韓明坤

（青島天能重工股份有限公司，山東 膠州 266316）

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探討

韓明坤

（青島天能重工股份有限公司，山東 膠州 266316）

建筑行業(yè)的發(fā)展對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也提出了更高要求，鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)在當(dāng)前建筑施工中得到了廣泛應(yīng)用。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作要和時(shí)代發(fā)展需求相契合，在設(shè)計(jì)工作上進(jìn)行優(yōu)化，保障房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。本文對(duì)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)以及門式剛架輕型房屋建筑的發(fā)展情況詳細(xì)分析，結(jié)合實(shí)際，對(duì)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展不足和優(yōu)化設(shè)計(jì)詳細(xì)探究。

門式剛架；房屋鋼結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

輕型鋼結(jié)構(gòu)在我國的建筑結(jié)構(gòu)施工中得到了廣泛應(yīng)用，國家也出臺(tái)了相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，有鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范以及門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程等，這些規(guī)范對(duì)實(shí)際的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。在對(duì)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化中，對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的保障是比較關(guān)鍵的，要按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。從理論上加強(qiáng)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，就能對(duì)實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)起到促進(jìn)作用。

1 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)及發(fā)展

1.1 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在近些年的建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在上世紀(jì)80年代初期的時(shí)候在我國開始發(fā)展，在經(jīng)過了幾十年的發(fā)展后，已經(jīng)成為房屋建筑結(jié)構(gòu)重要的結(jié)構(gòu)應(yīng)用形式。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)主要是輕型焊接H型鋼等構(gòu)成的實(shí)腹式門式剛架作為主要承重骨架，冷彎薄壁型鋼作為檁條等房屋結(jié)構(gòu)體系，這一結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際房屋建筑中的廣泛應(yīng)用，正是因?yàn)槠渥陨碛兄r明優(yōu)勢(shì)。門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)布置比較靈活，在使用了金屬壓型板的構(gòu)件下，柱網(wǎng)布置不會(huì)受到模數(shù)的制約。

另外，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在比較方便拆卸，資源的可回收利用效率比較高。由于鋼結(jié)構(gòu)施工只要進(jìn)行螺栓連接即可，所以在施工上就比較方便，能大大縮短施工的工期。鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用比較有利于環(huán)保，有效避免了鋼筋混凝土和水泥砂漿等對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境造成的環(huán)境污染問題。對(duì)門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用綜合經(jīng)濟(jì)效益比較高，為施工企業(yè)帶來最大化效益。

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量比較輕，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方面是采用的壓型金屬板以及冷彎薄壁型鋼等材料構(gòu)成的，屋面以及墻面的質(zhì)量相對(duì)比較輕，從而在地基基礎(chǔ)也能相應(yīng)的減小，在成本上能節(jié)約。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能比較良好，這一結(jié)構(gòu)是柔性的結(jié)構(gòu)，能對(duì)地震的能量轉(zhuǎn)化作用充分發(fā)揮，最大化的降低了地震造成的損害。

1.2 門式剛架輕型房屋建筑的發(fā)展

門式剛架輕型結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展比較迅速，輕鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展快速。在門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程出版后，在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平以及經(jīng)驗(yàn)方面，都得到了顯著提升。但是和一些發(fā)達(dá)國家相比較，我國在門式剛架輕型房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展的水平上還比較低，有諸多方面有待進(jìn)一步優(yōu)化。在用鋼量要素上是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑經(jīng)濟(jì)性能產(chǎn)生直接影響的因素，我國設(shè)計(jì)的輕型門式鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)計(jì)算上采用的是3D3S、STS及國外軟件，在用鋼量上比較經(jīng)濟(jì)。鋼結(jié)構(gòu)的形式都是采用的無鉸門式剛架和兩鉸門式剛架，截面是通過焊接H型鋼。剛架的節(jié)點(diǎn)方面，門式剛架各個(gè)節(jié)點(diǎn)大多都相同，是通過摩擦面處理的高強(qiáng)度螺栓連接。而在維護(hù)系統(tǒng)方面是采取的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)制。在未來的發(fā)展中，門式剛架輕型房屋建筑的發(fā)展將會(huì)成為主流發(fā)展趨勢(shì)。

2 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展不足和優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展不足

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)發(fā)展過程中，還存在著諸多的不足，在規(guī)范方面還要繼續(xù)完善，在對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面涉及到的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)比較多，有著很強(qiáng)的交叉性，國家以及協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件等方面都有相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，而在這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就對(duì)實(shí)際的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了很大挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的選擇就成為一個(gè)難題。例如在門規(guī)當(dāng)中對(duì)剛架形式均為單屋脊情況，具體的設(shè)計(jì)中，對(duì)跨度大的房屋在工藝流程等要求下會(huì)采用多屋脊結(jié)構(gòu)形式。而在設(shè)計(jì)中如果是采取了鋼規(guī)的規(guī)定就比較容易造成諸多浪費(fèi)現(xiàn)象。

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論研究有待深化，在構(gòu)造的措施方面還需要優(yōu)化，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展時(shí)間并不是很長(zhǎng)，在諸多層面都存在著不足，在針對(duì)性的構(gòu)造措施研究方面還需要進(jìn)行深化，例如在節(jié)點(diǎn)連接以及支撐布置等層面，都需要有扎實(shí)的理論支持。再有就是在結(jié)構(gòu)計(jì)算的方法以及計(jì)算軟件方面，還要提高計(jì)算的效率水平，在計(jì)算軟件的開發(fā)升級(jí)的需求還比較大。

2.2 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)中，要注重幾個(gè)要點(diǎn)，在對(duì)柱腳的設(shè)計(jì)過程中，按照門規(guī)的要求可將柱腳設(shè)計(jì)成剛接，在有較大吊車的房屋時(shí)候，柱腳使用剛接使得每榀剛架形成超靜定結(jié)構(gòu),能有效地減小柱頂位移,具有更大的安全儲(chǔ)備。而在對(duì)屋面以及墻面的拉條布置過程中，在風(fēng)吸力作用下檁條下翼緣受到壓力，拉條適合在檁條上下翼緣附近科學(xué)布置。這一施工中，要對(duì)檁條的下翼緣受壓穩(wěn)定性加強(qiáng)計(jì)算。而在對(duì)支撐布置的時(shí)候，也要遵循門規(guī)的相關(guān)要求，結(jié)合房屋功能的實(shí)際需要對(duì)多跨鋼結(jié)構(gòu)房屋，在不允許設(shè)置任何支撐的時(shí)候，就要設(shè)置縱向剛架。實(shí)際設(shè)計(jì)中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)充分重視，才能有助于保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

2.3 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，要注重方法的科學(xué)運(yùn)用?，F(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了幾點(diǎn)措施。

第一，注重門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的選型。為保障門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量提高，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合實(shí)際的需要，在結(jié)構(gòu)的選型環(huán)節(jié)要加強(qiáng)重視。整體結(jié)構(gòu)體系的選型中，單層房屋鋼結(jié)構(gòu)主要是選擇框排架結(jié)構(gòu)體系，這一結(jié)構(gòu)是通過多榀并排平面主框架在某些縱向構(gòu)件連接形成的空間結(jié)構(gòu)體系。在對(duì)這一結(jié)構(gòu)的應(yīng)用下，常常會(huì)按照平面的框架結(jié)構(gòu)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)整體空間作用不會(huì)特別重視。而在對(duì)主框架的選型方面，通過鋼屋架代替框架橫梁，然后通過梯形屋架以及三角形屋架作為主要的結(jié)構(gòu)形式。在對(duì)屋蓋的選型方面，普通的是通過屋面板形式。墻架結(jié)構(gòu)選型有端墻墻架以及縱墻墻架，主要的作用就是支撐墻面圍護(hù)材料，對(duì)抗風(fēng)荷載加以抵抗。在墻架的剛度不夠的時(shí)候，可進(jìn)行架設(shè)中間拉條。

第二，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)優(yōu)化。門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化方面要充分重視，在給定的結(jié)構(gòu)類型以及材料和布局等基礎(chǔ)下，對(duì)各個(gè)組成的構(gòu)件截面尺寸實(shí)施優(yōu)化，從而保障鋼結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)以及經(jīng)濟(jì)化。在對(duì)構(gòu)件的截面實(shí)施優(yōu)化的時(shí)候，主要有兩種方法，一是通過最優(yōu)理論加以應(yīng)用，二是采用窮舉法加以應(yīng)用，這兩種方法都能起到構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)的作用。在最優(yōu)化理論的應(yīng)用中，主要是將問題歸結(jié)成單目標(biāo)規(guī)劃問題，目標(biāo)函數(shù)是通過鋼量最少以及造價(jià)最低作為約束條件的，然后采用數(shù)學(xué)規(guī)劃的理論獲得最優(yōu)的結(jié)果。門式剛架是通過變化構(gòu)件截面適應(yīng)彎矩變化達(dá)到節(jié)約鋼材的目的，在相鄰單元翼緣也能使用不同截面。

第三，多構(gòu)件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。在從經(jīng)濟(jì)的角度進(jìn)行考慮下，對(duì)壓型鋼板以及檁條和吊車梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化，吊車梁使用輕型鋼結(jié)構(gòu)，進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算的方法，在經(jīng)過反復(fù)試算后列出最優(yōu)的截面，從而達(dá)到鋼材節(jié)約的效果。門式剛架的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，對(duì)計(jì)算軟件中截面優(yōu)化設(shè)計(jì)以及反復(fù)試算的應(yīng)用，選擇最優(yōu)的截面。

第四，充分重視空間的優(yōu)化設(shè)計(jì)。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，在空間的優(yōu)化層面要加強(qiáng)重視，功能是對(duì)建筑空間起到關(guān)鍵作用的，具體的設(shè)計(jì)過程中，就要將房屋的功能和施工工藝要求進(jìn)行充分的了解，在空間上不能浪費(fèi)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的分析意見以及投資影響比較大的限制條件，要反饋給工藝設(shè)計(jì)人員以及建筑方。在吊車噸位方面是對(duì)功能特定要求有著緊密聯(lián)系的，吊車的重量要遵循實(shí)際的要求進(jìn)行選擇，盡量選擇自重輕的吊車，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中對(duì)模數(shù)柱距對(duì)鋼量的指標(biāo)有著影響，在設(shè)計(jì)的時(shí)候就要從這些層面加以重視，保障柱距的合理性。

3 結(jié)語

綜上所述，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化的實(shí)施中，還存在著諸多的不足有待優(yōu)化，在當(dāng)前建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展下，對(duì)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)用將會(huì)成為發(fā)展主流，所以在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作方面要加強(qiáng)重視，為實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，保障鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)科學(xué)性。

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1671-0711（2017）08（下）-0046-02