钢结构工业提升门
老铁们，大家好，相信还有很多朋友对于钢结构工业提升门和日本建筑钢结构的相关问题不太懂，没关系，今天就由我来为大家分享分享钢结构工业提升门以及日本建筑钢结构的问题，文章篇幅可能偏长，希望可以帮助到大家，下面一起来看看吧！
以下是中达咨询给大家带来的关于日本建筑钢结构的相关内容，以供参考。
日本早在上世纪50年代初期就已经开始了钢结构建材的量产，60年代日本的钢结构建筑得到快速的发展，1965年的那一年间钢结构建筑的开工面积就已经达到了2千万平方米。1998年钢产量达到5900万吨，建筑结构用钢量占13％，而钢结构住宅在建筑结构用钢中占了相当大的比例。从上世纪60年代开始，日本钢结构建筑的发展就已经得到了全世界的高度关注，直到今天日本仍然在该领域处于领先地位，拥有着先进的科学技术。
在日本的钢结构建筑中柱子的形式非常有特点，介绍日本钢结构的话，这一点不能不提。在日本，钢结构的柱子一般使用角形钢管，梁使用H型钢。但是，在欧美单独使用角形钢管的柱子几乎很少见到。据CIDETC（钢管构造开发研究国际委员会）的报告，在日本以外的其它国家里对于角形钢管的研究几乎没有。所以在本文中笔者要首先介绍一下日本钢结构柱子形式的变迁。
从第二次世界大战前开始到上世纪50年代初期为止，格构柱、型钢是当时的主流。但是，从1954年开始H型钢被大量制造，一时间H型钢成为当时钢结构的主要部材。但是，由于H型钢在断面性能上有欠缺，不久就有人提出H型钢不适合用在柱子上。因此，就提出了在H型钢两侧贴钢板，焊接成日字断面的改善方案。不过这样一来，就出现了焊接量大、用钢量大，成本高的问题。于是50年代后期出现了圆形钢管，继而60年代初期又诞生了角形钢管。但当时只能够制造直径很小的角形钢管（能够制造的最大尺寸为100x100x3.2），适合于柱子使用的角形钢管的制造还处于开发阶段中。由于用4片钢板组合后焊接的角形钢管无法大量生产，所以，也没有像H型钢一样得到普及，当然也没能取代日字断面柱。进入70年代以后，随着冷处理成型角形钢管的制造方法和柱梁结合法的发明，才大大提高了角形钢管的市场需求。首先是神户制钢株式会社在1968年生产出了冷压成型角形钢管S柱。继神户制钢株式会社之后，新日本制铁株式会社和日铁建材工业株式会社也先后制造出了角形钢管的新产品。
为了统一冷压成型角形钢管的断面形状，日本钢结构协会标准化委员会于1988年制定了JSSⅡ10-1988《冷压成型角形钢管》。之后，日本工业标准调查会钢铁部也考虑制定同规格的JIS《冷压成型角形钢管》日本工业标准。但是在制定审查过程中，发现了新的问题。即，在制造过程中塑性加工造成角形钢管的塑性变形能力减弱，所以冷压成型角形钢管的JIS化未能实现。之后，对钢管的角部形状做了改善，规定了降伏点的上限，塑性变形能力得到了提高。
近年，我国单层工业厂房中多使用轻型钢结构体系，而日本早在1954年就已经有了轻型钢结构体系的雏型。1945年第二次世界大战结束时日本的住房供给极度不足，缺口达到420万户。日本政府面对深刻的住房难问题，决定快速建造一批公营住宅来满足普通百姓的住房需求。经过第二次世界大战的日本人痛切的感到实现城市不燃化的必要性，作为其中一项就是实现不燃住宅的普及。大量的快速的建造钢筋混凝土住宅不论是从经济上还是从技术上都是极其困难的。所以，开发建设周期短且造价低的简易不燃化住宅就成了当时亟待解决的课题。
当时，作为重要的产业复兴政策，日本政府重点扶持钢铁产业和煤炭产业。这样一来，钢铁供给不足的问题得到了急速的解决。所以，当时东京大学星野昌一教授提出的用薄钢板建造简易轻钢结构住宅的方案一经提出就得到了建设省东京都的支持。于是钢材俱乐部市场开拓委员会积极采用这种轻型钢结构体系来建造公营住宅。1954年首先将东京都营住宅中野区鹭宫团地选为试点。
日本最初关于轻型型钢的技术资料主要是来自于欧美的文献和留学人员从海外带回来的资料。八幡制铁株式会社的清水泰1952年和1954年分别从美国带回了AISI的规格书及钢结构设计手册。之后，户佃制造所利用二战时生产铁管的冷处理成型机开始试着制造轻型型钢。中之岛制钢株式会社也于1954年12月开始试制轻型型钢。以上这些就是日本最初制造轻型型钢的雏形。
在日本随着轻型钢结构体系的普及，技术方面的欠缺慢慢暴露出来。因为是新型的建筑体系，所以不论是在设计方面还是在施工方面技术都很不完备。于是，日本建设省提出要设立一个专门的机关来进行相关技术的开发和研究，进而推进钢结构体系的普及及健全的发展。1955年公益团体日本轻型钢结构建筑协会成立了。协会成立后首先明确了轻型钢结构体系的范围：使用用LightGageSteel（L.G.S）作的绗架的体系；使用薄钢板作墙体的体系；使用用型钢作的绗架的体系（只限于小断面何小规模建筑）及以上各体系的混合体系
日本轻型钢结构建筑协会为了普及轻型钢结构体系，从建筑结构的权威人士那里寻求支援，并且积极发动行政等多方面的力量，开展了很多的研究活动。
1．制作标准的设计范例。在日本住宅金融公库建筑法中关于简易耐火构造建筑有以下规定：“外墙应为耐火结构，屋面要使用不燃材料。”
在日本轻型钢结构建筑协会成立的转年即1956年，该协会协同建设省及其它相关团体一起，对公库建筑法进行了部分改正，对简易耐火构造建筑条目增加了如下描述：“主要结构部位应该使用不燃材料建造。”
这里提的不燃材料主要是指，混凝土、钢铁等在发生火灾时通常不会出现燃烧现象的材料。公库建筑法改正后，日本轻型钢结构建筑协会受日本住宅金融公库的委托，设计了轻型钢结构公库。这个设计后来被当作简易轻型钢结构建筑的标准范例被使用。
2．积极开展各种学术研究。1956年日本轻型钢结构建筑协会制作了轻型钢结构的JIS（日本工业标准）的草案，并送交工业技术院审议。1957年审议通过了JISG3350（建筑结构用冷处理成型轻型型钢）。
从1959年起日本轻型钢结构建筑协会开始研究轻型钢结构建筑结构设计的简便化方法。1960年7月该协会出版了《轻型钢结构建筑的结构设计》一书之后，建设省住宅局建筑指导课长下达指令，建设项目在申请立项时，凡事依照《轻型钢结构建筑的结构设计》手册进行的轻型钢结构建筑设计的项目不提供结构计算书也可以。
之后，随着日本经济的高度发展和住房水平的提高，在住宅方面简易的轻型钢结构住宅逐渐被钢筋混凝土建筑所取代。1959年随着日本H型钢的大量国产化，轻型型钢也渐渐的被H型钢取代。20世纪60年代后期钢结构建筑大幅增加，但是在那其中轻型钢结构建筑的比重却越来越小，直到后来慢慢退出了历史舞台。1968年日本轻型钢结构建筑协会也随之解散。现在的钢材俱乐部的前身就是当时的日本轻型钢结构建筑协会，但是现在他们的业务主要是以钢结构建筑为主。
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钢结构房屋以其自重轻、抗震性能好、施工进度快等优点在轻重工业厂区应用日益广泛，在钢结构房屋中特别是门式刚架轻型钢结构厂房在轻重工业厂区应用最为广泛。本文就门式刚架轻型钢结构厂房设计做简要叙述，介绍其设计过程，总结其中常见的问题和处理办法。伴随着我国轻重工业的快速发展，钢结构房屋特别是门式刚架轻型钢结构厂房以其自重轻、抗震性能好、施工进度快在轻重工业厂区应用最为广泛。门式刚架轻型钢结构厂房依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102:2002(以下简称《门规》)主要是指单跨或多跨，具有轻质屋盖、轻质外墙或砖砌外墙，无桥式吊车或起重量小于等于20t的A1~A5工作级别的桥式吊车、不大于3t悬挂式起重机的单层钢结构厂房。一、门式刚架轻型钢结构厂房设计过程依据设计经验，门式刚架轻型钢结构厂房设计过程如下：依据工艺等专业提资条件和天车条件确定厂房跨度，跨度尺寸尽量符合建筑模数，有时由于场地等因素的限制，不能按照以上模数取值，轻钢厂房也是完全可以做到的；柱距尺寸尽量符合建筑模数，有时因其它因素也可以灵活布置；按有无天车条件及厂房内部净空的要求来确定厂房的檐口高度；按照当地的降雨情况等因素确定厂房屋面的坡度，一般取值1/8~1/20；还有根据地域或工艺等专业要求确定屋面、墙面的维护材料。设计荷载的取值：（1）屋面荷载依据维护材料、当地的气候条件、屋面的积灰情况等确定屋面恒活荷载的取值。一般彩钢板维护时取恒荷载标准值为：0.3kN/m2，活荷载标准值按《门规》可取0.5kN/m2，当受荷水平投影面积大于60m2时，屋面均布活荷载标准值可取为0.3 kN/m2；当厂房是多跨或高低跨计算雪荷载时，应按《建筑结构荷载规范》6.2章节选取积雪分布系数；当积灰荷载、屋面活荷载、雪荷载同时存在时应按照《建筑结构荷载规范》4.4.3条和《门规》3.2.5条合理取值；（2）吊车荷载，对有吊车的轻钢厂房应计算作用在排架牛腿上的竖向荷载和横向水平荷载，此荷载可按照《建筑结构荷载规范》第5章节计算。（3）风荷载，主要是风荷载标准值、风荷载体型系数、风压高度变化系数的取值。此荷载可按照《建筑结构荷载规范》和《门规》相关章节进行取值。（4）其它荷载，依据笔者的设计经验主要有屋面梁悬挂吊车荷载，屋面梁通风天窗荷载、柱侧管道支架荷载等荷载。屋面梁悬挂吊车荷载可分恒、活荷载加载在悬挂吊车作用屋面梁处；屋面梁通风天窗荷载可分恒、活、凤荷载作用于天窗与屋面梁节点处；柱侧管道支架荷载可分恒、活荷载作用在柱侧支架与柱节点处。2、刚架构件的设计：（1）依据《门规》4.1.4条厂房柱脚可设计为铰接或刚接。柱脚铰接时柱依据结构的受力情况可设计为变截面柱，变截面柱使柱外侧平齐，柱的定位轴线可按柱下端（较小端）中心；柱脚刚接时应将柱做成等截面柱，柱的定位轴线应根据上柱的高度、吊车边缘到上柱内边缘的距离确定，此时轴线会不在柱截面中心线处。（2）构件材料的选择.，经常选择的是Q235和Q345.。当稳定控制时,宜使用Q235；强度起控制作用时,可选择Q345。依据《钢结构设计规范》3.3章节，对选用Q235钢，有些部位不能应用沸腾钢，对于需要验算疲劳的焊接构件应依据当地的气候条件适当选取B、C、D类钢材。（3）柱截面按长细比估算.通常按50＜λ＜150,一般取值在80左右。柱与梁设计为刚接，梁的截面可依据受力包罗图分段设计，当为单跨且中间无柱时，一般依据跨度按0.25~0.50~0.25来对称划分截面，将两端0.25部分取变截面，中间0.50部分取等截面，这样设计可以充分发挥梁截面的受力性能，减少钢材用量，降低工程造价；梁截面高度一般在跨度的1/20~1/50之间选择，翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可避免钢梁的整体稳定的复杂计算，这种设计方法较简单，确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定估算；梁截面选取时尽量做到“高腹薄壁”；有时为加快工程进度也可选取成型钢材。（4）梁柱截面的验算包括强度、稳定性、刚度三方面。对钢柱一般均为压弯剪构件，钢梁起控制作用的为弯剪力，相关验算按照《门规》和《钢结构设计规范》等规范相关章节计算。这里需要注意的是柱的平面外计算长度可依据《钢结构设计规范》5.3.7条取值，梁的平面外计算长度可依据隅撑的间距取值。当验算截面不能满足时，加大截面应该分两种情况：(1)强度不满足时,通常加大截面的板件厚度,抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度（腹板抗剪，翼缘抗弯）。(2)变形超限，通常加大截面的高度，因为截面特性与截面高度是n次方的关系，加大截面厚度会很不经济。（5）刚架节点连接，主要有梁柱节点、梁梁节点、牛腿节点、柱脚节点设计。梁柱节点、梁梁节点连接中通常采取摩擦型高强度螺栓连接，相关计算参见《门规》和《钢结构设计规范》等规范相关章节；牛腿节点主要受弯剪力，设计时应利用腹板抗剪，翼缘抗弯，通常牛腿上下翼缘与柱采用焊透的V形对接焊缝，也可以采用角焊缝，此时角焊缝的大小应根据牛腿翼缘传来的水平力F=M/H计算，腹板采用的角焊缝大小由剪力V确定；柱脚节点应依据刚接和铰接形式进行设计，相关设计参见《门规》和《钢结构设计规范》等相关章节，此时因钢结构自重较轻，依据《钢结构设计规范》8.4.13条，一般情况下均需设置抗剪键。
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(一)判断结构是否适合用钢结构
钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说:大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。
(二)结构选型与结构布置
此处仅简单介绍.详请参考相关专业书籍.由于结构选型涉及广泛,做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计",它在结构选型与布置阶段尤其重要.对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题,可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想,从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确,并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。
其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法,比如网壳的稳定等。
结构选型时,应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中,当有较大悬挂荷载或移动荷载,就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区,屋面曲线应有利于积雪滑落(切线50度内需考虑雪载),如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时,在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中,可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中,常采用钢混凝土组合结构,在地震烈度高或很不规则的高层中,不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱,核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。[19]
结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑.一般的说要刚度均匀.力学模型清晰.尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以最直接的线路传递到基础.柱间抗侧支撑的分布应均匀.其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线.否则应考虑结构的扭转.结构的抗侧应有多道防线.比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承受1/4的总水平力.
框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁,但是这会使主梁截面加大,减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消,此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子.
(三)预估截面
结构布置结束后,需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。
钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况,其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时,可回避钢梁的整体稳定的复杂计算,这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后,其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。
柱截面按长细比预估.通常50<λ<150,简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,可选择钢管或H型钢截面等.
初学者需注意,对应不同的结构,规范中对截面的构造要求有很大的不同。如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题。在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。
除此之外,构件截面形式的选择没有固定的要求,结构工程师应该根据构件的受力情况,合理的选择安全经济美观的截面。
(四)结构分析
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.
新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能.这为更精确的分析结构提供了条件。并不是所有的结构都需要使用软件:
典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形.
简单结构通过手算进行分析.
复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析.
(五)工程判定
要正确使用结构软件,还应对其输出结果的做"工程判定"。比如,评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据"工程判定"选择修改模型重新分析,还是修正计算结果.
不同的软件会有不同的适用条件.初学者应充分明了.此外,工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定距离,为了获得实用的设计方法,有时会用误差较大的假定,但对这种误差,会通过"适用条件、概念及构造"的方式来保证结构的安全.钢结构设计中,"适用条件、概念及构造"是比定量计算更重要的内容.
工程师们不应该过分信任与依赖结构软件.美国一位学者曾警告说:“误用计算机造成结构破坏而引起灾难只是一个时间的问题。”
注重概念设计和工程判定是避免这种工程灾难的方法.
(六)构件设计
构件的设计首先是材料的选择.比较常用的是Q235(类似A3)和Q345(类似16Mn).通常主结构使用单一钢种以便于工程管理.经济考虑,也可以选择不同强度钢材的组合截面.当强度起控制作用时,可选择Q345;稳定控制时,宜使用Q235.
构件设计中,现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面.这和结构内力计算的弹性方法并不匹配.
当前的结构软件,都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步,一些软件可以将验算时不通过的构件,从给定的截面库里选择加大一级.并自动重新分析验算,直至通过,如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的很多工作量。但是,初学钢至少应注意两点:
1.软件在做构件(主要是柱)的截面验算时,计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定.目前所有的程序都不能完全解决这个问题。所以,尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件,结构师应该逐个检查.
2.当上面第(三)条中预估的截面不满足时,加大截面应该分两种情况区别对待。
(1)强度不满足,通常加大组成截面的板件厚度,其中,抗弯不满足加大翼缘厚度,抗剪不满足加大腹板厚度。
(2)变形超限,通常不应加大板件厚度,而应考虑加大截面的高度,否则,会很不经济。
使用软件的前述自动加大截面的优化设计功能,很难考虑上述强度与刚度的区分,实际上,常常并不合适。
(七)节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一.在结构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定.常常出现的一种情况是,最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致,这必须避免.按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接.初学者宜选择可以简单定量分析的前两者.常用的参考书[2]有丰富的推荐的节点做法及计算公式.
连接的不同对结构影响甚大.比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动,不符合结构分析中的假定.会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果.
连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法,初学者可偏安全选用前者.设计手册[2}中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用,比较方便.也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成.
具体设计主要包括以下内容:
1.焊接:对焊接焊缝的尺寸及形式等,规范有强制规定,应严格遵守.焊条的选用应和被连接金属材质适应.E43对应Q235,E50对应Q345. Q235与Q345连接时,应该选择低强度的E43,而不是E50.
焊接设计中不得任意加大焊缝.焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近.其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定.
2.栓接:
铆接形式,在建筑工程中,现已很少采用.
普通螺栓抗剪性能差,可在次要结构部位使用.
高强螺栓,使用日益广泛.常用8.8s和10.9s两个强度等级.根据受力特点分承压型和摩擦型.两者计算方法不同.高强螺栓最小规格M12.常用M16~M30.超大规格的螺栓性能不稳定,设计中应慎重使用。
自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接.国外在低层墙板式住宅中,也常用于主结构的连接.
3.连接板:可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm.然后验算净截面抗剪等.
4.梁腹板:应验算栓孔处腹板的净截面抗剪.承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压.
5.节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外,还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。
6.节点设计还应考虑制造厂的工艺水平.比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成.
(八)图纸编制
钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段,设计图为设计单位提供,施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制,有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾,有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。
1.设计图:是提供制造厂编制施工详图的依据.深度及内容应完整但不冗余.在设计图中,对于设计依据、荷载资料(包括地震作用)、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求(包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等)、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等均应表示清楚,以利于施工详图的顺利编制,并能正确体现设计的意图。主要材料应列表表示。
2.施工详图:又称加工图或放样图等.深度须能满足车间直接制造加工.不完全相同的另构件单元须单独绘制表达,并应附有详尽的材料表.
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