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關鍵詞：高層鋼結構設計
中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：
前言
鋼結構是現代建築工程中較普通的結構形式之一，從鋼結構的使用範圍上看，鋼結構在各項工程建設中的應用極為廣泛，尤其是在高層建築中發揮着、重要的作用。對高層建築而言，以鋼材製作為主的結構是高層建築的重要組成部分。伴隨着人們生活水平的提高，高層鋼結構越來越廣泛的出現在城市建築羣中，人們對高層建築鋼結構的要求也隨之提高。如何進行高層鋼結構設計是當前高層鋼結構設計關注的焦點。因此，研究優化高層鋼結構設計的策略具有十分重要的現實意義。鑑於此，筆者對高層鋼結構設計進行了相關思考。
一、鋼結構在建築應用中的優點
在高層建築中，鋼結構設計作為其中的一個關鍵環節，是保證工程質量的重要因素。鋼結構在建築應用中具有諸多優點，下文將從鋼結構自重較輕和鋼結構可靠性高兩個方面進行闡述。
1.鋼結構自重較輕
自重較輕是鋼結構的優點之一。在高層建築工程的應用中，鋼結構自重較輕，可以減輕建築物約30%的重量，在現代建築工程中鋼結構被廣泛使用。對高層建築而言，在地質承載力低的地方和地震烈度較高的地方，鋼結構利用其自重較輕的優勢所產生的綜合效益，往往優於一般住宅建築體系。另外，鋼結構由於自重較輕的特點，還可以準確快速地裝配，便於施工和安裝，在工程中，容易做成密封結構。
鋼結構可靠性高
鋼結構在建築應用中的優點還表現在鋼結構的可靠性較高方面。具體説來，在建築工程中運用鋼結構佈置靈活，可使房型多樣；可以工廠化生產，施工週期大大縮短；與此同時，還具有隔聲和保温的效果。在佈置靈活方面，鋼結構開間大，具有充分的靈活性、可改性和安全性，有利於滿足現代人的居住需要，適應現代住宅的市場需求。在可以工廠化生產方面，更易實現工業化、定型化、批量化生產，提高勞動生產率。在縮短施工週期方面，鋼結構建築施工週期比混凝土建築施工週期可縮短一半。在隔聲方面，輕鋼結構在內外牆及樓蓋擱柵間填充玻璃棉，有效阻止了傳播的音頻部分。在保温方面，在建築物的外牆和屋面中使用的保温隔熱材料能長期使用並能保温隔熱。因此，不難看出，鋼結構的可靠性較高。
二、高層鋼結構設計的要點分析
高層鋼結構設計，要重點把握好四個關鍵點，即結構佈置、構件設計、節點設計和圖紙編制。其具體內容如下：
1.結構佈置
高層鋼結構一般是指六層以上(或30m以上) 的結構體系，結構佈置是高層鋼結構設計的關鍵。在整個鋼結構設計中，採用型鋼、鋼板連接或焊接成構件，再經連接、焊接，完成整個高層鋼結構體系建設，如果沒有結構的造型與設計，難以作出理性和精確的分析。在高層鋼結構設計中，結構佈置的設計應根據整體結構體系與分體系之間的力學關係和機理，綜合分析結構的重要性、荷載特徵、結構形式、應力狀態、連接方法、鋼材厚度和工作環境等因素，最終獲得合理的設計思想。另外，在進行結構選型時，要均勻控制好柱間的支撐力，對結構的扭轉力進行分析，形心要靠近側向力，同時，設置多道防線，如對於有支撐框架的結構來講，可以通過對荷載傳遞方向的調整，合理佈置平面次樑。
構件設計
構件設計也是高層鋼結構設計的重要環節。高層鋼結構在構件設計時，一定要注意材料的選擇。鋼結構的材料選用，最為主要的一點就是保證承重結構的承載能力，防止在一定條件下出現脆性（失穩）破壞。通常比較常用的材料有Q235B、Q345等。在進行構件連接時，要保證軸心受拉構件的剛度。具體方法就是構件的截面要儘量展開，使其在兩個主軸方向具有較大的回轉半徑，以減少高層鋼結構建設的工作量，提高構件設計的精度。
節點設計
節點設計在高層鋼結構設計中也至關重要。在高層鋼結構工程建設中，節點非常複雜，甚至圖紙都無法表達清楚，為此，就必須要結合有限元計算對節點做法進行驗算複核。由於構造間隙及製造誤差會導致連接後連接板有微小轉動，進而導致次樑頂標高比設計標高下降一定數值，致使主次樑頂標高不在一個平面上，為了避免這一情況的出現，還需要在節點螺栓尚需承受時，採用雙排螺栓所產生的一對力偶引起的彎矩，最終控制旋轉中心和製造精度。
圖紙編制
圖紙編制在高層鋼結構設計中的作用也不容忽視。在高層鋼結構設計中，對於圖紙的編制，一定要採用合理的鋼結構製作技術，並立足於實際情況，結合工程需求，以施工圖為參照標準，進行圖紙深化，要做好細部設計工作，其中，對於細部設計中，主要要控制好桁架的整體穩定性。另外，還要利用PKPM設計軟化，規範設計流程，確定鋼結構的跨度、柱距、建模，並且要以根據荷載規範加載、計算，最終繪製出施工圖。
三、優化高層鋼結構設計的策略
隨着高層鋼結構近年來在我國越來越廣泛的重視和開發，傳統建築格局被 鋼結構 建築取代已經成為主流， 優化高層鋼結構設計的策略，可以從以下幾個方面入手，下文將逐一進行分析。
1.合理控制設計參數
合理控制設計參數是優化高層鋼結構設計的有效途徑之一。在高層鋼結構設計中，合理控制設計參數，也就是説一定要控制好強度、平面內、外的穩定性，與此同時，高層鋼結構設計的參數還包括牆檁條、屋檁條、水平支撐、柱間支撐等等，一定要按照設計規範，進行全面的分析和計算。
把握結構設計重點
把握結構設計的重點也是高層鋼結構的重要環節。在高層鋼結構設計中，把握鋼結構設計的重點，可以從兩個方面入手，一方面是結構的穩定性，包括結構整體穩定，構件整體穩定和局部穩定，主要是支撐的設置和構造的設計；另一方面是連接的做法，主要是焊縫、螺栓的選擇和節點構造措施。
熟練掌握相關規範
熟練掌握相關規範也有利於優化高層鋼結構設計。在高層鋼結構設計中，設計人員要對相關規範熟練掌握，如鋼結構設計規範、高層民用鋼結構設計規範、門式剛架輕型鋼結構設計規範等等，在實際工作中，則要加強高層鋼結構設計的相關規範運用。另外，還要加強對一些高層鋼結構節點構造圖集和門剛圖集的瞭解，保證施工設計圖的可行性和科學性。
結語
總之，高層鋼結構設計是一項綜合的系統工程，具有長期性和複雜性。在高層鋼結構設計的過程中，應瞭解鋼結構在建築應用中的優點，把握高層鋼結構設計的要點，合理控制參數設計、把握結構設計重點，熟練掌握相關規範，不斷探索優化高層鋼結構設計的策略，只有這樣，才能不斷提高高層鋼結構設計的水平，促進高層鋼結構在建築應用中更好地發展。
參考文獻：
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關鍵詞：預應力，外包鋼，組合樑，抗彎承載力
中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：
引言
預應力外包U型鋼混凝土組合樑結構體系是通過薄鋼板直接冷彎或用冷彎薄壁型鋼焊接成U型截面，然後截面內部填充混凝土作為T行樑的肋部，翼緣為現澆混凝土板，使用後張法施工在受拉區施加預應力，使構件起拱以滿足控制裂縫寬度和滿足更大跨度的要求。外包鋼與內部混凝土變形協調，共同受力。這種結構克服了鋼筋混凝土抗拉強度低的弱點，提高了鋼材的屈曲承載力，改善了結構的延性，使其整體穩定性優於鋼結構和型鋼混凝土組合結構；另外U型鋼部件可以作為組合樑的永久性模板，施工方便。目前，針對預應力外包鋼混凝土組合樑的研究已經得到國內外工程界的廣泛關注，本文在此情形下建立了預應力外包U型鋼混凝土組合樑正截面受彎承載力的計算公式，具有現實意義。
計算的基本假定
根據《鋼結構設計規範》和《混凝土結構設計規範》的有關規定，現對預應力外包U型鋼混凝土組合樑正截面抗彎承載力計算假定如下：
（一）、平截面假定。彎曲過程中樑的截面仍保持為平面並且與變形後的樑軸垂直。橫向剪應變為0，橫向纖維無擠壓，樑軸無水平方向伸縮。
（二）、計算中的混凝土壓應力取等效矩形應力，並且不考慮混凝土抗拉強度。
（三）、在混凝土翼緣板的有效寬度範圍內，外包U型鋼與混凝土之間有可靠的抗滑移措施，在這一寬度內，認為混凝土與外包鋼可以形成組合截面共同工作。
（四）、組合樑在彎矩作用下由於外包鋼內填充了混凝土而不易發生鋼樑的局部破壞和側向屈曲。
三、極限抗彎承載力的計算
基於以上假定，根據構件截面中和軸位置的不同，討論組合樑正截面受彎承載力。
（一）、塑性中和軸在混凝土翼緣板內
圖1 彎矩作用下組合樑正截面應力形式（1）
此時滿足條件：
其中：——受壓鋼筋屈服強度
——預應力鋼筋抗拉強度設計值
——分別為翼緣與腹板鋼材的屈服強度，底版鋼材的屈服強度
——混凝土軸心抗壓強度
——混凝土等效矩形應力系數。當混凝土強度等級不超過C50時，分別取1.0和0.8。
——受壓鋼筋面積
——預應力鋼筋面積
——分別為外包鋼腹板、底板、翼緣板的面積
由力的平衡條件：
此時，混凝土受壓區高度為：
對中和軸取矩得到預應力組合樑的極限受彎承載力：
其中：——組合樑極限受彎承載力
——外包U型鋼底板厚度
（二）、塑性中和軸在外包U型鋼腹板內
圖2 彎矩作用下組合樑正截面應力形式（2）
此時滿足條件：
由力的平衡條件：
此時，混凝土受壓區高度為：
對中和軸取矩得到預應力組合樑的極限受彎承載力：
其中：——受拉區預應力鋼筋至受拉邊緣的距離
結論
根據以往對樑的實驗和理論分析來看，樑的破壞形態有三種：正截面受彎破壞；斜截面受剪破壞；組合樑混凝土翼緣板與鋼腹板交界處縱向滑移破壞。在滿足抗剪滑移的前提下，本文根據鋼結構設計規範和混凝土結構設計規範的要求推導出的公式是合理的。
參考文獻
GB50010-2002 混凝土結構設計規範【S】.北京：中國建築工業出版社，2002
GB20017-2002 鋼結構設計規範【S】.北京：中國建築工業出版社，2003
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劉闖，王旭東。預應力外包剛混凝土矩形樑抗彎承載力計算公式【J】.遼寧省交通高等專科學校學報，2007
關鍵詞：鋼結構；廠房設計；剛架計算
中圖分類號：TU391文獻標識碼： A
一、鋼結構體系
該工程所在地為非採暖地區，按照《鋼結構設計規範》表 8.1.5，廠房縱向温度區段長度控制值為220 m,橫向温度區段長度控制值為 120 m(柱頂為剛接)。廠房縱向長度為 300 m，需在中部設一道温度縫，橫向寬度為180 m，其中低跨部分 120 m,高跨部分 60 m。 考慮到高低跨對温度應力的釋放作用，且低跨 120 m 未超長，故僅構造上加強，不設温度縫。加強做法如下：（1）對邊柱的應力進行適當控制，使其上階柱(型鋼柱)應力比不大於 0.9；（2）樑節點設計時，軸拉力設計值增大 10%，以加強屋面樑連接節點。廠房屋蓋在兩端及 1/3 温度區段處佈置橫向水平支撐及柱間支撐，縱向則隔跨佈置縱向水平支撐，高跨和低跨按各自的標高與橫向水平支撐組成相對獨立的封閉支撐體系。
二、鋼管混凝土格構柱的選用
2.1 鋼管混凝土柱的特點
由於鋼管對其內部混凝土的約束作用，在軸壓力作用下，鋼管混凝土柱內部混凝土處於三向受壓狀態， 不但提高了鋼管混凝土柱的抗壓承載力，具有較好的塑性變形能力，而且在承受衝擊荷載和振動荷載時，也具有很好的韌性。與普通鋼柱相比，鋼管柱柱腳零件少，焊縫短，可以直接插入混凝土基礎的預留杯口中，免去了複雜的柱腳構造，但是鋼管內部特別是節點處混凝土的密實性比較難以控制。從觀感上看，鋼管混凝土格構柱比型鋼格構柱更美觀。
2.2 經濟性比較
該工程初設時，對鋼管混凝土格構柱和型鋼格構柱的經濟性作了比較，在不同柱距下的材料用量詳見表 1 從不同柱距的結果來看，當柱距增大時，主體用鋼量先降低再增長，而吊車樑用鋼量保持上升趨勢，且幅度較大，導致總用鋼量先緩慢降低再迅速增長，管樁的用量則由於柱子數量的顯著減少而降低；從不同材料來看，鋼管混凝土柱的抗壓性能比較好，隨着柱距增大，其性能優勢漸漸得到發揮，其經濟性也逐漸得到體現。
注：此用鋼量僅為估算
由於該工程低跨部分吊車噸位較小，從整體考慮，鋼管混凝土柱的經濟性優勢並不顯著，但考慮到美觀及施工等原因，結合上部用鋼量和基礎造價進行比較，最終選用柱距為 9 m 的鋼管混凝土格構柱。
三、剛架構造要求及依據
3.1 型鋼柱、樑板件寬厚比控制
抗規 條規定：輕屋蓋廠房，塑性耗能區板件寬厚比限值可根據其承載力的高低按性能目標確定。 塑性耗能區外的板件寬厚比限制，可採用現行《鋼結構設計規範》彈性設計階段的板件寬厚比限值（注：腹板的寬厚比可通過設置縱向加勁肋減小）。抗規 條文説明規定：C 類定義：當構件的強度和穩定的承載力均滿足高承載力（2 倍多遇地震作用下的要求）時，可採用現行《鋼結構設計規範》彈性設計階段的板件寬厚比限值，即 C 類。C 類寬厚比要求：C 類是指現行《鋼結構設計規範》GB 50017 按彈性準則設計時腹板不發生局部屈曲的情況。從以上條文可知，該工程可以按照 C 類截面要求進行性能化設計， 其中耗能區段可以參照抗規9.2.11 條文説明對剛架樑端最大應力區的規定，取距樑端 1/10 樑淨跨和 1.5 倍樑高中的較大值。
3.2 鋼管混凝土格構柱設計
目前，有關鋼管混凝土格構柱設計的主要參考規範為：①《鋼結構設計規範》（GB 50017-2003）、②《 鋼 管 混 凝 土 結 構 設 計 與 施 工 規 程 》 （CECS 28:2012）、③ 《 鋼―混凝土組合結 構設計規程 》 （DL/T5085-1999），其中《鋼結構設計規範》僅對鋼管結構的構造與鋼管杆件的計算提出了要求（格構柱綴件構造與計算）。
（1）材料要求
該工程採用的是螺旋焊接管， 螺旋焊接管常用規格如下：D219×6~8，D273×6~8，D325×6~8，D377×6 ~10，D426 ×6 ~10，D478 ×6 ~10，D529 ×6 ~10，D630×6~10,D720×6~12 等。在材料上規範③的 6.2.4 條明確提出，鋼管內混凝土的強度等級不宜低於 C30，可參照下列材料組合：Q235 鋼 配 C30 或 C40 級 混 凝 土 ；Q345 鋼 配C40、C50 或 C60 級 混凝土 ；Q390 配 C50 或 C60 級以上的混凝土。 同時，構件截面的套箍係數標準值不宜小於 0.5。
（2）鋼管構造
1）在外徑與壁厚之比 d/t 及壁厚等構造上，各本規範有不同的規定： 規範①規定 d/t 不應超過 100（235/fy）；規範②規定 d/t 限制在（20~135）235/fy 之間，且外徑不宜小於 200 mm，壁厚不宜小於 4 mm；規範③規定 d/t 限制在 20~100（注意無強度調整，即含鋼率控制在 0.2~0.04）之間，且外徑不宜小於 100mm，壁厚不宜小於 4 mm。 該工程設計時結合三者，控制 d/t 不應超過 100（235/fy），且主管(帶混凝土)壁厚不小於 4 mm。2）規範③6.4.10 條規定了格構式柱腹杆的形式及構造，本工程所採用的是斜腹杆格構式柱，主要要求如下：①斜腹杆與柱肢軸線間夾角宜為 40~60 度；②杆件軸線宜交於節點中心；腹杆軸線交點與柱肢軸線距離不宜大於 d/4,當大於 d/4 時，應考慮其偏心影響；③腹杆端部淨距不小於 50 mm。
3.3 其他構造要求
（1）分離式柱子
當吊車噸位在75t及75t以上時，不適合採用牛腿來支承吊車樑，宜在下層吊車樑下設單獨的吊車肢。
（2） 鋼吊車樑的材質要求
《鋼結構設計規範》3.3.4 條規定吊車起重量不小於50t的中級工作制吊車樑，對鋼材衝擊韌性的要求應與需要驗算疲勞的構件相同。
3.4 工程採用的剛架及部分節點大樣
（1）考慮到荷載較小，該工程採用雙肢格構柱，鋼管柱材質為 Q345B,鋼管柱綴條採用 Q235B,鋼管柱柱肢內均澆灌微膨脹 C40 混凝土
（2）施工方法採用泵送頂升澆灌法，在鋼管接近地面的適當位置設灌注孔，鋼管內混凝土必須一次性連續澆灌完畢，一定要保證密實，待混凝土強度達到設計要求後，再將灌注孔、排氣孔等補強補焊。
（3）考慮到結構經濟性及施工便利性，鋼管柱採用插入式柱腳與杯口基礎連接。
四、剛架計算
（1）柱頂位移要求《鋼結構設計規範 》附錄 A.2.1“在 風荷載標準值作用下，框架柱頂水平位移和層間位移不宜超過下列數值： 有橋式吊車的單層框架的柱頂位移≤H/400”。
（2）行車水平荷載作用下的側向位移
《鋼結構設計規範》 沒有關於中級工作制行車鋼結構廠房的在行車水平荷載作用下側向位移的限值要求，根據經驗，在滿足行車正常運行的前提下，按平面結構圖形計算，吊車樑頂面標高處，由一台最大吊車水平荷載（按荷載規範）所產生的計算變形值，不宜超過下述容許值：100 t 行車 1/850150 t 及以上 1/1 250
（3）撓度要求屋面樑撓度限值取 1/250， 主要考慮重型吊車的原因，對屋面的剛度做適當加強。
（4）長細比要求構件長細比按照《鋼結構設計規範》表 5.3.8 及表 5.3.9 要求，其中重型吊車以下柱間支撐的長細比按拉桿計算，且不考慮壓桿的卸載作用。
（5）該工程剛架計算
採用 PKPM 軟件進行剛架計算時，需注意圖中所示的應力比為構件考慮長細比影響的整體承載力折減係數，及偏心影響的整體承載力折減係數後，其作用軸力與整體承載力的比值。 在此比值滿足要求的同時，尚應確認單管作用力與承載力的比值滿足要求，易出現整體計算滿足要求而單管軸壓比超出的情況。
參考文獻：
[1] GB 50017-2003,鋼結構設計規範
[2] GB 50011-2010,建築抗震設計規範
【關鍵詞】公路 鐵路 房建行業 鋼結構設計
我國建築行業的快速發展，對建設施工標準提出了更高的要求。在我國的建築領域，關於鋼結構設計和鋼材料的規範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。為了使建築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範進行了比較分析，希望對相關研究領域提供幫助。
1 建築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採用Q345鋼，無論哪種型號的鋼材，都要滿足公路橋樑設計施工標準。由於普通碳素結構鋼也比較適用於橋樑結構設計，因而也可以在建設施工中採用該型號的鋼材；《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，在鐵路橋樑的輔助結構或者是在橋樑的連接處，則需要使用Q235―B或Q（z）345c鋼；而房建行業對於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。從我國當前建築行業的運行與發展情況來看，公路橋樑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，橋樑承受的重量多為動力載荷或者是衝擊載荷。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於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，我國公路橋樑設計施工中，主要借鑑國外先進的施工經驗，在施工中主要採用容許應力法。而且直到現在，我國鐵路建設施工中，還依然採用容許應力法進行設計。
發展到80年代以後，我國在建築施工中開始逐漸使用極限狀態法，並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。儘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於保守。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，並依託塑性理論，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
公路橋樑、鐵路橋樑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係數、結構重要性係數以及可變荷載組合係數的一個組合值。在房屋鋼結設計中，設計使用年限主要是由γ0（結構重要性係數）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值可以小於1.1。一般情況下，公路、鐵路建設的使用設計年限都不小於100年，而房屋鋼結構設計的安全等級也都為1級，因而γ0值都不能小於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，房屋建設設計規範雖然與公路、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係數γx與γy。而在公路和鐵路橋樑設計中，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，並可以發現，在計算公式中並沒有能夠反映出材料塑性的相關參數。在《鋼規》中，需要利用淨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，整體穩定係數φ都小於1.0，並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，並設置加勁肋，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藉容許應力折減係數的方法來進行控制，在計算局部穩定性時，採用的方法與《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範進行了比較分析，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，促進我國建築行業的發展。
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關鍵詞：門式剛架輕型鋼結構廠房設計
引言
伴隨着我國輕重工業的快速發展，鋼結構房屋特別是門式剛架輕型鋼結構廠房以其自重輕、抗震性能好、施工進度快在輕重工業廠區應用最為廣泛。
門式剛架輕型鋼結構廠房依據《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》CECS 102:2002(以下簡稱《門規》)主要是指單跨或多跨，具有輕質屋蓋、輕質外牆或磚砌外牆，無橋式吊車或起重量小於等於20t的A1~A5工作級別的橋式吊車、不大於3t懸掛式起重機的單層鋼結構廠房。
門式剛架輕型鋼結構廠房設計過程
依據筆者設計經驗，門式剛架輕型鋼結構廠房設計過程如下：
依據工藝等專業提資條件和天車條件確定廠房跨度，跨度尺寸儘量符合建築模數，有時由於場地等因素的限制，不能按照以上模數取值，輕鋼廠房也是完全可以做到的；柱距尺寸儘量符合建築模數，有時因其它因素也可以靈活佈置；按有無天車條件及廠房內部淨空的要求來確定廠房的檐口高度；按照當地的降雨情況等因素確定廠房屋面的坡度，一般取值1/8~1/20；還有根據地域或工藝等專業要求確定屋面、牆面的維護材料。
設計荷載的取值：
（1）、屋面荷載依據維護材料、當地的氣候條件、屋面的積灰情況等確定屋面恆活荷載的取值。一般彩鋼板維護時取恆荷載標準值為：0.3kN/m2，活荷載標準值按《門規》可取0.5kN/m2，當受荷水平投影面積大於60m2時，屋面均布活荷載標準值可取為0.3 kN/m2；當廠房是多跨或高低跨計算雪荷載時，應按《建築結構荷載規範》6.2章節選取積雪分佈係數；當積灰荷載、屋面活荷載、雪荷載同時存在時應按照《建築結構荷載規範》4.4.3條和《門規》3.2.5條合理取值；
（2）、吊車荷載，對有吊車的輕鋼廠房應計算作用在排架牛腿上的豎向荷載和橫向水平荷載，此荷載可按照《建築結構荷載規範》第5章節計算。
（3）、風荷載，主要是風荷載標準值、風荷載體型係數、風壓高度變化係數的取值。此荷載可按照《建築結構荷載規範》和《門規》相關章節進行取值。
（4）其它荷載，依據筆者的設計經驗主要有屋面樑懸掛吊車荷載，屋面樑通風天窗荷載、柱側管道支架荷載等荷載。屋面樑懸掛吊車荷載可分恆、活荷載加載在懸掛吊車作用屋面樑處；屋面樑通風天窗荷載可分恆、活、鳳荷載作用於天窗與屋面樑節點處；柱側管道支架荷載可分恆、活荷載作用在柱側支架與柱節點處。
3、剛架構件的設計：
（1）依據《門規》4.1.4條廠房柱腳可設計為鉸接或剛接。柱腳鉸接時柱依據結構的受力情況可設計為變截面柱，變截面柱使柱外側平齊，柱的定位軸線可按柱下端（較小端）中心；柱腳剛接時應將柱做成等截面柱，柱的定位軸線應根據上柱的高度、吊車邊緣到上柱內邊緣的距離確定，此時軸線會不在柱截面中心線處。
（2）構件材料的選擇。，經常選擇的是Q235和Q345.。當穩定控制時，宜使用Q235；強度起控制作用時，可選擇Q345。依據《鋼結構設計規範》3.3章節，對選用Q235鋼，有些部位不能應用沸騰鋼，對於需要驗算疲勞的焊接構件應依據當地的氣候條件適當選取B、C、D類鋼材。
（3）柱截面按長細比估算。 通常按50＜λ＜150, 一般取值在80左右。柱與樑設計為剛接，樑的截面可依據受力包羅圖分段設計，當為單跨且中間無柱時，一般依據跨度按0.25~0.50~0.25來對稱劃分截面，將兩端0.25部分取變截面，中間0.50部分取等截面，這樣設計可以充分發揮樑截面的受力性能，減少鋼材用量，降低工程造價；樑截面高度一般在跨度的1/20~1/50之間選擇，翼緣寬度根據樑間側向支撐的間距按l/b限值確定時，可避免鋼樑的整體穩定的複雜計算，這種設計方法較簡單，確定了截面高度和翼緣寬度後，其板件厚度可按規範中局部穩定的構造規定估算；樑截面選取時儘量做到“高腹薄壁”；有時為加快工程進度也可選取成型鋼材。
（4）樑柱截面的驗算包括強度、穩定性、剛度三方面。對鋼柱一般均為壓彎剪構件，鋼樑起控制作用的為彎剪力，相關驗算按照《門規》和《鋼結構設計規範》等規範相關章節計算。這裏需要注意的是柱的平面外計算長度可依據《鋼結構設計規範》5.3.7條取值，樑的平面外計算長度可依據隅撐的間距取值。
當驗算截面不能滿足時，加大截面應該分兩種情況： (1) 強度不滿足時，通常加大截面的板件厚度，抗彎不滿足加大翼緣厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度（腹板抗剪，翼緣抗彎）。(2) 變形超限，通常加大截面的高度，因為截面特性與截面高度是n次方的關係，加大截面厚度會很不經濟。
（5）剛架節點連接，主要有樑柱節點、樑樑節點、牛腿節點、柱腳節點設計。樑柱節點、樑樑節點連接中通常採取摩擦型高強度螺栓連接，相關計算參見《門規》和《鋼結構設計規範》等規範相關章節；牛腿節點主要受彎剪力，設計時應利用腹板抗剪，翼緣抗彎，通常牛腿上下翼緣與柱採用焊透的V形對接焊縫，也可以採用角焊縫，此時角焊縫的大小應根據牛腿翼緣傳來的水平力F=M/H計算，腹板採用的角焊縫大小由剪力V確定；柱腳節點應依據剛接和鉸接形式進行設計，相關設計參見《門規》和《鋼結構設計規範》等相關章節，此時因鋼結構自重較輕，依據《鋼結構設計規範》8.4.13條，一般情況下均需設置抗剪鍵。
參考文獻：
[1] 《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》CECS 102:2002中國計劃出版社
[2] 《鋼結構設計規範》GB50017-2003中國計劃出版社
[3] 《建築結構荷載規範》GB5009-2001(2006年版) 中國建築工業出版社[作者簡介：
王彬 ，出生年月：1980.01，性別：男，民族：漢，籍貫（省市縣）：河南省鄭州市，學歷：本科，職稱：助理工程師，研究方向：工民建結構設計，從事的工作：工民建結構設計。
軒興華，出生年月：1980.11，性別：女，民族：漢，籍貫（省市縣）：江蘇省無錫市，學歷：本科，職稱：無，研究方向：工民建結構設計，從事的工作：工民建結構設計。
作者簡介：
王彬 ，出生年月：1980.01，性別：男，民族：漢，籍貫（省市縣）：河南省鄭州市，學歷：本科，職稱：助理工程師，研究方向：工民建結構設計，從事的工作：工民建結構設計。
關鍵詞： 建築鋼結構設計問題發展前景
中圖分類號：S611文獻標識碼： A 文章編號：
近年來我國建築鋼結構發展迅猛，一些項目的建設使我國鋼結構的設計水平得到很大提高。其中不少項目的建築設計方案新穎，結構受力合理，節省鋼材，符合我國國情的好作品。但值得注意的是我們的設計體制、設計理念、設計水平、設計質量、設計人員素質還遠遠不能適應，還有許多有待解決的問題。尤其是當前的執行的《鋼結構設計規範》中一些標準滯後於形勢的發展和市場的需要，致使設計與鋼材新產品間的矛盾日益突出。
一、當前建築鋼結構設計存在的問題
1、市場不規範，導致項目設計質量下降
當前各大設計院的設計任務相當繁重，所承攬的工藝及綜合專業部分設計收費較高，而鋼結構部分卻是費工費力收費低，不願意承接鋼結構設計任務，或者缺乏鋼結構的設計經驗，故往往將鋼結構部分分包給另一單位。層層轉包的另一表現為借用“資質”或者叫“買圖標”，一些無資質的單位，拿到工程後，用買來的圖標搞設計，使設計質量存在重大隱患。如不規範市場，嚴格資質管理，會造成嚴重後果。
2、設計深度不夠，存在嚴重的質量隱患
一些設計單位將自己的設計任務轉駕給加工企業，造成質量下降。而且不少設計單位，鋼結構的設計水平比較低，承擔工程的設計者多為剛畢業不久的學生，缺乏實踐經驗，更缺乏鋼結構的設計知識，盲目照搬規範，套程序，對關鍵技術不進行研究，對關鍵的節點設計不分具體情況一律採用全焊接節點或“全鑄鋼節點，至於這種節點是否安全、構造是否合理、是否能做出來心中一概無底，將應該設計的節點構造、支座詳圖和施工安裝等都交給加工企業，設計院只做到了方案設計或初步設計的深度，將施工圖交給加工廠，加工廠缺乏計算軟件，又將施工圖任務轉包出去，存在嚴重的質量隱患。有的加工廠為了節約鋼材，降低造價，盲目進行鋼材優化，結果造成工程質量事故，給國家程造成重大損失。“施工圖設計”由設計單位完成，這是建設部早有規定的，也是設計院義不容辭的責任。
3、盲目追求高標準，造成設計過於保守
過於保守或過於‘先進’，不恰當的任意提高設計標準或降低設計安全等級一些設計人員對複雜工程缺乏經驗，心中無底，盲目追求高標準，造成設計過於保守，任意加大安全等級，對結構構件不分主次，重要性係數取值任意加大，杆件“應力比”取值太低；焊縫等級不分區別一律取一級全熔透焊縫；鋼材等級不分使用條件和部位也一律取c級或d級；鋼材強度級別不管是否必要隨意採用高強度420Mpa、490Mpa鋼材；在不瞭解“焊接殘餘應力”分佈規律的情況下，錯誤的提出消除“焊接殘餘應力”。一些設計人員互相攀比，層層加馬。由於上述原因往往造成結構構件過大，投資大量增加，這都是設計方案不合理造成的。這種設計體制不適應市場經濟的狀況必另外，也要特別注意的另外一種傾向是：在某些工程的招標過程中，為中標壓價，承包方儘量減少鋼材用量，致使構件安全係數太低，受壓構件的長細比太大，沿海地區鋼管壁厚太小，致使構件在安裝過程中造成杆件彎曲，由於安裝誤差太大造成大量杆件超過設計應力，最後不得采取現場加固措施。
4、現行的《鋼結構設計規範》滯後，不能滿足設計需要
隨着我國鋼結構應用的迅速發展，鋼鐵行業已研製開發出優質中厚鋼板，目前可大量供應工程應用，這種牌號的Q235GJ、Q345GJ優質厚鋼板有着良好的綜合性能，如低厚板效應、良好的延性和衝擊韌性、焊接性能和抗撕裂性能，能滿足抗震設計鋼結構用厚板的各種需要，其性能已優於日本SN50鋼、美國A572-50級鋼。新的國標《GB/T19879-2005》新增加了390MPa、420MPa、460MPa三個強度級別，當前的《鋼結構設計規範》都一直未對上述鋼材新標準變化做出積極的反應，也未為提出任何修改補充條文。致使設計與鋼材新產品間的矛盾日益突出，許多設計人員不敢採用新品種鋼材，為此建議着手修訂補充有關規範以滿足設計急需。
二、隨着規範的修訂完善，鋼結構設計市場前景廣闊
當前，我國鋼結構發展的形勢很好。我國加快對《鋼結構設計規範》修訂工作，並積極組織高等院校、學術團體等舉辦鋼結構技術講座、規範設計研討等，同時重視加強和提高各級設計人員的設計水平，努力實現理論與實踐相結合，與日俱進，以促進我國鋼結構市場的蓬勃發展。
目前，我國使用的《鋼結構設計規範(GB50017-2003)》是由北京鋼鐵設計研究總院會同有關設計、教學和科研單位組成修訂編制小組，對《鋼結構設計規範》GBl7—88進行全面修訂由建設部以公告第147號文頒佈，自2003年12月1日實施。該規範共11章和6個附錄。其主要內容包括總則、術語和符號、基本設計規定、受彎構件的計算、軸心受力構件和拉彎、壓彎構件的計算、疲勞計算、連接計算、構造要求、塑性設計、鋼管結構、鋼與混凝土組合樑。本次修訂在對原規範條文進行修改、調整和刪除的同時，新增了許多內容，如荷載和荷載效應計算，單軸對稱截面軸壓構件考慮繞對稱軸彎扭屈曲的計算方法、帶有搖擺柱的無支撐純框架柱和弱支撐框架柱的計算長度確定方法、樑與柱的剛性連接，連接節點處板件的計算、插入式柱腳、埋入式柱腳及外包式柱腳的設計和構造規定，大跨度屋蓋結構的設計和構造要求的規定、提高寒冷地區結構抗脆斷能力的要求的規定、空間圓管節點強度計算公式等。
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