轻钢门式刚架房屋结构体系简析
钢结构基本结构形式之轻钢门式刚架结构
钢结构基本结构形式之轻钢门式刚架结构
单层钢结构厂房一般为轻钢门式刚架结构。
刚架结构通常是指由直线形杆件（梁和柱）通过刚性节点连接起来的结构。
工程中习惯把梁与柱之间为铰结的单层结构称为排架，多层多跨的刚架结构则称为框架。
我们讨论的刚架是单层刚架，因单层单跨或多跨刚架为"冂"字型的外形之故，习惯上称为门式刚架。
单层刚架结构的杆件较少，一般为大跨度结构，内部空间较大，便于利用，且刚架一般由直杆组成，制作方便。
因此，在实际工程特别是工业建筑中应用非常广泛。
当跨度与荷载一定时，门式刚架结构比屋面大跨梁（或屋架）与立柱组成的排架结构轻巧，可节省钢材约10%以上。
斜梁为折线形的门式刚架类似于拱的受力特点，具有受力性能良好、施工方便、造价较低和造型美观等优点。
由于斜梁是折线形的，使室内空间加大，适于双坡屋顶的单层中、小型建筑，在工业厂房、体育馆、礼堂和食堂等民用建筑中得到广泛应用。
但门式刚架刚度较差，受荷载后产生跨变，因此用于工业厂房时，吊车起重量一般不超过10t。
实际工程中大多采用两铰刚架以及由它们组成的多跨结构，如图1.1所示。
无铰刚架很少使用。
门式刚架的高跨比、梁柱线刚度比、支座位移、温度变化等均是影响结构内力的因素，门式刚架结构选型时应予以考虑。
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。
门式刚架轻型房屋钢结构设计及施工(1)(精)
门式刚架轻型房屋钢结构设计及施工(1)自《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102：98）公布已来，此类工程发展很快，但也陆续听到一些令人不安的情况。
去年雨水较大，降雪较多，有些地方雪特别大，结构被压坏恐怕很难避免，但有的地方雪不大房子也有垮的，漏水的更多。
另外，也看到一些工程，有的框架梁太细，令人担心，遇到大雪很可能出问题。
有的骨架立起来摇摇晃晃，没有支撑，说装上墙板就好了，好象有了墙板就可以不支撑。
现在排架多起来。
用钢筋砼柱、轻钢梁，造价较低，但有的严重不合规定。
以下就轻钢结构设计及施工谈自己的几点体会。
关键词：门式刚架钢结构一。
设计方面1.屋面活荷载取值框架荷载取0.3kN/m2 已经沿用多年，但屋面结构，包括屋面板和檩条，其活荷载提高到0.5kN/m2.《钢结构设计规范》规定不上人屋面的活荷载为0.5kN/m2，但构件的荷载面积大于60m2的可乘折减系数0.6.门式刚架一般符合此条件，所以可用0.3kN/m2，与钢结构设计规范保持一致。
国外这类，考虑0.15 -0.5N/m2的附加荷载，而我们无此规定，遇到超载情况，就出安全问题。
设计时可适当提高至0.5kN/m2.现在有的框架梁太细，檩条太小，明显有人为减少荷载情况，应特别注意，决不允许在有限的活荷载中“偷工减料”。
2.屋脊垂度控制框架斜梁的竖向挠度限值一般情况规定为1/180，除验算坡面斜梁挠度外，是否验算跨中下垂度？过去不明确，可能不包括屋脊点垂度。
现在应该是计算的。
一般是将构件分段，用等截面程序计算，每段都计算水平和竖向位移，不能大于允许值，等于验算跨中垂度。
跨中垂度反映屋面竖向刚度，刚度太小竖向变形就大。
的度本来就小，脊点下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。
有的工程由于屋面竖向刚度过小，第一榀刚架与山墙间的屋面出现斜坡，使屋面变形。
本人有此想法，刚架侧移后，当山尖下垂对坡度影响较大时（例如使坡度小于1/20），验算山尖垂度，以便对屋面刚度进行控制。
轻钢门式刚架结构基本知识课件
06
CATALOGUE
轻钢门式刚架结构的维护与加 固
日常维护与保养
1 2 3
定期检查
轻钢门式刚架结构的日常维护与保养应定期进行 ，包括检查结构是否有锈蚀、损伤等情况，及时 发现并处理问题。
清洁保养
保持轻钢门式刚架结构的清洁，避免积尘、积水 等对结构造成腐蚀，同时定期对结构进行涂装保 养，保持结构的完好。
03
支撑系统的布置方式和数量需要根据实际情况进行计
算和设计，以确保结构的稳定性和安全性。
连接节点
01
连接节点是轻钢门式刚架结构中的关键部位，用于连接各个构 件并传递载荷。
02
连接节点的设计需要考虑到结构的承载能力和稳定性，同时还
需要考虑到施工方便性和经济性。
常见的连接节点包括焊接、高强度螺栓连接和铆钉连接等，需
在满足安全性和使用功能的前提下，合理 选择材料和结构形式，降低工程成本。
适用性原则
耐久性原则
满足结构在正常使用过程中所必需的刚度 、强度和稳定性要求，保证结构的正常使 用性能。
考虑结构的使用寿命，确保结构在规定的 使用年限内具有良好的耐久性能。
结构分析方法
有限元分析法
利用离散化的数值方法对结构进行分 析，通过建立有限元模型来模拟结构 的真实受力状态。
通过改变结构的材料分布 和连接方式，使结构在满 足性能要求的同时达到最 优的重量和刚度。
形状优化
调整结构的几何形状，改 善结构的应力分布和承载 能力。
尺寸优化
对结构的尺寸参数进行优 化设计，如梁的截面尺寸 、柱的高度等，以达到最 优的性能指标。
细节优化
对结构中的关键部位或连 接节点进行优化设计，提 高结构的可靠性和安全性 。
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。
轻型门式刚架结构支撑体系
轻型门式刚架结构支撑体系
轻型门式刚架结构支撑体系是一种轻量级结构，主要用于特种场合，具有结构简单、运行安全、整体强度可靠、能耐受很大荷载等优点。
轻型门式刚架结构支撑体系由水平支撑和立柱支撑两个主要部分组成。
水平支撑由木板组成，木板支撑坐标方位的变形，以及上下支撑的立柱，它们是由钢制的角钢构成的。
轻型门式刚架结构支撑体系对应江都区等地区，可以实现支撑地表水容积的装卸，可以作为重大建筑物的支撑结构，并可以在建筑物内部安装供暖或排水系统。
轻型门式刚架结构支撑体系在安装时，要特别注意水平定位及竖向定位，确保其4个定位点间框架稳定，并保持正确的垂直安装姿态，以保证刚架结构的安全性。
它的安装过程，要遵循安装规范，确保安装的可靠性。
从而保证轻型门式刚架结构支撑体系具有可靠的结构强度和可靠的防震性能。
另外，轻型门式刚架结构支撑体系需要定期检查，以确保其安全运行。
如果发现支撑结构有变形，则及时采取简单维修处理；如果支撑结构出现复杂变形，则应及时采取专业检测并进行维修或更换新的轻型门式刚架结构支撑体系，以确保其正常使用。
浅谈轻型门式刚架结构设计
浅谈轻型门式刚架结构设计摘要：轻型门架钢结构具有造价低、重量轻、安装方便、施工周期短等优点，近几年来发展极快，但是采用这种钢结构的历史并不很长，在使用这种钢结构时经常发生质量问题，除材料因素之外，多数是由设计和施工经验不足造成的。
本文总结了轻型门式刚架结构的特点，对结构设计中常见的问题进行探讨。
关键词：门式刚架结构设计轻型一、轻型门式刚架结构的特点门式刚架轻型房屋钢结构体系是由刚架、屋盖、围护体系、及相应的支撑所构成的结构体系。
门式刚架与其它形式的建筑结构相比，具有以下优势：（一）构件形式经济合理，结构质量轻质量轻主要是由于围护结构的材料采用的是金属板与薄壁型钢，因而门式刚架的负荷较小，刚架自重也随之减轻。
而基础结构是与上部结构密切相关的，刚架整体变轻了，对基础的要求就会降低，基础的尺寸可以做小。
（二）抗震性能好门式刚架自重轻，地震反应较小，很适合在地震多发地区中推广使用。
（三）施工周期短门式刚架结构的主要构件和配件多为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便；除基础施工外，基本没有湿作业；构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。
（四）柱网布置比较灵活传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6米，当采用12米柱距时，需设置托架及墙架柱。
而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。
二、轻型门式刚架结构设计探讨（一）屋面荷载取值如某汽车企业的总装厂房长度为184m，跨度为2X24m，高度为12m，建筑面积8925㎡，屋面坡度1/20。
该厂房带有2台5t电动单梁吊车，轨顶标高7.30m。
厂房采用门式刚架结构，柱脚刚接，结构主材采用焊接H型钢，钢号为Q345-B。
设计主要使用PKPM系列中的STS钢结构软件计算。
屋面恒荷载取0.30kN/㎡(包括屋面金属绝热材料夹心板及檩条自重)，活荷载取0.50kN/㎡。
虽然《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102:2002)规定构件的荷载面积大于60㎡的屋面活载可取0.30kN/㎡，但遇到大风或其它原因造成超载情况，就可能出现安全问题，故笔者认为活荷载取0.50kN/㎡较为稳妥。
浅谈门式刚架轻型房屋钢结构设计
关 键 词 门式 刚 架 ； 屋 钢 结 构 ： 结 构 ； 型 ； 房 主 选 支撑 结 构
１ 基本组成
门式刚架轻型房屋可分为 四大部分 ： 主结构 ： ① 刚架梁 ， 钢架 柱 ， 吊车梁 ； ②次结 构 ： 面檩 条 ， 屋 屋面檩条 ， 墙架柱 ， 抗
３４ 墙 架 系统 的 选 型 ．
２ 适用范 围
门 式 刚 架 使 用 材 料 省 ， 量 轻 ， 格 低 ； 抗 地 震 能 力 重 价 抵
强 ，在 抗震 设 防 烈 度 为 ７ 及 以下 地 区 不考 虑 抗 震设 计 ： 度 可 使 用大 垮 度 ； 工 简 单 ， 工 周 期 短 且 设 备 简 单 ； 型 美 观 且 加 施 造 时 尚 ， 易达 到客 户 的 使 用要 求 。 广 泛 应 用 于 具 有 轻 型 屋 盖 容 和 轻 型 外 墙 ； 房 屋 跨 度 小 等 于 ３ ｍ， 口高 度 小 等 于 １ｍ； 且 ６ 檐 ５ 无 吊车 或 起 重 量 不 大 于 ２ｔ Ａ 一 ５工 作 级 别 吊 车 的单 层 ｏ 的 １Ａ 房 屋钢 结 构 。
的情 况 ， 接 Ｉ 形梁 则为 最 常 用 形式 。 焊 字 吊车 梁 由 框架 柱 支 承
连 接 ， 分 为 连 接 梁 型 和 简 支 型 两 种受 力形 式 。 者 因设 计 、 并 后 施 工 简 单 而应 用 较 为普 遍 ，前 者 虽 然 可 节 省钢 材 １％ 以上 ， ０ 但 对 支 座 不 均 匀沉 降 比较 敏 感 而很 少采 用 。 吊车 梁 的制 动 系
般 厂 房 多 采 用 桥 式 吊车 ， 按 起 重 吨 位 和 工 作 时 间 的 且
长 短 有 轻 型 厂房 、 型 厂 房 和 重 型 厂 房 之 分 。 吊 车 粱 系 统 是 中 直 接 支 承 吊车 的结 构 模 块 ， 般 由 吊 车 梁 、 动 系 统 及辅 助 一 制 系 统 组 成 。吊 车 梁 可 分 为实 腹 式 、 撑 式 和桁 架 式 三种 ． 下 常用 的 为 实腹 式 吊车 梁 。 腹 式 又 有 焊 接 Ｉ 实 字形 梁 、 型 梁 和 型钢 箱 粱三种形式 ， 钢梁仅适 合于跨度 小于 ６ 起 重量小 于 ２ｔ 型 ｍ、 ０
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轻钢门式刚架房屋结构体系简析
摘要：简述轻钢门式刚架结构体系性能及特点，并结合工程实践，通过计算模
型的建立，对比分析，特别对门式刚架结构体系中的支撑、挠度变位、连接节点
等设计问题进行分析，以优化结构设计，降低工程造价。
关键词：轻钢门式刚架结构；柱角；支撑；变位
一、门式刚架轻钢建筑发展状况
20世纪90年代初以来，国外的轻钢结构建筑逐步进入国内建筑市场。
由于
适应面广，用钢量小，构件工厂化生产，工地拼接简便迅速，施工周期短，因而
在国内建筑市场中的应用越来越广泛。
特别是门式刚架，造型简洁美观，在各类
民用与工业建筑中适应性较强，跨度可大可小，单跨多跨可不同组合。
大跨度和
多跨门式刚架结构可覆盖大面积的厂房、仓库各类公共建筑，其应用更为广泛。
门式刚架轻钢建筑是我国当前最常见和最受欢迎的轻钢建筑形式，在国内低
层金属结构建筑中占垄断地位。
门式刚架轻钢建筑在空间尺寸上，一般檐高为
4.5～9.0m，并可适当加大，单体单跨宽以9～36m为宜，多垮可达100m以上；
不设温度分区的单体建筑平面尺寸可做到长300m，宽150m，采用温度分区等构
造措施后，理论上其平面布置可不受尺寸限制，能较好地满足人们对建筑的布局
灵活，使用空间大的要求。
这种结构方案适宜于建造工业厂房、超市、仓库、飞机机库、农贸市场、餐
饮娱乐设施、体育训练房、候车室、港口码头建筑以及各种临时建筑。
二、门式刚架轻钢房屋结构体系
人们对门式刚架轻钢结构的认识通常是感性的，建筑内部空间大结构主受力
刚架截面尺寸小。
主要指最常见的单层（含夹层）实腹式门式刚架轻型钢结构金
属面板房屋，此系统各部分结构的受力特点及布置形式简介如下：
1.主刚架即门式刚架结构：门式刚架可布置为柱底铰接、柱底刚接、单跨、
多跨、高低跨、带毗屋，屋面单坡、多坡，无夹层、有夹层，单体、多体等纷繁
的结构形式。
实腹式门式刚架根据所受外荷载计算出的弯矩图，为了节省钢材，
钢柱、斜梁均可做成变截面，且满足结构体系承载能力要求。
2.门式刚架结构中的支撑体系：门式刚架结构需要采用各种可靠的支撑构件
以加强结构的空间整体性和局部构件内力的有效传递。
支撑形式主要有：
（1）对角支撑：设置于屋面、纵向柱列间以及端墙，用于传递风荷载和吊车荷载，采用两端带螺纹的圆钢和钢缆，亦可采用角钢；（2）隅撑：刚架受压翼
缘的平面外刚度较小，用角钢连接于主刚架受压翼缘与围梁或檩条间，防止受压
翼缘平面外局部失稳引起主刚架承载力降低；（3）特殊支撑：当侧墙因使用要
求或屋顶不允许设对角支撑时，可采用管撑和门型、人字型、八字型、丫型等特
殊支撑。
3.围护体系：门式刚架轻钢结构房屋建筑的墙体应采用轻质材料，墙梁优先
选用成品的冷弯薄壁槽钢、卷边槽钢（C型钢）、卷边Z型钢。
在柱网间距较大时，选用各种热轧和焊接型钢或托架，在跨中或1/3处设拉条。
墙体主要有非自
重式轻型墙体，如压型彩钢夹加轻型保温隔层墙体，压型彩钢夹芯板，玻纤增强
水泥外墙板，玻璃幕墙等；自承重轻型墙体如空心砌体、加气砼块、钢网塑料墙体、轻钢龙骨加面板墙体等；屋面结构采用有檩体系，檩条选用成品型钢如前述，面板采用折皱波纹钢板、压型彩钢夹芯板等，或轻型桁架铺压塑采光板。
三、门式刚架轻钢房屋结构设计的若干问题
某汽车服务中心，檐高7m，跨度15 m，总长60m，柱开间9m，平面如图；
基本风压荷载0.5KN/㎡，基本雪压荷载0.4KN/㎡，抗震设防烈度7度。
1.屋盖、柱间的支撑和系杆
根据门刚规程CECS102：2002要求的布置原则：正确的支撑系统应能形成完
整的传力路线。
屋面横向水平支撑和柱间支撑布置在同一跨内以形成独立的空间
支撑体系，当屋面横向水平支撑设在端部第二开间时，应在第一开间的相应位置
设置刚性纵向系杆，是山墙的风荷载等水平力可靠传递。
屋面支撑的布置应与山
墙抗风柱的位置相协调，使抗风柱的柱顶反力直接传递到屋面横向支撑的节点上。
屋盖、柱间交叉支撑的直腹杆应按受压刚性系杆考虑，满足压杆构件的长细
比要求。
当檩条无法满足刚性直腹杆的作用时，通常应在屋脊处、柱顶处屋面设
置纵向刚性系杆。
在刚架转角处即边柱柱顶、多跨刚架中柱柱顶的纵向刚性系杆
沿房屋全长设置，刚性系杆一般为钢管、型钢等。
2.横梁的挠度变形
为了不影响结构或构件的正常使用和观感，门刚规程CECS102：2002和钢结
构规范GB50017-2003对结构构件的变形有具体规定。
本工程刚架为单坡计算简
图如下：
使用中国建筑科学研院开发的STS软件计算时，对“恒+活” 标准值作用的挠
度计算结果均给出绝对挠度和相对挠度两个计算结果。
对于水平钢梁，二者的挠
跨比计算结果一样，而对于单坡斜梁、山形屋脊双坡的情况，挠度与挠度比的计
算完全不同。
这时绝对挠度中的跨度是指横梁在相邻两柱之间的距离，如图中
L=15000，计算最大挠度值与此跨度的比值控制挠跨比。
相对挠度跨度是指横梁
单坡坡面长度，如图中L=15019，梁在荷载作用下的相对挠曲值，以此跨度计算
和控制。
为改善外观和使用条件，可将横梁构件预先起拱，起拱大小视实际需要确定，构件挠度取为在“恒+活”标准值作用下计算值减去起拱度。
3.连接节点
主刚架构件的连接应采用高强螺栓。
关于端板连接的高强螺栓受力计算，一
般有两种算法。
算法1：假定中和轴在受压翼缘中心，受压翼缘的螺栓至少布置两排，计算
时假定受拉翼缘的螺栓只承受拉力，受压翼缘的螺栓只承受剪力，并不计轴向力
的影响，受拉翼缘的最上两排螺栓承受相同拉力。
如果存在反向弯矩作用，还要
验算原来受压区螺栓的抗拉是否满足要求。
算法2：假定中和轴在螺栓群形心，受拉翼缘和受压翼缘螺栓对称布置，至
少布置两排，计算时，所有螺栓承受拉力和剪力，并不计轴向力的影响。
四、结语
通过工程实例，对门式刚架结构体系的计算分析，笔者认为在设计门式刚架
轻钢建筑房屋时应熟悉规范条文原理及应用条件，设计人应对结构体系具有清晰
的结构概念，特别注意文中提到的屋盖、柱间的支撑和系杆布置，横梁的挠度变形，连接节点，使结构设计不仅技术上可行安全可靠，且应争取经济上达到最优。
参考文献：
[1] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程.CECS102-2002
[2] 钢结构设计规范.GB50017-2003
[3] 冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002
[4] 中国建筑科学研院PKPM CAD工程部STS使用技术条件
[5] 轻型钢结构设计指南（第二版）中国建筑工业出版社 2005。