我國(guó)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)主要是由梁、柱、檁條、墻梁、支撐、屋面和墻體等構(gòu)件組成的一種結(jié)構(gòu)體系。具有重量輕、整體剛度較好、柱網(wǎng)布置靈活、支撐系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、綜合經(jīng)濟(jì)效益較高等特點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)及文化娛樂(lè)公共設(shè)施等工業(yè)與民用建筑中。如各類輕型廠房、體育場(chǎng)館、車站候車大廳、倉(cāng)庫(kù)、物流中心、大型超市、展覽廳、活動(dòng)房屋、加層建筑、碼頭建筑、辦公場(chǎng)所以及輔助性建筑等。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史從人類發(fā)展歷史看，建筑形式與結(jié)構(gòu)體系的產(chǎn)生與發(fā)展總與一定時(shí)期的生產(chǎn)和生活水平密切相關(guān)，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生也有著特定的歷史背景。輕型鋼結(jié)構(gòu)在國(guó)外發(fā)展較早，最初是隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，主要用于建造私人車庫(kù)等簡(jiǎn)易房屋。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)主要用于建造一些拆裝方便的營(yíng)房和庫(kù)房。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)最早起源于美國(guó)，并且發(fā)展最快、應(yīng)用最廣。后來(lái)在歐洲、日本和澳大利亞等國(guó)也得到了廣泛發(fā)展和應(yīng)用。因其構(gòu)件制作快捷、便于工廠化加工、施工周期短等特點(diǎn)，此種結(jié)構(gòu)形式一經(jīng)推出就深受建筑業(yè)喜愛(ài)。上世紀(jì)20世紀(jì)中期，建筑鋼材產(chǎn)量大增，鋼材的冶煉水平也有了很大突破，色彩豐富、耐久性強(qiáng)的彩色壓型鋼板隨之出現(xiàn)，H型鋼和冷彎薄壁型鋼相繼問(wèn)世，這些都極大地推動(dòng)了門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。加之加工設(shè)備的不斷改善，設(shè)計(jì)形式的多樣化，使門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系逐漸應(yīng)用于大型工業(yè)廠房、商業(yè)建筑及公共交通設(shè)施等。實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)、出圖的程序化，構(gòu)件加工的工廠化，安裝施工和經(jīng)營(yíng)管理的一體化流程。目前，大部分國(guó)外輕鋼結(jié)構(gòu)公司都具有自己的門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)系列，由于門式剛架構(gòu)件的剛度良好，其平面內(nèi)、外的剛度差別較小，為制作、運(yùn)輸、安裝提供了較有利的條件。結(jié)構(gòu)構(gòu)件可全部在工廠制作，工業(yè)化程度高，運(yùn)輸便捷，安裝方便快速，土建施工量小，綜合經(jīng)濟(jì)效益高。在美國(guó)、日本等一些鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)作為一種及既經(jīng)濟(jì)又快捷的建筑結(jié)構(gòu)體系，以商品的形式對(duì)外出售。我國(guó)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展我國(guó)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用起步較晚，建國(guó)初期在一些舊工廠改建時(shí)曾應(yīng)用過(guò)類似門式剛架體系的結(jié)構(gòu)。上世紀(jì)50年代我國(guó)大規(guī)模建設(shè)時(shí)期，為了節(jié)約鋼材，則大量地采用鋼筋混凝土構(gòu)件。80年代后，隨著外資的引進(jìn)，門式剛架結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、剛度良好、受力合理、使用空間大及施工方便等特點(diǎn)，得到迅速發(fā)展。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：2.1外國(guó)廠家的進(jìn)入，新技術(shù)新產(chǎn)品的引進(jìn)1979年上海引進(jìn)日本S60壓型鋼板成型機(jī)并用于廠房倉(cāng)庫(kù)的屋面，1980年上海寶鋼引進(jìn)日本W(wǎng)550、V115N壓型鋼板成型機(jī)，并在一期工程屋面墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用近60萬(wàn)平方米，是80年代初首次用量最大的工程。1983年開(kāi)始深圳經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)蛇口工業(yè)區(qū)大量引進(jìn)英國(guó)、美國(guó)、澳洲和日本等國(guó)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房倉(cāng)庫(kù)。隨后沿海經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)也陸續(xù)引進(jìn)國(guó)外輕鋼廠房倉(cāng)庫(kù)。1994年美國(guó)公司投資創(chuàng)建上海美建鋼結(jié)構(gòu)有限公司，1996年嘉定工廠建成投產(chǎn)。1994年美國(guó)美聯(lián)鋼結(jié)構(gòu)有限公司(U.SA公司)和美國(guó)宏宇建筑有限公司在中國(guó)建成工程數(shù)十項(xiàng)。1994年ASTRON建筑體系進(jìn)入中國(guó)，先后在北京、蘇州等地建成十幾項(xiàng)大工程。而后還有很多外資、臺(tái)資企業(yè)進(jìn)入我國(guó)。2.2門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋在我國(guó)的發(fā)展1980年上海寶鋼建設(shè)指揮部成立壓型鋼板壓型鋁板試驗(yàn)研究專題組，對(duì)一期工程引進(jìn)的日本彩色涂層壓型鋼板及成型設(shè)備進(jìn)行消化吸收，試驗(yàn)利用國(guó)內(nèi)鋁合金板替代彩色涂層鋼板做成壓型板用于屋面墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)調(diào)查及大量的試驗(yàn)研究，在寶鋼一期工程屋面墻面推廣應(yīng)用鋁合金壓型鋼板60多萬(wàn)平方米。（2）1984年冶金部建筑研究總院科研人員在學(xué)習(xí)上寶鋼及深圳蛇口工業(yè)區(qū)壓型鋼板及門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)具體情況研究開(kāi)發(fā)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房倉(cāng)庫(kù)，首先用于商業(yè)部急需建設(shè)的國(guó)家棉花儲(chǔ)備倉(cāng)庫(kù)，三年間在冀魯豫三省四十多個(gè)地區(qū)，建設(shè)輕鋼棉花倉(cāng)庫(kù)300多棟，建筑面積達(dá)20多萬(wàn)平方米。（3）冶金部建筑研究總院是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋研究開(kāi)發(fā)的單位，院內(nèi)有一批科研人員對(duì)輕型焊接H型鋼、冷彎薄壁型鋼、壓型鋼板的力學(xué)性能、加工工藝及其加工設(shè)備、另配件連接件及密封材料進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，并結(jié)合工程進(jìn)行輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)和推廣應(yīng)用，主持或參加國(guó)家規(guī)程規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的編制。（4）隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋行業(yè)也得到飛速發(fā)展，尤其在東南沿海地區(qū)，新建工廠倉(cāng)庫(kù)的需求增長(zhǎng)促使輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋加工安裝的廠家如雨后春筍般的發(fā)展起來(lái)，從開(kāi)始的小規(guī)模發(fā)展到現(xiàn)在的現(xiàn)代化大企業(yè)，杭蕭鋼構(gòu)、浙江精工、恒達(dá)鋼構(gòu)、上海通用、吳泰鋼構(gòu)、寶鋼彩板、北方空間鋼構(gòu)、北京福田鋼構(gòu)、北京多維鋼構(gòu)、四川恒升等企業(yè)都是專業(yè)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠家，每年的銷售額都在幾億、十幾億元以上。（5）壓型鋼板夾芯板加工廠家遍布全國(guó)各地，有的廠家已經(jīng)具有獨(dú)自的屋面墻面圍護(hù)系統(tǒng)，有的廠家引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，技術(shù)水平不斷提高。目前國(guó)內(nèi)的壓型板板型幾十種，其生產(chǎn)線大部分都是國(guó)內(nèi)制造的。引進(jìn)夾芯板生產(chǎn)線的廠家比較多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)有二十多條生產(chǎn)線，主要從意大利、德國(guó)、韓國(guó)、澳洲等國(guó)引進(jìn)。目前國(guó)內(nèi)廠家也能制作夾芯板生產(chǎn)線。（6）門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋的大量應(yīng)用，帶動(dòng)了相關(guān)配套行業(yè)的發(fā)展和興旺，設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)，焊接型鋼、冷彎薄壁型鋼及壓型鋼板等加工設(shè)備的制造，采光瓦、零配件連接件和密封材料的生產(chǎn)廠家和代理也很多，技術(shù)水平都在逐步提高。回顧我國(guó)二十多年來(lái)鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展歷史，可以說(shuō)以門式剛架為主的輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋是一項(xiàng)發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的建筑新技術(shù)新產(chǎn)品除此之外，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的有關(guān)設(shè)計(jì)施工規(guī)程規(guī)范和圖集也在進(jìn)一步完善。(1)冶金工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)《壓型金屬板設(shè)計(jì)施工規(guī)程》YB〕216-88,冶金工業(yè)部建筑研究總院主編。(2)中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》*****：2002?！堕T式剛架輕型房屋鋼構(gòu)件》〕G144-2002。(3)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》Gb*****_2002,《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB*****-2002中都有剛架、檁條與墻梁、壓型鋼板的專門章節(jié)。(4)新編標(biāo)準(zhǔn)圖集有：《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(無(wú)吊車)》圖集號(hào)02SG518-1,《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(有吊車)》圖集號(hào)04SG518-3,《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造》01J925-1,06〕925-2等。目前門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的研究熱點(diǎn)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系相比,門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系的理論還不很完善,存在著很大的理論探索空間。目前的熱點(diǎn)問(wèn)題有以下幾個(gè)方面：理論研究方面：門式剛架體系中存在著較大的蒙皮效應(yīng),蒙皮結(jié)構(gòu)具有較大承載力及剛度,而自重卻很輕。如何考慮蒙皮效應(yīng)與結(jié)構(gòu)共同工作的空間作用。由于剛架的截面抵抗矩與抗彎承載力成正比,故剛架梁和柱都可以根據(jù)其截面上的彎矩值大小,采用變截面形式,變截面位置處根據(jù)需要可改變腹板的高度和厚度及翼緣的寬度,以達(dá)到節(jié)省材料的目的。又因?yàn)殚T式剛架的腹板較薄,可按有效寬度設(shè)計(jì),即允許部分腹板失穩(wěn)，并可利用其屈曲后強(qiáng)度。而變截面的梁柱，在腹板局部屈曲后，其剛架結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定極限承載力的研究還有待進(jìn)一步深入。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面：在靜力和動(dòng)力荷載及地震荷載作用下，節(jié)點(diǎn)、基本構(gòu)件和整體剛架結(jié)構(gòu)的受力性能、破壞機(jī)理，及其對(duì)門式剛架體系的極限穩(wěn)定承載力的影響。設(shè)計(jì)方面：（1）需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)更合理的設(shè)計(jì)軟件，如以用鋼量為目標(biāo)函數(shù)，以極