輕型門式剛架結(jié)構(gòu)

1、 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)課程論文題 目 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景學(xué) 院 工程技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 土木工程3班 年 級 2008級 學(xué) 號 姓 名 指 導(dǎo) 老 師 成 績 2010年12月29日 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景摘要：門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系是近年來在鋼結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式。它是用等截面或變截面的焊接H型鋼作為梁柱，以冷彎薄壁型鋼作檁條、墻梁、墻柱。以彩鋼板作為屋面板及墻板，現(xiàn)場用螺栓或焊接拼接的門式剛架為主要承重結(jié)構(gòu)。再配以零件、扣件、門窗等形成的比較完善的建筑體系。即門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系可以在工廠批量生產(chǎn)，在現(xiàn)場按要求拼裝形成。能

2、有效地利用材料、構(gòu)件尺寸小。自重輕、抗震性能好、施工安裝方便、建設(shè)周期短、能夠形成大空間、大跨度；具有外表美觀、適應(yīng)性強(qiáng)、造價(jià)低、易維護(hù)等特點(diǎn)。本文簡述輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史；概括輕型門式剛架結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀、存在的問題；針對輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的未來發(fā)展前景的一系列技術(shù)措施、方案。關(guān)鍵詞：輕型門式結(jié)構(gòu) 發(fā)展歷史 應(yīng)用現(xiàn)狀 未來發(fā)展 技術(shù)措施近年來，輕型鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)是我國各類鋼結(jié)構(gòu)中發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)形式，被廣泛用于工業(yè)廠房、各種倉庫、體育場館、商業(yè)建筑、旅館、別墅等。1、 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史 門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系始于美國。日本和歐洲門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用也較多，但美國的門式剛架輕型

3、結(jié)構(gòu)體系發(fā)展最快，應(yīng)用也最廣泛。由于門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)具有許多其他結(jié)構(gòu)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。而且經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，因此這種結(jié)構(gòu)形式在國外一經(jīng)推出就得到了廣泛應(yīng)用。國外輕型鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展較早，由于汽車工業(yè)的發(fā)展，最初用于建造私人汽車庫等簡易房屋。二次世界大戰(zhàn)時(shí)期。由于戰(zhàn)爭的需要，一些拆裝方便的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑用于營房和庫房。 2O世紀(jì)6O年代以來，國外建筑鋼材的發(fā)展有了很大突破，隨著色彩豐富而耐久的彩色壓型鋼板的出現(xiàn)以及H型鋼和冷彎型鋼的問世，極大地推動(dòng)了門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。隨著新型建筑材料的出現(xiàn)、加工設(shè)備的不斷改善、設(shè)計(jì)形式的多樣化。門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系漸漸普及到大型工業(yè)廠房、商業(yè)建筑、交通設(shè)施等建筑中

4、，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、分析、出圖的程序化(如大型通用化設(shè)計(jì)軟件包Loseke Building System Software)，構(gòu)件加工、安裝施工、經(jīng)營管理一體化流程。業(yè)主不是帶著圖紙委托加工，而是向承包商定購某種輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋，承包商在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按業(yè)主要求按質(zhì)建成，并交付使用。這種高質(zhì)量的快速供貨方式，使業(yè)主感到十分滿意，門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)得以迅速發(fā)展。目前，大部分國外輕鋼公司都具有自己的門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)系列，各公司的輕鋼結(jié)構(gòu)系列大同小異。據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐美各國由輕鋼結(jié)構(gòu)體系建造的非住宅單層建筑物占總數(shù)的50以上，日本新建的14層建筑大都采用輕鋼結(jié)構(gòu)。在日本，門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系有兩種類型：第一種是日本

5、自身發(fā)展起來的，已實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、裝配化；經(jīng)營管理、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、售后服務(wù)系統(tǒng)化。第二種是1989年以來，在從美國引進(jìn)的輕鋼結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。日本工程界目前正就主剛架在地震力作用時(shí)保有水平耐力(即構(gòu)件達(dá)到塑性階段時(shí)的承載力)所需的D 值的取法(D 為地震空間結(jié)構(gòu)分維，反映地震空間結(jié)構(gòu)的相似性)，大斷面z型冷彎薄壁型鋼檁條及墻梁、高強(qiáng)度螺栓在橢圓孔處的受力狀態(tài)等幾個(gè)方面進(jìn)行研究引。2、 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展、應(yīng)用現(xiàn)狀我國門式剛架結(jié)構(gòu)體系起步較晚，是在引進(jìn)國外相關(guān)材料和軟件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。早在20世紀(jì)60年代初，我國就對由焊接的工字形截面組成的門式剛架輕型結(jié)構(gòu)進(jìn)

6、行了研究試驗(yàn)，主要是剛架的塑性設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于試點(diǎn)工程中。但是，由于我國多年來一直從節(jié)約鋼材和資金的角度出發(fā)，對建筑鋼結(jié)構(gòu)采取限制使用的政策，因此，門式剛架結(jié)構(gòu)體系未得到長足的發(fā)展，無論是設(shè)計(jì)水平，還是施工水平，與國外相比，都有較大的差距。近幾年來，隨著我國鋼材產(chǎn)量的增加和焊接H型鋼的出現(xiàn)，壓型鋼板、冷彎薄壁型鋼、H型鋼的大批量生產(chǎn)，特別是門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS 102：98)的頒布實(shí)施，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在我國大量涌現(xiàn)，門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系得到了較為廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)了該種結(jié)構(gòu)體系在我國的設(shè)計(jì)、成型一體化進(jìn)程。許多大型鋼結(jié)構(gòu)公司都增加了門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系的生產(chǎn)線。程序化設(shè)

7、計(jì)已經(jīng)取代了手工設(shè)計(jì)，國外設(shè)計(jì)軟件逐漸被我國自行編制的設(shè)計(jì)軟件所替代。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，到2000年我國已建成的此類結(jié)構(gòu)已達(dá)800×10 m以上，而且以每年100×104 m2以上的速度增長。3、 門式剛架輕相結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍3、1 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的主要組成部分承重結(jié)構(gòu)多采用三塊鋼板焊接工字型組合截面組成的門式輕鋼剛架，檁條和墻粱為冷彎z型鋼或冷彎內(nèi)卷邊槽鋼，摟面采用壓型鋼板 混凝土樓板組臺摟蓋，墻面及屋面采用彩色壓型鋼板，壓型鋁板或壓型復(fù)臺板，保溫材料采用巖棉、礦棉和超細(xì)玻璃棉等。32 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)（1）產(chǎn)品新穎別致，時(shí)代感強(qiáng)，具有系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化

8、現(xiàn)代生產(chǎn)規(guī)模，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)到承重結(jié)構(gòu)都可形成系列。（2）工期短，5000m lO000m的單層房屋從簽訂合同到建成一般只齋3十月左右，可以壤短工期，早日投入使用，加快投資回收。（3）內(nèi)部空曠，結(jié)構(gòu)新穎。在商業(yè)建筑中可減步吊頂?shù)妊b修造價(jià)，還能滿足大跨度的要求。（4）重量輕，門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的重量是混凝土結(jié)構(gòu)的18110，是普通鋼結(jié)構(gòu)的1213因而可降低地基基礎(chǔ)造價(jià)，減少地震作用的影響。（5）造價(jià)合理，綜合經(jīng)濟(jì)效益好，在綜合造價(jià)上可以與鋼筋混凝土基本持平。（6）容易拆遷。3、3 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用（1）單層工業(yè)廠房，門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)因其重量輕，跨度大，易于組合，是建造單層廠房的優(yōu)選結(jié)構(gòu)形式，廠房

9、內(nèi)可設(shè)5t以下懸掛吊車或起重量小于20t的中輕級工作制吊車。（2）單層倉儲(chǔ)建筑，采用門式剛架輕錒結(jié)構(gòu)外形美觀，庫內(nèi)空間大，麓工周期短，改建或轉(zhuǎn)向窖易。因此，可廣瑟用于碼頭倉庫，商品倉庫及工廠各種庫房。（3）商業(yè)建筑，隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)繁榮，各種商業(yè)建筑，如超級市場、貿(mào)易中心、農(nóng)貿(mào)市場等都要求建筑物跨度大，視野開閼，門式剛架結(jié)構(gòu)是合理的結(jié)構(gòu)形式之一。（4）文娛設(shè)麓和體育館?？蓾M足大跨美觀的要求，如學(xué)拉室內(nèi)體育館、小禮堂等。（5）舊建筑的翻修與加層，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，舊建筑物翻修改造業(yè)務(wù)將不斷增加，如輕質(zhì)隔墻和高級裝修的內(nèi)外墻面，在原有建筑物上加層都離不開門式剛架輕銅結(jié)構(gòu)。4、發(fā)展未來輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的技

10、術(shù)措施4、1 加強(qiáng)設(shè)計(jì)、嗣作、安裝的管理 門式剛架輕銅結(jié)構(gòu)是技術(shù)相對密集的頓域，從理論分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到翩作安裝都需要較高的技術(shù)水平，因而應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)企業(yè)的管理，以提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，特別是制作企業(yè)的管理，更為重要。4、2 積極開展門式剛架輕剛結(jié)構(gòu)有關(guān)項(xiàng)目的研究（1）加大力度開發(fā)和推廣應(yīng)用門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)軟件(CAD、CAM )。（2）開展對影響門式剛架有關(guān)效應(yīng)因素的研究，進(jìn)行羼面板抗剪性能和板與構(gòu)件螺栓連接性能等方面的試驗(yàn)和研究，為門式剛槊輕鋼結(jié)構(gòu)空間分析提供技術(shù)依據(jù)。（3）研究解決制作和安裝中的電腦放樣、切害I、焊接、除銹，潦漆蕁先進(jìn)工藝和設(shè)備。（4）進(jìn)行高強(qiáng)螺掛扳手和先進(jìn)的檢測設(shè)備的

11、開發(fā)。4、3材料與工藝 我國主要的輕鋼建筑用低合金鋼種在力學(xué)性能科研開發(fā)方面與西方各國采用的主要鋼種差別很小，但在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的熱軋H型和T型鋼的生產(chǎn)方面則落后于國外。4、4加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)人才培養(yǎng)由于受鋼產(chǎn)量及資金所限，我國長期實(shí)行的是限制建筑鋼結(jié)構(gòu)使用的政策，這造成了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人才缺乏、人員素質(zhì)偏低的現(xiàn)狀。一方面，我們應(yīng)對在校的結(jié)構(gòu)專業(yè)學(xué)生增加鋼結(jié)構(gòu)課時(shí)，使他們具有鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作、安裝的系統(tǒng)知識；另一方面，有關(guān)的高等院校、科研院所和鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)等，應(yīng)定期舉辦各種類型的短期培訓(xùn)班，對在職的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)人員進(jìn)行繼續(xù)教育。4、5類型和材料優(yōu)化這一方面的優(yōu)化通常采用定性的分析。首先分析結(jié)構(gòu)所應(yīng)具有的功

12、能，了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部的生產(chǎn)工藝及所需空間，根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能要求和客觀條件來進(jìn)行結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)所用材料的優(yōu)化，常以方案比較和擇優(yōu)的方法實(shí)現(xiàn)。4、6尺寸優(yōu)化在給定結(jié)構(gòu)的類型、材料、布局拓?fù)浜屯庑蔚那闆r下，優(yōu)化各個(gè)組成構(gòu)件的截面尺寸，使結(jié)構(gòu)最輕或最經(jīng)濟(jì)，通常稱為尺寸優(yōu)化。尺寸優(yōu)化中的設(shè)計(jì)變量可能是桿的橫截面積、慣性矩、板的厚度，或是復(fù)合材料的分層厚度和材料方向角度，用有限元計(jì)算結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力時(shí)，尺寸優(yōu)化過程不需要重新劃分網(wǎng)格，直接利用敏度分析和合適的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法就能完成尺寸優(yōu)化。4、7形狀優(yōu)化結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化也稱為結(jié)構(gòu)的幾何優(yōu)化，是在結(jié)構(gòu)類型、材料、布局已定的條件下，對結(jié)構(gòu)的幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化，這一類問題目前

13、正處于發(fā)展階段。4、8 拓?fù)鋬?yōu)化現(xiàn)在主要出現(xiàn)了兩種連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方法。一種是1988年Bendsoel j等提出的均勻化理論，即在設(shè)計(jì)區(qū)域劃分許多具有不同孔洞的微結(jié)構(gòu)對連續(xù)體進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。；另一種方法是1993年Xie等提出的進(jìn)化法，它基于很簡單的想法，即逐步刪去無效的材料單元，使剩余的結(jié)構(gòu)趨于優(yōu)化。5、 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景一種結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展應(yīng)用和前景出了與自身的特點(diǎn)有直接關(guān)系外，還受到建材的工業(yè)、制造、安裝及施工水平的影響，同時(shí)，也受國家或地區(qū)的產(chǎn)業(yè)政策和科技發(fā)展水平的制約。門式剛架結(jié)構(gòu)一方面要求能滿足承載要求，在外荷載作用下保證結(jié)構(gòu)安全、可靠，具有足夠的耐久性；另一方面，又必

14、須提供人類生產(chǎn)或生活的舒適環(huán)境。眾所周知，鋼材具有耐腐蝕性差、熱膨脹系數(shù)大和耐火性差等不利因素。我國幅員遼闊，地區(qū)氣候差異較大，有的地區(qū)日溫差也很大，或濕度較大，因此，要使門式剛架輕型結(jié)構(gòu)的應(yīng)用廣度加大必須克服上述不利條件。解決途：加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性研究，并開發(fā)出經(jīng)濟(jì)、實(shí)用且在結(jié)構(gòu)表面涂刷后美觀的反腐材料；對外墻和屋面圍護(hù)材料的研究，實(shí)用的圍護(hù)材料應(yīng)具有良好的保溫、隔熱性能，同時(shí)應(yīng)厚度小、重量輕，從目前看，在我國墻面與屋面保溫?zé)岵牧弦彩侵萍s輕鋼建筑發(fā)展的重要因素?？偨Y(jié)重視鋼結(jié)構(gòu)和擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)的使用范圍是鋼鐵工業(yè)發(fā)達(dá)國家的重要技術(shù)政策。我國鋼產(chǎn)量連續(xù)9年居世界首位，擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)的使用范圍，發(fā)展應(yīng)用廣

15、泛的輕型鋼結(jié)構(gòu)，可加快我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度，促進(jìn)建筑業(yè)的現(xiàn)代化，并為鋼材消費(fèi)提供了可觀的市場。當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)在全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展情況下既面臨機(jī)遇，又有嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。只有創(chuàng)新管理體制，加大鋼材市場的投資，培養(yǎng)專業(yè)人才。必定在不久的將來，輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的發(fā)展是可觀的。參考文獻(xiàn)【1】肖作國·壓型鋼板在屋面工程中應(yīng)用的問題與探討。建筑結(jié)構(gòu)，1999(1)：26【2】劉承宗·輕鋼建筑彩涂鋼板選用技術(shù)問題探討。建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展。2000(2)：6【3】習(xí)守中、華愛軍、郭愛香·某些地震學(xué)預(yù)報(bào)方法的分類及初步優(yōu)選。內(nèi)陸地震，2000，14(1)：1523【4】林明旭·輕型鋼結(jié)構(gòu)的

16、特點(diǎn)及其在工程上的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)，2000，(3)：38-40【5】劉學(xué)利·鋼結(jié)構(gòu)住宅應(yīng)用可行性分析。住宅科技，2000，（7）：2833【6】南土吉·淺析我國鋼結(jié)構(gòu)體系住宅。山西建筑，2002，（10）：10-11【7】裴紅梅·談輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用J。山西建筑，2004(18)：6162【8】侯宇穎、張莉·輕鋼住宅結(jié)構(gòu)體系及其運(yùn)用J。山西建筑，2004(24)：29、30【9】王元清、石永久等·現(xiàn)代輕鋼結(jié)構(gòu)建筑及其在我國的應(yīng)用。建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2002(1)：28【10】黃真、俞紅、李木謙·大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)分析。鋼結(jié)構(gòu)，2000(1)：l4l6【11】Bendsoe M P，Ikuchi N K.Generating Optimal Topologies InstructuraI Design Using a Homogenization Method.Comput.App1MechEngrg。198871：197224【12】丁龍章、陳水福。門架鋼結(jié)構(gòu)實(shí)用優(yōu)化