變截面門式剛架截面優(yōu)化程序設(shè)計(jì)

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1、長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文1．1課題的提出第一章緒論1．1．1鋼結(jié)構(gòu)建筑和門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展以1885年建立的美國(guó)芝加哥第一座55層鋼結(jié)構(gòu)大樓和1889年法國(guó)建起的巴黎320．7m高的埃菲爾鐵塔為標(biāo)志，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注和重視。近數(shù)十年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)建筑在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到蓬勃地發(fā)展，在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，鋼結(jié)構(gòu)用鋼量已經(jīng)占到全部鋼產(chǎn)量的10％以上，鋼結(jié)構(gòu)建筑面積占總建筑面積40％以上。作為反映一個(gè)國(guó)家科學(xué)水平的高層鋼結(jié)構(gòu)建筑越來(lái)越給人們帶來(lái)建筑與空間美學(xué)的享受。例如：美國(guó)紐約的帝國(guó)大廈和世貿(mào)大廈、芝加哥西爾斯大廈、日本的NF

2、C大廈、德國(guó)的法蘭克福商業(yè)銀行大樓等在世界工程界都極具影響，有些已成為一座城市的標(biāo)志。歷屆奧運(yùn)會(huì)體育場(chǎng)館和世界博覽會(huì)場(chǎng)館也為鋼結(jié)構(gòu)建筑提供了展示魅力的機(jī)會(huì)。1996年的亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館，2000年悉尼奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館都已成了空間鋼結(jié)構(gòu)建筑的典范。可以這么說(shuō)，目前，世界各地的機(jī)場(chǎng)、機(jī)庫(kù)、體育館和展覽中心等大型公共建筑采用的都是空間鋼結(jié)構(gòu)。在低層建筑中也越來(lái)越多地采用鋼結(jié)構(gòu)。1995年以來(lái)，美國(guó)的非住宅低層建筑中有65％是用鋼結(jié)構(gòu)建造的，歐洲約有48％，中東更是達(dá)到了90％左右。許多西方發(fā)達(dá)國(guó)家，目前還正在積極推廣預(yù)制化鋼結(jié)構(gòu)低層住宅。美

3、國(guó)最早采用鋼框架結(jié)構(gòu)建造住宅，1996年，已有20萬(wàn)幢鋼框架小型住宅，約占住宅建筑總數(shù)的20％。日本的鋼結(jié)構(gòu)建筑數(shù)量最多，其新建的1～4層建筑，大都采用了鋼結(jié)構(gòu)。2000年在澳大利亞，鋼框架住宅占全部住宅數(shù)量的30％。隨著世界能源和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越為人們所關(guān)注，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把具有綠色環(huán)保的鋼結(jié)構(gòu)材料看作為未來(lái)建筑的主要材料之一。開發(fā)研制與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的新技術(shù)，新材料，在建筑中更多地采用鋼結(jié)構(gòu)已成為主流趨勢(shì)。我國(guó)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用起步較晚，最早的高層鋼結(jié)構(gòu)是上海國(guó)際飯店、上海大廈(建成于1934年)，真正起步是在建國(guó)以后。上世紀(jì)80

4、年代以前，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用主要是網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。90年代以后，尤其是1995年以后隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量的迅速增加，新技術(shù)新材料的不斷出現(xiàn)，為鋼結(jié)構(gòu)建筑的快速發(fā)展奠定了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。90年代中期以來(lái)，利用鋼結(jié)構(gòu)建成的典型建筑有：上海金茂大廈、深圳地王大廈、成都雙流機(jī)場(chǎng)、廣州會(huì)展中心、廣州體育館、廈門會(huì)展中心、長(zhǎng)沙錦繡中環(huán)大廈、浙江黃龍?bào)w育館、杭州瑞豐商務(wù)大廈、杭卅I大劇院等。此外國(guó)內(nèi)大中型企業(yè)和來(lái)華投資的國(guó)第一章緒論外企業(yè)的生產(chǎn)基地很多都采用鋼結(jié)構(gòu)建筑。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的研究開發(fā)在各地也有試點(diǎn)，且已完成了50多萬(wàn)平方米

5、的建設(shè)，目前已經(jīng)形成了多種低層，多層和高層的設(shè)計(jì)方案和實(shí)例。例如，北京金宸公寓，上海中福城高層住宅，天津市麗苑小區(qū)試點(diǎn)工程等。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑已成為住宅建筑發(fā)展的一個(gè)重要方向。隨著2008年奧運(yùn)會(huì)和2010年世博會(huì)在我國(guó)的召開，其場(chǎng)館的建設(shè)將為鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供更多的契機(jī)?？梢灶A(yù)見鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展?jié)摿薮?。輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系是采用輕型H型鋼(焊接或軋制、變截面或等截面)做成門式剛架，C型、Z型冷彎薄壁型鋼作檁條墻梁，壓型鋼板或輕質(zhì)夾芯板作屋面、墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)，采用高強(qiáng)螺栓、普通螺栓及自攻螺絲等連接件和密封材料將承重結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在

6、現(xiàn)場(chǎng)組裝起來(lái)的預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)房屋體系。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，材料單一，跨度大，自重輕，工期短，造價(jià)低，環(huán)保節(jié)能等優(yōu)勢(shì)。目前，這種結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)廣泛用在工廠、倉(cāng)庫(kù)、超市等各類建筑中。近年來(lái)，我國(guó)輕鋼結(jié)構(gòu)得到了快速發(fā)展，建筑面積超過(guò)千萬(wàn)平方米。為了適應(yīng)輕鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范手冊(cè)已逐漸編制完善。除了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范、壓型金屬板設(shè)計(jì)施工規(guī)程以外，還有上海市標(biāo)準(zhǔn)輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程、建設(shè)部中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)建筑鋼結(jié)構(gòu)委員會(huì)編制的門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程等已經(jīng)實(shí)施。我國(guó)頒布實(shí)施了《

7、門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，這為門式剛架結(jié)構(gòu)在我國(guó)的普及推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，使其成為近幾年發(fā)展最快的一種新型輕鋼結(jié)構(gòu)。在輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系中，門式剛架具有安裝快捷、節(jié)約費(fèi)用、擴(kuò)建靈活、維護(hù)費(fèi)用低和單一供貨責(zé)任等優(yōu)點(diǎn)，使其用途極為廣泛，在非居住性的低層建筑市場(chǎng)上已占據(jù)主導(dǎo)地位。輕型鋼結(jié)構(gòu)門式剛架在工業(yè)廠房、公路(鐵路)庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)、飛機(jī)庫(kù)、集貿(mào)市場(chǎng)、體育場(chǎng)館、航空港、商業(yè)建筑中越來(lái)越得到人們的青睞。在門式剛架這種結(jié)構(gòu)形式中，剛架梁的內(nèi)力以彎矩為主，剛架柱雖然是壓彎構(gòu)件，通常也是彎矩的效應(yīng)大于壓力。在豎向荷載作用下，剛架各截面

8、彎矩圖并不相等。為了充分發(fā)揮各截面的作用，在彎矩大的地方采用較大的截面，彎矩小的地方采用較小的截面是一個(gè)減小用鋼量十分有效的辦法。1．1．2結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展一般工程設(shè)計(jì)問(wèn)題都有許多種可行的設(shè)計(jì)方案，如何根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，在眾多的可行方案中尋找一