系數穩定,整體穩定分析框架應當是通過使穩定性計算框架穩定計算效果。然而,實際的框架不同的,而且設計為了簡化計算工作,需要設置一些典型的條件。
二、輕型鋼結構的設計
1、剛度設計
國標GBIl7 - 88《鋼結構設計規范》多層架與重級工作制吊車的廠房變形控制要求一個明確的規則。對于普通的單層結構、國標CECSIO2:98《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》作出了明確規定。構造變形主要涉及適應性的問題,系統總體結構安全涉及不太深。與單一輕鋼結構屋面通常不上人。設計時輕鋼結構廠房變形控制是可適當放寬。放松變形對那些主要由變形控制架構是非常重要的經濟意義。
2、整體穩定設計
2．1框架構件設計
整體穩定系數計算公式：
（1）
式中：Φb一梁整體穩定系數；
βb―梁整體穩定等效彎矩系數；
λy―梁側向支撐點間對接弱軸的長細比；
Wx―按受壓纖維確定的梁毛截面抗矩；
A―梁毛截面面積；
h―梁截面全高；
tw―梁受壓翼緣厚。
由式(1)知，構件整體穩定承載能力與λ²y成反比。由于λy與受壓翼緣的自由長度Ly，成正比，故解決整體穩定最經濟有效的辦法是對受彎構件的受壓翼緣增加側向支撐以減少Ly。因為在輕型鋼結構設計中，由于檁條彩板屋蓋結構的檁條的側向支撐作用(檁條間距一般為l200―1500mm)，梁的整體穩定往往有保證。這樣就可以不必為整體穩定而加寬翼緣，增加用鋼量。設計時還應注意，檁條只能約束屋面梁上翼緣和柱外翼緣。但是由于輕型鋼結構屋面往往較輕，風荷的改變往往會改變內力的方向，因此粱下翼緣及柱內翼緣也都存在受壓的可能。對于這種情況，設計時可在構造I通過設置隅撐來解決(隅撐一般可用L45×3小角鋼)。隅撐連接梁下翼緣(或柱內翼緣)與檁條，使之形成側向約束，來解決梁下翼緣(或柱內翼緣)的整體穩定。
2．2檁條設計
采用z型、c型檁條時，設計成搭接的連續性檁條而成為連續梁計算模式比以簡支梁為模式的效果好。尉為連續梁模式比簡支梁模式的剛度大，穩定性優于簡支梁。在美國鋼結構圖紙與技術中，他們計算穩定的自由長度Ly取值是連續梁跨中反彎點之間的長度。它比我國現在一般取的自由長度要小，因此穩定性也優于簡支梁。接連續粱模式設計成的檁條，其檁條的拼接處一般都在跨度的三分之一處，現場安裝往往會有高空作業。這一點施工時應注意。
3、局部穩定設計
根據彈性理論，四邊簡支板的臨界剪應力為：
（2）
由式(2)知：板的局部失穩臨界剪應力與(h／tw) ²成反比，故h／tw越小越好，設計時為了節省鋼材就須增大h／tw值以提高構件的抗彎模量。這時解決局部失穩往往可以不必增大腹板厚tw，一般是通過設加勁肋的方法來解決。在國標GBJl7―88《鋼結構設計規范》中，h／tw≥80設加勁肋的規定就是基于臨界剪應力與抗剪屈服應力相等定出的。這個規定對于普通鋼結構是合適的。但對于輕型鋼結構，因為荷載較小，往往剪應力也很小，要遠遠低于抗剪屈服應力。在低剪應力下，即使h／tw≥80也不會產生局部失穩現象。因此設計時，只要剪應力未達屈服剪應力，就可不設加勁肋。但實際設計時往往做不到這一點，往往h／tw≥80時都設加勁肋，這樣一般情況下，多用了約10％的鋼材。這一點設計輕型鋼結構時須考慮。
4、高強度螺栓連接設計
在大跨度、振動的結構中，反向應力較大，甚至正、反向應力基本持平。在這種情況下，建議用摩擦型高強螺栓連接。在別的一般情況下，均可用承壓型高強螺栓。但是設計承壓型高強螺栓時，亦應注意國標GBJl7―88《鋼結構設計規范》之規定：承壓型高強螺栓的承載能力不得大于按摩擦型高強螺栓計算出的承載能力的1．3倍。
5、支撐設計
輕鋼結構,經常使用交叉式杠桿、花籃螺栓安裝支撐體系(拉壓桿系統支持經常被用來在重型廠房)。拉壓桿支持系統一般很少使用輕鋼結構。但拉桿設計支持,實際工程設計中,常常不單獨設置此直接壓桿,一般來說,加強檁條充當。此外,布局的數量通常支持3 ~ 4列布置的距離。
6、焊縫設計
在設計規范的受力已經明確的焊縫的強度。這里所講的焊接指梁、柱腹板和翼緣板之間的焊縫。因為這些焊接在輕鋼結構制作中占了絕大部分的焊接工作。梁柱腹板的焊縫和翼緣之間是轉移主要翼緣和腹板剪切應力之間的。翼緣之間和腹板剪力很小,所以他們可以焊接是非常小的。在美國鋼結構施工圖,焊縫的處理是單面焊縫的廣泛使用,這使得焊接大大減少工作量。自動焊接機能力的一次左右。那么為什么不使用國內施工圖單面焊縫嗎?究其原因大致有:一是目前國內最輕鋼結構的制造商還沒有解決單面焊縫不對稱變形;二是長設計人員已形成一種習慣,不想改變原有的施工方法。只要很好地解決非對稱變形的問題,對梁翼緣之間的單面焊焊縫金屬網都可以使用。然而,對于那些力大的重要的部分是必須使用雙面焊接,如吊車梁、支架等。
結束語
隨著經濟的發展，輕型鋼結構生產的標準化，輕型鋼結構會在建筑市場占據越來越重要的地位。而有關輕型鋼結構的設計方法也將越來越科學，從而推動了輕型鋼結構的發展。
參考文獻
[1]GBJl7―88，鋼結構設計規范[s]
[2]編寫組、輕型鋼結構設計資料集[M]北京：中國建筑工業出版社．1980．
【關鍵詞】超長超寬；門式剛架；橫向縫；縱向縫
1、工程概況
營口、盤錦忠旺鋁業有限公司-廠區位于遼寧。其中A1廠房長度600m，寬度110m。高跨區域：檐口高度21.200m，寬160m，帶160/50噸吊鉤橋式起重機；低跨區域：檐口高度17.200m，寬440m，帶20/5噸吊鉤橋式起重機。高跨剖面見下圖。
高跨區域采用格構柱+焊接H型鋼梁；低跨區域梁柱均為焊接H型鋼
2、場地概況
1），氣溫
年平均氣溫為9.5℃，最冷的1月份平均氣溫為-8.5℃，最熱的7月份平均氣溫為25.0℃，極端最低氣溫為-28.0℃，極端最高氣溫為34.7℃。
2），降水量
年平均降水量667.4mm，最多年份降水量889.9mm，最少年份降水量387.2mm。
3），凍脹
場地標準凍結深度為1.10米，具有Ⅳ級強凍脹性。
3、規范概要
《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》的相關條文：
1.0.2 本規程適用于主要承重結構為單跨或多跨實腹門式剛架、具有輕型屋蓋和輕型外墻、無橋式吊車或有起重量不大于20t的A1～A5工作級別橋式吊車或3t懸掛式起重機的單層房屋鋼結構的設計、制作和安裝。
4.3.1 門式剛架輕型房屋鋼結構的溫度區段長度（伸縮縫間距） ，
應符合下列規定：
縱向溫度區段不大于300m；
橫向溫度區段不大于150m 。
《鋼結構設計規范》的相關條文：
故本工程高跨區域執行《鋼結構設計規范》，縱向溫度區段為180米，橫向溫度區段為100米。低跨區域執行《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》，縱向溫度區段為300米，橫向溫度區段為150米。
4、屋面板、墻面板及檁條分縫
在需要設置伸縮縫處，檁條可采用兩種做法：在搭接檁條的螺栓連接處采用長圓孔，并使該處屋面板在構造上允許膨脹或設雙柱。本工程采用雙柱的做法。板橫向（屋面的縱向）的影響一般是可以忽略的，但主次結構有分縫的地方，屋面也應當設縫。做法如下圖：
5、主結構縱向縫
1），設單柱
在搭接檁條的螺栓連接處采用長圓孔，并使該處屋面板在構造上允許膨脹。此方案具有較好的經濟效益，做法比較簡單，但支撐系統在該跨段要斷開。
2），設雙柱
采用雙柱伸縮縫比較可靠、方便，又不影響車間使用面積，且柱子增加不多，不過影響基建投資經濟指標。房屋設了伸縮縫實際為兩個獨立的單體，對減小溫度應力和結構變形都很有優勢。
3），吊車梁
本工程采用雙柱伸縮縫，伸縮縫柱中心距2米。故吊車梁要懸臂1米。伸縮縫節點板一側為圓孔，另一側為水平橢圓孔。該做法釋放了水平段的約束，同時又提供了豎向的約束，可以調整伸縮縫兩側的不平衡變形。
6、主結構橫向縫
高跨區域執行《鋼結構設計規范》，要考慮溫度應力的影響。
1），設雙柱
采用雙柱分隔是最簡單的辦法，但影響廠房的使用。
2），釋放鋼梁
通過橢圓孔、變形支座釋放鋼梁的橫向變形。但會改變屋面鋼梁外觀，結構左右也不對稱，總體感官不好。同時結構的變形增大、剛度減小、總的造價會增加。
3），增加溫度應力計算結合構造措施
采用特定滑動夾具，避免了屋面板溫度應力的影響。采用輔助軟件（3D3S）復核溫度應力。這個方案既省用鋼量又便于制作安裝。
7、結束語
對門式剛架輕型鋼結構房屋縱向、橫向溫度伸縮縫的處理除了要滿足規范要求，還要結合實際情況，這樣才能做到安全、經濟、簡單、合理、美觀。
參考文獻
[1] 鋼結構設計規范GB 50017-2003 [S]
[2] 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程CECS 102：2002 [S]
關鍵詞：鋼框架柱；無支撐框架；弱支撐框架；強支撐框架；計算長度系數；彈性分析
Abstract: In the design of steel frame, in order to carry out the stiffness, stability checking calculation of frame column, column length must be calculated by the formula, calculation lengths of a column should equal the height multiplied by the layer of post calculating length coefficient. According to the "Specification for design of steel structures" 5.3.3 to determine the calculation, changes in the scope of calculation length coefficient of steel frame of steel column are very large, so how to determine the calculation length coefficient of steel column is very important. This paper simply summarizes how to determine the design method of calculating length coefficient of steel frame columns and column.
Keywords: steel frame column; no support frame; weak support frame; strong support frame; the calculation length coefficient of elastic analysis;
中圖分類號：TU2
鋼框架結構分為無支撐的純框架和有支撐框架。其中有支撐框架根據抗側移剛度的大小，分為強支撐框架和弱支撐框架。對應不同的框架類型，采用不同的計算長度系數公式。那么我們首先應該確定框架的類型。
無支撐的純框架指未設置任何支撐的框架結構，它的失穩形式屬于有側移失穩。強支撐框架指以無側移模式失穩的框架。弱支撐框架是指抗側移構件的抗側剛度不足以使框架發生無側移失穩的框架，它的失穩形式同樣屬于有側移失穩。此處，又引出了另外一個概念，框架的失穩模態。那么如何判斷結構的失穩形式呢，《鋼結構設計規范》的條文解釋對此做了說明，在無側移失穩時，橫梁兩端的轉角大小相等方向相反；有側移失穩時，橫梁兩端的轉角大小相等而且方向亦相同。
根據《鋼結構設計規范》，當支撐結構（支撐桁架、剪力墻、電梯井等）的側移剛度（產生單位側傾角的水平力）滿足公式
的要求時，為強支撐框架。當支撐的側移剛度不滿足上述公式時，為弱支撐框架。和分別為第i層層間所有框架柱用無側移框架和有側移框架柱計算長度系數算得的軸壓桿穩定承載力之和。本公式的本意是對支撐部分和框架部分分擔水平力的比例進行界定。當支撐抗側剛度足夠大，即滿足本公式，框架分擔的水平力可以忽略不計，框架因不承擔水平力而無側移。對于有側移框架和無側移框架的定義，其實是針對雙重抗側力結構體系中的框架，根據其水平力的分擔比例來劃分的。多、高層建筑通常采用框架+支撐的雙重體系。在雙重抗側力結構中，框架承受的總水平力足夠小，則可以假設所有的水平力都由支撐機構承受，框架本身不承受水平力，從而這個框架可以看作無側移框架即強支撐框架。不滿足上述規定的框架—支撐結構體系中的框架，則是有側移框架即弱支撐框架。
下面，我們再來判別框架柱的設計法。目前，規范規定的框架柱的設計方法主要有一階彈性分析法和二階彈性分析法。一階彈性分析法不考慮框架結構變形對內力產生的影響，根據未變形的結構作為計算圖形而建立靜力平衡條件，計算框架由各種荷載產生的內力，然后將框架柱作為單獨的壓彎構件進行設計。此時所得變形和荷載間呈線性關系，需要對框架柱進行一階線性內力分析和穩定計算。而框架在平面內的穩定計算則用框架柱的計算長度來考慮與柱相連構件的約束影響。因此，一階分析只是一種簡化的近似方法。
二階彈性分析設計法是以變形后的體系作為計算圖形而后建立平衡條件，即考慮結構變形對內力產生影響的效應（二階效應）。其荷載與所得變形間呈非線性關系，框架在平面內的穩定計算采用框架柱的實際幾何長度。在進行二階分析的過程中，結構構件被假定為無缺陷的理想構件。所以，為求得真實的結構內力，尚需考慮存在于結構中的各種缺陷，如框架柱的安裝誤差、初彎曲和殘余應力等。研究認為，這些缺陷可以綜合起來由附加的假象水平力（亦稱概念荷載）統一體現。因此規范規定，應在每層柱頂附加假想水平力。 研究表明，影響假想水平力的因素很多，包括材料強度、框架層數、每層內柱數和柱長細比，并給出相應的修正系數。綜上，。其中，為第樓層的總重力荷載設計值。為框架總層數，研究表明，框架層數越多，構件缺陷的影響越小，且每層柱數的影響亦不大。為鋼材強度影響系數，強度越高，則截面相對越小，使位移增大，故影響越大。
對于無支撐純框架，應按有側移框架考慮，但也需要先用《鋼結構設計規范》第3.2.8條判斷框架是否宜用二階分析。當符合式時，說明框架結構的抗側移剛度較小，不可忽略側移對內力分析的影響，宜采用二階分析，以提高精確度。否則，可采用一階分析，按一階彈性分析方法計算框架柱的計算長度系數。
對于強支撐框架，按一階彈性分析法計算。框架柱的計算長度系數按《鋼結構設計規范》附錄D無側移框架柱的計算長度系數確定。其值取決于和。、分別為相交于柱上端、柱下端的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值。當橫梁與柱鉸接時，取橫梁線剛度為零，即=0。當橫梁的慣性矩很大，即，或時，它近似于橫梁與柱剛接，取=10。對于底層框架柱，當柱與基礎鉸接時，取=0，當柱與基礎剛接時，取=10。
對于弱支撐框架，可直接計算出框架柱的軸壓桿穩定系數進行計算。。式中，、分別是框架柱用《鋼結構設計規范》附錄D中無側移框架柱和有側移框架柱計算長度系數算得的軸心壓桿穩定系數。
綜上，我們在進行鋼框架柱的設計時，應先判斷出框架類型。對于無支撐框架，應先分析宜采用一階彈性分析法還是二階彈性分析法。當采用一階彈性計算內力時，框架柱計算長度系數按有側移框架柱確定；當采用二階彈性分析計算內力時，框架柱計算長度系數取1.0，但每層柱頂應附加假想水平荷載。對于強支撐框架，按一階彈性分析法計算，框架柱的計算長度系數按無側移框架柱的計算長度系數確定。對于弱支撐框架，則直接計算出框架柱的軸壓桿穩定系數進行計算。
參考文獻
1，《鋼結構設計規范》（GB50017-2003），中國計劃出版社
2，《鋼結構設計手冊》（上冊）（第三版），中國建筑工業出版社
