桁架發(fā)展史參考文獻

　　鋼結構設計參考文獻【1】

　　現(xiàn)代科學技術的高速發(fā)展，以及人們對住宅的功能齊全、使用方便、居住舒適、安全節(jié)能、有益健康等發(fā)面的要求，使國內(nèi)外鋼結構住宅會逐步替代木結構住宅以及磚結構住宅，成為住宅產(chǎn)業(yè)的一支新生力量。

　　國外鋼結構住宅的應用與發(fā)展

　　目前，許多國家，如美國、日本、英國、澳洲等，正積極推動預制裝配化鋼結構中低層住宅，在日本稱為工業(yè)化鋼結構住宅。

　　美國最早采用剛框架結構建住宅，1996年，已有了20萬幢剛框架小型住宅，約占住宅總數(shù)的20%。

　　日本的鋼結構建筑數(shù)量最多，其新建的1-4層建筑，大都采用了鋼結構。

　　人們更喜歡鋼結構住宅可以提供良好的抗震性能。

　　在澳大利亞，剛框架住宅占全部住宅數(shù)量的30%。

　　2000年，這個比例達到50%。

　　在芬蘭、瑞典、丹麥以及法國，剛框架體系也在變得越來越普及。

　　特別是丹麥人，早已建造了大量基于鋼骨架體系的地層住宅。

　　在芬蘭和瑞典，也有一些剛框架的低層住宅建成。

　　聯(lián)排式住宅是歐洲較普便的住宅類型之一。

　　由于鋼結構的隨意拼接能力，可以設計出豐富多變的住宅建筑外形，因此在比利時、荷蘭、盧森堡、英國、德國和法國的一些地區(qū)，許多城市居住區(qū)都采用了鋼結構聯(lián)排式住宅。

　　鋼結構住宅在我國的應用與發(fā)展

　　改革開放以來，我國住宅建筑發(fā)展很快。

　　為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的住房要求，推進住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，國務院【1999】第72號文件明確提出，發(fā)展鋼結構住宅，擴大鋼結構住宅的市場占有率，將會加速住宅產(chǎn)業(yè)化過程，對我國建筑、冶金及相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。

　　20世紀80年代中期，隨著我國改革開放的深入，工業(yè)化的輕鋼別墅進入我國，先后從日本引入進幾百棟輕鋼結構低層別。

　　近幾年又從澳洲、加拿大引進了輕鋼龍骨住宅體系構件在國內(nèi)組裝。

　　20世紀90年代以來，國家建設部在全國積極倡導鋼結構住宅的應用與發(fā)展。

　　近幾年，北京、上海、天津、新疆、湖南、安徽、山東等地，開始并建成一批鋼結構住宅示范地點工程。

　　同時，在建設部組織編制的《鋼結構住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術導則》的知道下，很多科研單位和鋼結構公司，包括北京賽博思金屬結構有限公司、北京住總集團、天津市建筑設計院和建工集團、同濟大學、湖南大學、清華大學、上海市建筑科學研究院和鋼協(xié)鋼結構建筑設計研究有限公司等，都分別在鋼結構住宅體系的研究方面進行了有益的探索。

　　現(xiàn)在，我國目前鋼結構研究已經(jīng)進入了一個新的階段，有關規(guī)范和標準已經(jīng)出臺，國內(nèi)鋼材產(chǎn)量充足，鋼結構住宅的發(fā)展已具備了較好的物質(zhì)和技術基礎。

　　當然，在鋼結構住宅發(fā)展方面，還有一些技術問題有待解決。

　　鋼結構住宅的推廣還需要做大量的工作，要廣泛宣傳開發(fā)輕鋼結構的益處，完善不同類型結構設計規(guī)范和施工技術標準，建立一個能與傳統(tǒng)建材相競爭的鋼材供應網(wǎng)，研制新型的輕質(zhì)保溫墻體材料以及與之相配套的輔助材料，做好示范工程，加強信息交流，發(fā)布行業(yè)動態(tài)，尋求國際間的廣泛合作，激發(fā)開發(fā)商在做決策時采用鋼結構等。

　　鋼結構住宅結構的形式

　　1.鋼框架與混凝土筒體(墻體)的混合結構體系 其特點是鋼一混凝土混合結構的平面布置一般為樓電梯或衛(wèi)生間采用鋼筋混凝土，形成主要的抗側力結構，而外周的框架則采用鋼框架，這種結構體系將鋼材的強度高、重量輕、施工速度快和混凝土的抗壓強度高、防火性能好、抗側剛度大的特點有機地結合起來

　　外周梁柱連接一般采用剛性連接，而樓面鋼梁與混凝土墻則采用鉸結，由于混凝土承擔了絕大部分的水平力，故而混合結構的位移控制指標可參照鋼筋混凝土結構采用，但框架部分承擔的地震力不得小于結構底部剪力的20%和樓層最大剪力的1.8倍二者的較小值，在大多數(shù)情況下

　　后者往往起控制作用，這種體系的住宅平面上應限制無剪力墻部分框架的長度，否則樓面無限剛的假定將很難滿足。

　　這種的受力特點為結構整體破壞屬于彎剪型，結構破壞主要集中于混凝土芯筒，特別是結構下部的混凝土筒體四角，對這部位應予加強，保證筒體的延性，此外鋼梁與混凝土墻體的連接部位受力復雜，也是最易遭受破壞的地方，該節(jié)點應保證能承受鋼梁可能出現(xiàn)的軸向力。

　　這種體系的不足之處為芯筒為混凝土，重量減少不是很多，現(xiàn)場澆搗混凝土的工作量仍然較大。

　　從建筑平面布置的角度來看，柱子一般布置在陽臺或轉(zhuǎn)角部件，以利于住戶的裝修處理。

　　2.鋼框架支撐體系 對于多層及小高層建筑，可以建筑的外墻，結合門窗位置雙向交叉支撐，支撐采用角鋼、槽鋼成圓鋼，可按拉桿設計，而且在輕鋼住宅結構中，支撐也不一定必須從下到上同一位置設置，也可跳格布置，其目的主要是為了增加結構的剛度，對于外墻開有門窗時，也可在窗臺高度范圍內(nèi)布置，形成類似周邊帶狀桁架的結構形式，對結構整體剛度進行加強。

　　對高層住宅，可選擇山墻和內(nèi)墻布置中心支撐或偏心支撐，值得注意的是，當采用單斜柱體系時，應設置不同傾斜方向的兩組單斜桿，以抵抗雙向地震作用，在節(jié)點方面，若支撐足以承受建筑物的全部側向力作用，則梁柱可部分或全部做成剛接。

　　在高烈度地區(qū)，如果柱子比較細長，則大多采用偏心框架體系，這種體系的特點是，在小震或中等烈度地表作用下剛度足以承受側向水平力，在強震作用下又具有很好的延性和耗能能力。

　　支撐框架在水平力作用下，類似于豎向懸臂桁架，柱子像弦桿一樣承擔外部荷載產(chǎn)生的彎矩，斜支撐和梁如同腹桿承受水平力，腹桿承擔水平剪力，弦桿的軸向變形對框架側向變形的影響使結構產(chǎn)生"彎曲"的形狀，而腹桿的變形對框架側向變形的影響使結構產(chǎn)生"剪切"的形狀

　　最終形成的側向變形形狀是彎、剪兩種曲線效果的組合，彎、剪效果的相對大小，主要取決了耗能支撐的剛度，一般在均衡的低層支撐結構中，剪切變形最為重要，有時它基本決定了結構的側向變形，因此這種結構的底層層間變形較大;

　　在中高層結構中，柱子中較大的軸向力和變形以及二者沿高度的大量積累使彎曲變形占主導地位，在高寬比大于8的單對角支撐區(qū)格中，全部水平位移的60%～70%通常是彎曲變形引起的，因此這種結構的頂端或接近頂端的層間變形最大，據(jù)此認為，對于剪切型的低層結構，應注意在結構的底部設置耗能支撐;

　　對于彎曲型的中高層結構，不能忽視在結構的頂部設置耗能支撐，支撐布置時，不得采用支撐點在柱中的K形支撐，同時對支撐構件應控制其軸壓比，7度時一般不得大與 /fy。

　　如果作為住宅結構層高較低，構件節(jié)間尺寸較小，導致支撐構件及節(jié)點數(shù)量均較多，而且傳力路線較長，抗側效果差，支撐結構體系也可考慮采用跨層支撐。

　　3.鋼框架一預制混凝土墻體 這種體系一般預制混凝土墻體中均埋有鋼板支撐，它只有在支撐點處于鋼框架相連，而且混凝土墻板與框架梁柱留有空隙，從受力上來說，它仍是一種支撐。

　　但其特點是內(nèi)藏鋼板按強度控制設置，不考慮屈曲。

　　對混凝土墻體應雙面配筋，且雙面鋼筋應互相拉結，在鋼支撐端部范圍內(nèi)，應設置加強構造鋼筋，如采用梅花形鋼筋、螺旋形鋼筋、鋼箍等。

　　這種體系受力性能好，支撐構件相對較經(jīng)濟，且能與隔墻布置相結合。

　　但現(xiàn)場安裝比較困難，制作比較復雜。

　　4.鋼框架結構體系 這種體系受力明確，使用靈活，制作安裝簡單，施工速度較快，但為抵抗側向力所需梁柱截面較大，一般可用于6層以下的多層建筑，且一般情況下，梁柱節(jié)點應采用剛接。

　　這種體系用于高層建筑經(jīng)濟性較差。

　　5.錯列桁架結構體系 錯列桁架結構體系產(chǎn)生于20世紀60年代，由美國麻省理工學院首先提出，并成功用于多個公寓及旅館建筑中。

　　該體系是由房屋外側的柱子和跨度等于房屋寬度的桁架組成，桁架高度等于層高，在相鄰柱上為上下層交錯布置，樓板一端擱置在桁架的上弦，另一端擱置在相鄰桁架的下弦。

　　由于兩開間布置一榀桁架，且中間無柱子，所以非常適合住宅、旅館建筑各單元的靈活布置要求。

　　這種體系的受力特點為：水平力主要通樓板傳至相鄰桁架的斜腹桿，如此水平荷載最終通過落地桁架的斜腹桿或底層支撐傳至基礎，樓層間的柱子主要承受軸力，其所受的剪力和彎矩很小。

　　由于桁架有整層高，所以整個體系剛度較大，一般不需要增加柱子剛度以控制位移，由錯列桁架結構體系中柱子主要承受軸力，其柱截面強軸可布置在縱向，故其縱向側移剛度亦較大，這種體系的用鋼量可較框架結構減少30～40%，因此該體系是一種經(jīng)濟、實用、高效的新型結構體系，目前湖南大學正對該體系作系統(tǒng)研究。

　　6. 輕鋼龍骨結構體系 輕鋼龍骨結構體系主要用于中低層住宅或別墅，大致可分為兩類，一類為以冷彎C型鋼組成的龍骨體系，另一類以小型熱軋型鋼組成的龍骨結構體系。

　　輕鋼龍骨體系一般由柱、梁、天龍骨、地龍骨及中腰支撐通過配套扣件和加勁件用自攻螺釘連接而成，梁柱構件厚度在1～3mm之間，柱子間距約為400～600mm 。

　　主要受力機理為：柱子與上下龍骨及支撐或隔板組成受力墻壁，豎向力由樓面梁傳至墻壁的龍骨，再通過柱子傳至基礎;水平力由作為隔板的樓板傳至受力墻壁再傳至基礎。

　　由于在傳力過程中，墻面板承受了一定的剪力，并提供了必要的剛度，故墻面板應滿足一定的要求。

　　樓板可采用樓面輕鋼龍骨體系，上覆刨花板及樓面面層，下部設置石膏板吊頂，既可便于管線的穿行，又滿足了隔聲要求。

　　該體系的優(yōu)點為組成體系的構件尺寸較小，可將結構構件隱藏在墻體內(nèi)部，有利于建筑布置和室內(nèi)美觀，且保溫性能良好，梁柱均為鉸接，省卻現(xiàn)場焊接及高強螺栓的費用，而且受力墻體也可在工廠整體拼裝，加快了施工進度。

　　其缺點為梁柱鉸接不適合于強震區(qū)的高層建筑，國內(nèi)該體系尚缺乏工程經(jīng)驗，冷彎型鋼品種較少。

　　參考文獻：

　　[1]高光虎，多高層輕型鋼結構住宅設計.建筑結構，2001

　　[2]包頭鋼鐵設計研究總院，鋼結構設計與計算(第2版)【M】.機械工業(yè)出版社，2006

　　[3]徐秀麗主編.畢業(yè)設計指導書-框架結構設計【Z】.北京：中國建筑工程出版社，2008

　　鋼桁架的發(fā)展史【2】

　　桁架由上弦桿、腹桿和下弦桿構成。

　　北美歷史上的第一榀鋼桁架出現(xiàn)在1923年，是用圓鋼作為桁架的上下弦桿，連續(xù)彎折的鋼筋作為腹桿。

　　在此之后，出現(xiàn)了各式各樣的桁架形式，然而，麻煩也隨之而來。

　　因為各個供貨商擁有自己不同的設計和加工方法，使得建筑設計師及營造商感到無法對各個不同的產(chǎn)品進行比較，而且根本無法找到最經(jīng)濟的解決方案。

　　業(yè)內(nèi)人士開始尋找解決的辦法，并于1928年組建了鋼桁架協(xié)會，同年，第一版的行業(yè)標準被采用，次年，1929年，發(fā)行了第一版的荷載表。

　　行業(yè)標準第一版中所描述的鋼桁架就是后來被定義為空腹式桁架的SJ系列鋼桁架。

　　1953-引入大跨度桁架，L系列。

　　同年發(fā)布的技術規(guī)格及荷載表所涵蓋的桁架跨度達到96英尺，腹桿高度達到48英寸。

　　這一標準也同時被美國鋼結構協(xié)會接受并納入他們的體系。

　　1959-引入用來替代SJ系列的S系列桁架，鋼材的抗拉性能從18000磅/平方英寸(psi)增大到20000psi. 跨度增長到48英尺而腹桿高度增長到24英寸。

　　1961-a.引入用來替代S系列的J系列桁架，鋼材的抗拉性能從20000psi增長到22000psi，其屈服強度達了36000psi.

　　b.引入用來替代L系列的LA系列桁架，由于鋼材材質(zhì)的進步，

　　LA系列鋼材的抗拉強度也從20000psi增長到了22000psi。

　　c.引入H系列鋼桁架，其剛材的屈服強度達到50000psi，而設計抗拉強度則達到了30000psi。

　　1962-引入LH系列桁架，鋼材的屈服強度介于36000psi和50000psi之間。

　　1965-與美國鋼結構協(xié)會共同提出針對J系列及H系列桁架的新規(guī)范。

　　1966-與美國AISC共同引入LJ系列桁架用來替代LA系列，并提出相應的針對LJ系列及LH系列桁架的新規(guī)范，此時，LJ系列桁架鋼材的屈服強度為36000psi, 而LH系列桁架鋼材屈服強度介于36000psi及50000psi之間。

　　1970-引入DLJ系列及DLH系列鋼桁架，其跨度達到144英尺，腹桿高度達到72英寸。

　　1971-取消了2號弦桿的尺寸數(shù)據(jù)，并且在荷載表中增加了8J3 和8H3的數(shù)據(jù)。

　　1972-a.與AISC共同提出了針對LJ, LH, DLJ, DLH系列桁架的新規(guī)范。

　　b.與AISC共同推出新規(guī)范及新的荷載表格，其中，桁架的跨度增長到了60英尺，而腹桿高度增長到了30英寸，弦桿的斷面增加了“9、10、11號”。

　　1978-a.取消了J, LJ, DLJ系列的桁架，因為此時高強度鋼材的使用在美國已經(jīng)十分普及了。

　　b.作為對市場要求反應的回饋，引入了桁架梁的概念，并且為之準備了完善的規(guī)范及重量表。

　　此時的市場對于更經(jīng)濟，跨度更大的主鋼結構的需求進一步增加。

　　1986-引入用來取代H系列的K系列桁架，發(fā)展K系列桁架的理由在于：1)滿足撓度設計要求，并更為經(jīng)濟。

　　2)滿足對屋面桁架檁條的要求，屋面檁條的荷載較小，而腹桿高度從18英寸到30英寸。

　　3)使用標準尺寸的桁架的需求越來越多。

　　4)避免在荷載較小時使用過重的桁架。

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注釋的參考文獻09-30