变截面门式刚架截面优化程序设计

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1、长安大学硕士学位论文1．1课题的提出第一章绪论1．1．1钢结构建筑和门式刚架轻型钢结构的发展以1885年建立的美国芝加哥第一座55层钢结构大楼和1889年法国建起的巴黎320．7m高的埃菲尔铁塔为标志，钢结构技术受到了广泛的关注和重视。近数十年来，钢结构建筑在工业发达国家得到蓬勃地发展，在美国、日本等发达国家，钢结构用钢量已经占到全部钢产量的10％以上，钢结构建筑面积占总建筑面积40％以上。作为反映一个国家科学水平的高层钢结构建筑越来越给人们带来建筑与空间美学的享受。例如：美国纽约的帝国大厦和世贸大厦、芝加哥西尔斯大厦、日本的NF

2、C大厦、德国的法兰克福商业银行大楼等在世界工程界都极具影响，有些已成为一座城市的标志。历届奥运会体育场馆和世界博览会场馆也为钢结构建筑提供了展示魅力的机会。1996年的亚特兰大奥运会场馆，2000年悉尼奥运会场馆都已成了空间钢结构建筑的典范。可以这么说，目前，世界各地的机场、机库、体育馆和展览中心等大型公共建筑采用的都是空间钢结构。在低层建筑中也越来越多地采用钢结构。1995年以来，美国的非住宅低层建筑中有65％是用钢结构建造的，欧洲约有48％，中东更是达到了90％左右。许多西方发达国家，目前还正在积极推广预制化钢结构低层住宅。美

3、国最早采用钢框架结构建造住宅，1996年，已有20万幢钢框架小型住宅，约占住宅建筑总数的20％。日本的钢结构建筑数量最多，其新建的1～4层建筑，大都采用了钢结构。2000年在澳大利亚，钢框架住宅占全部住宅数量的30％。随着世界能源和环境问题越来越为人们所关注，工业发达国家已经把具有绿色环保的钢结构材料看作为未来建筑的主要材料之一。开发研制与钢结构相关的新技术，新材料，在建筑中更多地采用钢结构已成为主流趋势。我国现代钢结构技术应用起步较晚，最早的高层钢结构是上海国际饭店、上海大厦(建成于1934年)，真正起步是在建国以后。上世纪80

4、年代以前，我国钢结构建筑的应用主要是网架、网壳结构。90年代以后，尤其是1995年以后随着我国经济的发展，钢铁产量的迅速增加，新技术新材料的不断出现，为钢结构建筑的快速发展奠定了物质和技术基础。90年代中期以来，利用钢结构建成的典型建筑有：上海金茂大厦、深圳地王大厦、成都双流机场、广州会展中心、广州体育馆、厦门会展中心、长沙锦绣中环大厦、浙江黄龙体育馆、杭州瑞丰商务大厦、杭卅I大剧院等。此外国内大中型企业和来华投资的国第一章绪论外企业的生产基地很多都采用钢结构建筑。轻钢结构住宅建筑的研究开发在各地也有试点，且已完成了50多万平方米

5、的建设，目前已经形成了多种低层，多层和高层的设计方案和实例。例如，北京金宸公寓，上海中福城高层住宅，天津市丽苑小区试点工程等。轻钢结构住宅建筑已成为住宅建筑发展的一个重要方向。随着2008年奥运会和2010年世博会在我国的召开，其场馆的建设将为钢结构的发展提供更多的契机。可以预见钢结构建筑的发展潜力巨大。轻型钢结构建筑体系是采用轻型H型钢(焊接或轧制、变截面或等截面)做成门式刚架，C型、Z型冷弯薄壁型钢作檩条墙梁，压型钢板或轻质夹芯板作屋面、墙面围护结构，采用高强螺栓、普通螺栓及自攻螺丝等连接件和密封材料将承重结构、围护结构构件在

6、现场组装起来的预制装配式钢结构房屋体系。与传统结构相比，轻钢结构建筑具有构造简单，材料单一，跨度大，自重轻，工期短，造价低，环保节能等优势。目前，这种结构形式已经广泛用在工厂、仓库、超市等各类建筑中。近年来，我国轻钢结构得到了快速发展，建筑面积超过千万平方米。为了适应轻钢结构的快速发展，相应的规程规范手册已逐渐编制完善。除了钢结构设计规范、冷弯薄壁型钢结构技术规范、压型金属板设计施工规程以外，还有上海市标准轻型钢结构设计规程、建设部中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会编制的门式刚架轻型房屋钢结构技术规程等已经实施。我国颁布实施了《

7、门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，这为门式刚架结构在我国的普及推广奠定了坚实的技术基础，使其成为近几年发展最快的一种新型轻钢结构。在轻型房屋钢结构体系中，门式刚架具有安装快捷、节约费用、扩建灵活、维护费用低和单一供货责任等优点，使其用途极为广泛，在非居住性的低层建筑市场上已占据主导地位。轻型钢结构门式刚架在工业厂房、公路(铁路)库、仓库、飞机库、集贸市场、体育场馆、航空港、商业建筑中越来越得到人们的青睐。在门式刚架这种结构形式中，刚架梁的内力以弯矩为主，刚架柱虽然是压弯构件，通常也是弯矩的效应大于压力。在竖向荷载作用下，刚架各截面

8、弯矩图并不相等。为了充分发挥各截面的作用，在弯矩大的地方采用较大的截面，弯矩小的地方采用较小的截面是一个减小用钢量十分有效的办法。1．1．2结构优化设计的发展一般工程设计问题都有许多种可行的设计方案，如何根据设计任务和要求，在众多的可行方案中寻找一