门式刚架轻钢结构设计常见问题

Ｖａｌｕｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　・ｌ１５・　门式刚架轻钢结构设计常见问题　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｐｏｒｔａｌ　Ｆｒａｍｅ　Ｌｉｇｈｔ　Ｓｔｅｅｌ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　高志勇Ｇａｏ　Ｚｈｉｙｏｎｇ　（青岛市平度建工设计文件审查中心，平度２６６７００）　Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｐｉｎｇａｕ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｄｏｃｕｍｅｎｔ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｐｉｎｇｄｕ　２６６７００，Ｃｈｉｎａ）　摘要：通过对门式刚架和多层框架等类型的钢结构房屋施工图审查，总结了钢结构设计中应注意的一些问题，如正确选用钢材质量等级和焊　缝质量等级，合理设置隅撑、拉条和独立的空间稳定支撑体系，以及钢框架结构采用混凝土楼板时的构造要求等，并对问题进行了分析和讨论。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｒｅｖｉｅｗｉｎｇ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ　ｈｏｕｓｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｌａｎｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｄｏｏｒ—ｓｔｙｌｅ　ｓｔｅｅｌ　ｆｒａｍｅ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉ—ｌａｙｅｒ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ．ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｍｍｅｄ　ｕｐ　ｓｏｍｅ　ｉｓｓｕｅｓ　ｔｈａｔ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｎｏｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅｓｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．　关键词：钢结构房屋；施工图审查；结构设计；常见问题　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ　ｈｏｕｓｉｎｇ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｌａｎ　ｒｅｖｉｅｗ；ｓｔｕｃｔｒｕｒａｌ　ｄｅｓｉｎ；ｑｕｅｓｔｇｉｏｎｓ　中图分类号：ＴＵ３９１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４３ｌ１（２０１０）０８一Ｏ１１５—０２　施工难度低。　当前，门式刚架轻钢结构以及其自重轻，施工速度快和造价低　２．２当屋面横向水平支撑的位置设在端部第二开间时，就需要　廉诸多优点受到了广大建筑师、结构工程师的青睐，尤其在单层工　设置刚性纵向系杆，设置的位置要保证可以使山墙风荷可靠传递。　业厂房方面得到了迅速推广，取得了优良的社会效益和经济效益。　２．３合理安排屋面支撑应与山墙抗风柱的位置，使柱顶反力直　在实际工作中，笔者审查了一些轻钢结构设计图纸（包括单层与多　接传到屋面横支撑节点上。　层）。下面就轻钢房屋结构设计中常见的问题进行分析和研究，供广　２．４屋面支撑和柱间支撑当采用柔性圆钢拉条时，有必要设置　大设计人员参考。　张紧装置，在荷载较大的时候，这些柔性圆钢拉条可以用型钢去代　１选择正确的钢材质量等级和焊缝质量等级　替，这个问题在很多项目都没能引起注意。　按照相关文件的要求，在钢结构的设计中，必须标明应该使用　３实腹式门式刚架应按规范规定设置隅撑　的钢材质量等级（还包括相应的焊接材料型号），并提出对焊缝的质　隅撑的作用是防止钢梁受压翼缘失稳，相关文件规定，隅撑的　量要求。在具体工程项目的审查中，有些工程在焊接钢结构材料的　布置习惯是隔一檩条一道，但因为制造和施工的原因，施工时很有　设计文件中，只注明材料采用Ｑ２３５钢或Ｑ３４５钢，却没有对钢材料　可能装不上，所以钢梁端部应加布一道，但平面外计算长度还是两　的质量提出要求　有的工程项目对焊缝的质量不提出要求，还有部　个檩条间距，还有，钢梁跨中由于风吸的因素，下翼缘也有可能受　分项目提出的要求不科学不合理。　压，因此，隅撑应沿梁满布。隅撑虽体积小但其作用很大，它能够保　在建筑钢结构房屋时使用的钢材，必须具有国家关于钢材的相　证斜梁下翼缘的受压或刚架柱内侧翼缘受压稳定。但是，但很多工　关指标的合格保证。在抗震设计中，当焊接钢结构的钢板厚度不小　程并没有按照规定设置隅撑，或者设置的数量不足甚至不设置，这　于４０ｍｍ且承受沿板厚方向的拉力时，还要保证板厚方向截面收缩　对整个钢结构的稳定性有很大的不良影响。当山墙抗风柱与刚架斜　率符合相关规定要求的不低于Ｚ１５级。在地震多发地区，钢结构所　梁下翼缘连接时，连接处的斜梁下翼缘亦应设置隅撑。　使用的钢材，除了必须具备以上合格保证外，还须具有很强的；中击　４压型钢板轻型屋面的拉条的合理设置　韧性能力。对冲击韧性的合格保证，要根据不同结构情况提出不同　针对檩体系的压型钢板轻型屋面，为了减少檩条在使用阶段和　要求。为了达到钢结构有安全储备和高度的变形能力的目的，《建筑　施工过程中的侧向变形和扭转，通常在檩条间要设置拉条（包括斜　抗震设计规范》（ＧＢ５００１　１－２００１）还对钢材的抗各项物理力学指标　拉条和撑杆，以下同）作为檩条的侧向支点，达到保证檩条的侧向稳　做出了详细而明确的规定，这些指标也必须写到设计文件中。　定。当檩条跨度大于４ｍ时，应在檩条跨中设置一道拉条；当檩条跨　通常来说，大部分钢结构均采用Ｑ２３５Ｂ及以上等级的碳素结　距大于６ｍ时，应在檩条跨度三分点处各设一道拉条。拉条按拉杆　构和Ｑ３４５Ｂ及以上等级的低合金高强度结构钢作为受力构件。这　设计，当采用圆钢时直径不宜小于１０ｒａｍ。撑杆按压杆设计，多采用　两种钢材有较强的冲击韧性和较好的延性性能，能保证钢结构工程　钢管或角钢制作。圆钢拉条通常设置在距檩条上翼缘１／３腹板高度　的稳定性。对于其他的没有质量保证的钢材是不能使用的，因为这　范围内。当风吸力作用下檩条下翼缘受压时，屋面板宜采用自攻螺　种型号的钢材冲击韧性和延性性能达不到国家的标；隹要求，而且有　钉直接与檩条连接，拉条则宜设在檩条下翼缘附近；当屋面采用扣　些钢材还保证不了焊接需要的要求。　合式钢板时，宜分别在距檩条上下翼缘１／３腹板高度范围内同时设　在现代钢结构中，钢结构连接的最基本方法是焊接连接，焊缝　置拉条。有的项目虽设拉条，但不设斜拉条撑杆；有的项目的拉条靠　质量的高低直接关系到整个钢结构工程的安全，所以在钢结构的施　檐口的一端拉节点设在檩条上１／３范围内，靠屋脊的一端，拉节点　工中一定要重视焊接质量。一般来说，在一些重要的焊接方位焊接　设在檩条下１／３范围内。这些都是不正确的做法，会影响到整个钢　处的焊接质量不能低于二级。而剩下的位置，一般都可以使用角焊　结构的稳定性和安全性。　接。因为角焊缝会产生严重的应力集中现象，很难进行内部探伤，这　５抗震设计　种焊接只能算是三级焊接，在某些关键部位的角焊缝，其外观缺陷　关于抗震，钢结构房屋并没有抗震等级的划分，这一点是与混　可以让其达到二级焊接的要求。　凝土房屋不同的。抗震设计时，钢结构房屋应根据设防烈度、结构类　２房屋的温度区段内应按规范规定设置独立的空间稳定支撑　型和房屋高度等各项工程数据，根据当地的实际情况调整不同的钢　体系　结构建筑参数，对不同的实际情况采取不同的抗震措施，达到抗震　下面以门式刚架设计为例，探讨支撑体系的错误设置问题：　性能强的目的。钢结构工程的抗震主要是根据设防的等级和房屋的　Ｏ引言　２．１将屋面横向水平和柱间水平保持在同一个跨内，这样就能　高度，控制框架柱和支撑的长细比，控制梁、柱及支撑杆件板件的宽　够形成一个独立的空间支撑体系，这样有很好的抗震效果污染而且　厚比，控制钢结构建设中的各项参数，还包括焊缝连接的质量要求　和其他具体施工的要求等。某些项目对板件宽厚比和支撑长细比控　作者简介：高志勇（１９７５一），男，山东平度人，工程师，经济师，主要研究方向　制不当是施工图设置中存在的主要问题，只按《钢结构设计规范》　为建筑施工图审查。　（ＧＢ１７—８８）的要求去控制是不可以的，抗震设计时应按《抗震规　・ｌ１６・　价值工程　基于小波变换的ＧＰＳ变形监测数据处理方法研究　ＧＰＳ　ＤｅｆｏＩｒｍａｔｉｏｎ　Ｄａｔａ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｗａｖｅｌｅｔ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　肖本林①Ｘｉａｏ　Ｂｅｎｌｉｎ；李纬①Ｌｉ　Ｗｅｉ；陈开利②Ｃｈｅｎ　Ｋａｉｌｉ　（①湖ＪｔＩ＇￣大学土木工程与建筑学院，武汉４３００６８；②中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司，武汉４３００３４　（＠Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００６８，Ｃｈｉｎａ：　＠Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｂｒｉｄｇｅ，Ｗｕｈａｎ　４３００３４，Ｃｈｉｎａ）　摘要：工程实测变形信号不可避免的受到噪声的污染，为了提取真实的变形信号，要对实测数据进行降噪处理。结合武汉桌大桥ＧＰＳ实测变　形数据介绍了小波变换阈值降噪过程，分别采用不同的小波函数和不同阈值模型进行降噪处理。根据信噪比、中误差两种降噪质量评价指标的　定量比较，得出用ｄｂ６小波和ｈｅｕｒｓｕｒｅ闽值在软闽值量化作用下降噪效果较其他小波函数和阂值模型效果好。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ＧＰＳ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｄａｔａ　ａｒｅ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｙ　ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｎｏｉｓｅｓ．Ｔｏ　ｅｘｔｒａｃｔ　ｔｈｅ　ｒｅａｌ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ　ｎｏｉｓｅｓ　ｎｅｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｒｅｍｏｖｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＧＰＳ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔａ　ｏｆ　ａ　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｎ　Ｗｕｈａｎ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｄｅ—ｎｏｉｓｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｏ　ＧＰＳ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｄａｔａ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｄｅ—ｎｏｉｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｆｕ【ｎｃｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓａｔｉｓｆｉｅｄ　ｎｏｉｓｅ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｅｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｄｂ６　ｗａｖｅｌｅｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｅｕｒｓｕｒｅ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｏｔｈｅｒｓ，　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅ—ｎｏｉｓｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ　ｆＳＮＲ１　ａｎｄ　Ｍｃａｎ　Ｓｑｕａｒｅ　Ｅｒｒｏｒ　ｆＭＳＥ）．　关键词：ＧＰＳ；小波变换；阈值；降噪　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＧＰＳ；ｗａｖｅｌｅｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；ｄｅ－ｎｏｉｓｅ　中图分类号：Ｐ２２８．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４３　１　１（２０１０）０８一叭ｌ６一Ｏ２　Ｏ引言　声信号，我们可以假设是一个盯＝１的高斯白噪声。小波变换的目的　ＧＰＳ作为变形监测的一种新的有效手段，能够连续、自动化监　就是要抑止噪声恢复原始信号ｓ（ｔ）。　测，实时获得三维动态坐标，特别是高采样率ＧＰＳ接收机的出现，　１。３小波变换阈值降噪过程一般地，噪声信号多包含在具有　在大型结构动态特性和变形监测方面已表现出独特的优越性。ｃＰＳ　较高频率的细节中，而有用信号通常为低频信号或是一些较平稳的　动态监测所获得的数据可看作是与时间有关的数据序列，传统的数　信号１４１。ＧＰＳ监测数据小波阈值降噪过程分为三个步骤：①小波分　据处理方法有一定的适用条件，同时各有其优缺点…。小波分析理论　解：选择最佳的小波基和小波分解层数对信号进行层分解，提取尺　是一种最新的时频局部化分析方法，是一种多尺度的信号分析工　度系数和小波系数。②作用阈值：对于各层分解系数给定一个阈值　具，随着尺度由大到小的变化，对信号可由粗到精的观察，低频部分　８，所有绝对值小于８的小波系数划为“噪声”，它们的值用０代替；　具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，而在高频部分则具有　超过阈值６的小波系数的数值，被缩减后在重新取值，得到新的小　较低的频率分辨率和较高的时间分辨率【　。　波系数。③小波重构，降噪处理后的系数通过小波逆变换恢复原始　各种小波函数和阈值模型都有其适用性和独有的特点，在实际　信号。　运用过程中要根据实测信号特点选择适合的小波函数和阈值模型　在实际监测数据降噪过程中，小波基的选择没有固定标准，采　进行降噪处理，得到更好的降噪效果。本文采用ＧＰＳ手段进行变形　用不同小波基对实际信号进行降噪，比较其降噪效果来确定最优的　监测，并运用小波闻值降噪方法对信号进行降噪处理，降噪后的图　小波基。在实际监测数据信噪比未知情况下，可采用估计方法确定　形比原始信号更光滑，同时保留了原始信号细节特征。根据信噪比、　分解层次，其基本思想为ｆ，１：逐渐增加分解层次，再根据均方误差的　中误差两种降噪质量评价指标对降噪效果进行定量比较，得到用　变化是否趋于稳定来确定最佳分解层次。　ｄｂ６小波和ｈｅｕｒｓｕｒｅ阈值在软阈值量化作用下降噪较好。　作用阈值的过程是降噪的核心步骤，阈值的选取直接影响到降　１小波变换信号降噪的原理　噪质量，人们提出了各种理论的和经验模型１６３，但没有一种模型是通　１．１信号降噪的准Ｐｌ１］ｉ３１：①光滑性：在大部分情况下，降噪后的　用的。阈值量化函数主要采用Ｄｏｎｏｈｏ和Ｊｏｈｎｓｔｏｎｅ提出的两种方法　信号应该至少和原信号具有同等的光滑性。②相似性：降噪后的信　［７，８１硬阈值法和软阈值法对小波系数进行取舍。　号和原信号的方差估计应该是最坏情况下的最小值。　１．４小波阈值降噪评价指标小波降噪的效果可以通过一些具　１．２基本降噪模型在信号传输、收集过程中，不可避免总会受　体的指标来衡量，均方根误差（中误差）（ＲＭＳＥ），均方根误差越小，　到一些噪声的污染，设ｆ（ｔ）是已经被污染的信号，即带有噪声的信　滤波效果越好；原始信号与去噪后的估计信号之间的偏差（ＢＩＡＳ），　号，则基本噪声模型可以表示为：　偏差越接近零越好；信噪比（ＳＮＲ），信噪比越高则滤波效果越好；信　ｆ（ｔ）＝ｓ（ｔ）＋ｆｆ・ｎ（ｔ）ｔ＝Ｏ，Ｉ，２，…，ｎ一１　（１】　噪比增益（ＧＳＮＲ），去噪后的信噪比增益越大，效果越好　恢复信号　式中，Ｓ（ｔ）为原始信号，即我们想要得到的真实信号，ｎ（ｔ）为噪　的光滑性。　２工程试验及其结果　作者简介：肖本林（１９６２一），男，湖南安乡人，教授，博士，湖北工业大学土木　试验在武汉市某大桥上进行，该桥梁是主跨为１２８０ｍ的悬索　工程与建筑学院院长，研究方向为土木工程与建筑学。　桥。ＧＰＳ定位技术具有精度高、全天候、自动化程度高等优点，并且　范》第８章的要求控制。有的设计者并不清楚，规范ＧＢｌ７—８８的构　的。新修订的《钢结构设计规范》（ＧＢ５００１７－－２００２）（报批搞）把钢结　造规定不是适用于每一个城市设防的。有的框架结构房屋，梁柱刚　构的防护列为强制性条文，要求在设计文件中必须注明钢结构的防　性连接时，有的设计者未注意到《抗震规范》第８．３．６条（强制性条　护措施：柱脚在地面以下的部分要使用混凝土掩埋，受侵蚀作用的　文）的要求：组合柱在梁翼缘上下各５００ｍｍ的节点范围内，柱翼缘　柱脚不能埋到地下：对于钢结构的防火措施，在文件中有明确的条　与柱腹板间或箱形柱壁板间的连接焊缝，应采用坡口全熔透焊缝，　文规定必须进行符合国家规定的各项防护措施。按规范要求对建筑　不允许采用角焊缝。　钢结构防护，这样才能保证钢结构房屋的长期使用，发挥出其耐久　６建筑结构防护　性能，是广大设计者必须认识到的问题。还有需要补充的一点，对柱　建筑钢结构的防护主要包括防腐蚀和防火及隔热。这两个问题　脚应进行抗剪验算（特别是有柱问支撑的柱脚），当抗剪不足时，应　有时常常被设计人员忽视，这两个问题是必须在设计文件中注明　设置抗剪键。这也是设计者必须的注意的问题。