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
1、问题的提出
高层建筑结构设计中，经常遇到平面狭长且横向跨数较少的高层框架或框剪类建筑，其地下室或底部楼层为停车场、餐厅或商场超市等，使用功能的限制不允许有过多剪力墙落地。按常规梁柱截面设计时地震作用下其y 向位移常不能满足要求（为讨论方便，设定y 向为短方向），主要原因是结构整体在y 向的刚度不足。通常有以下几种解决方法：1）调整y 向剪力墙数量、厚度及混凝土强度等级；2）将楼电梯间做成封闭型,形成闭合的筒体；3）调整y向框柱截面为矩形,增加y 向框梁截面高度；4）少数多高层框架类型的结构,采用增设混凝土斜撑的方式提高侧向刚度[1 ] 。
这几种方法中，前三种是比较常用的，与建筑协调以争取足够数量的落地剪力墙，但落地剪力墙较少时将导致有限的剪力墙吸收过大的地震力，地震作用下剪力墙首先发生破坏。斜撑更多应用在钢结构中，在混凝土结构中的应用尚未普及，且给梁柱节点施工带来一定难度，节点区施工质量不能得到保证。若考虑采用底部大空间带转换层的结构类型，在地下室顶板处进行梁托墙转换时，框梁截面往往很大，内力计算及构造措施等与普通框剪结构相比有更严格的要求，显然在结构y 向位移略有不足的情况，设计为带转换层或转换构件的框支剪力墙结构不尽合理。本文讨论的异形框架结构就是试图从新的角度解决高层建筑结构弱向刚度不足、位移不满足要求的问题。
2、异形框架结构定义及结构体系
2．1 异形框柱与异形框梁截面形式
异形框柱从截面形状上看与剪力墙带端柱约束边缘构件相似，本文称其为带边缘壁柱的异形框架柱，主框柱承担竖向力和水平剪力，边缘壁柱辅助框柱承担水平剪力，承担少量竖向力。这点是与异形柱在受力机制上的主要区别。边缘壁柱的设置根据需要可以分为以下几种情况：1）在框柱一侧设置；2）在中间框柱两侧设置，形成“一”或“L”型；3）在框柱三个方向设置，形成“T” 型；4）在框柱四周同时设置，如图1 所示。设计过程中根据实际情况，在不同位置的柱采用不同截面形式，如图1c 可以用于角柱,图1d 用于边框架中柱等。框柱与边缘壁柱根据需要采用弱连接或者强连接的方式。
图1 异形框架柱截面示意
异形框梁为在主框梁上边(下边,或者上下边)加设边缘壁梁的框架梁，如图2 所示。框梁承担大部分剪力和弯矩，边缘壁梁提高框梁的抗弯刚度，承担部分竖向荷载引起的弯矩和水平荷载引起的剪力。根据计算和平面布置要求可以布置在框梁上边、下边，或上下边同时设置。框梁与边缘壁梁根据需要采用弱连接或者强连接的方式。边缘壁柱和边缘壁梁暂统称为异形框架结构的边缘构件。
图2 异形框架梁截面示意
2．2 异形框架结构体系及其特点
异形框架结构由普通框架结构发展而来，定义为由异形框柱和异形框梁组成的现浇钢筋混凝土结构，与框架结构、框剪结构结合起来形成异形框架-框架结构、异形框架- 框剪结构等。异形框架结构本质上属于JGJ 3 ―2002《高层混凝土结构技术规程》[2 ] 中规定的框架结构，但在地下室顶板处有内力转换的特点，地下室顶板视为不完全转换层，但整体并没有明确的承担不落地框柱或剪力墙的转换梁，全部竖向构件均为连续传递至基础，因此异形框架结构从转换角度来说与通常的带转换层结构有较大的区别。典型的异形框架结构立面示意如图3 所示。
图3 异形框架结构立面示意
异形框架结构与异形柱结构、壁式框架结构及短肢剪力墙结构有着明显的区别。JGJ 149 ―2006《混凝土异形柱结构技术规程》和有关文献讨论的是异形柱结构的设计与应用，选用异形柱结构的出发点主要是建筑的使用功能要求，应用地区和最大高度都有限制；异形柱结构不论采用何种截面，均按全截面整体受力考虑，一般不允许地震作用下异形柱任何部分出现破坏[3 - 4 ] ；壁式框架结构是介于框架与剪力墙之间的一种结构形式，截面形式、受力和变形特征同异形柱结构基本一致。异形框架结构则是从改善结构受力、增强结构侧向刚度的角度出发设置边缘构件，适用地震烈度区和最大高度要求与普通框剪或框剪结构一致，整体受力机制和地震作用下构件破坏机制是其与异形柱结构和壁式框架等结构的主要区别。
异形框架结构内力传递机理分为两种情况，根据附加的边缘构件长度不同相似于普通框架结构或框支剪力墙结构：1) 当边缘构件长度较小时，边缘构件仅起到加强框柱与框梁刚度的作用，承担少量内力，与之相连的地下室顶板框梁的转换功能不明显，结构整体在水平力作用下的变形特征与普通框架结构相似，均为竖向荷载由框柱直接向基础传递，不存在通过转换梁向下传递的情况；在水平地震力(或风荷载) 作用下，主框梁与主框柱组成的框架结构体系主要承担水平剪力与倾覆弯矩，边缘壁柱和边缘壁梁分别增大了框柱和框梁的抗弯刚度和抗剪承载力，整体结构的抗侧刚度得到加强。
2) 当边缘构件长度较长时，边缘构件的刚度大大增加，其受力机制发生转变,框架梁柱与边缘构件组成的平面可视为开洞的带边框剪力墙,而结构整体将趋向于框支剪力墙结构，其转换层在地下室顶板处，计算和构造措施需按框支剪力墙结构取用。就本文中所讨论的情况，仅希望边缘构件起到对结构整体的加强和调整作用，故此应控制边缘构件截面长度，本文所讨论的异形框架结构也仅指第1 类结构。
边缘构件的设置位置比较自由，原则上只要有填充墙或隔墙的梁柱部位均可以进行设置，这种设置方法决定了可以任意调整结构不同部位的抗侧刚度。比如，当剪力墙比较集中且在平面不对称布置时，可以设置边缘构件来调整另一侧结构抗侧刚度，减小剪力墙不对称布置所带来的不利影响，使结构平面刚度分布更加合理。由于平面布置上的要求，楼电梯间处的剪力墙分布在两端，或者集中在中部，,由于楼板面内变形，没有布置剪力墙的部位其框柱所需要承担的剪力相对较大，而计算时通常假定楼板为无限刚性，不存在面内剪切变形，与实际结果有一定差异，如能在该结构中的特定部位，采用一定数量的异形框柱将起到改善整体受力的作用，使结构平面受力更合理。
异形框架结构边缘构件在地震作用下可以首先发生延性破坏，设计异形框架- 框架结构在地震作用下的屈服部位依次是边缘壁梁- 边缘壁柱- 框架主梁塑性铰；同理，异形框架- 框剪结构的屈服部位依次是边缘壁梁- 边缘壁柱- 连梁- 墙肢- 框架。多遇地震时，边缘构件处于弹性阶段或弹塑性界限区；罕遇地震时，边缘构件首先达到塑性阶段而产生屈曲，刚度降低,变形增大，起到抗震耗能作用。边缘构件的纵筋和箍筋配筋率需根据试验或严格计算进行确定，保证其在地震作用下首先发生破坏。正常使用情况下，按照框梁处于弹性阶段时的平截面假定，边缘壁梁下缘应变最大，最下排钢筋应力也将首先达到屈服应力，边缘构件将不再承担弯矩，框梁开始承担大部分弯矩，边缘构件的裂缝宽度应控制在规范允许范围内。根据异形框柱（梁）的截面特点，边缘构件外边缘达到极限应变而发生破坏时，与柱（梁）连接处由于两者的相互约束作用而仍使柱（梁）处于弹性阶段,起到保护框柱（梁）的作用。梁柱节点的刚域因边缘构件的存在将增大，框梁的计算长度减小，楼层层间侧向刚度增大。通过设置边缘构件，可以很容易地实现“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件”的概念设计原则。
在工程应用中，可以单独应用边缘壁柱、边缘壁梁或将两者结合应用。由于框架梁的刚度对结构整体抗侧刚度影响很大，单独利用边缘壁柱得到的效果小于单独利用边缘壁梁的效果。在单独利用边缘壁梁时，宜设置边缘壁柱，实际上是将两者结合起来应用。可以采用设置边缘壁柱对结构进行微调，以保证位移角达到规范要求或减弱结构的扭转反应。
3 异形框架结构计算方案
异形框架结构在地震作用下的变形特点与普通框架结构类似，各榀框架的变形曲线基本相同，由于控制边缘壁柱的截面长度，使框柱的反弯点在柱中部，结构整体变形特点仍呈剪切型，楼层剪力同样可按异形框柱的的抗推刚度D 值比例进行分配。根据边缘构件所起的作用，可以采用刚度等效的方法，将边缘构件按刚度相等原则叠加到框架梁柱上。由于希望地震作用下边缘构件先于框柱发生开裂或屈服以消耗地震能量，因此对等效后的刚度进行折减，然后再修改框柱和框梁的截面抗弯刚度。
K′= βK(1)
式中：K 为框柱（梁）主体截面线刚度； K′为异形框柱（梁）等效线刚度；β为等效线刚度系数。β有两种计算方法：其一是对边缘构件本身的刚度进行折减后，叠加到主框柱（梁），再与其进行比较确定β值；其二是将两者刚度叠加后再对异形框柱（梁）刚度进行整体折减。
常用的几种电算程序可以进行异形截面梁柱的计算与设计，但此处的异形梁柱构件各部分共同承担弯矩、剪力和扭矩作用，不分主次,整体参与计算，无疑结构的刚度会大于预期的异形框架结构计算结果，不利于控制梁柱的相对强弱程度，且结构失效机制不符合异形框架结构的特点。如程序提供的梁柱线刚度系数可以修改，则调整相关参数，以实现预期目的。地下室顶板梁柱节点设计是难点之一，电算程序一般无法反应梁柱节点的具体处理方式，而这将直接影响该处梁柱内力计算及配筋设计。
设计时通过初步计算的层间位移角与规范规定进行比较，简单估算边缘构件的需要量，再均分到可以加设边缘构件的框架上。采用二次配筋法给出结构整体配筋图。在异形框柱配筋设计时，异形框梁的刚度不折减或小幅折减，两次配筋计算结果取较大值设计异形框柱。
4 异形框架结构构造要求
JGJ 149 ―2006 中规定异形柱“各肢最小截面宽度不小于200 mm”，而异形框柱（梁）的边缘构件截面宽度则可根据填充墙或隔墙的宽度确定，固定隔墙下均可以设置，以保证不影响外观及建筑使用功能。
边缘构件的设置原则是可以采用在少数梁柱上加设截面较大的边缘构件，也可以采用在多数梁柱上加设截面较小的边缘构件，具体应根据计算结果及建筑平面隔墙布置进行确定。边缘构件的长度需要根据计算仔细调整，一般为2 倍～5 倍截面宽度，边缘构件过长时会改变边缘构件的受力机制和对梁柱刚度的作用。边缘构件受力钢筋可采用单排布置，钢筋直径不宜过大, 承受剪力的箍筋配筋率可稍大。高规、抗规及异形柱规范等设计规范对框架结构的构造规定适用于异形框架结构。边缘构件的截面要求、配筋设计和梁柱节点设计是异形框架结构设计的重点。
根据计算结果逐层减小边缘构件的截面高度，使得自下而上框柱和框梁刚度均匀变化，强化结构下部刚度，弱化上部刚度。边缘构件的设置尽量上下对齐。边缘壁柱的刚度及配筋可适当大于边缘壁梁，以实现“强柱弱梁”的原则。
边缘壁柱通常从地下室顶板或底部大空间楼层的顶板起设置，直接作用在框架梁上，由于边缘壁柱在此处不连续设置，且地下室顶板处的框梁截面设计为普通矩形梁,因此框梁为不完全转换梁，承担较大的内力作用，宜按转换梁的构造要求进行考虑。地下室顶板处梁柱节点区采取的连接方式，可根据建筑使用要求和计算结果考虑采用加大下部框柱截面、加设牛腿、加设柱帽，或将框梁加强等方式，以承担边缘壁柱的内力传递,如图4 所示。
图4 地下室顶板处梁柱节点形式
一般情况下，上部框梁支座处在强震下发生塑性屈服时，地下室顶板处的梁支座处不屈服，且很多情况下地下室顶板视为上部嵌固端，顶板较厚配筋较大，因此如此考虑是切实可行的。
5 结语
1) 本文提出的异形框架结构体系，可以有效解决纯框架结构位移不满足规范要求，框剪结构中剪力墙数量偏少时位移不满足规范要求，或者结构扭转情况比较严重等问题，丰富了建筑结构体系的类型。
0 前言
近几年，门式刚架房屋在工业建筑中得到广泛利用，这种房屋结构简单、施工方便、经济适用，适用范围包括工业厂房、库房、值班室、车库等建筑，主要形式见图1。结合近几年的工程设计，谈一下门式刚架房屋设计应注意的几个问题。
1 适用范围及结构形式
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）(简称门式刚架规程) 第1.0.2条指出门式刚架结构适用于主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1~A5工作级别的桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构设计。
门式刚架的跨度宜采用9~36m，高度一般为4.5~9m，当有桥式吊车时高度不宜大于12m。
实际工程设计时，由于工艺专业要求或其他条件要求，门式刚架房屋的高度可能超过规范限制，或吊车起重量超过20t，此时已经超过门式刚架规程的应用范围，应按照单层钢结构厂房设计。
在门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架。主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘出平面的稳定性，由与檩条或墙梁相连接的隅撑来保证。
2 材料选用
2．1 规范规定材料选用，及基本设计规定
门式刚架的主要承重构件应采用Q235B、C、D碳素结构钢或Q345B、C、D低合金高强度钢。
在抗震区，钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%，钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。
由于单层门式刚架轻型房屋钢结构的自重比较小，设计经验表明，当抗震设防烈度为7度时，一般不需做抗震验算，当为8度及以上时，横向刚架和纵向框架均需做抗震验算。
对轻型房屋钢结构，当由地震作用效应组合控制设计时，尚应针对轻型钢结构的特点采取相应的抗震构造措施。例如，构件之间的连接应尽量采用螺栓连接；斜梁下翼缘与刚架柱的连接处宜加腋以提高该处的承载力，该处附近翼缘受压区的宽厚比宜适当减小；柱脚的抗剪、抗拔承载力宜适当提高，柱脚底板宜设抗剪键，并采取提高锚栓抗拔力的相应构造措施；支撑的连接应按支撑屈服承载力的1.2倍设计等。
2．2 经济性比较
进行工程设计时，在满足受力要求的前提下，还应进行结构经济性比较，保证结构设计安全可靠，经济适用。比如：在同样设计条件下，一榀刚架（高度为13.28m，跨度为66m），在满足受力条件下，采用Q235B钢材时，单榀刚架的重量为12.39t，采用Q345B钢材时，单榀刚架的重量为10.52t；按江西地区的报价，Q235B钢材的造价为5000元/t，Q345B钢材的造价为5550元/t；这样，采用Q235B钢材时，单榀刚架造价为6.2万元；采用Q345B钢材时，单榀刚架造价为5.84万元，经过综合比较材料选用，采用Q345B钢材比较合理。
通过以上比较可以看出，设计人员不仅要有扎实的专业基础，还应对主要建筑材料的价格有一定的了解，通过优化结构方案，可为业主节省一定投资。
3 风荷载计算
3．1 规范选用
轻型房屋钢结构的风荷载，是以《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)(2006年版)（以下简称荷载规范）为基础确定的，当柱脚为铰接且刚架的1/h小于2.3和柱脚刚接且1/h小于3.0时，采用荷载规范规定的风荷载体型系数进行刚架设计偏于安全；而在其他情况下，按门式刚架规程计算偏于安全论文网站。设计时，应注意区分以上情况，避免一律采用门式刚架规程设计，影响结构安全。
3．2 参数选用
参考国外规范，按门式刚架规程计算风荷载时，基本风压值应乘以综合调整系数1.05。
设计刚架时，风荷载体型系数应分别按四种受力模型取值，既端区封闭式、端区部分封闭式、中间区封闭式和中间区部分封闭式，在不同位置及是否封闭状态下，刚架体型系数取值是不同的。许多设计者往往仅取中间封闭区计算，而忽略其他位置的刚架验算，这种做法是不对的，有时端区受力可能更大。此外，房屋布置天窗或有高低跨时，体形系数应严格按规范取值，不得混淆取值。檩条设计也有同样的问题。
4 支撑布置
门式刚架房屋应设柱间支撑及屋面支撑，支撑可采用钢管、角钢、槽钢、圆钢等截面形式，支撑布置除应满足门式刚架规程第4.5节要求以外，还应注意以下问题：
4．1 带吊车结构
刚架跨度大于18m且设有起重量≥16t的吊车时，宜在刚架端节间增设纵向支撑。当吊车起重量为20t时，宜在牛腿顶标高处沿纵向刚架柱外侧之间设型钢水平系杆。
4．2 无法设柱间支撑结构
对于无法设置柱间支撑的低矮门式刚架房屋（如车库），宜在纵向刚架之间设置刚接型钢梁，保证纵向稳定。
4．3 增设分配梁
当山墙抗风柱位置不在屋面横向支撑节点附近时，应在支撑交叉点处增设分配梁。
4．4 柱脚锚栓
计算设柱间支撑的柱脚锚栓上拔力时应记录柱间支撑产生的最大竖向分力材料选用，这是门式刚架规程第7.2.19强条规定，但设计人员往往容易忽视。对于设吊车或者其他水平荷载较大的房屋，柱间支撑产生的上拔力较大，如果不计入，可能会造成锚栓被拔起的严重后果。
5 保温隔热
屋面和墙面的保温隔热构造均应根据热工计算确定。屋面保温隔热可采用下列方法之一：
1．在压型钢板下设带铝箔防潮层的玻璃纤维毡或矿棉毡卷材；若防潮层未用纤维增强，尚应在底部设置钢丝网或玻璃纤维织物等具有抗拉能力的材料，以承托隔热材料的自重；
2. 金属复合夹芯板；
3. 在双层压型钢板中间填充保温材料。
外墙保温隔热可采用下列方法之一：
1. 采用与屋面相同的保温隔热做法；
2. 外侧采用压型钢板，内侧采用预制板，纸石膏板或其他纤维板，中间填充保温材料；
3. 采用多孔砖等砌体。
6 结语
还有其他问题，如刚架在施工中应及时安装支撑，严格执行规定的安装顺序；柱脚底板下面的每根锚栓，应设置调整螺母，校准后进行二次灌浆；底板的连接、柱与牛腿的连接、梁端板的连接、吊车梁及支承局部悬挂荷载的吊架，不得采用单面焊等，不再一一例举，希望以上问题能对读者今后的设计起到有益作用。
参考文献
[1]CECS 102：2002 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程
中图分类号：TU398+.2文献标识码： A 文章编号：
一．多层钢框架工业厂房的设计理念
1、钢框架体系概念
框架体系是指沿纵横方向均由框架作为承重和抵抗水平抗侧力的主要构成所组成的结构体系。框架的梁柱宜采用刚性连接。钢框架结构一般可分为无支撑框架和有支撑框架两种形式。无支撑的纯框架体系，有钢柱和钢梁组成，在地震区框架的纵、横梁与柱一般采用刚性连接，纵横两方向形成空间体系，有一定的整体的空间作用功能，有较强的侧向刚度和延性，承担两个主轴方向的地震作用。
2、纯框架体系的主要特点是：
（1）可以形成较大使用空间，平面布置灵活，适用多种类型适用功能，结构各部分刚度比较均匀，构件易于标准化和定型化，构造简单，易于施工。对于层数不多的房屋而言，框架体系是一种比较经济合理的结构体系。
（2）重力二阶效应影响
钢框架的侧向刚度较柔，在风荷载或水平地震作用下将产生较大的水平位移,由于结构上的竖向荷载P的作用，使结构又进一步增加侧移值且因其结构的各构件产生附加内力。这使框架产生几何非线性的效应，称之为重力二阶效应。
由于重力二阶效应的影响，将降低结构的承载力和结构的整体稳定。
（3）由于框架结构体系中柱与各层梁为刚性连接，改变了悬臂柱的受力状态，从而使柱所承受的弯矩大幅度减小，使结构具有较大延性，自振周期长。自重较轻，对地震作用敏感小，是一种较好的抗震结构形式。但由于地震时侧向位移大，容易引起非结构性构件的破坏。
（4）框架结构体系的抗侧能力主要决定于梁和柱的受弯能力，若房屋层数过多，侧力增大，而要提高抗侧刚度，只有加大梁、柱截面。
三．工程概况
河南洛阳某选厂精矿过滤车间为多层钢结构厂房，总建筑面积为1852.2m2。首层层高4.5m，局部二层层高2.9m，三层层高7.6m，建筑高度17.1m。为满足工艺要求，纵向柱距为6m,9m；横向柱距为6mX5。框架柱与框架梁均为工字型截面，柱与独立基础刚性连接，框架柱与框架梁也是刚性连接。屋面采用薄壁C型钢双拼檩条，墙面采用外挂压型钢板。楼面采用6mm厚花纹钢板以节约造价。
四．钢框架工业厂房建筑设计
1. 维护结构的选用
钢结构厂房主要采用压型钢板围护结构。压型钢板具有自重轻、强度大、刚度较大、抗震性能较好、施工安装方便，易于维护更新，便于商品化、工业化生产的特点。而且压型钢板具有简洁、美观的外观，丰富多彩的色调一级灵活的组合方式，是一种较为理想维护结构用材。
压型钢板按波高分高波板、中波板和地波板三种板型。屋面宜采用波高和波距较大的压型钢板，墙角宜选用波高和波距较小的压型冈本。上述工程中压型钢板维护结构均选在国标01925-1，其中外墙面压型钢板选用YX28-150-750，屋面压型钢板屋面板选用YX130-300-600，屋面底板选用YX15-225-900。
2.屋面排水设计
屋面排水设计主要考虑屋面坡度、天沟形式、单坡屋面长度这些因素。
根据《屋面工程技术规范》的规定，屋面坡度最小为5％。然而在实际的操作中，屋面坡度远远低于这个标准。但是，考虑到很多企业的钢构的技术力量、节点的处理以及材料性能等方面的原因，我们通常会将屋面坡度保持在5%内。对于雨雪比较多的地区，屋面坡度可以适当的加大。如下图所示就是屋面设计示意图。
五．钢框架工业厂房结构设计
1、计算的一般规定
计算时对平面布置较规则的多层框架，其横向框架的计算宜采用平面计算模型，当平面不规则且楼盖为刚性楼盖时，宜采用空间计算模型。多层框架的纵向计算，一般可按柱列法计算，当个柱列纵向刚度差别较大且楼盖为刚性楼盖时，宜采用空间整体计算模型。多层框架在风荷载作用下，顶点的横向水平位移（标准值）不宜大于H/500(H为框架柱总高)，层间相对位移（标准值）不宜大于h/400(h为层高)，对隔墙的多层框架，可不验算其层间位移。
2、荷载
(1）恒载（永久荷载）
A、建筑物自重，按实际情况计算取值，分享系数r取为1.2；
B、楼（屋）盖上工艺设备荷载.包括永久性设备荷载及管线等，应按工艺提供的数据取值，其荷载分项系数r取为1.2；当恒荷载在荷载组合中为有利作用时，其分项系数r取为1.0.
（2）活荷载（可变荷载）
楼层活荷载（包括运输或起重设备荷载），按工艺提供的资料确定，荷载分项系数一般取r=1.4,但当楼面活荷载Q>4KN/M2时，r可取1.3.
3.多层框架的节点构造与计算
（1）梁、柱刚接连接节点
多层框架梁最常用的截面为轧制或焊接的H型钢截面，当为组合楼盖时，因优化截面，降低钢耗、可采用上下翼缘不对称的焊接工字型截面。多层框架柱最常用的截面亦为轧制或焊接的H型钢截面，当荷载及柱高均较大时，亦可采用方管截面，但其用钢量较大且制作亦较困难，当有外观等特别要求时亦矿用圆管截面。
在多层框架中框架与柱的连接节点一般都是刚性连接，这样可以增加框架的抗侧移刚度，减少框架横梁的跨中弯矩。梁与柱的刚性连接可以保证将梁端的弯矩和剪力可以有效地传给柱子，刚接节点的连接（焊接或高强度螺栓连接）应能保证所连接部分内力能可靠的传递，对与母材等强的熔透焊（加引弧板）焊缝可不再验算其强度。
本工程中框架柱与框架梁均为工字型截面，均为刚性连接。
（2）柱脚节点
柱脚的作用是将柱的下端固定于基础，并将柱身所受的内力传给基础。基础一般由钢筋混凝土做成，其强度远比钢材低。为此，需要将柱身的底端放大，以增加其与基础顶面的接触面积，使接触面上的压应力小于或等于基础混凝土的抗压强度设计值。
柱脚按其与基础的连接方式不同，可分为铰接和刚接两种型式。上述工程中柱脚采用刚性柱脚，柱脚通过预埋在基础上的锚栓来固定，在弯矩作用下，刚接柱脚底板中拉力由锚栓来承受，所以锚栓的数量和直接需要通过计算确定。
（3）屋盖支撑
屋盖支撑作用：
1）保证屋盖结构的空间几何不变性和稳定性
2）承受和传递水平荷载
支撑体系可有效地承受和传递风荷载、吊车的制动荷载及地震作用等水平荷载
本工程屋面设有5t电动葫芦，为保证承重结构在安装和使用过程中的整体稳定性，提高结构的空间作用，减少屋架杆件在平面外的计算长度，根据结构的形式、跨度、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等设置支撑系统，在屋面2-3轴及5-6轴之间设水平支撑。
六．结束语
工业厂房的设计的好坏是由工艺、项目管理所决定的，而衡量一个设计院的水平则是通过对该设计院的综合管线的管理来评定的，因为对于综合管线的管理将会直接影响到设计的顺利进行。各专业协调的能力最直接、最表面的体现就是综合管线的布置。各专业协调的好，综合管线的布置就合理，厂房就会整齐、干净，否则就显得零乱。当然设计人员的素质也是厂房设计好坏的决定因素，因此，应该加强设计人员的素质建设。
参考文献：
[1]崔芃 浅谈钢结构工业厂房设计[期刊论文] 《山西建筑》 -2007年24期
[2]沙昱楠 康乐 对钢结构工业厂房设计及施工问题的探讨 [期刊论文] 《城市建设理论研究（电子版）》 -2012年14期
[3]梁中力 黄文明 齐立军 浅谈钢结构工业厂房设计与安装施工 [期刊论文] 《中小企业管理与科技》 -2010年27期
[4]张海玲 多层钢结构工业厂房设计问题分析 [期刊论文] 《科技致富向导》 -2011年20期
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
随着国家国民经济的发展，我国对高层建筑的需求日益增多，高层建筑的体型日益复杂。在进行高层建筑的结构设计时大多采用框架-剪力墙结构体系，框架部分的梁、柱为刚接，框架部分与剪力墙部分即可为刚接，也可为铰接。人们对高层建筑的功能要求越来越高，不同的功能用房综合在一起，给结构设计增加了一定难度，而较好的延性及整体性、较高的承载力正是框-剪结构的特点，并且该体系具备很强的吸收地震的能力，有力的减小了高层结构本身的侧移，因此在广大设计工作中得到广泛的应用。本文通过分析框-剪结构的受力特性，讨论了对剪力墙用量产生影响的因素，最终确定了寻找剪力墙合理用量的方法，可供设计中参考采用。
1. 框架-剪力墙结构的受力特性
剪切型是框架结构的变形特性具有的特点，呈内收型开口的位移曲线越往上增大越慢，是剪切型变形曲线，在纯框架结构中，所有框架的变形曲线都是类似的，所以，水平力按各框架的抗侧刚度D比例分配。剪力墙结构的位移曲线具有悬臂弯曲梁的特性，位移越往上增大越快，呈外弯型开口曲线。在平面内有很大的抗弯刚度，在一般剪力墙结构中，所有抗侧力构件剪力墙的侧移曲线都是类似的，水平力在各片剪力墙之间按其等效刚度EI比例分配。
而在框-剪结构中，框架和剪力墙之间通过平面内刚度无限大的楼盖连接在一起共同抵抗水平力，不能单独按各自的弯曲变形或剪切变形而自由变形，在同一楼层的位移必须相等。因此，框-剪结构水平位移特征处于框架和剪力墙之间，为反S型曲线，是弯剪型。
因此，在框-剪结构中，剪力墙在下部楼层变形小，承担了近80%以上的水平剪力，而在上部楼层，框架变形小，可以协助剪力墙工作，抵抗剪力墙的外拉变形，从而承受很大的水平剪力。所以，框-剪结构是框架和剪力墙两种结构水平变形的有机协调，从而达到减少结构变形，增强结构侧向刚度，提高结构抗震能力的目的。
框架、剪力墙的受力特性可以用结构刚度特性值λ，即框架刚度和剪力墙刚度的比值表达。若忽略连梁约束和轴向变形的影响，有：
λ=H（Cf/EIw）0.5（1）
H：建筑总高度。
Cf：框架平均总刚度。
EIw：剪力墙折算总侧向刚度。
工程实践表明：1.λ过小即框架的总剪力刚度与剪力墙弯曲刚度的比值很小，结构变形曲线呈弯剪型，即剪力墙用量过多，此时，结构刚度过大，自振周期缩短，地震力相应增加，结构延性降低，尤其对框架顶部几层极为不利。一般来说，剪力墙数量超过必要限度是不合理不经济的，为了使框架充分发挥作用，剪力墙刚度不宜过大，应使λ≥1.15。2. λ过大，即框架的总剪力刚度与剪力墙弯曲刚度的比值很大，结构变形曲线呈弯剪型，剪力墙用量过少，结构刚度较差，常不满足变形要求，同时框架受力过大，梁柱截面尺寸加大导致不经济，因此应控制使λ≤2.4。
2. 影响剪力墙数量的因素
（1）剪力墙是框-剪中的重要抗侧力构件，一般按照“均匀、对称、分散、周边”的原则布置。
（2）结构自振周期随剪力墙刚度增大而变短，对于比较正常的框-剪结构，结构自振周期大致为：
T1=(0.08~0.12)n （2）
T2=(1/3~1/5) T1（3）
T3=(1/5~1/7) T1（4）
T1：结构的第1自振周期。
T2：结构的第2自振周期。
T3：结构的第3自振周期。
n：建筑物总层数。
（3）结构总水平地震作用随剪力墙刚度的增大而增大，对截面尺寸、结构布置都比较正常的结构，其底部剪力大致在下述范围内：
7度Ⅱ类场地土： Fek≈(0.015~0.03) G （5）
8度Ⅱ类场地土： Fek≈(0.03~0.06) G （6）
Fek：结构底部地震剪力标准值。
G：结构总重量。
当结构底部剪力小于上述数值时，宜适当增加剪力墙用量，提高结构刚度，适当增加地震力以保证安全；地震力过大，宜适当减少剪力墙用量，以求得适合的经济技术指标。
（4）在确定剪力墙用量时，必须考虑框架刚度。在框-剪结构中，框架和剪力墙是通过平面内刚度无限大的楼盖来共同作用的，楼盖在水平力作用下会有一定的变形，使刚度较小的框架承受的实际水平力较计算值大。此外，框架是框-剪结构抵抗地震力的第二道防线，有必要提高其设计地震力，结构设计时应有必要的强度储备。故在地震力作用下，要求框架剪力：
Vf≥0.2 V0 （7）
Vf≥1.5 Vfmax（8）
Vf：全部框架柱的总剪力。
V0：结构的底部剪力。
Vfmax：框架柱的最大楼层剪力。
当Vf0.4 V0时，说明框架抗剪刚度过大，宜减少框架梁柱截面。
3. 剪力墙合理数量的确定
根据框-剪结构刚度特征值有：
λ=H（Cf/EIw）0.5=(H/h){[(EcIc)/ (EIw)]12∑α}0.5
所以，
EIw=(12n2∑α/λ2) EcIc （9）
EIw：剪力墙折算总侧向刚度。
EcIc：框架柱总刚度。
n：建筑物总层数。
h：建筑物层高。
α：框架节点转动系数。（底层柱α=(0.5+i)/(2+i),i为框架节点梁柱线刚度之比。）
建筑平面确定后，根据构件刚度、强度和柱最大轴压比限值要求，通过预估楼面荷载从而确定梁柱截面尺寸。因此，框架柱总刚度EcIc、框架节点转动系数α
便可算得。根据框-剪的受力特性，要求1.15≤λ≤2.4。这样，把上述数据代入公式，便可求的所需剪力墙的总刚度EIw，从而求得剪力墙的合理用量。
4. 结语
在框-剪结构设计中，剪力墙刚度的确定除了必须满足强度条件之外，还必须使结构具有一定的侧向刚度。因此，剪力墙刚度的大小将直接影响到结构的安全性及工程造价。在框-剪结构初步设计阶段，简捷、正确的确定框-剪结构中剪力墙的数量，不但可以避免重复、繁琐的结构刚度调整计算，还可以达到经济的目标。
参考文献：
【1】 王亚勇 戴国莹，《建筑抗震设计规范算例》。中国建筑工业出版社，2006。
【2】 JCJ 3-2010，《高层建筑混凝土结构技术规程》。中国建筑工业出版社，2010。中国建筑工业出版社
【3】 GB 50011-2010，《建筑抗震设计规范》。中国建筑工业出版社，2010。
前言
轻钢结构因其有轻质高强、施工方便、施工周期短、节约造价等优点已被广泛应用于民用和工业建筑。特别是城市经济开发区内，轻钢厂房结构非常普遍。由于大批量钢结构建筑的建设，使得钢结构设计、施工单位的数量也大幅增长，有的设计单位在没有设计经验的情况下也也参与其中，由此造成了一些钢结构建筑物在使用或施工阶段就发生坍塌或失衡。文章从钢结构的设计和施工角度分析了钢结构建筑中易被忽视的问题。
1.屋面水平支撑计算模型
屋面水平支撑和柱间支撑共同构成了空间几何不变体系，除了传递纵向水平力和承受压力之外，在安装中可以增加刚架的侧向刚度，这对稳定刚架起着关键作用。很多刚架发生失衡大都源于此。在屋面刚性系杆和水平交叉撑一起构成的水平桁架中，交叉紧张的圆钢常用作交叉撑杆，按柔性拉杆设计，而刚性系杆主要承受压力保持桁架的稳定。 当山墙的布置规则、刚架柱距和抗风柱间距相差很小时，一般设计可以依据建筑的跨度、柱间距按照刚度控制条确定刚性系杆。但是由于水平支撑桁架体系是由水平交叉撑和刚性系撑共同组成的，刚性系杆受力不仅受到水平交叉撑布局的影响，同时还受到抗风柱布置的影响，所以，刚性系杆除了长细比满足要求外，还应该根据实际情况考虑其稳定性和强度。
图1 山墙抗风柱布置
图2 屋面水平支撑计算模型
图1a为某实际工程的山墙结构布置，考虑到有较大机械设备出入，该厂房两侧山墙抗风柱仅布置在屋脊处，屋面水平支撑布置见图2。根据山墙的结构布置图，抗风柱承担的风荷载受荷宽度为13.5 m，因此屋面水平支撑体系的正确计算模型应为图2a。如果按图2b选取刚性系杆截面，造成系杆内力相差高达1倍，在台风来临时，刚性系杆内力因超过极限承载力而失稳，屋面支撑系统因此失效，引发连锁反应，厂房顷刻间整体倒塌。
2. 檩条的支撑作用
门式刚架作为超静定结构，梁的弯矩包络图上存在反弯点，所以刚架梁的上下翼有可能均受压。如果梁下翼受到挤压时，隅撑通过檩条连接有弹性侧移的刚架梁下翼缘上，这样梁下翼缘侧弯则会得到有效的阻止，梁下翼缘平面外计算长度应取隅撑间距上；当梁上翼受到压力时，如果檩条不在通长刚性系杆的支点上，所有檩条都可能会随着梁的上翼侧弯，因此，隅撑设置处的檩条不能够作为刚架梁上翼受压的侧向支点。若屋面刚度好且与檩条有可靠连接时，考虑屋面实际存在的蒙皮作用，取2个檩距，在实践中也是可行的。当檩条与刚架梁之间不设隅撑时，刚架梁平面外计算长度可取侧向支撑间距，或根据一般情况下梁端为负弯矩、跨中为正弯矩的弯矩包络图，取平面外计算长度为0.4 L，L为侧向支承点间的距离。因此设计人员在考虑檩条对刚架梁平面外计算长度的影响时，对上下翼缘应当区别对待，做到概念清楚。值得注意的是，对兼作支撑体系中的刚性系杆的檩条，设计人员一般均能按压弯构件对檩条进行设计，檩条在承受屋面均布荷载的同时，还承担由山墙传递来的风荷载；但是当梁下翼缘侧向支撑点间距取隅撑间距时，檩条除承担屋面均布荷载外，还应按式(1)计算梁的侧向力对檩条产生的轴向压力。
(1)
3. 施工因素的影响
轻钢结构体中H型组合截面的高后比和宽厚比一般相对较大，板件也比较单薄，往往在安装的过程中构件实力和设计不尽相同，所以对平面布置不规则、柱距较大或者有高差的门式刚架体系，工程设计人员应该主动积极参与施工组织设计。除了安装顺序符合门规第8.2.5条之外，应根据工程的具体进度进行有效调整，及时安装隅撑、檩条、支撑或临时支撑，确保安装的部分钢结构体系的形成，维持整个钢结构建筑的稳定。当有檩条兼作刚性系杆时，在工程的设计和施工阶段都应该受到特别的关注。在平面刚架安装到位后施工人员应该立即在此处安装檩条。另外，由于螺栓连接对安装有严格的要求，在安装的过程中有些施工单位遇到螺栓安装不上时，没有和设计单位商量，直接将其改为了焊接，造成了计算的计算模型和实际受力不符，给工程安全留下了隐患。
4. 结论
本文从设计和施工的角度，结合工程实例轻钢结构的对影响轻钢结构安全性的几个因素进行分析，以期引起从业人员的重视，促进轻型房屋设计产品质量的提高和施工水平的成熟,避免不必要的经济损失。
参考文献：
中图分类号：TU393文献标志码：A文章编号：1006-6012（2015）12-0075-01
近年来，大跨度房屋钢结构应用较为广泛，按照刚性差异以及组合方式的不同，可以划分为2种结构形式，一种是刚性结构，另一种是柔性结构。刚性大跨度房屋钢结构一般由空间桁架、网架等钢杆件构成。对于刚性大跨度房屋结构来讲，其主要设计依据是所受荷载。
1工程概况
某两连跨厂房，长300m，跨度70m，采用钢结构方案，基础采用混凝土独立基础。本工程屋顶形式采用张弦桁架构件，同时连接格构柱刚性，格构柱的柱脚主要采用铰接的连接方式。
2结构方案的选定
根据建筑外形尺寸对项目结构方案进行对比与分析，以优选出最佳的结构方案，经过分析，本工程屋顶钢结构方案选定了张弦桁架方案，并与格构柱刚性连接。这种方案具有以下几方面的优点：一是张弦结构具有操作方便、重量轻、承载力好，有利于解决了结构刚度问题；二是屋顶构件与格构柱刚性连接，实现了地震作用下侧向位移及风荷载的有效控制；三是柱脚采用铰接连接，在地震作用下，上部结构不会产生弯矩，这样能够合理利用原有基础。屋顶结构采用弦杆截面为219mm×10mm的张弦桁架，并与腹杆连接，其拉索采用￠15.2钢绞线，其抗拉强度为1860MPa一共6束。同时，采用6孔夹片式锚具，将3道截面为180mm×8mm钢管的立杆设置于张弦桁架与拉索之间。为了满足锚固的作业需要，将315mm×40mm锚杯设置在下弦杆上，同时，确保弦杆与锚杯焊接。
3大跨度结构设计中注意问题
在进行大跨度钢结构设计时，需要做好单榀主桁架的验算工作，并对单榀主桁结构中墙面、屋顶的位置进行分析与确定。同时，本工程所受的结构荷载包括以下几种：屋面荷载、雪荷载以及地震作用等。项目所处区域为50年一遇，屋面地震烈度为6度。本工程采用张弦桁架结构，这种结构的内力分布受到拉索预张力大小的影响。因此，在拉索预张力确定时，我们需要考虑到以下几个方面的因素：
（1）单跨屋面在荷载作用时，其张弦桁架对格构柱不会产生水平推力，这样有利于自平衡体系的形成。
（2）单跨屋面在荷载作用后，在正常使用下，其相对挠度值与反拱值相互抵消，满足了使用极限状态要求。
（3）在风荷载作用时，按照结构设计中相关规定，拉索要小于应力比。
（4）屋顶桁架在风荷载作用下，要确保其拉索具有足够的拉力，以免造成拉索失去作用。在进行大跨度钢结构分析时，要按照杆单元对桁架腹杆进行分析，同时要按照梁单元对弦杆进行分析。在结构计算的过程中，本工程采用SAP2000V1462软件进行结构计算，并控制好拉索拉应力和最大应力比，一般来说，拉索拉应力为900MPa，最大应力比为0.48，以提升拉索材料的强度。经过结构分析，张弦桁架的拉索初始内力为198kN，初始反拱值为86mm。由此可见，在温度荷载作用下进行结构分析，应选择正温，不能选择负温。但在负温作用下，由于拉索拉力较大，所以拉索不会失去作用。屋顶张弦桁架具有一定的平衡性，所以其拉索可以提高屋顶桁架的刚度，在施加预张力的过程中，我们要充分考虑到屋顶桁架的刚度，当刚度满足要求后，屋顶桁架要与格构钢柱进行焊接。对于两跨张弦桁架来说，要确保内力构造与尺寸的一致性。此外，我们还应对单跨屋顶张弦桁架结构的施工工况进行分析，旨在为了施工吊装作业提供依据。在进行单榀结构模态分析时，应选用前5阶周期的结构模态进行分析，经分析得知，结构侧向的刚度不足。同时，张弦桁架结构是一种平面受力结构，这种结构平面的需要一定支撑体系，以确保结构的稳定性，为此，应将次桁架设置于桁架与立杆的相交位置，同时将交叉支撑设置于次桁架之间，这样就可以形成一个稳定的结构空间体系。经过以下因素分析与比较，最终选择了桁架杆件截面。
4施工过程控制
在张弦桁架结构安装时，应按照建筑钢结构设计规范要求进行施工，同时，在结构分析时，要对不同的施工工况进行模拟与分析。在本工程张弦桁架施工安装的过程中，要结合现场结构特点，按照以下步骤进行施工。焊接屋顶拱形桁架；安装钢拉索，张拉反拱，以达到初始预张力值；焊接屋顶桁架与边柱柱，从而形成两连拱结构；将交叉支撑安装于两连拱结构之间，这样有利于形成一个稳定的结构空间体系。安装桁架。综上分析得知，拉索张拉工作极其重要。在施工过程中，要确定好拉索节点的位置，尽可能地降低理论长度的偏差。在拉索张拉的过程中，要控制好屋顶反拱值，一般控制在87mm左右。拉索内力值为110kN，拉索轴向变形值为50mm。在施工监测时，我们要对拉索内力进行监控，确保监测结果满足设计要求。在拉索张拉时，要先固定好立杆临时支撑，待张拉完毕后，要采用U形夹将立杆下部与拉索夹紧，防止拉索出现串动。
5结束语
综上所述，通过对某厂房大跨度钢结构设计分析，得到了以下几个方面的结论：
（1）本工程与其他大跨结构的不同之外在于大跨度设计是由结构刚度控制，需要考虑到结构整体侧向的刚度，同时要对原有基础进行利用。
（2）在施加预张力时，要控制好预张力的大小，确保张弦桁架结构的承载力及刚度。
（3）张弦桁架结构是一种平面受力结构，这种结构平面的需要一定支撑体系，因此，在张拉过程中要确保张弦桁架的稳定性。
（4）对于大跨度预应力结构，应采用专用连接构造，确保计算模型与实际结构的一致性，确保结构传力的明确性。钢结构作为房屋建筑结构形式之一，具有重量轻、安装方便、强度高、施工周期短等优点。在房屋钢结构设计的过程中，要结合工程实际情况，优选最佳的结构形式，在选择钢结构材料时，要充分考虑到房屋建筑结构的尺寸和受力形式。一般来说，由于建筑钢结构都是采用现场拼装的安装方式，因此在设计时要考虑到钢结构在运输和起吊中的刚度，以确保结构的安全性和稳定性。
参考文献：
1.概述
随着经济的快速发展，门式刚架房屋因其加工制做灵活、安装简便、快捷，在我国快速涌现。但由于我国在轻型钢结构研究方面起步较晚，有关的的设计规范《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》也相对滞后。在此之前，只能参考《钢结构设计规范》（GBJ17-88）和《冷弯薄壁型钢结构技术规程》（GBJ18-87）以及国外相关规范进行设计。因此，无论是在设计水平、设计经验和合理性等方面都与西方发达国家存在较大的差距。近年来，国内的学者对门式刚架的设计进行了不少的探索和研究，取得了丰硕的成果，随着《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）颁布实施了，相应的实用设计软件也不断地被开发出来，诸如门式刚架轻型房屋设计系统PFCAD、刚架轻型房屋设计CAD系统PS2000、PKPM及同济大学开发的3D3S等软件均可对门式刚架轻型房屋钢结构进行分析计算。由于设计规范与国外不尽相同，使得我们设计时又不能照搬国外的设计规范，套用国外相关设计软件。因此，探索符合国内的门式刚架截面优化设计计算方法，降低门式刚架房屋钢结构的建造成本就显得尤为重要。
笔者近年的厂房设计实践中大量采用门式刚架结构，；通过这些项目的实践与探索，也积累了一定的经验和认识。本文就门式刚架设计过程中遇到的诸多问题进行一些探讨。
2.现行门刚厂房设计中存在的主要问题和解决方案
2.1结构模型中存在的问题和解决方案
在轻型门式刚架设计中，常把中间柱设计为上下节点均为铰接的摇摆柱形式，此时中柱对横梁仅起中间支座作用，不分担弯矩，计算长度系数为1，截面较刚接大为减小，同时柱与横梁铰接连接构造较刚接连接构造大为简化，也节省了大量钢材。若柱高较高时，为控制风荷载作用下的柱顶位移，柱脚宜作成刚接，中柱与横梁的连接也宜采用刚接。当梁的跨度较大时，宜采用变断面梁，梁端高不宜小于跨度的1/35～1/40，梁的中段截面高度不宜小于全跨度的1/60，自梁端计算的变截面长度一般可取为跨度的1/5～1/6，并且应与檩距相协调。
抗风柱是门式刚架中支撑山墙且抵抗水平风荷载作用的主要构件，抗风柱的上端与刚架梁相连，下端单独设置基础。抗风柱的设计方法和构造措施不但影响到抗风柱本身的受力特点，而且影响到与之相连的刚架和基础的设计和受力。抗风柱与基础的连接形式有刚接和铰接两种方式，铰接时，基础只承受很小的轴力和水平剪力，其设计和构造都非常简单，工程量也少；如果是刚接，柱底传递给基础的轴力和弯矩都要大很多，偏心距也非常大，不利于基础设计；因此抗风柱宜采用铰接柱脚。
2.2对于不规则建筑所带来的问题和处理
建筑尺寸主要包括刚架的跨度、柱距、檐口高度和屋面坡度。对门式刚架房屋钢结构来说，不合理的建筑尺寸往往会导致用钢量的急剧上升和成本的增加。另外由于钢结构构件生产的任意性和轻质屋（墙）面材料施工的灵活性，门式刚架房屋的生产和施工基本可以做到量体裁衣。
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）（以下简称“门刚规程”）中建议刚架的柱距宜采用6~9m。竖向荷载（如屋面荷载、吊挂荷载、吊车荷载等）是影响经济柱距的主要因素，荷载大时经济柱距会减小，荷载小时经济柱距将增大。当荷载条件相同时，经济柱距受跨度大小的影响不明显，即各种跨度刚架体系的经济柱距基本相同，但跨度越大时，总用钢量对柱距越敏感，波动范围也加大，采用经济柱距所呈现的良好经济效益就越显著。
门式刚架体系也存在经济跨度，因此不宜盲目追求大跨度。影响经济跨度的主要因素是荷载，荷载越大时，总用钢量对跨度越敏感，越应注意采用合理跨度。这是因为荷载大则柱截面大；门式刚架的经济跨度常规范围在18～30m，吊车吨位较大时经济跨度在24～30m，无吊车或吊车吨位较小时，经济跨度在18～21m的区间。因此，采用合理跨度也可以节省钢材，降低总造价，经济效益亦很可观。
2.3变形问题的解决
由“门刚规程”中表3.4.2-1可查得刚架柱顶位移设计值的限值，对照《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附录A可知，门式刚架柱顶允许位移范围大了不少，这是轻钢结构与普通钢结构很大区别之处。但在有吊车厂房中，尤其是有超过20t的大吨位吊车厂房中，在规定柱顶允许变形时，宜考虑柱高影响这个因素。控制其水平位移的绝对值在合理范围内，以保证厂房的正常使用。
2.4节点设计相关问题探讨
门式刚架梁与刚架柱的连接节点，按“门刚规程”可分为端板竖放、端板横放和端板斜放三种方式，而每种形式又可分为端板平齐式及端板外伸式两种方法。为减少端板厚度，应在端板连接螺栓之间设置加劲肋，使端板的支承边界形式为两边或三边支承，从而提高连接节点的强度与刚度。在有吊车的门式刚架中，其构造应符合使用过程中梁柱交角不变的原则，即所谓的刚性连结节点，如果施工条件许可，梁、柱节点最好选用栓―焊刚接连接节点，即翼缘部分采用对接焊缝连结，腹板用高强螺栓连接。
需要特别注意的是：柱子与横梁处虽设想为刚接，但实际上会由于各种因素，导致计算假定可能与实际情况不符，譬如有吊车厂房的阶形上柱与屋面梁的连接，阶形上柱与梁端截面相比较，其截面高度往往较小，尽管采用高强螺栓按刚接计算进行连接节点设计，看似刚接，但由于梁端截面远大于与之相连柱截面高度，二者刚度比相差很大，柱子刚度小，对梁起不了或者说不能很好起到嵌固作用，就无法具有理想刚度，使这个节点近似于固接与铰接之间的状态，柱顶处梁端的嵌固必须以柱子本身足够的刚度来保证。
除刚架梁与刚架柱连接节点外，刚架梁的拼接节点位置多选在弯矩包络图的较小部位，制造和运输单元常取8～12m，实践和专家的研究结果表明，采用外伸式加肋端板的连接方式比较合理。为减少端板设计时螺栓排列的困难，宜优先选用10.9级摩擦型高强螺栓，螺栓的钢号也可选用20MnTiB，或者选用40号钢、35VB钢。
3.结语
门式刚架房屋以其跨度大、重量轻、施工速度快、综合经济指标低和适用范围广等特点，在各类建筑中得到广泛应用，随着应用的广泛，有了一定的经验积累，但是还有许多问题值得讨论，如焊接形式对构件承载性能的影响；这些问题都需要工程技术人员和研究人员来共同努力解决，以上是笔者在设计过程中一些设计经验的总结，希望能得到各位专家的批评和指正。
参考文献：
[1]《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）
1 引言
概念设计对于结构设计来说十分重要，甚至可以说概念设计是结构设计的根本。概念设计有几个重要原则：“强柱弱梁”，“强节点弱构件”，“强剪弱弯”。本文重点讨论框架结构的强柱弱梁问题。
框架结构设计上要求强柱弱梁，以保证结构的延性，用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。强柱弱梁不仅是手段，也是目的，其手段表现在人们对柱的设计弯矩人为放大，对梁不放大。其目的表现在调整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁不变。即柱的能力提高程度比梁大。这样梁柱一起受力时，梁端可以先于柱屈服。
2 规范的相关规定
《建筑抗震设计规范》（GB5011-2010）第6.2.2条规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：
∑Mc =ηc∑Mb （1）
一级框架结构及9度时尚应符合
∑Mc =1 .2∑Mbua （2）
式中各符号意义见规范。
当反弯点不在柱的层高范围内时，柱端截面组合的弯矩设计值可乘以上述柱端弯矩增大系数。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第6.2.1条以及《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第11.4.1条均有相似的规定。
3 问题
但汶川地震的结果并不如预想的一样，如下列图：
4 讨论如何从设计上保证强柱弱梁
（1） 框架梁端弯矩调幅
由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质，在竖向荷载下可以考虑适当降低梁端弯矩，进行调幅。
优点：①减少负弯矩钢筋的拥挤现象。
②有利于实现强柱弱梁
③减少梁端，增大跨中，梁构件偏于安全。
（2）中梁刚度放大系数
《高规》第5.2.2条规定：在结构内力和位移计算中，现浇楼板和装配整体式楼面中梁的刚度可考虑翼缘的作用予以放大。其建议中梁该系数取2，边梁取1.5。
规范对于梁刚度的放大主要是为了考虑楼板翼缘对梁刚度和承载能力的贡献，因此规范规定可通过采用梁刚度放大的方法来近似考虑。
但在实际操作过程中，若对中梁刚度进行放大，一般情况下梁的内力会增加，相应配筋也会变大，因为T形截面的钢筋全配在了矩形截面里。结构有由强柱弱梁往强梁弱柱转化的趋势。
所以建议算梁内力时，中梁刚度放大系数取1.0，算位移时，可以考虑中梁刚度放大。
（3）柱梁的线刚度比
虽然规范没有规定框架结构柱梁线刚度比。但是框架柱作为竖向构件，有必要截面适当的强，对于传递竖向力的水平构件的框架梁也有必要适当的弱。在抗震设防区，框架柱与框架梁的线刚度比宜控制在1.5～2.5范围较为合理。但有些情况不宜实现，往往框架柱与框架梁的线刚度比值还会很小，比如框架柱与井字梁的边梁的线刚度比值。此时建议结合柱轴压比进行控制，轴压比应比规范规定限值要小多些。
（4）控制柱子配筋率
《混凝土结构设计规范》规定柱中全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5%。
但本人认为最好控制在1%～2.5%，一方面经济性较好，另一方面说明柱截面尺寸相对合适。当柱配筋较大时说明柱截面尺寸相对较小，带来的必然是柱的线刚度较小。
5 中梁刚度放大系数的影响
《高规》第 5.2.2 条规定：在结构内力与位移计算中，现浇楼面和装配整体式楼面中梁的刚度可考虑翼缘的作用予以放大。楼面梁刚度增大系数可根据翼缘情况取1.3―2.0。按照《高规》条文说明中的建议，当近似以梁刚度增大系数考虑时，应根据梁翼缘尺寸与梁截面尺寸的比例予以确定，通常边框架梁取1.5，中框架梁取2.0。
在水平地震力作用下，梁刚度对于结构内力、位移、周期等均有影响。一般情况下，梁的刚度增大，其内力也会相应增大，配筋增加，导致梁承载力得到提高。而对于大多数柱子而言，即使柱端弯矩增加，其配筋面积仍然为构造配筋，承载力并没有相应得到增加，这样就使结构存在由强柱弱梁向强梁弱柱转变的趋势。并且，即使框架柱是计算配筋，在水平地震力作用下，由于梁刚度增大很多，使内力更多地分配给了框架梁，从而造成框架柱内力减小，配筋减小，承载力降低，更有可能使结构转变成强梁弱柱，对抗震更加不利。
所以，笔者认为在计算框架梁柱配筋时，要合理考虑设置梁刚度放大系数，并且相应增加框架柱的计算和构造措施。比如，在实配柱纵筋和箍筋时，应考虑由于梁翼缘板的作用和梁裂缝宽度验算所导致增加梁纵筋的影响；增大框架柱的最小截面尺寸及最小配筋率等。
6 结论
强柱弱梁概念设计对框架结构的延性及安全性起着重要作用，因为一旦柱端先与梁端出现塑性铰，轻者引起局部坍塌，重者引起整幢楼倒塌。因此结构设计时应充分重视强柱弱梁的实现。本文从结构设计过程中指出应该注意的问题和指标。对结构设计有一定的指导意义。
参考文献：
[1] GB50010-2002，混凝土结构设计规范[S].
[2] JGJ3-2002/J186-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S].
中图分类号：S611文献标识码： A
1、前言
山东某重型数控压力机制造联合厂房钢结构工程，为重钢结构厂房，最大吊车起重吨位为200t。其中A、B、C轴线为H型钢柱，D、E、F轴线为双圆管钢混结构柱。本工程建筑面积35474.9，主厂房纵向长度264.580米，横向长度132米，共5跨，各跨跨度由南至北依次为24m、24m、27m、27m、30m。 南四跨的最大吊车吨位由南至北依次为10t、32t、50t、75t。北一跨， 1～13轴为100t,13～23轴线间为200t（吊车使用过程中，200t吊车严禁运行到使用范围外）。厂房内景照片见图1。
图1 厂房内实物图
75t门式刚架厂房设计已超过《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的适用范围，设计主刚架、吊车梁及制动桁架时，可通过《钢结构设计规范》来控制刚架柱侧移及吊车梁变形，刚架梁和围护结构变形仍可按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》进行设计[1]。
2、优化思路
2.1 主构件基于性能设计的优化
风荷载标准值作用下,主刚架为“有桥式吊车的单层框架”，柱顶位移按照h/400控制；屋面无吊顶、吊挂等，则屋架挠度按照L/250控制；对于吊车梁 [2]，竖向挠度限值取其跨度的1/1000，水平挠度取其跨度的1/2200。
基于刚架柱抗弯性能较高，刚架柱为双肢钢管混凝土格构柱，而钢管混凝土时经典的钢-砼组合构件，其刚度大、变形能力强，受力性能以及性能如抗火性能等均优于纯钢或钢筋混凝土构件。然而原设计没有使材料承载力得到很好发挥，经优化后，柱的应力控制在0.85以内。
根据钢梁弯矩包络图，将钢梁采用变截面形式，可充分发挥材料力学性能，以及基于腹板的屈曲后拉力场效应，采用薄腹截面焊接H形钢。钢梁的稳定可由檩条-拉条系统作为钢梁平面外的侧向约束，整体稳定可不用考虑，优化后钢梁应力控制0.9以内。
吊车梁吨位较大，其所用的用钢量不少，因此需精心设计，实现经济目标。经优化后主刚架减省用钢量情况见表1所示。
表1 主刚架优化结果
2.2 次构件基于性能设计的优化
围护结构下列指标进行截面优化设计：参照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002），檩条挠度≤L/150，墙梁挠度≤L/100，其他受压杆长细比≤180，吊车梁以下柱间支撑长细比≤300，其他受拉杆长细比≤350~400。
2.3、抗震性能化设计
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）条文说明9.2.14规定，当构件的强度和稳定的承载力均满足高承载力――2倍多遇地震作用下的要求时，可采用现行《钢结构设计规范》GB 50017弹性设计阶段的板件宽厚比限值，即C类；C类是指现行《钢结构设计规范》GB 50017按弹性准则设计时腹板不发生局部屈曲的情况，如双轴对称H形截面翼缘需满足，受弯构件腹板需满足，压弯构件腹板应符合《钢结构设计规范》GB50017―2003式(5.4.2)的要求。本工程进行了2倍多遇地震作用验算，各指标满足规范要求，因此板件宽厚比及高厚比要求限值放宽，降低用钢量。
3、格构柱剪切变形影响
格构柱属于压弯构件，多用于厂房框架柱和独立柱，优点在于很好的节约材料；截面一般为型钢或钢板设计成双轴对称或单轴对称的截面。格构柱的突出力学性能优势使得其不仅作为承压构件还作为主要抗侧移构件被广泛应用于工程中[3]。本工程优化设计对于设有格构柱的厂房，目前设计手册建议对于格构柱的建模采用对惯性矩乘以0.9来考虑剪切变形的影响，具体格构柱的剪切变形影响有多大，已有少量报道论述过这个问题。童根树从稳定的角度研究格构柱的剪切变形影响，详见《格构柱的剪切变形对超重型厂房框架稳定性的影响分析》[4]，提出了格构柱惯性矩的折减系数公式，
（1）
陈绍蕃在对上述论文进行了讨论，提出了自己的折减系数公式[5]，。本文从强度的角度对格构柱剪切变形影响进行分析。
3.1、理论分析
对于轴心受压构格柱，当格构柱处于临界的微弯状态时，柱子的横截面将产生剪力；对于压弯格构柱，由弯矩产生剪力。横截面上的剪力将引起格构柱分肢之间的剪切变形，从而降低构件的承载力。因此，格构柱分肢之间的缀材用来抵抗这种横向变形，而缀条或缀板的截面尺寸主要按横向剪力来设计的[6]。
格构柱节间单元的抗侧刚度计算[7]，计算简图见图2所示，在单位荷载下节间单元的变形为，
图2 节间抗侧刚度计算简图
，则抗剪刚度为，抗推刚度为；格构柱抗弯刚度，其中分肢截面面积都为，分肢形心间距，斜缀条截面面积，缀条间距，缀条与分肢夹角，钢材弹性模量，格构柱高度，绕虚轴长细比为（计算长度系数取1.0，为回转半径），缀条长度，缀条轴向力，分肢绕自身形心轴惯性矩为。下面按悬臂格构柱的不同荷载状态下计算剪切变形对强度的影响。
1）柱顶集中荷载情况
柱顶作用集中荷载，则变形为，若按三维建模格构柱，则可真实计算变形；若按单杆建模，则计算变形时需考虑等效抗弯刚度，变形为，使
，则，得到
，即格构柱惯性矩折减系数为 （2）
2）柱身均布荷载情况
柱身作用均布荷载，则变形[8]为，若按三维建模格构柱，则可真实计算变形；若按单杆建模，则计算变形时需考虑等效抗弯刚度，变形为，使，则，得到
，即格构柱惯性矩折减系数为（3）
3.2、算例验证
现对集中荷载作用下悬臂格构柱进行三维建模计算，与简化计算进行比较，分析折减系数情况与本文公式（2）的折减系数进行对比分析，某格构柱，分肢截面面积都为，分肢形心间距，缀条间距，缀条与分肢夹角，钢材弹性模量，格构柱高度，绕虚轴长细比为，分肢绕自身形心轴惯性矩为。经计算得到下列表格2所示。
缀条面积 SAP2000三维计算顶点位移 不考虑剪切变形顶点位移 软件计算得折减系数 本文公式（2）
表2 集中荷载作用格构柱在变化缀条面积条件下折减系数对比情况
现对悬臂格构柱受均布荷载作用下进行三维建模计算，与简化计算进行比较，得到折减系数与本文公式（3）、童根树提出的公式（1）的折减系数进行对比分析，经计算得到下列图3所示。
图3 均布荷载作用格构柱在变化缀条面积条件下折减系数对比情况
由表2、图3可知，本文提出的折减系数更加接近三维模型计算值。
3.3 考虑剪切变形对结构侧移的影响
图4 计算简图
结构按二维平面模型计算，计算简图见图4所示，风荷载作用下顶层相对侧移为1/941，若考虑其中三根格构柱的剪切变形，结果将发生变化。在风荷载作用下，前三根钢柱为实腹式柱，无需折减，第4、5根格构柱惯性矩折减系数按式（2）计算（因柱身没有受风荷载，通过顶点集中传力），第6根根构柱惯性矩折减系数按式（3）计算（因风荷载沿柱身分布），求得系数分别为0.656，0.701，0.71，由软件三维建模计算得顶点相对侧移为1/683，即格构柱剪切变形对整榀刚架侧移影响折减系数为683/941=0.726，可见格构柱的剪切变形不可忽略，本工程在考虑剪切变形影响下相对侧移仍满足规范（1/400）要求。
4、小结
1）本文从性能指标和构件受力特性对重钢厂房构件截面进行优化设计，降低了用钢量。
2）本文从强度的角度分析格构柱剪切变形的影响，与童根树教授得出的折减系数稍有区别，原因是分析角度不同。通过对悬臂格构柱在不同荷载状态下的分析，得知不同荷载状态下折减系数公式不同，即折减系数随荷载状态而变化，且稳定分析与强度分析的折减系数又不同。
3）本文折减系数公式（2）、（3）看起来与童根树老师从稳定性得出的式（1）不同，确实不同，因为本文从强度条件出发，式（2）、（3）中的长细比，即相当于计算长度系数取1.0，而式（1）中计算长度系数由梁、柱线刚度比值确定，对于悬臂柱取2.0。由此可见，稳定计算与强度计算格构柱的惯性矩折减系数是不同的，但作者认为，构件抗弯刚度与自身构造有关，不应该与考虑钢梁、钢柱线刚度比得到的计算长度系数有关，因此推荐采用强度推导得到的折减系数。
4）本工程刚架在风荷载作用下考虑格构柱剪切变形的侧移计算，得知格构柱的剪切变形不容忽视，值得工程设计重视。
参考文献
[1]GB50017-2003，钢结构设计规范[S]，北京：中国计划出版社，2003。
[2]CECS102:2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S]，北京：中国计划出版社，2003。
[3]施刚，范浩等，某重型门式钢架钢结构厂房的优化设计[J]，工业建筑2010增刊，1200-1205。
[4]童根树，王素俭等，格构柱的剪切变形对超重型厂房框架稳定性的影响分析[J]，建筑钢结构进展，2008.10，10（5）：1-4。
[5]陈绍蕃，《格构柱的剪切变形对超重型厂房框架稳定性的影响分析》一文的讨论[J]，建筑钢结构进展。
