门式刚架轻型结构房屋的发展现状
轻钢结构住宅在中国的发展现状及前景分析
轻钢结构住宅在中国的发展现状及前景分析摘要：轻钢结构住宅是十五期间中国将重点推广的项目。
其具有强度高、结构尺寸小、自重轻、施工速度快，抗震性能好及工业化程度高的特点。
文章首先介绍了轻钢结构住宅的发展现状及它的特点，然后对轻铜结构住宅的发展前景进行了分析和展望。
关键词：轻钢结构；轻钢结构住宅；发展前景1 轻钢结构建筑及轻钢结构住宅发展现状1.1 轻钢结构建筑的发展现状改革开放以来，中国的钢产量有了很大的提高，特别是从1997年以后，中国的钢产量突破1亿t，但中国的钢结构用钢量占总钢产量的比例仅为3％左右，而在钢结构用钢量中，建筑钢结构用钢量又仅占10％，(大部分为工业车间、汽车展厅等)这与中国作为产钢大国的地位是很不相称的，为此，国家外经贸委会同冶金部制定了在建筑工程中推广使用钢结构的一系列政策措施，鼓励建筑工程采用钢结构形式，争取在2010年建筑钢结构的用量达到总钢产量的6％。
1.2 轻钢结构住宅的发展现状中国轻钢结构住宅起步很晚，只是改革开放后，从国外引进了一些低层和多层钢结构住宅，才使我们有了学习与借鉴的机会。
1986年意大利钢铁公司和冶金部建筑研究总院合作，介绍了一种低层轻钢结构住宅建筑体系－Bsis，并在冶金部建筑研究总院院内建造一栋二层轻钢结构住宅样板房；1988年日本积水株式会社赠送上海同济大学两栋轻钢结构住宅(二层)，建在同济新村中；20世纪90年代个别国外公司为推广其产品在北京、上海等地建立多层轻钢结构办公、住宅楼。
大规模研究开发、设计制造、施工安装钢结构住宅还是近几年才发展起来。
目前，在北京、天津、山东莱芜、安徽马鞍山、上海、广州和深圳等地开展低层、多层和高层钢结构住宅试点工程，目前已经建成几十万平方米，这说明了钢结构住宅的发展势头良好。
近年来，随着城市建设的发展和高层建筑的增多，中国钢结构发展十分迅速，轻钢结构住宅作为一种绿色环保建筑，已被建设部列为重点推广项目。
特别是在中国大中城市中，人多、土地资源少，而人们对住宅密度、环境绿地等要求越来越高的情况下，较大范围应用钢结构住宅，这是中国生产力发展到一定阶段的必然产物，它是符合国家产业政策的推广项目。
钢结构建筑的发展现状及前景分析3篇
钢结构建筑的发展现状及前景分析3篇钢结构建筑的发展现状及前景分析1随着社会经济的不断发展，城市化进程的加快，钢结构建筑成为现代建筑领域中最重要的一种建筑结构体系之一。
钢结构建筑以其轻便高强、施工速度快、可持续利用等特点，越来越得到了广泛的应用，提高了建筑行业的生产效率和质量水平。
本文着重分析钢结构建筑的发展现状及未来发展前景。
一、发展现状目前，我国钢结构建筑在大型公共建设、高层住宅、大型工业厂房等领域中已经广泛应用。
由于钢结构建筑可以减小房屋自重，对地基和承重墙的负荷要求低，因此在软土地区、建筑面积大、超大跨度建筑中应用也越来越广泛。
在铁路、交通枢纽等公共设施建设方面，钢结构建筑的使用也已经成为主流。
例如，像鸟巢、水立方、上海中心等高层建筑都是以钢结构建造的。
目前，我国的钢结构建筑行业正在持续发展，实际上，钢结构的研究和应用发展已经经历了几个阶段。
首先是钢结构全面浮现的80年代；其次是90年代的大规模应用；最近10年，政策、技术、资金、市场等无一不逐步成熟。
二、前景分析1. 市场需求不断增加在我国，城市化进程越来越快，人们对城市生活的要求越来越高，对大型、现代化、智能化建筑的需求不断增加。
随着技术的发展，钢结构建筑的优势逐渐得到了广泛认可，越来越受到消费者的欢迎。
中国的钢结构建筑市场需求将会不断增加。
2. 技术的不断升级和完善随着钢结构建筑的不断发展，现代建筑钢材的制造和加工技术也不断升级和完善，加工、设计、施工等环节的技术日趋成熟，进而减少了钢结构建筑的施工周期和成本，同时提高了建筑品质和安全性。
3. 产业发展的互补钢结构建筑的发展对钢铁、化工、电力等领域有很大的催化作用，形成了战略产业的合作格局。
随着材料、信息、能源等的大力发展，将会为钢结构建筑提供更为完整的产业支持，更好的增进产业发展。
4. 实现低碳环保目标当前，人们在住宅建筑中，越来越重视节能和环保问题。
而钢结构建筑重量轻、可拆卸再利用的特性，使得其成为实现建筑低碳环保的最佳选择。
轻钢结构住宅在中国发展现状及前景分析(一)
轻钢构造住所在中国的发显现状及远景剖析(一 )纲要：轻钢构造住所是十五时期中国将要点推行的项目。
其拥有强度高、构造尺寸小、自重轻、施工速度快，抗震性能好及工业化程度高的特色。
文章第一介绍了轻钢构造住所的发展现状及它的特色，而后对轻铜构造住所的发展远景进行了剖析和展望。
要点词：轻钢构造；轻钢构造住所；发展远景1轻钢构造建筑及轻钢构造住所发显现状1.1 轻钢构造建筑的发显现状改革开放以来，中国的钢产量有了很大的提升，特别是从1997 年此后，中国的钢产量打破1 亿 t，但中国的钢构造用钢量占总钢产量的比率仅为3％左右，而在钢构造用钢量中，建筑钢构造用钢量又仅占10％，(大多数为工业车间、汽车展厅等 )这与中国作为产钢大国的地位是很不相当的，为此，国家外经贸委会同冶金部拟订了在建筑工程中推行使用钢构造的一系列政策举措，鼓舞建筑工程采纳钢构造形式，争取在2010 年建筑钢构造的用量达到总钢产量的 6％。
1.2 轻钢构造住所的发显现状中国轻钢构造住所起步很晚，不过改革开放后，从外国引进了一些低层和多层钢构造住所，才使我们有了学习与借鉴的时机。
1986年意大利钢铁企业和冶金部建筑研究总院合作，介绍了一种低层轻钢构造住所建筑系统－Bsis，并在冶金部建筑研究总院院内建筑一栋二层轻钢构造住所样板房；1988 年日本积水株式会社赠予上海同济大学两栋轻钢构造住所(二层 )，建在同济新村中； 20世纪 90 年月个别外国企业为推行其产品在北京、上海等地成立多层轻钢构造办公、住所楼。
大规模研究开发、设计制造、施工安装钢构造住所仍是近几年才发展起来。
当前，在北京、天津、山东莱芜、安徽马鞍山、上海、广州和深圳等地展开低层、多层和高层钢构造住所试点工程，当前已经建成几十万平方米，这说了然钢构造住所的发展势头优秀。
最近几年来，跟着城市建设的发展和高层建筑的增加，中国钢构造发展十分快速，轻钢构造住所作为一种绿色环保建筑，已被建设部列为要点推行项目。
门式刚架轻型结构房屋的发展现状
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一、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。
（一）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。
我国钢结构建筑的现状及发展趋势
在中国，钢结构建筑在近年来得到了广泛应用，并取得了显著的发展。
以下是我国钢结构建筑的现状和发展趋势：现状：快速增长：我国钢结构建筑产业经历了快速增长的阶段。
随着城市化进程的推进和工业化水平的提高，越来越多的钢结构建筑用于商业、工业、住宅等领域。
广泛应用：钢结构建筑在多个领域得到应用，包括高层建筑、体育馆、桥梁、机场、工厂等。
钢结构的轻量化、刚性和可塑性使其成为大跨度和复杂结构的理想选择。
技术水平提高：我国的钢结构建筑技术水平在不断提高。
涌现出一批具备设计、制造、施工能力的钢结构企业，同时引进和吸收国外先进的钢结构技术和经验。
发展趋势：绿色可持续发展：钢结构建筑在设计和施工过程中注重绿色和可持续发展。
通过采用可再生材料、节能设计和环境友好的施工方法，减少对资源的消耗和环境的影响。
智能化和数字化：随着智能化和数字化技术的不断发展，钢结构建筑将更多地采用先进的设计软件、模拟仿真和远程监测系统。
这将提高工程质量、施工效率和运行管理水平。
轻量化和高性能钢材应用：研发和应用轻量化和高性能钢材是钢结构建筑的发展方向。
这些材料具有更高的强度、抗震性能和耐久性，能够满足越来越严格的建筑要求。
工程全生命周期管理：钢结构建筑的管理将更加注重全生命周期的考虑，包括设计、制造、运营和拆除。
通过全过程管理，实现资源的最优利用和建筑的可持续发展。
国际交流与合作：中国的钢结构建筑行业将继续加强与国际市场的交流与合作。
通过引进国外的先进技术和经验，提高自身的技术水平和竞争力，并参与到国际钢结构建筑项目中。
总的来说，我国钢结构建筑行业正处于快速发展阶段，未来将继续迎来更多机遇和挑战。
随着技术的不断创新和行业的规范化，钢结构建筑将在我国的城市化进程中扮演重要的角色。
门式刚架轻型房屋钢结构的发展及应用
门式刚架轻型房屋钢结构的发展及应用随着经济的飞速发展，我国已成为世界上钢产量大国之一，发展建筑钢结构是我国新的建筑技术政策，也是未来经济发展的必然选择。
本文结合自身实际经验为门式刚架轻钢结构和色彩丰富且耐久的围护结构作简单的阐述。
标签：结构设计；应用；建设1 发展概况1.1 国外发展状况早期，国外门式刚架轻钢结构主要用于建造私人汽车库等简易房屋。
二战中，一些拆装方便的轻钢结构建筑用于营房和车库。
随着材料的发展，色彩丰富且适应性强的彩色钢板的出现，H型钢和冷弯型钢的问世，极大地推动了门式刚架轻钢结构的发展，其作为一种特殊商品用于国外建筑中。
在美国，非居住单层建筑中50%以上为门式刚架轻钢结构体系，在英国则达到了60%以上。
日本新建的1～4层建筑，也多采用了门式刚架轻钢结构。
1.2 国内发展状况三十多年前，为援外工程和三线建设的需要，我国对门式刚架轻型钢结构进行了试验研究，并在广东韶关塑料厂工程中进行了试点。
文化大革命前，原建工部北京工业建筑设计院参考当时美国和英国资料，编制了一套门式刚架通用设计图集，跨度分别为12m、15m、18m，分单跨和双跨，可配2t悬挂吊车。
但当时围护结构的材料只有石棉水泥瓦，属轻屋面材料。
文化大革命期间，由于国内钢材供应紧张，门式刚架轻钢结构发展比较缓慢。
改革开放以来，外国轻钢结构公司纷纷进入中国市场。
进入八十年代后，在深圳等沿海地区的建设中，也从国外引进了大量的门式刚架轻型钢结构房屋，主要用于厂房、车间、样板房等，跨度以21～24m居多，这些房屋具有协调的色彩，搭配上铝合金门窗，使建筑物极具现代风格。
1994年建设部根据我国经济建设的需要，将“轻型钢结构门式刚架”作为“快速房屋体系”课题之一，列入新技术新产品开发项目，由北京华洋建设开发有限公司承担，建设部长沙建筑机械研究院协作，在长沙中联公司混凝土机械厂房工程中进行了试点，为门式刚架轻钢结构的销售、设计、制作、安装等积累了经验。
2024年钢结构房屋市场发展现状
钢结构房屋市场发展现状引言随着经济的不断发展和人们对住房需求的增加，房地产市场一直是一个备受瞩目的领域。
钢结构房屋作为一种新型建筑方式，因其独特的优势逐渐在市场上崭露头角。
本文将针对钢结构房屋市场发展现状进行综合分析和讨论。
钢结构房屋的优势相比传统的混凝土结构房屋，钢结构房屋具有以下几个明显优势：1.施工速度快: 由于钢结构房屋采用模块化设计和现场组装，施工速度远快于传统建筑，可以大大节省建设时间和成本。
2.环境友好: 钢结构房屋的建筑材料可以回收利用，减少对自然资源的消耗，对环境的影响较小。
3.抗震性能强: 钢结构房屋由于其材料的特性，具有优秀的抗震性能，可以在地震等自然灾害中保护居民生命财产安全。
4.灵活度高: 钢结构房屋设计灵活多样，可以满足不同的需求和个性化要求。
钢结构房屋市场现状钢结构房屋市场在过去几年中取得了显著的发展，但与传统建筑相比，仍然存在一些限制和挑战。
市场规模目前，钢结构房屋市场在全球范围内仍然相对较小。
然而，随着对可持续发展和绿色建筑的需求增加，钢结构房屋市场有望继续扩大。
技术难题钢结构房屋的设计和施工要求较高，需要专业的技术和工程师团队。
目前，市场上缺乏相关技术人才，限制了钢结构房屋市场的进一步发展。
价格因素钢结构房屋相比传统建筑价格较高，这使得价格成为限制其市场发展的一个重要因素。
随着技术进步和市场竞争的加剧，预计钢结构房屋的价格会逐渐下降。
政策支持政府对钢结构房屋的政策支持也是推动市场发展的关键因素。
一些国家和地区已经出台鼓励采用钢结构房屋的政策，例如减免税费、提供补贴等，这将进一步促进市场的发展。
未来展望尽管当前钢结构房屋市场面临一些挑战，但展望未来，钢结构房屋有着广阔的发展前景。
1.技术进步: 随着技术的不断进步，钢结构房屋的设计和施工技术将得到进一步改善，推动整个行业的发展。
2.市场需求: 随着人们对住房品质和环境要求的提高，对钢结构房屋的需求将逐渐增长。
3.政策支持: 政府对钢结构房屋市场的政策支持将进一步促进市场的发展，激发企业的创新热情。
浅谈轻型门式钢架结构的形势分析
浅谈轻型门式钢架结构的形势分析摘要：本文通过对轻型门式钢架的结构特点和发展趋势进行了探讨，得出了轻型门式钢架结构是目前比较符合国内单层工业厂房的一种轻钢结构体系，为即将走出校门跨入建筑行业的毕业生提供参考。
关键词：轻型门式钢架结构结构特点发展趋势近年来，随着工业的快速扩张和钢结构技术的不断进步与更新，新型材料应用越来越广泛，轻钢结构也大量涌现，尤其是轻型门式钢架结构在单层工业厂房中得到了广泛的应用。
这种轻钢结构倍受青睐，在某些方面甚至基本取代了钢筋混凝土排架结构。
为什么这种结构体系能够飞速发展，在建筑行业中得到广泛的运用？本文通过分析，门式钢架从设计、制作、拼装均已形成一体化。
通过这几年的工程实践，证明门式钢架具有很大的优势，具有广阔的发展前景，探讨门式钢架在单层工业厂房中的发展与应用具有重要的意义和价值。
一、轻型门式钢架的结构特点1、轻型门式钢架围护结构采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋、墙面的质量都很轻。
根据国内工程实例统计，单层轻型门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为10--30 kg／ｍ2 ，在相同跨度和荷载情况下自重仅约为钢筋混凝土结构的1/201/30 。
由于结构质量轻，相应地基础可以做得较小，地基处理费用也较低。
同时在相同地震烈度下结构的地震反应小。
但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载可能成为单层轻型门式刚架结构的控制荷载。
2、钢架与排架的区别，钢架由于横梁与立柱整体刚性连接，节点是刚性节点，能够承受并传递弯矩，这样就减少了横梁中的跨中弯矩峰值。
排架由于横梁与立柱为铰接，节点为铰接点，所以在均部荷载作用下，横梁的弯矩图与简支梁相同，跨中弯矩峰值较钢架大得多。
并且钢架一般由直杆组成，制作方便，应此，在实际工程中应用非常广泛。
3、门式刚架根据结构特点有以下分类：按结构受力条件分为无铰钢架、两铰钢架、三铰钢架。
按结构材料分为胶合木木架、钢结构、混泥土结构。
按构件截面分为实腹式钢架、空腹式钢架与格构式等结构型式、等截面与变截面杆钢架。
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门式刚架轻型结构房屋的发展现状门式刚架轻型结构房屋的发展现状李一凡刘福胜孙勇(山东农业大学水利土木工程学院泰安271018)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STATE2AND2ARTOF THEDEVELOPMENTOFLIGHT2GAUGE STEEL PORTAL FRAME INCHIN ALi Yifan Liu Fusheng Sun Yong(College of Water Conservancy and Civil Engineering , Shandong Agriculture University Tai′an271018)ABSTRACT It is introduced the development and research of light2gauge steel portal fr ame structure systems both athome and abroad , it is reviewed emphatically main course of developing from initial siz ing design to shape and topologyoptimization in theportal′s structural optimization design field1 In view of our countr y′s actual situation , it is also analyzedthe light2gauge steel portal frame system′s problems , such as those of raw material su pply , design and technology.Corresponding countermeasures are also proposed.KEY WORDS light2gauge steel portal frame development design sizing optimiza tion shape optimizationtopology optimization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形式。
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,能够形成大空间、大跨度,具有外表美观,适应性强,造价低,易维护等特点。
1 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,轻型门式刚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。
111 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。
日本和欧洲第一作者:李一凡男1969 年1 月出生讲师Email:***************收稿日期:2005 - 11 - 01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1李一凡,等:门式刚架轻型结构房屋的发展现状Steel Construction1 2006 (2) , Vol121 , No185 托加工,而是向承包商定购某种轻型钢结构房屋,承包商在规定时间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1～4 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 %\[1\]。
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 Ds 值的取法( Ds 为地震空间结构分维,反映地震空间结构的相似性) ,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\[2\]。
112 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了门式刚架轻型结构体系的生产线。
程序化设计已经取代了手工设计,国外设计软件逐渐被我国自行编制的设计软件所替代。
据有关资料统计,到2000 年我国已建成的此类结构已达800 ×104 m2 以上,而且以每年100 ×104 m2 以上的速度增长\[3\]。
2 门式刚架轻型结构的优化设计门式刚架轻型结构的造价与其结构用钢量成正比,但是由于门式刚架受力的整体性,其各构件之间相互影响很大,要得到一个经济安全的设计方案是比较困难的。
目前结构优化设计可以分为:类型和材料的优化、尺寸优化、形状优化、拓扑优化。
211 类型和材料优化这一方面的优化通常采用定性的分析。
首先分析结构所应具有的功能,了解结构内部的生产工艺及所需空间,根据结构的功能要求和客观条件来进行结构形式和结构所用材料的优化,常以方案比较和择优的方法实现\[4\]。
王元清、王春光\[5\]研究了门式刚架工业厂房最优柱距的问题,从设计用钢量的角度对轻型钢结构工业厂房的最优柱距做了较详细的研究。
研究表明,随柱距的增大,刚架的用钢量逐渐下降,并且随柱距的增加,下降的幅度逐渐趋于平缓;而其他各项的用钢量均随柱距的增加而增加,并且增幅较大;对整个单层厂房上部结构,其总用钢量随柱距的增加先是逐渐减少,而后增加。
柳锋\[6\]等也对门式刚架的经济尺寸与优化初设计进行了研究。
研究表明,荷载是影响经济柱距的主要因素,跨度越大越应注意采用合理柱距;刚架的跨度也存在最优尺寸,主要影响因素也是荷载大小,与柱距一样,荷载越大越应注意采用合理尺寸。
212 尺寸优化在给定结构的类型、材料、布局拓扑和外形的情况下,优化各个组成构件的截面尺寸,使结构最轻或最经济,通常称为尺寸优化。
尺寸优化中的设计变量可能是杆的横截面积、惯性矩、板的厚度,或是复合材料的分层厚度和材料方向角度,用有限元计算结构位移和应力时,尺寸优化过程不需要重新划分网格,直接利用敏度分析和合适的数学规划方法就能完成尺寸优化。
这类优化过程中,设计变量与刚度矩阵一般为简单的线性关系\[7\]。
因此,尺寸优化研究一般为简单的线性关系,研究重点主要集中在优化算法\[8 ,9\]和敏度分析\[10 ,11\]上。
国内目前对门式刚架轻型结构的优化研究大都集中在这一领域,并已经取得了显著的成果。
丁龙2科研开发钢结构2006 年第2 期第21 卷总第85 期章\[12\]等采用渐近满应力法,研究开发了门式刚架结构优化设计软件SOA。
文献\[13\]采用GIG(General Interactive Gradient) 一般梯度法,研究了门式刚架在荷载作用下的优化,与传统设计方法相比,取得了较好的效果。
吴剑国\[14\]等采用离散复合形优化方法,依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102∶98) ,建立了门式刚架轻型结构离散变量优化的数学模型,在3D3S(V310) 软件的基础上编制了门式刚架的结构优化程序。
刘鹏\[15\]使用遗传算法,对门式刚架进行了包括离散和连续变量的截面、形状混合优化的研究,并与PFCAD 系统相结合,形成了一个完整的门式刚架轻型房屋设计与优化系统。
此外,杨娜\[1\]等对门式刚架轻型结构的最优腹板高度进行了研究;杨泽华\[16\]等研究了门式刚架变截面柱的楔率选择。
这些研究,为加深对结构优化问题的认识、使用各种不同类型的算法提供了宝贵的经验。