2.工程结构分析
建筑钢结构设计中的钢结构一般采用的分析方法是线弹性分析，目前钢结构实际设计中，结构分析通常为线弹性分析，条件允许时考虑P-Δ，p-δ。如果钢结构建筑工程项目有特殊要求情况下可采用现行的有限元软件分析建筑结构的几何非线性和刚才的碳素性能。可有效提高建筑结构分析的精准度。需要提出的是对于钢结构的分析并不是一定要采用软件进行分析，对于比较典型的钢结构可通过查阅力学手册的方式比较直接地确定结构的内力和变形。对于结构相对简单的建筑一般采用人工手算的方式进行分析。对于结构比较复杂的工程需借助软件来建模后分析。
3.构件设计
在进行钢结构构件设计时，设计人员的首要工作就是对构件材料的选择。一般在钢结构建筑设计中比较常用的是Q235和Q345。一般钢结构的主体结构使用一种钢种，主要目的是便于工程管理。从建筑经济性角度分析，也可以将不同的强度的钢材组合使用，比如对强度要求时应选择Q345，对稳定性要求高时应选Q235。在钢结构构件截面设计中，对截面的验算一般使用弹塑性方法，但这种验算方法和结构内力计算的弹性方法不是一致的；目前，多数的结构软件都是对截面验算后进行处理，而随着软件技术的发展，部分的软件可不通过构件直接对截面进行验算，而是根据给定的截面库中选择截面加大一级的方式自动对截面分析验算，可有效地减少设计人员对结构构件截面验算的工作量。
4.节点设计
根据现代钢结构节点传力特性的不同可将节点分为刚接、铰接和半刚接；节点的连接比较常用的方式是等强设计和实际受力设计两种。就当前的钢结构建筑设计中比较常用的节点形式是刚接和铰接，这是因为这类节点的连接数据可以从有关的钢结构设计手册中直接查阅。也可通过结构软件后处理部分自动完成连接。节点焊接也是节点设计的重要设计环节，应严格按照钢结构设计中的规范规定控制焊缝的尺寸和形式。比如，所选用的焊条应和焊接的金属材质相匹配：E43对应Q235，E50对应Q345，Q235与Q345连接时应选低强度的E43。焊接设计中应严格控制焊缝，不能随意的加大焊缝，焊缝重心应同被连接构件重心重合或接近。就栓接节点而言，普通的螺栓抗剪性能比较差，一般使用在结构的次要部位。对于结构重要部位，对抗剪性能要求高时应采用高强度螺栓，当前在钢结构建筑设计中选用比较多是螺栓强度等级为8.8和10．9。
5.图纸编制
建筑钢结构图分设计图和施工详图两阶段。设计图是设计单位提供给构件制造厂用来编制施工详图的依据。钢结构制造厂根据设计单位提供的设计图，按照图纸内容要求，比如各种参数、工艺、技术等编制施工详图。
一、前言
由砼包裹型钢做成的结构被称为钢骨砼结构（也称劲性砼结构），在日本应用最为广泛，研究和试验也最多。这种结构被简称为SRC结构，现在已和钢结构、木结构、砌体结构以及钢筋砼结构并列为五大结构之一。其中实腹式钢骨砼构件具有较好的抗震性能、节约钢材、提高砼利用系数、施工方便等优点，在工程建设中得到广泛应用。本文将主要介绍钢骨砼梁的设计方法及构造要求，通过工程设计实例，具体说明其计算和使用，供类似工程设计时参考。
二、结构特点及计算方法
钢骨砼梁是钢梁和钢筋砼梁二者的组合结构，实腹式钢骨通常采用工字形、口字形，截面材料的选用主要是依据现行国家标准“钢结构设计规范（GBJ17-88）”和“高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-98）”，保证构件具有足够的塑性变形能力，其屈服强度不宜过大，伸长率应大于20%；钢筋砼按照“砼结构设计规范（GBJ10-89）”要求实施。
钢骨砼梁的正截面强度各国的计算方法很不相同。前苏联“劲性钢筋砼结构设计指南CN3－78”假定型钢和砼成为一个整体，能够一致变形，几乎完全套用钢筋砼结构的计算方法。日本“钢筋砼结构计算标准”把钢筋砼梁的抗弯能力和型钢的抗弯能力叠加得到钢骨砼梁的抗弯能力，两种方法不同之处在于型钢梁能否与钢筋砼形成一个整体。现行“钢骨砼结构设计规程YB9082－97”在实腹式钢骨砼梁的计算方法上主要参考了日本计算标准，结合试验研究成果，对称配置钢骨砼梁正截面受弯承载力，计算结果偏于保守。
M≤Mssby+Mrcbu
M为弯矩设计值，Mssby为梁中钢骨部分的受弯承载力，Mrcbu为梁中钢筋砼部分的受弯承载力。
当受拉翼缘大于受压翼缘的非对称钢骨截面，则可将受拉翼缘大于受压翼缘的面积作为受拉钢筋考虑，考虑粘结滑移对截面承载力的影响，砼抗压设计强度以fc代替fcm。由力矩平衡公式ΣM=0，力平衡公式ΣX=0可得：
fcAc=fyAs+Nss,Mu≤fcAc(hos+hoc)-Nss(hos-hoss)+Mss
Ac：受压区砼的面积，hoc、hoss、hos分别为受压区砼的合力点、钢骨中心以及受拉钢筋合力点至截面受压边缘的距离。
对于钢骨偏置在受拉区的非对称截面，按钢与砼组合梁的设计方法计算处理，为保证砼与钢骨整体作用，在钢骨上翼缘设置剪力连接件。在设计中值得注意的是，在钢骨部分受弯承载力的计算中可不考虑局部压屈，基于受力构件达到受弯承载力极限状态时，比弹性极限受弯承载力有所提高采用截面塑性发展系数γs，实际应用中，根据构件重要性可偏于安全取γs=1.0。
钢骨砼梁受剪承载力按照承载力极限状态理论
V≤Vssy+Vrcbu。
V为梁的剪力设计值，Vssy为梁中钢骨部分的受剪承载力，Vrcbu为梁中钢筋砼部分受剪承载力，无地震作用组合时
V≤0.4fcbbhbo，Vrcbu≤0.25fcbbhbo。
钢骨砼梁裂缝宽度和抗弯刚度，钢骨砼结构设计规程给出了计算公式，不对称钢骨砼截面抗弯刚度可按下式计算。
B=EsAshbo2/[1.15Ψ+0.9+6αEρ/(1+3.5γ′f)]+EssIss
三、工程实例
华天贵宾楼工程，地下二层，地上二十八层，标准层层高3.3米，总高99.35米，总建筑面积48000平方米。南北向沿高度作内外7.08°～7.91°倾斜，顶部最大外公倾平面尺寸达14米，外倾面积7700平方米，其倾斜部分采用斜向钢骨砼柱与水平钢骨砼梁拉结，受层高和各专业安管道安装空间的限制，为满足建筑净空使用要求，轴线跨度为11.955米，横向次梁梁高只能做成600毫米，高跨比接近1/20，且位于外挑部位，梁身刚度很难保证，经方案比较，确定采用钢骨砼宽扁梁。
此建筑主楼结构整体采用“SATWE”进行分析计算。其顶层内力最大，最大正弯矩设计值M=829.0kN·m，最大剪力设计值V=331.6kN，轴向力设计值N＝17.2kN，短期效用组合下弯矩标准值Mk=637.7kN·m。结合框架柱梁分析结果，假定梁截面尺寸700×600（h），钢骨采用Q235等级C的热扎H型钢HM450×300（440×300×11×18mm），截面特征见表1
表1
Ess
Iss
Wss
fss
fssy
fssv
2.06×105MPa
56100×104mm4
2550×103mm3
215MPa
235MPa
125MPa
混凝土强度等级C30，fc=15MPa，纵向钢筋fy=310MPa，fsv=210MPa。
（1）正截面抗弯、斜截面抗剪承载力计算
表2
名称
公式
计算结果
钢骨受弯承载力
Mssby=rswssfss
575.7kN·m
钢筋砼受弯承载力
Mrcb=M-Mssby
253.3kN·m
钢筋砼受弯配筋
As=Mrcb/fsyγhco
1504mm2
钢骨受剪承载力
Vssy=twhwfssv
555.5kN
钢筋砼剪弯承载力
Vrcb=V-Vssy
<0
（表中a=35mm，hbo=hb-a=600-35=565mm）
①选8Φ16，As=1608mm2,As>ρminbh
②选13Ф18，As=3315mm，
箍筋按构造，ρvmin=0.02fc/fyv=0.14%，选φ8＠150（四肢箍）
0.4fcbbhbo=2373kN>V=331.6kN
0.25fcbbhbo=1483kN>Vrcb=0满足要求
（3）裂缝宽度验算
表3
名称
公式
计算结果
①
②
受拉钢筋配筋率
ρ=AS/bhbo
0.004066
0.008382
受压翼缘增强系数
γ′f=(b′f-b)h′f/bhbo
0.8
0.8
砼截面开裂弯矩
MC=0.235bh2ftk
118.4kN·m
118.4kN·m
短期荷载效应组合下钢筋砼部分所承担的弯矩
Mrck=EsAShbo/{EsAShbo+ESSISS/hos[0.2+6αEρ/(1+3.5γ′f)]}×MK
421kN·m
492kN·m
钢筋应变不均匀系数
Ψ=1.1(1-MC/Mrck)
0.79
0.8352
折算直径
dc=4(As+Asf)/s
29.9mm
25.43
受拉钢筋和钢骨受拉翼缘配筋率
ρte=（As+Asf）/0.5bh
0.03337
0.0415
短期荷载效应组合下受拉钢筋的应力
δsk=Mrck/0.87Ashbo
532.6Mpa
>310MPa
301.9Mpa
<310MP
（表中Es=2.0×105MPaEc=3.0×104MpaXe=ES/EC=6.67h′f=0.2hbo=113mm）
梁最大裂缝宽度
Wmax=2.1Ψ(δsk)/(Es)×(2.70+0.1de/ρte)γ
=2.1×0.8352×301.87/(2.0×105)×(2.7×25+0.1×25.43/0.0415)×0.7
=0.24mm<0.3mm
平均裂缝宽度Wm=Wmax（1.66×1.5）=0.096mm
（4）挠度变形计算
近似取钢骨砼梁荷载为均匀分布。
表4
名称
公式
计算结果
短期荷载效应组合下截面抗弯刚度
B=EsAshbo2/[1.15Ψ+0.2+6αEρ/(1+3.5γ′f)]+EssIss
2.851×1014N·mm2
长期荷载效应组合下钢筋砼部分所承担的弯矩
Mrclk=(Mlk/Mk)Mrck
446.0kN·m
长期荷载效应组合下梁的抗弯刚度
Bl=Mrck/(Mrck+0.6Mrclk)×EsAshbo2/[1.15Ψ+0.2+6γEρ/(1+3.5γ′f)]+EssIss
2.254×1014N·mm2
（表中砼保护层厚度c=25mm,钢筋表面形状系数γ=0.7）
Δs=5/48×Mlkl2/Bl=5/48×(578.2×106)/(2.254×1014)×119552=38.2mm
Δs/l=38.2/11955=0.0032=3.2‰，理论上满足要求。
设计中，分析外挑结构在荷载及地震作用下推力或拉力对梁不利影响，计算过程中梁端假定为简支，为平衡钢骨产生的拉力，需加配钢骨梁受力负筋；另受梁高限制，钢骨砼保护层厚度小于临界厚度ccr=0.25bft1/2=0.25x300x2.01/2=106.1mm，设置锚固连接件（通常采用圆柱头焊钉，按钢－砼组合梁要求验算，以增强型钢与砼连接面上的粘接强度，限篇幅，从略）。
梁端节点因按“钢骨规程”对钢骨梁与钢骨梁暂无明确规定，遵循钢骨腹板部分设置钢筋贯穿孔时，截面缺损率不应超过腹板面积的20%，主筋不得与钢骨直接焊接的要求。
此工程于二OOO年十月开工，二OO一年八月封顶、并主体验收，二OO二年五月投入使用，建筑从建设至今，经观测，钢骨梁柱无裂缝，挠度也不大，效果良好。
四、结束语
2加建工程的现状
我国加建设计起步比较晚，与世界先进国家之间存在着一定的差距。随着社会的不断发展与进步，科学技术水平的不断提高，加建工程得到了很大的发展空间，并且在我国各地都开展了一些旧房挖潜、改造、加建等工程，并且在上海、重庆、广州、贵阳、昆明等地都将旧房改造工程列入到了城市规划项目当中，颁布了相应的文件与规章制度。由此可以看出，我国加建工程得到了很大的发展空间。1)由以往的单个房屋加建发展为成片住宅区的加建工程;2)各种新材料、新工艺应用到了加建工程当中;3)轻钢结构加建技术得到了深入的分析与研究，并且在加建工程中得到了广泛的应用。
3钢结构加建的优缺点
开展钢结构加建工程的时候，具有以下优点:1)节约土地，提高土地面积的使用效率，缩短建设工期;2)因为钢结构的自重比较轻，因此，加建部分的荷载作用对原结构的影响非常小，不需要单独对地基进行加固处理，这样不仅可以减少工作量，还可以缩短工期，节省部分施工成本;3)钢结构具有较强的多样性，在进行加建的时候，可以充分发挥空间的优势，降低对原建筑结构的影响;4)钢结构加建的适用范围比较广，不仅可以对房屋建筑进行加建，还可以对工业建筑进行加建，因此，在建筑加建工程中得到了广泛的应用。当然，其也存在着一些缺点:1)在进行钢结构加建之后，其整体建筑结构就会呈现一种上柔下刚、上轻下重的质量与刚度分布，导致建筑整体性较差，缺乏一定的抗震性能;2)钢结构耐久性较差，在进行加建的时候，需要进行防腐、防火等措施的考虑，这样就会增加一些建筑材料的使用，此时不仅会涉及到原材料的质量问题，还要考虑原材料的成本问题，因此，存在着一定的不足。
4混凝土框架顶层加建钢结构设计
1)楼板设计。在设计楼板的时候，现阶段一般选用的都是现浇灌技术。目前，现浇灌技术是楼板设计中最为常用与有效的方法，在采用此种方式进行钢结构施工的时候，可以有效提高建筑结构整体的稳定性、牢固性与安全性。同时，在钢结构施工中，此种方法可以对出现的问题进行灵活的处理与调整，根据实际情况，提出有效的解决办法，保证楼板设计与施工的顺利进行，确保建筑工程的整体施工质量。2)梁设计。在进行梁设计的时候，一定要结合国际设计标准与实际设计情况，制定合理、科学的钢构设计要求:首先，在进行梁设计的时候，一定要保证其截面宽度不会低于200mm，同时宽度与高度之间的比值不要超过4。其次，在梁设计中必然要使用一些钢筋，对其使用钢筋也要进行一定的规定，保证梁结构具有一定的硬度与抗震性能，进而确保建筑工程整体结构的牢固性与安全性。最后，在设计扁梁的时候，一定要保证梁中线和柱中线重合，采用双向布置结构。同时对扁梁进行严格的计算与设计，保证其结构的合理性与科学性，增强建筑工程整体结构的稳定性。3)柱设计。在进行柱设计的时候，一定要保证其截面符合设计标准:通常情况下，柱截面宽度与高度均不可低于300mm，柱直径一定要超过350mm，截面短边与长边的比值不可以超过3，柱纵向钢筋配比不可以低于0．2%等。在设计柱的时候，一定要严格遵照以上要求，这样才可以保证柱设计的合理性与科学性，同时增强钢结构的稳定性，保证建筑工程施工的顺利完成。4)基础承载重量构件设计。在进行基础承载重量构件设计的时候，一定要综合考虑各方面的因素，结合建筑负荷、结构形式、施工状况等，加强基础设计的合理性与科学性，使其达到建筑工程整体设计要求。针对设计不合理、不符合要求的部分，一定要进行相应的修改，保证其设计的合理性与科学性，这样才可以保证建筑工程整体的施工质量。
工程概况该广告牌位于某火车站站前广场东西两侧花坛内,花坛宽为3m,其一侧为混凝土浇筑的广场,另一侧为素混凝土路面。根据现场钻探资料,工程场地的土层自上而下分为三层摘要:表层为填土(Qm1),层厚为2.5～2.7m,含碎砖块、块石及有机质等,其静力触探比贯入阻力PS=0.83～3.65MPa,承载力fk=60～80kPa,压缩模量ES=3.0～3.5MPa,该层填土土质松软,结构松散,软硬不均,强度低,未经处理不宜作建筑物的基础持力层;第二层为粉质粘土(Qm1+p1),层厚为0.3～2.0m,含少量的氧化铁,其静力触探比贯入阻力PS=0.83～1.85MPa,承载力fk=90～150kPa,压缩模量ES=4.5～6.8MPa;第三层为粘土(Qm1+p1),位于离地面4m以下,该层未钻穿,土质呈硬塑状态,含大量的氧化铁及铁锰结核,其静力触探比贯入阻力PS=3.48～5.10MPa,承载力fk=250～360kPa,压缩模量ES=10.5～15.0MPa,该层粘土分布面广,厚度大,强度高,是良好的基础持力层。工程场地内的地下水类型主要为埋藏于表层填土中的上层滞水,地下水主要受大气降水及地表水入渗补给,水位、水量均受气候变化影响。
网易设计要求该广告牌由18m高的独立钢柱离地面12m后撑起6×18m的矩形钢结构广告灯箱。该地区基本风压为w=0.3kN/m2,地震设防裂度为7度。
广告牌结构设计
网易结构型式的选择独立钢柱大型钢结构广告牌的主体结构,目前常采用的形式有两种摘要:一种为T型,其主骨架由一根独立钢柱和上部一根横向主梁呈T型焊接而成,该体系主体结构受力明确,计算简单,由立柱顶上焊接一根横梁形成固结于地基上的T形刚架结构体系,广告灯箱面板通过各挂件及斜撑和T形刚架结构相连。另一种为桁架式,其主骨架由一根独立钢柱和上部几道相互平行的横向主梁焊接而成,主梁之间由水平及斜向支撑连接,形成空间桁架体系,广告灯箱直接挂靠在主骨架上。
网易经过比选,该广告牌结构型式采用桁架式。其理由是摘要:第一,广告牌结构的控制设计荷载是风载,风压直接功能在面板上,再由面板传至骨架,此时,在不同高程上的几道主梁可把风载较均匀地传至立柱,因而可减小主梁和立柱连接处的应力集中;其次,平行式桁架结构主梁采用槽钢,使结构外形平整,便于广告面板挂靠,并可加强面板和主骨架的连接,从而减小了面板的变形,以确保广告面的感观效果;第三,平行式桁架结构,可在每道主梁高程设置内检修梯,这样给结构的维护、检修及挂、卸广告布带来了极大的方便,且保证了操作人员的人身平安;除此之外,平行式桁架结构,形式简洁、美观,受力明确,节点构造简单,施工方便,从而能保证施工质量。
网易结构布置本工程采用独立钢结构圆柱,通过节点板在三个不同高程搭焊三道横向主梁,主梁之间设置横隔梁和斜向支撑,形成空间桁架受力体系,主、横梁间距主要考虑广告面板骨架网格的布置,并使面板骨架节点和主骨架节点相一致,以加强面板和主骨架的连接。广告牌面板的自身骨架挂焊在主体结构上,形成整体上部结构。主梁选用槽钢,其他构件均选用角钢,型号按构件的强度和变形条件选取。钢立柱截面的选取,除考虑其强度及稳定性外,还要综合考虑广告牌整体尺寸协调及美观等方面的因素。
结构分析
网易荷载和荷载组合结构承受的主要荷载有摘要:1)自重;2)风荷载;3)温度荷载;4)检修活载;5)地震荷载。
网易荷载组合有三类摘要:1)基本组合;2)非凡组合;3)施工吊装。
网易应力分析由于钢立柱为压弯构件,其承载力取决于柱的长细比、支承条件、截面尺寸以及功能于柱上的荷载等,计算表明,钢立柱的承载力一般由稳定控制。上部结构的主梁可简化为刚结或铰结在钢立柱上的悬臂结构,主梁之间由横梁及斜撑铰结形成空间平行组合桁架。内力计算采用有限元程序在计算机上完成。根据钢结构设计理论,对接焊缝在截面不减小的情况下,其强度可达到母材的强度,因而无需验算焊缝应力,但应严格检查焊缝质量及饱满度。上部桁架杆件间的连接主要是角焊缝焊缝承受杆件间的应力传递,其受力大小已由上部结构计算得出,对广告牌之类结构,上部结构杆件受力一般不大,为施焊方便,可用围焊,并统一取焊脚尺寸为hf=10mm,可满足规范要求;但对广告牌面板骨架和主骨架挂点处焊接须逐一核算。
变位控制
网易广告牌立柱高18m,在水平风载功能下会产生顺风向水平位移,上部结构为悬臂桁架,在风载及自重功能下,悬臂端部也会产生相应的变位,假如这些变位过大,将直接影响到广告牌的使用及感观效果,重要的是,这些变位还将引起附加内力,增大结构内部的应力,降低结构的平安性,为此,在广告牌设计中应严格限制变位。根据《钢结构设计规范》(GBJ17%26amp;#0;88)的规定,广告牌水平向设计变位应控制在10mm以内为宜。
基础工程设计
网易基础型式及布置作为该类型广告牌的基础型式主要有两种摘要:一种是平衡重力式,即上部荷载主要由大体积基础重力来平衡,开挖方量大,混凝土用量也较多,但施工简单,节省钢材,适宜在土质松软且有开阔的施工场地时利用。另一种为桩基式,其中又以扩孔桩为主,该类基础可在施工场地受限的情况下采用,其优点是基础施工场面很小,混凝土用量仅为平衡重力式基础的三分之一左右,但施工难度略有增大。
网易由于本广告牌建在某火车站站前广场两侧花坛内,花坛宽仅3m,若放坡开挖基坑,势必破坏两侧的广场混凝土地坪和水泥混凝土路面,其修复工程造价可观,还可能破坏地下埋管,经综合比较,选用了人工挖孔扩底桩基础,使基坑开挖只限在花坛内进行。为了减小孔壁支护的困难,基础上部4m深范围内(表层填土和第二层粉质粘土)不扩孔,采用直径为1.5m的圆孔;从4m深以下(第三层粘土)开始扩孔,以增大基底的受荷面积,来满足地基承载力要求。基底采用方形,尺寸为3×3m,总孔深为6m,基础底下设置十字正交齿墙,以增强基础的抗扭和抗剪切能力。桩基础结构计算在桩基础结构计算中,采用C法和m法两种计算方法。结果表明,两种方法计算结果比较一致,桩身最大弯矩出现在距地面62mm(m法为82mm)处,桩顶最大水平位移为4.86mm(m法为4.78mm)。桩身材料强度和配筋计算,按一般钢筋混凝土结构的偏心受压构件进行。基础设计须考虑轴力、弯矩、扭矩等不同组合的功能,以保证基础本身的强度、刚度及地基的承载力和抗剪强度均满足规范要求。
施工工艺
网易基础工程根据现场地形、地质条件,本基础采用人工挖孔扩底桩,基础底面置于第三层粘土中。基坑开挖时,采用孔壁支护和排水办法,以确保桩孔成形和施工人员的人身平安。基坑开挖完成并经验槽后,马上铺设100mm厚碎石垫层,吊放钢筋骨架,并及时浇筑基础混凝土,预埋锚固螺栓,铺设基础顶部钢筋加强网,在浇至设计标高时,其顶面需用20mm厚1摘要:3水泥砂浆找平,然后加盖螺栓定位及垫座钢板。待基础混凝土养护到规定龄期,需对预埋螺栓进行抗拔试验,以确认螺栓的抗拔承载力是否满足设计要求。钢结构工程所有钢结构构件的连接均采用焊接,上部结构均采用工厂化生产。钢柱用钢板在工厂卷焊而成,上部桁架结构可在工厂拼焊;当梁柱主骨架焊接完成,形成整体上部结构时,应做适当的加载试验,以验证焊缝的质量和主骨架的强度;广告牌面板骨架和镀锌铁皮面板拼接好后,可在地面直接挂焊到主骨架上,以便校正面板表面的不平整度,控制上部结构整体外观效果。吊装定位广告牌的立柱和上部结构在工厂制成后,运往现场进行整体对接。在地面形成的整体广告牌,可用两台吊车从顶、底两个吊位进行整体起吊安装,在广告吊装就位后,用两台经纬仪从相互垂直的两个方向进行纠斜、定位。每个方向的垂直度宜控制在h/2000(h为广告牌高度)以内,且小于20mm。螺栓定位紧固后,宜在适当时机,浇筑素混凝土密封,以防螺栓外露锈蚀。本文提及的广告牌建成后,经过数次台风考验,其垂直度和变位均满足规定要求,而其总造价比同类广告牌节省了20%,现已投入商业使用。
结束语
摘 要 钢－混凝土组合结构桥梁在日本和欧美得到了广泛应用，其特点在于它充分利用了混凝土和钢的材料特点。本文通过分析波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的构造特征和力学特性，阐述了这种新型组合结构的设计方法，并介绍了国外的桥梁实例。关键词 波形钢腹板 预应力混凝土 组合结构 结构设计1 引言 随着体外预应力技术的日趋成熟和新型建筑材料的发展，许多国家的工程师都在对大跨径桥梁的主梁轻型化问题进行研究。在上世纪八十年代，法国首先设计并建造了以波形钢腹板代替箱梁的混凝土腹板的新型组合结构桥梁－Cognac桥，其后又相继建造了Maupre高架桥、Asterix桥和Dole等数座波形钢腹板的组合结构桥梁，该形式箱梁的典型结构如图1所示。自上世纪九十年代起，日本也对该类形式的桥梁进行了研究，在参考法国同类桥梁的基础上，先后修建了新开桥、本谷桥、松木七号桥等一系列桥梁，其中有连续梁桥，也有连续刚构桥，拓宽了其使用范围，发展了设计和施工技术。 波形钢板即折叠的钢板，具有较高的剪切屈曲强度，用它作为混凝土箱梁的腹板，不但充分满足了腹板的力学性能要求，而且大幅度减轻了主梁自重，缩减了包括基础在内的下部结构所承受的上部恒载，还省去了施工时在腹板中布置钢筋、设置模板等繁杂的工作。此外，波形钢板纵向伸缩自由的特点使得其几乎不抵抗轴向力，能更有效地对混凝土桥面板施加预应力，提高了预应力效率。这种组合结构能减少工程量、缩短工期、降低成本，在施工性能和经济性能方面都具有很大的吸引力。2 设计方法 当桥梁上部采用波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的结构形式时，和普通的钢筋混凝土箱梁桥一样，其设计需要针对施工和使用阶段的不同要求。施工阶段的计算要结合具体的施工形式，比如，连续梁桥可以采用悬臂施工、顶推法施工或其它的方法，主要的计算荷载有自重、预应力、混凝土不同龄期的收缩徐变、施工荷载等。使用阶段则要考虑汽车荷载、风荷载、温度荷载等。箱梁内通常同时设置体内和体外预应力，由混凝土顶板和底板内的体内预应力抵抗施工荷载和恒载，箱内的体外预应力用来抵抗活载。这样考虑的原因之一，是为了满足更换体外预应力钢束时结构的受力要求。2．1 纵向抗弯计算 波形钢腹板在轴向力的作用下，轴向变形很大，表现出来的等效弹性模量很小。波形钢板在纵向的等效弹性模量和板厚、波纹形状有关，可由下式计算 Ex＝αE(t／h)2（1） 式中，Ex为等效轴向弹性模量；E为钢材的弹性模量；t为钢板厚度；α为波纹的形状系数。根据此式，日本新开桥Ex＝E／617。已进行的模型实验和有限元计算的结果，进一步证实波形钢腹板在受弯时纵向正应力、正应变很小，可以忽略，即在进行截面抗弯设计时，只考虑混凝土顶板和底板的作用，并近似的认为混凝土顶板和底板内的纵向正应变符合线性分布规律，仍然按照平截面假定计算应力、布置预应力钢束。2．2 抗扭计算 箱梁在偏心荷载作用下，截面将发生扭转变形。在混凝土腹板箱梁中，扭转的影响并不大，但在波形钢腹板箱梁中，由于腹板的弯曲刚度和混凝土顶板、底板相比小得多，这对截面扭转变形的影响显著增大，会在混凝土板内产生较大的扭转翘曲应力。到目前为止，关于波形钢腹板箱梁扭转刚度的计算还没有明确的结论。通过对建成的该类桥梁的技术总结和研究，日本工程师上平等人提出了一种计算其抗扭刚度的方法(2) 式中，Jt为抗扭刚度；Am为箱梁的横截面面积；b1为箱体的宽度；h1为波形钢腹板的高度；ns为钢材和混凝土剪切模量的比值；t为构件的厚度；α为修正系数(3)实际设计当中，鉴于截面扭转刚度和横隔板布置有密切关系，在不过于增加主梁自重的前提下，适当增加横隔板数量并调整间距可以有效的保证箱梁抗扭刚度。2．3 波形钢腹板的应力计算 波形钢腹板主要承受剪应力。在设计中可以偏保守地假定结构所有的剪应力都由波形钢腹板
2钢架加固
2．1加固设计方案
按照上述工程实例情况，基于目前加固设计标准和操作规范，结合事故检测报告中提及的问题进行分析，本文设计了2种钢架加固方案，进行筛选。方案一:通常厂房荷载计算只选取恒荷载，一般为50年最大风雪荷载量进行计算。这种方案计算所得的轻钢厂房强度并不能满足实际工作需求，也不能达到设计标准。为解决上述问题，本方案对承重梁进行加腋处理，以缓解焊接重量，柱翼缘选择对称焊接，以提高承载能力。该方案所需焊接工作量大，对生产过程的影响也大。方案二:对上述工程实测数据分析可知，厂房悬挂荷载较低，钢架所承受恒荷载为0．3kpa。按照上述数据可知，轻钢厂房外部构件稳定性不达标，在柱翼缘处加入刚性系杆，以缓解这一问题。该加固方案工作量较少，对厂房内部设备生产运行影响也小。对厂房实际工作情况进行分析，在厂房运行过程中不能有灰尘产生，两种方案进行对比分析，选取方案二进行加固处理。
2．2荷载取值范围
在计算过程中确定荷载取值范围，选择轻钢结构设计可以按照相关设计规范选取合理数值。通常情况，雪压、风压选取50年内最大值，本工程分别选取0．5kpa和0．55kpa;恒荷载量取0．3kpa，悬挂荷载量取0．1kpa;房屋自重计算得0．2kpa。按照上述荷载取值范围进行核算，该数值是按照单向刚接计算所得，而实际工作中是双向刚接，应对上述数据进行处理。根据上述数据可见，轻钢结构中主要存在超负荷工作现象，大部分钢架外部稳定应力超过承受限值。经分析可知，保证钢架柱稳定应力不超过1，面部长度应取5．5米进行计算。此外，钢架梁所承受的应力也超极限运行，要保证稳定性达标，面外长度应取3米进行计算。
2．3刚架结构的加固
如图2所示，刚架结果加固处理即在柱间设置刚性系杆，以降低轴面外部的长度，设计规范中规定，面积应小于5．5m2，该工程计算0．9m×5．85m=5．25m2，符合规范条件。
3维护结构的加固设计
3．1檩条的加固设计
在对檩条进行加固设计中，应首先确定檀条部分的荷载数值。参考本次雪灾积雪分布规律进行计算。在进行加固处理时，应轻轻揭开厂房外顶板，为确保厂房能够正常运行，厂房内部环境不受影响，应将厂房内顶板留于厂房顶部，为缓解承载应力作用，应增加檩条数量。檩条加固设计时应结合实际积雪荷载量和分布范围，选择最为经济合理的檩条位置和数量进行加固设计。积雪较少的位置处檩条可以不改变布设位置，在原檩条位置加设2．5毫米厚的C状檀条;在积雪符合较大的区域，在原檩条处加设3毫米厚的C状檀条，加设的C状檀条高度应与原檀条保持一致;在积雪最严重的区域，可利用25a热轧槽或者H型钢檩条焊接到原檀条位置，对受损部位进行焊接修复处理，以加强原檩条的承载能力。
3．2其他结构的加固设计
屋面支撑材料的加固应遵循设计规范中规定的设计方法进行设计，加设刚性系杆以提高屋面整体的承载能力，同时，设计者还应考虑实际加固施工的可操作性，选取最方便可行的设计方案。墙梁加固设计中，可在需要加固的墙梁部位增设一道墙。悬挂梁加固时应在连接处加设刚性系杆，以增强梁的承载力。雨篷加固，可将槽钢焊接在横梁上，增大衡量的抗扭强度。
钢材受自然因素影响较大，一旦长时间暴露在室外环境中，就极易被锈蚀，不仅钢材的外观会深受影响，钢材的质量也会大打折扣。因此，在钢结构建筑设计中钢材防腐问题也是必须引起高度重视。当前，钢结构建筑设计中对于防腐方面问题的解决方法通常是采用涂抹防腐涂料的措施。设计人员会根据钢结构建筑的要求选用合适的防腐涂料，并要求施工人员在施工中严格按照相关要求规范进行操作。此外，对于钢结构构件也有不同的要求，例如有的构件在出厂前需要涂刷一层底漆。在钢材上涂抹防腐涂料就目前来看是最为有效的防腐措施。但是这样做只是基础性的防腐，因而为了提高钢结构的防腐效果，就必须选用耐候钢作为钢结构建筑的首选材料，并利用热浸镀锌技术对其进行处理，利用镀层，达到保护钢结构不被腐蚀，尤其是应加强有机涂料配套技术的应用，以及阴极保护技术的应用，才能更好地确保其防腐性能得到有效的提升。
1.2钢结构设计在物理方面的问题及对策
1.2.1噪声问题及对策
噪声问题是现代建筑中最为常见的问题之一，且一直没有得到彻底的解决。怎样有效降低噪声已经成为当前建筑学中的重要研究课题之一。人类耳朵能够听到许多种声音，而这些声音又大致能够分为两类，一类是无害悦耳的声音，例如音乐声、鸟鸣声等;另一类则是有害的噪声，例如各种机械发出的轰鸣声，刺耳的喇叭声等。一般情况下，建筑使用功能的不同对隔音的效果要求也不同，例如大型商场建筑，其隔音效果要求较低;寻求安静的住宅建筑隔音效果要求就较高，这就需要设计人员根据建筑使用功能以及隔音效果的不同要求进行专门的设计。在钢结构建筑设计中所采用的隔音措施主要有:使用隔声门、隔声窗，并在建筑或需隔音的房间外墙上使用隔声性能较好的材料。根据建筑使用功能的不同，其对吸音的效果要求也不相同。例如音乐厅类型的建筑，其主要使用功能就是让人类的耳朵吸收发出的音乐声，所以在音乐厅类型的建筑中通常会在顶棚增加反射板用来反射声音，若是音乐厅中的声音无法反射，那么人类的耳朵所听到的声音就会有缺失，甚至是听不到声音。当前，解决吸音问题的主要措施有两种:第一种是科学的设计吸声结构，例如孔石膏板吊顶。第二种是采用先进的吸声材料，例如玻璃、岩棉等吸声性能较好的材料。
2建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点
2.1建筑工程中钢结构稳定设计的特点
建筑工程中钢结构稳定设计的特点主要表现为:第一，钢结构的多样性。建筑工程中钢结构设计方面的问题直接影响着钢结构的稳定性，特别是承荷载力大的钢结构部位，在进行这类钢结构部位设计时必须进行多方面的考虑，并对钢结构的稳定性进行认真分析、探究。第二，钢结构的整体性。钢结构建筑是由多种构件共同组成的一个整体，任何一个构件所具有的作用都是不容忽视的，若是当任意一个构件出现问题，例如失稳、变形等情况，那么必定会对其他构件造成影响，最终导致钢结构整体稳定性出现问题。
2.2钢结构稳定性的计算方法
(1)整体刚度计算。在现行的钢结构计算规范中，通用的计算方法是轴心压杆稳定计算方法，其主要采用是折减系数方法和临界压力求解法。其中，临界压力由欧拉公式给出。(2)整体稳定性分析。钢结构建筑是由多种构件共同组成的一个整体，其整体稳定性受各种构件的制约较大，各构件之间是否具有良好的稳定性，是确保钢结构整体稳定性的前提基础。所以，应对其整体稳定性进行分析。(3)其他特点的稳定计算。钢结构的各种组成构件又能分为两大类，为弹性构件和柔性构件，因而，在进行钢结构稳定性时应重视这一特点。由于柔性构件容易发生变形，进而导致钢结构内部也发生变化，最终对钢结构整体稳定性产生严重的影响，所以，必须重视柔性构件的分析。
2.3钢结构稳定性的分析方法
(1)静力法。静力法的分析原理是结合已经出现了微小变形后的一些结构受力的条件，并根据这些条件来建立相对平衡的微分方程。通过建立的微分方程仔细的计算出构件受力的临界相关荷载。在实际中应用静力法构件平衡微分方程时，应遵循相关设定，具体表现为:直杆构件应该为截面，其压力应始终遵循之前的轴线进行作用。(2)动力法。当钢结构的结构体系处于平衡状态下时，若是受到一定的干扰，那么整个结构体系就会产生振动，这时应采用动力法对钢结构的稳定性进行分析。钢结构整体稳定性与其所承受的荷载有着密切关联，在钢结构出现变形以及钢结构振动加速时，这种联系更加紧密。若是钢结构所承受的荷载值低于钢结构自身稳定性的极限荷载值时，会出现加速度和之前的钢结构变形的具体方向相反的状况。(3)能量法。若是在实际应用中钢结构载着保守力并且已经具备结构变形的相关受力条件，那么就能以此条件构建总体势能。如果要计算钢结构的总体势能，则必须满足一个前提条件，即钢结构处于相对平衡的状态下。
轻型钢结构具有良好的外部形象和合理受力的空间结构，同时还具备经济性较好、安装和拆卸方便、材料重复循环利用等优点，能够充分满足工业厂区建设的基本需求，进而有效应用在工业建筑领域。因此必须予以高度重视。文章主要对轻型钢结构工业建筑屋面设计进行了具体分析，旨在为业内人士的研究提供一些建议和思路。
1轻型钢结构在工业建筑中应用的优势
1.1建筑实体空间轻巧、开阔
轻型钢结构结构截面小、自重轻，根据实际的受力情况可以精确设计承重结构截面，空间结构的受力合理。轻型屋面系统用钢量在8kg/m2～15kg/m2极大地节约了建筑材料。此外，轻钢支撑结构截面在室内建筑面积的占据比例较小，进而增加了工业建筑的使用面积。企业可根据产品生产工艺合理地安装室内机械设备、布局生产流线，并且可以再例如网架结构杆件空隙中隐藏部分复杂管线，从而预留出更加开阔的生产、储藏及运输空间。
1.2主体结构稳定、可靠
钢材本身材质均匀、延展性较好，具有良好的抗震与抗压性能，并且相较于其他材料其容重和屈服点的比重最小。钢结构是轻钢结构的主要承重构件，采用的都是具有高韧性、可塑性及强度的钢材，以便承受大动力荷载。工厂的大部分钢结构杆件经精确计算后加工制成，在利用现代化的检测手段对其质量进行严格的检验，确保其质量符合要求和标准。此外，梁柱间的交叉支撑结构和檀条的抗扭、抗剪的共同作用，强化了轻型钢结构体系的稳定性。
1.3施工建造方式便捷
轻钢建筑的施工建造方式便捷主要体现在：①钢材可以利用先进的自动化制造设备标准化批量生产；②建筑骨架的组成有两种方式，一是现场组装钢构件；二是在工厂直接成型并运输到施工现场；③气候因素不会影响到现场安装，无湿作业、无需其它模具、施工速度快，一般厂房只需2-3个月就可竣工。根据不同的生产方式、建筑规模、运输能力及施工条件等，确定合理的骨架组合方式，常见的轻钢骨架组合方式主要包括构件式、框架式、盒子组合式3种建筑体系。
2轻型钢结构的工业建筑设计分析
轻型钢结构的工业建设设计主要涵盖空间设计、立面设计以及屋面设计3个重要部分，具体分析如下：
2.1屋面建筑材料
2.1.1常用屋面板材
轻钢结构的屋面材料应具备高强、轻质、耐久、保温、隔声、隔热、抗震、防水等性能，同时还要能够进行工业化生产，构造简单以及施工操作便捷。屋面钢结构主要承受屋面荷载，降低了屋面板受力条件。当下常用的屋面板材包括彩色压型钢板、彩钢夹芯板，其色压型钢板需要现场复合，为了深化其保温隔热效果，需要填充离心玻璃棉与岩棉等材料；彩钢夹芯板本身的节能环保性能良好，是最为常用的屋面板材。
2.1.2屋面板材连接方式
①彩色压型钢板连接方式，其主要包括两种方式：第一，咬合式连接，此方式有180°和360°两种咬口卷边方式（详见图1），其中180°为非紧密型咬合，360°为紧密型咬合，其原理是利用专门的咬边机紧密咬合搭接在一起的压型钢板边，产生一定的气密作用，咬合边与板的内表面利用钢板钩进行相互固定，确保了其形式立面美观；第二，扣盖式连接，该方式对称布置压型钢板接缝边，并利用卡扣构造收紧板边，在安装防水扣盖（详见图2）。该方式具有隐藏式构造，并利用扣盖下的空腔式原理增大防水效果。但该方式不适用于沿海台风多发地区。②彩钢夹芯板连接方式，主要有屋面板横向与纵向连接两种形式（详见图3）。屋面夹芯板外板为高波压型钢板，包括U形和V形两种。横向连接方式为了防止出现虹吸现象，应做好构造卷边并固定在屋面板压盖下；纵向连接在檩条处，两块板要在屋架支撑构件上放置，且板支座的长度要≥50mm，所以连接处檩条一般都设计成双檩或焊接长角钢。
2.2屋面功能设计
2.2.1排水设计
轻钢连续多跨结构决定屋面上会有多个屋脊、内天沟和坡向，排水设计要处理好屋面坡度与室内空间的关系，一般轻钢厂房屋面坡度大于等于5%，采用屋面外排水的形式。同时屋面坡度越高越浪费室内空间，加大用钢量以及热量散失。此时采用外排水方式的屋面外板材料应选用款波高肋压型板，并采用侧向360°卷边连接，进而有效解决上述问题。
2.2.2通风设计
工业封闭式生产作业方式极易产生大量的粉尘、烟雾以及热气等污浊气体，若不能及时排出会严重影响室内工作环境，甚至危害作业人员的身体健康、腐蚀结构构件，这就需要在立面加设百叶窗的基础上加装气楼或辅助通风器、天窗等设施，保持良好的室内环境。2.2.3采光设计屋面采光设计主要是利用采光顶棚、采光板等形式，其中采光顶棚是在突出屋顶表面的侧向开窗的天窗形式，其高度和跨度主要根据通风和采光的要求来具体确定。另外，采光顶棚根据采光要求可以单独设置也可跨越整个屋脊或延伸到墙面与立面结合设计；采光板可选用中空板、玻璃纤维加强聚酯等做为板材，在屋面围护板材安装，形成采光条带，增加室内光线。目前，在轻型钢结构厂房中最常用的采光板材是玻璃纤维加强聚酯，其具有高强度、好耐久性、成型便捷等优点，与彩色压型钢板配合使用，取得了较好的采光效果。
3结束语
综上所述，轻型钢结构在工业建筑中的应用具有建筑实体空间轻巧、开阔，主体结构稳定、可靠，施工建造方式便捷等优势，在工业建筑屋面设计中，应选用彩色压型钢板、彩钢夹芯板，并采用合理的连接方式，同时根据轻型钢结构厂房的实际情况，做好排水、通风及采光等屋面功能设计，提高轻型钢结构工业建筑设计的成效，建设出高质量的工业建筑。
作者:黄璐 李锋 单位:新疆寰球工程公司
参考文献:
[1]白晓民.轻型钢结构工业建筑设计研究[J].黑龙江科学,2014,11:59.
[2]马琴.浅析轻型钢结构在工业建筑中的设计与应用[J].科技创新与应用,2014,34:249-250.
2钢柱拼接节点
圆管柱的工地拼接，采用全熔透坡口对接焊缝，焊缝质量等级为一级。根据《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》规定，下段圆管柱成品应在现场拼接节点位置设置内衬垫管，并在钢管的四个方向上设置安装耳板。待上段钢柱吊装就位后，用安装螺栓将耳板链接，使待拼接的上、下两段圆管柱对接固定后，进行现场焊接作业。焊接部位上下各100mm范围的区域内，不得涂刷防腐油漆。
3梁、柱连接节点
梁、柱的连接节点构造应与连接类别的受力特征假定相符，根据强柱弱梁的原理，通常采用柱贯通的形式。梁、柱的连接构造主要有以下几种形式：全焊接节点、栓焊混合节点及全螺栓连接节点。全焊接节点的缺点在于焊接工作量过大，并且在同一节点处焊缝数量过多的话，宜造成节点区焊接应力过大，甚至变形，影响其他钢构件的连接。全螺栓连接节点，螺栓的数量可通过梁柱连接节点产生的内力来计算螺栓的数量。采用此方法，首先应先确定梁柱连接节点所产生的内力，包括弯矩、剪力、轴力，再根据内力来计算节点区螺栓的数量。全螺栓连接往往需要大量的连接螺栓，因此大量的螺栓孔洞会对母材强度产生削弱。并且对螺栓孔位的精度要求较高，孔位稍有偏差既可能影响多个构件的连接。本工程采用栓焊混合节点，梁翼缘与柱采用剖口全熔透焊，主要承担节点弯矩；梁腹板与柱采用高强螺栓连接，主要承担节点剪力及轴力。栓焊混合节点的优点是既减少了工地焊接的工作量，又避免了由螺栓承担弯矩的弊端，因此被广泛采用。
4梁、梁连接节点
主、次梁的连接主要有两种连接方式，即刚接和铰接。当采用铰接连接时，次梁可视为简支梁，设计时主要考虑次梁腹板所承受的剪力，并根据螺栓等强连接的模型计算所需螺栓数量。常见的梁梁铰接节点如下图1、图2所示。图2所示的连接节点，螺栓孔对主梁易产生偏心距使主梁局部承受扭矩，且外伸的连接板在构件的运输过程中易损坏、变形。因此建议将梁梁连接的铰接节点采用图1的节点形式。
一、钢结构设计理论概述
钢结构设计对建筑工程项目的稳定性和安全性具有重要影响意义，其设计的基本指标有两个：①构件长细比，构件长细比可以提高整体钢结构的抗震构架的稳定性，在《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）中，对构件长细比有明确规定，当构件长细比超出限值时，应及时修改结构；②板件宽厚比，板件宽厚比可以提高钢结构的抗震性，如果钢结构的板件宽厚比不具备建筑抗震要求，则需根据钢结构承载力对其进行修正。
二、轴心压杆的长细比和承载力
建筑结构的轴心压杆的结构强度是支撑建筑钢结构的主要支撑力，其压杆的柔度通常用长细比来表示，构件的计算长度L0和构件的截面回转半径r的比值视为长细比λ。构件长度系数α由构件端部的约束关系来确定，不同约束关系的轴心压杆，其弯曲波形相邻两个反弯点间的距离不同，从物理学角度讲，提高构件结构端部约束，可以增加轴心压杆的稳定性和结构强度，结构构件中轴心压杆的临界承载力取决于构件的长细比值。
1.轴心压杆的临界荷载
通过分析理想轴压杆非弹性理论可知，轴心压杆的弹塑性是决定钢结构临界载荷的主要依据，轴心压杆作为钢结构的支撑构件，其临界载荷取值对钢结构设计的影响很大。轴心压杆的临界载荷和轴心压杆的临界应力的计算公式如下：
==
==
式中，为切线模量；为弹性模量；为轴心压杆截面的惯性矩；为构件结构弹塑性的切线抗弯刚度。
当杆件长细比过大时，钢结构会发生定向的弹性弯曲，其弯曲范围内的临界力由Euler公式确定。构件是否发生弹性屈曲和弹性界限及长细比有关，本文以Q235钢为例，取弹性模量为=2.14×105MPa，弹性界限=0.6=141MPa，计算公式==122（对于Q235钢，钢结构弹性模量越大，其弹性界限越大）。
2.影响钢结构承载力的因素
通过上文对钢结构和构件结构稳定性进行系统分析可知，影响钢结构构件长细比的因素有很多，如结构设计、钢材类型、构件安装运输过程中其物理结构变化、安装使用情况等。这些原因对钢结构承载力的影响，具体表现在以下几个方：①轴心压杆和钢构件在安装初期，构件倾斜后由于自重作用而发生挠曲；②钢材类型和钢结构设计不匹配，在设计钢结构时，应根据不同的承载力，确定其应用钢材类型；③残余应力对钢结构承载力的影响也很大，和钢材类型无关。钢结构的承载力值和钢结构的稳定性、可靠性有密切联系，如果钢结构整体处在一个安全的状态，各构件之间的连接十分紧密，则钢结构的承载力很高，反之，则会降低。
3.钢结构承载力的计算公式
钢结构的稳定系数用φ表示，采用Perry公式，参数长细比计算，当
==
当>0.215时，计算公式为：
式中：和是钢结构和构件截面的相关系数。
三、钢结构抗震设计对长细比的要求
1.规定钢结构长细比限值
通过上文对钢结构的稳定承载力进行分析可知，要想提高钢结构的稳定性和抗震性，必须对其轴心压杆和支撑构件的长细比进行系统分析和测算，钢结构的长细比要求，其具体数据如表1所示。
支撑构件和抗震承载力设计的比较
钢结构的抗震设计不仅是设计的重点，也是设计难点，所以在制定钢结构设计方案时，设计师应严格按照相关的程序和规范，对其支撑构件的承载力进行精准计算，并对钢结构要达标的抗震性能进行系统研究。通过比较支撑构件的长细比限值，确定钢结构的抗震承载力，其具体数据如表2所示。
斜杆抗震承载力：
式中，N为钢结构支撑构件斜杆的最大轴向承载力；为钢结构支撑构件斜杆的横截面积；为钢结构支撑构件抗震系数。
通过对上表数据进行分析可知，钢结构长细比较大时，其采用的支撑构件承载力不能过大，钢结构长细比较小时，应根据钢结构支撑构件的实际抗震性能对其进行逻辑计算和推理，选用合理、科学的钢材类型和设计方案。
四、钢结构抗震设计中支撑杆长细比改进意见
通过上文对钢结构抗震设计进行研究讨论可知，其支撑杆和轴心压杆的长细比限值对钢结构的抗震性能、稳定性能影响最大，提高钢结构抗震设计的稳定性，其改进意见如下。
1.按照规定设置钢材类型和支撑构件长细比限值
从钢结构抗震设计角度将，支撑杆和轴心压杆的长细比限值如果不符合钢材类型，则其钢结构的承载力会因承载截面较小、刚性弱而大幅度下降，如果其长细比和钢材类型相匹配的话，则其承载能力会大幅度提升。所以要想提高钢结构的抗震性能，必须在设计之初，认真系统的分析其钢材类型和长细比变量参数是否符合设计标准。
轴心压杆的承载力预算
轴心压杆虽然不会起到承载作用，但其构件长细比和钢结构的弹塑性有着密切的联系，当轴心压杆的承载力超出额定范围时，轴心压杆将处于约束状态，随时会出现断裂脱落现象，所以在设计钢结构之初，应根据轴心压杆具体的承载力设计支撑构件。
结论：综上所述，通过控制长细比来提高钢结构抗震性能的方法最为有效，也最为实用。目前我国对于抗震结构的设计一般采用控制构件长细比的方法，通过对钢结构各组成构件长细比限值、承载力进行预算，可以精准的找到设计重点和设计方向，以便工作人员制定合理、有效、科学的设计方案。
参考文献：
[1陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京：科学出版社，2005.
[2]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].
[3]陈炯.关于钢结构抗震设计中轴心受压支撑长细比问题的讨论[J].钢结构，2010，15（10）：115-127.
钢管混凝土结构是指在钢管内充填素混凝土形成的组合结构，它凭着高承载力、塑性和韧性好、耐火性能好、经济效益好和施工方便等优点在实际工程中得到了广泛的应用，同时也引起了国内外诸多学者的关注，通过长期深入的研究，取得了巨大的成果。目前，国外关于钢管混凝土构件的设计规程主要是欧洲EC4（1994）、德国DINI8800（1997）、美国SSLC（1979）、LRFD（1999）和ACI（1999）以及日本AIJ（1997）等，这些规程中都同时给出了圆形截面和方、矩形截面钢管混凝土构件的承载力设计计算有关条文，其中尤以欧洲EC4、美国LRFD和日本AIJ最具代表性。尽管国内对钢管混凝土的研究工作相对落后，但随着经济的发展，我国学者在这一领域所取得的研究成果也令人瞩目，制定的设计规程包括CECS28：90（1992）、DB29-57-2003和DL/T5085-1999（1999）等。本文对国内外已有的几种钢管混凝土轴压构件的设计规范做了整理介绍，并对三种轴心受压承载力的计算理论进行了比较与分析。
一、轴心受压构件
（1）EC4规范。欧洲EC4（1994）是CEN提出的关于钢—混凝土混合结构的设计规范，能同时适用于圆形和方、矩形截面钢管混凝土设计计算。（2）LRFD规范。LRFD（1999）为美国钢结构协会制定的设计规程，它考虑了构件的整体稳定，先将混凝土强度折算到钢材中，得到其名义抗压强度，再用计算钢管混凝土轴压构件的承载力。（3）AIJ规范。AIJ（1997）是日本建筑学会在大量试验研究的基础上提出的设计规范，它同时给出了极限状态设计法和允许应力设计法，其截面形式包括圆形和方、矩形。（4）DBJ13-51-2003。《钢管混凝土结构技术规程》为福建省工程建设标准，能同时适用于圆形和方、矩形钢管混凝土设计计算。从上述各种规范给出的钢管混凝土轴压构件承载力设计计算公式不难看出，因各种规范制定的思路和出发点不同，所得计算公式也各不相同。有的是建立在钢结构的计算方法基础上，有的是建立在混凝土的计算方法基础之上，还有的则是把两者结合起来视为一个整体对其进行分析。
二、三种轴压承载力计算理论及公式的比较研究
综合以上各种规程所提到的计算方法，目前用于钢管混凝土的计算理论主要有三种：统一理论、拟钢理论和拟混凝土理论，现分别做简要介绍。
1.统一理论。“统一理论”是钟善桐1993年在总结以往研究成果的基础之上提出的，该理论认为钢管混凝土在承受各种荷载作用时的工作性能是随材料的物理参数、统一体的几何参数、截面形式和应力状态的改变发生改变的，变化是连续相关的，计算则是统一的。它将钢管混凝土视为一个整体，按单一材料研究其组合性能，计算构件的承载力时，不再区分钢管与混凝土。这种基于组合理论的计算方法物理意义比较明确且计算简单，适用于实际设计，但它没考虑钢管与混凝土之间的相互工作效应，使其计算结果偏于安全，而且该计算公式是在回归分析的基础之上建立的，缺乏试验验证，还需进一步研究。
2.拟钢理论。拟钢理论是同济大学基于钢结构规范提出的一种计算理论，它将混凝土折算成为钢，再按照钢结构规范进行设计。这种方法是在不改变钢管横截面面积的条件下，将管内填充的混凝土看成是对钢管壁屈服强度和弹性模量的提高，以此换算得出等效钢管的性质，并以该等效钢管的承载力作为原钢管混凝土的承载力；在计算时，不考虑内填混凝土对构件的抗拉和抗弯承载力影响，只加入其对轴压承载力提高的相关部分。拟钢理论是采用换算模量，将混凝土折算成钢进行计算，在对高层、超高层建筑进行结构设计时，是忽略了剪切模量再采用换算模量对其进行内力分析的，所以会出现分析结果和构件设计不准确的情况；另外，将钢管和混凝土统一成整体后，不易明确混凝土的分担作用和结构行为，所以具有一定的局限性。
3.拟混凝土理论。拟混凝土理论认为钢管混凝土是由钢管对核心混凝土实施套箍强化后的一种套箍混凝土或约束混凝土。在计算时，只考虑核心混凝土二向应力状态下的受力情况，将钢管壁看成是处于核心混凝土周围的等效纵向钢筋，其面积按照钢管的形状和截面积而定。该理论从概念上要比较适合圆形钢管混凝土，对于方、矩形钢管混凝土，因钢管对混凝土提供的约束能力比较小，其套箍混凝土的概念已不再适用。实际上，“约束效应系数”对套箍作用的发挥至关重要，但这种理论不能拟合出一条具有代表性的曲线来例证它的有效性，因此不是十分可靠。目前，对钢管混凝土构件有着不同的研究方法，以上三种理论是研究者们从不同的角度对其进行分析而得出的，由于钢管混凝土力学性能的复杂性，使得三种理论具有一定的缺陷和不足，因理解不同，导致估计的准确程度不同，所获得的计算方法和计算结果也就有所出入。因此还有待做进一步的研究。
三、结语
钢管混凝土这一组合结构因其独特的优势，在工程中已得到广泛的应用，并引起国内外诸多学者的关注，通过长期深入的研究，编制出了相应的设计规程，其成就令人瞩目。本文就国内外已有的几种钢管混凝土轴压构件承载力的设计规范做了整理介绍，且对目前适用于钢管混凝土的三种计算理论进行了评述，指出其不足之处，并通过算例结果比较了三者的差别，说明对钢管混凝土构件还有待做进一步的研究。
参 考 文 献
[1]钟善桐，钢管混凝土结构[M].北京：清华大学出版社，2003：28～32
[2]韩林海，杨有福.现代钢管混凝土结构技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2004：5～6
[3]韩林海.钢管混凝土结构[M].北京：科学出版社，2000：3～8
[4]European Commitee for Standardization.Eurocode 4.Design of com
posite steel and concrete structures[S].London.British.1994
[5]American Institute of Steel Construction（AISC）.Load and resistance
factor design specification for structural steel buildings[S].Chicago.U.S.
A.1999
[6]Architecture Institute of Japan（AIJ）.AIJ Recommendation for design
and construction of concrete filled steel tubular structures[S].Tokyo.Japan.1997
[7]福建省工程建设标准《钢管混凝土结构技术规程》（DBJl3-51-2003）[S].福州.2003
