门式刚架轻型结构房屋的发展现状.doc

摘 要 介绍了门式刚架轻型结构体系在国内外的发展研究概况；评述了门式刚架结构优化设计研究领域从最初的尺寸优化发展到形状优化、拓扑优化的基本历程；针对我国的实际情况，对门式刚架轻型结构体系在原材料供应、设计、技术力量等方面存在的问题进行了分析，提出了相应的解决措施。 ( 关键词：门式刚架； 发展设计； 尺寸优化； 形状优化； 拓扑优化 门式刚架轻型结构房屋的发展现状 研究背景 门式刚架轻型结构体系是近年来在钢结构建筑中应用相当广泛的一种结构式。它是用等截面或变截面的焊接H型钢作为梁柱，以冷弯薄壁型钢作檩条、墙梁、墙柱，以彩钢板作为屋面板及墙板，现场用螺栓或焊接拼接的门式刚架为主要承重结构，再配以零件、扣件、门窗等形成的比较完善的建筑体系，即门式刚架轻型结构体系。这种结构体系可以在工厂批量生产，在现场按要求拼装形成。能有效地利用材料，构件尺寸小，自重轻，抗震性能好，施工安装方便，建设周期短，能够形成大空问、大跨度，具有外表美观，适应性强，造价低，易维护等特点。 二、门式刚架轻型结构体系在国内外的发展概况 门式刚架轻型结构体系在国外应用极为广泛。在我国，随着压型钢板、冷弯薄壁型钢、H型钢的引进和发展，轻型门式剐架结构体系也引起了普遍的重视，应用越来越广泛，逐渐成为许多工业和民用建筑的首选体系。 门式刚架轻型结构体系在国外的发展概况 门式刚架轻型结构体系始于美国。日本和欧洲门式刚架轻型结构体系的应用也较多，但美国的门式刚架轻型结构体系发展最快，应用也最广泛。由于门式刚架轻钢结构具有许多其他结构所不具备的优点，而且经济效益十分显著，因此这种结构形式在国外一经推出就得到了广泛应用。国外轻型钢结构发展较早，由于汽车工业的发展，最初用于建造私人汽车库等简易房屋。二次世界大战时期，由于战争的需要，一些拆装方便的轻钢结构建筑用于营房和库房。20世纪60年代以来，国外建筑钢材的发展有了很大突破，随着色彩丰富而耐久的彩色压型钢板的出现以及H型钢和冷弯型钢的问世，极大地推动了门式刚架轻型钢结构的发展。随着新型建筑材料的出现、加工设备的不断改善、设计形式的多样化，门式刚架轻型结构体系渐渐普及到大型工业厂房、商业建筑、交通设施等建筑中，实现了设计、分析、出图的程序化(如大型通用化设计软件包（Loseke Building System Software)，构件加工、安装 施工、经营管理一体化流程。业主不是带着图纸委托加工，而是向承包商定购某种轻型钢结构房屋，承包商在规定时问内按业主要求按质建成，并交付使用。这种高质量的快速供货方式，使业主感到十分满意，门式刚架轻型钢结构得以迅速发展。目前，大部分国外轻钢公司都具有自己的门式刚架轻钢结构系列，各公司的轻钢结构系列大同小异。据统计，欧美各国由轻钢结构体系建造的非住宅单层建筑物占总数的50％以上，日本新建的l～4层建筑大都采用轻钢结构。在许多国家，如英、美、日、澳大利亚等已作为一种经济快捷的建筑结构体系，以商品的形式出售。其中，美国门式刚架轻型结构体系应用在各领域比例为：1)商业(仓库、小卖店、事务所、银行、车库设施)占42％；2)制造业(制造工厂、仓库)占34％；3)文化娱乐业(学校、教堂、娱乐、福利设施)占9％；4)其他占15％。 在日本，门式刚架轻型结构体系有两种类型：第一种是日本自身发展起来的，已实现了构件标准化、定型化、装配化；经营管理、设计、生产、施工、售后服务系统化。第二种是1989年以来，在从美国引进的轻钢结构体系的基础上发展起来的。日本工程界目前正就主刚架在地震力作用时保有水平耐力(即构件达到塑性阶段时的承载力)所需的D值的取法(D为地震空问结构分维，反映地震空问结构的相似性)，大断面z型冷弯薄壁型钢檩条及墙梁、高强度螺栓在椭圆孔处的受力状态等几个方面进行研究。 门式刚架轻型结构体系在国内的发展概况 我国门式刚架结构体系起步较晚，是在引进国外相关材料和软件的基础上发展起来的。早在20世纪60年代初，我国就对由焊接的工字形截面组成的门式刚架轻型结构进行了研究试验，主要是刚架的塑性设计，并应用于试点工程中。但是，由于我国多年来一直从节约钢材和资金的角度出发，对建筑钢结构采取限制使用的政策，因此，门式刚架结构体系未得到长足的发展，无论是设计水平，还是施工水平，与国外相比，都有较大的差距。近几年来，随着我国钢材产量的增加和焊接H型钢的出现，压型钢板、冷弯薄壁型钢、H型钢的大批量生产，特别是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102：98)的颁布实施，门式刚架轻型房屋钢结构在我国大量涌现，门式刚架轻型结构体系得到了较为广泛的应用，推动了该种结构体系在我国的设计、成型一体化进程。许多大型钢结构公司都增加