1前 言
《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS 102于1998年完成編制，2002年作過一次全面修訂，2003年中國工程建設標準化協會將該標準作為CECS優(yōu)秀標準推薦給華夏建筑科學技術獎勵委員會。建設部標準定額所看重該體系的廣泛應用前景，2010年下文將CECS 102重新定位為國家行業(yè)標準，目前正在組織有關人員進行編制。這篇為2003年評獎答辯會準備的匯報材料較好地反映了該體系的特點、應用范圍、編制背景以及對我國鋼結構行業(yè)發(fā)展的影響等，今天讀來仍饒有興味。由于該報告沒有在任何刊物上發(fā)表過，特在此刊載，以饗讀者。
2立項背景
（1） 門式剛架輕型鋼結構房屋是美國由二戰(zhàn)期間采用的臨時性建筑發(fā)展而成的，戰(zhàn)后歷經多次改進，成為別具風格的全金屬商品房，稱為“金屬建筑系統(tǒng)”，以后又發(fā)展成為可根據用戶要求快速進行CAD設計和CAM生產的產業(yè)化金屬房屋制造行業(yè)。它以十幾個大型企業(yè)及其遍布全美的配售網為主體，以其技術和產品向全球輻射。部分大企業(yè)在海外設有分公司，例如，其中歷史最為悠久的巴特勒公司，ABC公司等，90年代中期開始在我國設有分公司。我國改革開放前沒有這種結構。
(2) 80年代后期，深圳、珠海、廈門等南方沿海城市購進一些商品房作廠房和倉庫，因為這些房屋的鋼梁腹板比
鋼結構設計規(guī)范的規(guī)定薄得多，且結構高度輕型化, 有很多特色,中國建筑標準設計所等單位，根據幾張產品說明書，在薄鋼規(guī)范組的組織安排下, 1988～1991年進行了“山形門式剛架結構體系”課題的應用研究。當時雖然受到條件限制, 未能提出具有完善理論依據和內容全面的設計方法,但在若干方面取得了有意義的成果。可惜我國當時鋼產量還不高，在建筑中還實行節(jié)約鋼材的政策，研究成果沒有引起有關方面的重視。
(3)1995年外企進入中國市場，在這種房屋的設計和生產方面居于壟斷地位，在工程招標活動中處于絕對優(yōu)勢地位，國內設計只能靠《
鋼結構設計規(guī)范》，因用鋼量過高而無法與外企竟爭。國內個別單位獨自進行探索和設計，就全行業(yè)來說，當時為一種不安的氣氛所籠罩，專業(yè)技術人員碰在一起，把外企壟斷現象稱為“巴特勒效應”。
(4)由于外企推銷產品要有國內標準認可，國內企業(yè)設計產品要有標準作依據，1996年雙方都有企業(yè)找到建設部來，要求編制技術標準，愿意提供支持。這樣，中國建筑金屬結構協會建筑鋼結構委員會于1996年提出立項，組織編制組，著手開始編制技術規(guī)程。我們當時將這本標準定名為《門式剛架輕型型房屋鋼結構技術規(guī)程》。編制工作主要依靠編制組內我國專家的努力，也得到上海美建鋼結構公司等單位在人力物力上的大力支持和在技術上的寶貴指導和協助。
(5)美國的《低層房屋體系手冊》只規(guī)定了這種單層金屬房屋結構的荷載，包括活荷載、風荷載、雪荷載、吊車荷載和構件制作安裝方面的少量允許偏差，至于結構設計，其中雖然提到根據美國AISC和AISI兩本規(guī)范，但人所共知，這兩本規(guī)范中并沒有專門針對這種體系的設計規(guī)定，僅包含了普通鋼結構和冷彎薄壁型鋼結構設計的一般規(guī)定。就我們所知，美國行業(yè)協會并沒有編制這種結構的專用設計規(guī)程，各大公司根據手冊規(guī)定的荷載和結構規(guī)范，自行確定設計方法和編制設計軟件，各有特色，屬于知識產權范圍，是不公開的。
(6)美建公司的技術總監(jiān)，顧問項士文先生對某些參數的確定起了重要的指導作用。如柱頂位移限值用到1/60，而不是更嚴；溫度區(qū)間長度用到300m等；這些參數在MBMA-1996中都未列入。他對荷載等級、結構和節(jié)點形式、構件變形限值、制作安裝和單面焊等方面，都提出一些寶貴意見。有時想到一些意見，就從上海乘夜車來京，交談后當天乘夜車返滬，這種高效作風給人留下深刻印象，大家都為早日完成編制而全力以赴。但結構的穩(wěn)定性計算，構件的板件寬厚比限值，有效寬度計算，變截面柱穩(wěn)定計算，檁條受壓穩(wěn)定計算，端板連接計算等，則是完全根據我們獨立自主的研究。這方面的資料，我們向外企要他們也不給。
(7) 編制組對于此新型結構，以最大的熱情投入工作。編制工作是在陳紹蕃教授的主導下完成的。從定名到拿出征求意見稿，僅用了一年。很多單位來信，對征求意見稿表示滿意，認為‘這樣就可以了’，‘已經很好了’。有的單位已經按征求意見稿開始編制軟件，這是我們親眼所見，因為市場的需求如此迫切。外企的專家們表示，他們更愿意用這本標準，因為它與美國標準較貼近。陳老師在幾次編制組會期間寄來大量信稿，對一些難題提出重要的建議，親自動手擬條文，以只爭朝夕的精神推動規(guī)程的早日完成。
3技術創(chuàng)新點
(1)首次將板件屈后強度理論用于焊接工形截面腹板（以前國內只用于冷彎薄壁型鋼），使得構件腹板厚度大大減薄，不設加勁肋的情況下，受彎構件寬厚比可做到250，而按《鋼結構設計規(guī)范》的規(guī)定，超過80就必需設置橫向加勁肋，從而使剛架構件的腹板厚度大幅度減小成為可能。而且在腹板抗彎時的有效寬度的分布上貼近實際，推動了薄鋼規(guī)范的改進。在腹板抗剪方面，首次引用了拉力場理論，使得剛架構件在大量節(jié)約鋼材的同時，為確保結構安全提供了理論依據。
(2)剛架采用變截面構件，截面隨內力變化，彎矩大處截面大些，彎矩小處截面小些，使鋼材用量顯著降低；
(3)將蒙皮效應概念用于工程設計。鋼面板增強了結構整體剛度，提高了圍護結構的抗剪能力，提高了檁條的抗扭性能，簡化了支撐和系桿布置，這些在設計中都得到很好體現，帶來了直接經濟效益。雖然在設計計算中利用蒙皮效應目前還有困難，但在結構布置上已利用了蒙皮效應，改善了結構的受力性能，是這種結構的重要特色之一。利用蒙皮效應，使柱頂位移限值取1/60成為可能。
(4)風荷載采用了美國MBMA規(guī)定，經單位換算用于本規(guī)程。它是根據邊界層風洞試驗結果制定的，專門用于低矮房屋，國外在低矮房屋的設計中已普遍采用，但在國內尚無類似規(guī)定。這種風荷載規(guī)定用于門式剛架輕鋼房屋，可使計算采用的風荷載分布更好地符合實際，因而能更好地保證結構的安全。該荷載規(guī)定因為未列入我國荷載規(guī)范，沖破了重重阻力，在荷載規(guī)范組的充分肯定和支持下，才得以在本規(guī)程中采用。
(5)在國內首次提出要驗算檁條在風吸力作用下的下翼緣穩(wěn)定，并引進了上翼緣帶有面板的檁條計算方法。由于屋面變輕，又采用合理的風荷載分布，檁條下翼緣受壓成為普遍現象。而在此以前的設計中，只計算檁條下翼緣受拉。
(6)提出楔形柱穩(wěn)定計算新方法，論證了楔形柱穩(wěn)定計算應該取大頭的彎矩和小頭的軸力才更安全。提出了變截面合理梯度的建議；
(7)構造上，用隅撐代替通長的系桿來保證剛架構件的側向穩(wěn)定，簡化了構造，節(jié)約了鋼材，這種構造在以前國內的鋼結構房屋中沒有采用過。
(8)對于無吊車的廠房，用圓鋼支撐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的角鋼支撐，進一步適應結構輕型化的要求，推動了輕型鋼結構房屋的發(fā)展。
(9)用搖擺柱使部分內柱截面大大減小，縮小了框架柱占用面積，并使構造顯著簡化。以前這種柱從來沒有在工程中用過，更不了解的的計算規(guī)定。
(10)利用Z形鋼實現檁條搭接，連續(xù)檁條可顯著減小檁條用鋼量。
(11)研究提出了端板連接的計算公式，使這種安裝方便的連接方式得到迅速推廣。
這些計算公式得到了多個試驗資料驗證，可以推廣使用。
(12)增加了T形連接單面焊的規(guī)定，加快了剛架構件的制作進度。
4社會效益和市場情況
（1)本標準實施以來，外企給予高度評價，認為與國際上通用的標準接近，在用鋼量上已與國外標準持平。規(guī)程實施前，門式剛架的國內市場完全由外企控制，現在國內企業(yè)迅速發(fā)展，已經占有主導地位。
（2)1998當年建造量約100萬平方米，2001年建造量已達600萬平方米，三年提高約6倍。近年尚無可靠統(tǒng)計數字，總的趨勢是應用越來越多。
（3）我國自行設計和建造這種房屋以來，已大大改變我國單層廠房的面貌。因為它很經濟，每平方米用鋼量只有20～30kg, 在國家未下達指令的情況下，已基本取代了傳統(tǒng)的大型屋面板梯形鋼屋架鋼柱的單層
鋼結構廠房，并部分取代了鋼網架結構在
廠房中的應用。
（4）門式剛架輕型鋼結構房屋用鋼省、造價低（每平方米僅400～500元），施工周期短、外形美觀、在隔熱等方面能較好滿足使用要求、適用范圍廣泛，深受用戶歡迎。已廣泛用于
廠房、倉庫、超市、體育、文化、娛樂設施及其它各類商業(yè)和公共建筑。國內市場正向縱深擴展，市場越來越大，用戶越來越多。
(5）該規(guī)程問世以來，門式剛架輕鋼房屋已初步形成產業(yè)。目前上規(guī)模的鋼結構廠家超過1500家，大部分以門式剛架輕鋼房屋為主要產品。
（6）門式剛架輕型鋼結構房屋在國內推廣，帶動了冶金、機械、化工、建材等一大批行業(yè)的發(fā)展，增加了幾十萬就業(yè)崗位。
（7）該項目不但填補了我國空白，而且成為建筑業(yè)發(fā)展最快的結構類型，它帶動了整個鋼結構行業(yè)的發(fā)展，起到了行業(yè)排頭兵的作用，對我國鋼結構的發(fā)展作出了重大貢獻。
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