某鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計開題報告

、前言部分（說明寫作的目的，介紹有關(guān)概念、綜述范圍，扼要說明有關(guān)主題的或爭論焦點）1、 刖言隨著我國鋼材產(chǎn)量的逐年增加和高強度、高性能建筑結(jié)構(gòu)用鋼的大量生產(chǎn)，我國已進入了大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑的新時期。目前，普通鋼結(jié)構(gòu)建筑的受力性能分析和設(shè)計方法已比較成熟，輕型鋼結(jié)構(gòu)和普通鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)也處于進一步開發(fā)和完善階段。近年來，輕鋼建筑以其商品化程度高、施工速度快、使用效果好、應(yīng)用面廣、造價低等優(yōu)勢獲得了迅猛發(fā)展。全國每年約有200萬平方米輕鋼建筑竣工。在此背景下，國外輕鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠商也紛紛在我國設(shè)分公司、制造廠，獲得了很大的銷售量。而其中輕型門式剛架的設(shè)計建造就大力推動了輕鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展［1］。2、 相關(guān)概念及綜述范圍2.1概念：單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)是指以輕型焊接H形鋼（等截面或變截面）、熱軋H形鋼（等截面）或冷彎薄壁型鋼等構(gòu)成的實腹式門式剛架或格構(gòu)式門式剛架作為主要承重骨架，用冷彎薄壁型鋼（槽形、Z形等）做檁條、墻梁；以壓型金屬板（壓型鋼板、壓型鋁板）做屋面、墻面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、巖棉、礦棉、玻璃棉等作為保溫隔熱材料并適當(dāng)設(shè)置支撐的一種輕型房屋結(jié)構(gòu)體系［2］。2.2綜述范圍2.2.1門式剛架國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢。門式剛架在國內(nèi)發(fā)展還是剛剛開始，跟國外比起來還是有差距的。比如同等條件下建造門式剛架廠房的用鋼量要多于國外的，我國的熱軋H型和T型鋼的生產(chǎn)方面落后國外，同時在耐候鋼和彩鋼的開發(fā)方面也落后于國外。所以要使門式剛架更好的發(fā)展，還要做很多工作。2.2.2門式剛架選用鋼材截面的比較。門式剛架有兩個基本構(gòu)件一一斜梁和柱常采用實腹的H型截面。它和一般的工字型截面相比存在更多的優(yōu)點。2.2.3門式剛架經(jīng)濟優(yōu)化設(shè)計。我國的很多門式剛架廠房用鋼量比國外的高，由于設(shè)計規(guī)范與國外不盡相同，使得我們設(shè)計時不能照搬國外的設(shè)計軟件。因此，采用恰當(dāng)?shù)?、簡便易行的?yōu)化設(shè)計方法，編制相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，降低我國的門式剛架生產(chǎn)成本，應(yīng)當(dāng)是當(dāng)前研究的主要課題。在屋頂設(shè)計中，若存在多重荷載組合，可有最佳塑性設(shè)計［3］。3、 焦點問題國內(nèi)的設(shè)計規(guī)范需要完善，結(jié)構(gòu)計算理論研究也需提高。在設(shè)計中存在一些需要解決的問題。如：鋼材的選用；經(jīng)濟性；柱腳連接方式選擇；加勁肋的設(shè)置；抗風(fēng)柱；屋面體系和圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計等問題。二、主題部分（闡明有關(guān)主題的歷史背景、現(xiàn)狀和發(fā)展方向，以及對這些問題的評述）1、歷史1.1門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系開始于美國。由于門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)具有許多其他結(jié)構(gòu)不具有的優(yōu)點，同時經(jīng)濟效益好，使其得到了廣泛的應(yīng)用。在初期，這種結(jié)構(gòu)被用于庫房等簡易房屋。20世紀(jì)60年代在國外由于各種彩色鋼板和H型鋼和冷彎型鋼的出現(xiàn)推動了門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展［4］。1.2輕型門式剛架結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用大約始于20世紀(jì)80年代初期［5］。近十多年來，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》(CECS102:98)的頒布實施，輕型門式剛架結(jié)構(gòu)得到迅速的發(fā)展［6］。目前國內(nèi)每年有上千萬平方米的輕鋼建筑工程，主要用于輕型的廠房、倉庫、體育館、展覽廳及活動房屋、加層建筑等。2、現(xiàn)狀2.1國外的門式剛架體系已經(jīng)進入了設(shè)計、分析、出圖程序化(如大型通用化設(shè)計軟件包LosekeBuildingSystemSoftware)、構(gòu)件加工、安裝施工、經(jīng)營管理一體化流程的時代。同時在建造方面也發(fā)生了變化。業(yè)主不是帶圖紙委托加工，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)定時間內(nèi)按業(yè)主要求按質(zhì)建成并交付使用。而且很多公司都有自己的系列，以商品的形式交付使用。門式剛架鋼結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)普及到了各個領(lǐng)域內(nèi)。日本工程界目前正就主剛架在地震力作用時保有水平耐力(即構(gòu)件達到塑性階段時的承載力)所需的Ds值的取法(Ds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、高強度螺栓在橢圓孔處的受力狀態(tài)等幾個方面進行研究［7］。2.2現(xiàn)今我國已建成的門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)房屋已達800多萬m2,而且以每年約100萬m2的速度增加。這是個前所未有的大好機遇，必將帶動建筑業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，促進建筑結(jié)構(gòu)向輕型化、系列化發(fā)展［8］。目前國內(nèi)門式剛架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究領(lǐng)域取得了較好的成績。研究了門式剛架工業(yè)廠房最優(yōu)柱距的問題，有了詳細的數(shù)據(jù)［9］。在優(yōu)化算法和敏度分析的研究上也已經(jīng)取得了顯著的成果。我國學(xué)者采用漸近滿應(yīng)力法，研究開發(fā)了門式剛架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計軟件SOA。采用GIG(GeneralInteractiveGradient)一般梯度法，研究了門式剛架在荷載作用下的優(yōu)化，與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，取得了較好的效果［10］。采用離散復(fù)合形優(yōu)化方法，依據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS102:98)，建立了門式剛架輕型結(jié)構(gòu)離散變量優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，在3D3S(V3.0)軟件的基礎(chǔ)上編制了門式剛架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序。使用遺傳算法，對門式剛架進行了包括離散和連續(xù)變量的截面、形狀混合優(yōu)化的研究，并與PFCAD系統(tǒng)相結(jié)合，形成了一個完整的門式剛架輕型房屋設(shè)計與優(yōu)化系統(tǒng)［11］。同時國內(nèi)的設(shè)計軟件開發(fā)也大大提高，逐漸普及自行開發(fā)的設(shè)計軟件。如我國自行開發(fā)的門式剛架輕型房屋設(shè)計系統(tǒng)PFCAD、PKPM及同濟大學(xué)開發(fā)的3D3S等軟件［12］。3、 發(fā)展方向目前在門式剛架的設(shè)計中對結(jié)構(gòu)布局和節(jié)點連接關(guān)系進行優(yōu)化設(shè)計比較困難，還沒有成熟的方法和理論。在這一方面進行相關(guān)的優(yōu)化是輕型門式剛架設(shè)計的發(fā)展趨勢［13］。在教育方面，隨著工程實踐的不斷深入，對于單層輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)計算理論將進一步得到完善，相關(guān)規(guī)范規(guī)程也將更加的完善［14］。在門式剛架快速發(fā)展的同時，新的結(jié)構(gòu)形式也會出現(xiàn)。門式拱架是在門式剛架在基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。與門式剛架相比較，門式拱架又具有受力合理，用鋼量低的優(yōu)點；同時，弧形大梁為建筑物的造型提供了更加豐富的變化［15］。同時由冷彎薄壁型鋼和薄壁鋼管與混凝土組合而成的新型結(jié)構(gòu)體系既輕鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)也將在普通輕型鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上得到進一步的發(fā)展，其具有輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，同時由于混凝土的存在而提高了結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，并增強了結(jié)構(gòu)的防火性能［16］。4、 評述門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)體系發(fā)展很快，應(yīng)用廣泛，其技術(shù)水平也逐步成熟完善。但我們還應(yīng)該看到其中的不足。很多設(shè)計還不完善，很多設(shè)計不夠經(jīng)濟，同時施工技術(shù)水平落后，近年來一些廠房在施工過程中發(fā)生倒塌的事便并不少見，強風(fēng)造成沿海地區(qū)廠房坍塌，屋面掀翻，墻面吹飛，大面積漏水的例子也不少。因此，在設(shè)計中應(yīng)當(dāng)要考慮國情，考慮經(jīng)濟因素和自然因素等綜合因素，引進國外先進施工技術(shù)和管理水平，發(fā)展符合國情的輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計施工理論研究和實踐探索。三、總結(jié)部分（將全文主題進行扼要總結(jié)，提出自己的見解并對進一步的發(fā)展方向做出預(yù)測）綜上所述，輕鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計，不僅要熟悉結(jié)構(gòu)概念、設(shè)計規(guī)范，嚴(yán)格按規(guī)范設(shè)計，運用扎實的力學(xué)知識，理順設(shè)計思路，從建筑材料的選擇、柱網(wǎng)尺寸的選擇、結(jié)構(gòu)平面的布置到剛架的受力分析、主體構(gòu)件設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)、支撐、柱腳設(shè)計等，每一個細節(jié)均需重視。門式剛架的設(shè)計要注意對規(guī)程的應(yīng)用，各種設(shè)計中存在的問題要注意根據(jù)設(shè)計實際需要很好的解決。如柱腳連接方式選擇；加勁肋的設(shè)置；抗風(fēng)柱設(shè)計；屋面體系和圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計等問題，是實際設(shè)計中遇到的主要問題，要根據(jù)經(jīng)濟性，安全性，美觀性進行綜合考慮。規(guī)范的進一步完善，工程實踐的進一步深入都是輕鋼結(jié)構(gòu)廠房未來的發(fā)展方向。同時輕鋼■混凝土組合結(jié)構(gòu)的理論開發(fā)和實踐嘗試也是未來發(fā)展的重要方向之一。四、參考文獻（根據(jù)文中參閱和引用的先后次序按序編排）賈德成.門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房基礎(chǔ)設(shè)計與研究[J].遼寧師專學(xué)報.2006，8（1）:54-55⑵CESCS102:2002，《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[S].北京：中國計劃出版社，2003E.J.O’Brien,A.S.Dixon.OptimalPlasticDesignofPitchedRoofFramesforMultipleLoading[J].Computers&StructuresVol64,No.1-41997.P.737-740夏志斌等.《鋼結(jié)構(gòu)-原理與設(shè)計》[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004年7月:469-471弓曉蕓.輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用及發(fā)展[J].工業(yè)建筑，2002,30（4）李一凡，劉福勝，孫勇.門式剛架輕型結(jié)構(gòu)房屋的發(fā)展現(xiàn)狀[J].鋼結(jié)構(gòu).2006,21（2）:2-4何文波，揚洪杰，常虹.單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點[J].鋼結(jié)構(gòu).2005,33（5）:24-25苑輝.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國計劃出版社，2006年8月：253-265GB50017-2003，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[S].北京：中國計劃出版社，2003韓久遠，袁旭東.門