铝合金结构构件的设计公式及其可靠度研究_沈祖炎

用可靠度理论确定偏心支撑钢框架的设计原则
李国强;沈祖炎
【期刊名称】《工业建筑》
【年(卷),期】1991()2
【摘要】本文基于试验和统计结果,应用可靠度理论确定了偏心支撑钢框架结构的设计原则。

给出了具有明确概率意义的在使连杆达到其设计承载力的外荷载下,偏心支撑和框架柱的受力与其设计承载力间的比例限值。

【总页数】4页(P22-25)
【关键词】偏心支撑;钢;框架;可靠度;承载力
【作者】李国强;沈祖炎
【作者单位】同济大学
【正文语种】中文
【中图分类】TU352.11
【相关文献】
1.偏心支撑钢框架抗地震倒塌富余度研究 [J], 齐永胜;顾强
2.基于能量设计的K型偏心支撑钢框架抗震倒塌富余度 [J], 刘美子;顾强
3.用可靠度理论确定屈曲约束支撑钢框架的设计原则 [J], 郭小康;李国强
4.基于能量设计的K型偏心支撑钢框架抗震倒塌富余度 [J], 刘美子;顾强;;
5.用可靠度理论确定摩擦支撑的设计原则 [J], 李国强;沈祖炎
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正交异性钢桥面板疲劳验算
正交异性钢桥面板疲劳验算
国内外已得到广泛应用的正交异性钢桥面板在车辆荷载的作用下容易疲劳开裂,可是目前各国公路桥规还没有其疲劳验算的细则.本文对钢桥疲劳验算所涉及的诸如荷载、结构分析、低应力幅处理、焊接节点的疲劳强度、验算方法等问题进行了探讨,并通过一个实例来加以说明.
作者：童乐为沈祖炎 Tong Lewei Shen Zuyan 作者单位：同济大学刊名：土木工程学报 ISTIC EI PKU 英文刊名： CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL 年，卷(期)：2000 33(3) 分类号：U44 关键词：钢桥面板结构分析焊接节点疲劳强度疲劳验算。

大截面铝合金轴压构件整体稳定试验研究王元清;郑韶挺;王中兴;欧阳元文;柳晓晨;曾煜华【期刊名称】《钢结构》【年(卷),期】2018(033)003【摘要】随着大跨度铝合金结构的兴起,大截面铝合金构件的应用越来越广泛.为研究大截面铝合金轴心受压构件整体稳定性能,针对4个工字形6061-T6铝合金轴心受压构件和3个箱形6061-T6铝合金轴心受压构件进行了试验研究.试验中,以长细比为变量研究了构件的稳定承载力、破坏形态和荷载-位移曲线.并将试验结果与中国规范、欧洲规范和美国规范进行了对比.所有构件均发生典型的整体失稳破坏形态,中国规范与欧洲规范均对构件的承载力有明显低估,而美国规范较为准确地预测了试验结果.试验结果可为GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》的修订提供建议.【总页数】6页(P94-99)【作者】王元清;郑韶挺;王中兴;欧阳元文;柳晓晨;曾煜华【作者单位】清华大学土木工程系,土木工程安全与耐久教育部重点实验室,北京100084;清华大学土木工程系,土木工程安全与耐久教育部重点实验室,北京100084;清华大学土木工程系,土木工程安全与耐久教育部重点实验室,北京100084;上海通正铝业工程技术有限公司,上海 201103;华东建筑设计研究院有限公司,上海 200011;上海通正铝业工程技术有限公司,上海 201103【正文语种】中文【相关文献】1.缀板式格构轴压构件整体稳定性计算及精度分析 [J], 任体旺;陆念力;顾艳2.铝合金E形截面轴压构件整体稳定系数研究 [J], 沈钢峰;蔡明仪3.不锈钢箱形轴压构件整体稳定承载力计算方法 [J], 杨璐;尚帆;赵梦晗;徐东辰;张勇4.双相型不锈钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能试验研究 [J], 杨璐;徐东辰;尚帆;王元清;张勇5.大截面7A04高强铝合金角形柱轴压整体稳定试验研究 [J], 王元清;王中兴;胡晓光;韩军科;陈志华;邢海军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第28卷第2期同济大学学报Vol.28No.2　2000年4月J OURN AL OF TO NGJI UNIVER SITY Apr.2000斜拉网壳结构构件单元分析及结构动力性能沈祖炎1,周　岱2,龚　铭1(1.同济大学建筑工程系,上海　200092;2.上海交通大学空间结构研究中心,上海　200030)摘要:阐明了斜拉索及塔柱的计算问题,数值计算、分析了斜拉网壳结构的动力性能问题,并与网壳结构计算结果进行了对比.计算分析表明,斜拉网壳结构频谱密集,与网壳结构的对应振型差别很大;斜拉索的存在大大提高了网壳结构的刚度,明显改变了网壳结构动力性能;作用于结构上的质量大小对结构的自振频率影响明显.关键词:网壳结构;斜拉索;塔柱;动力性能中图分类号:TU393.3 文献标识码:A 文章编号:0253-374X(2000)02-0127-07Analysis of the Tower-column Elemen t and Cable Elemen t as Well asthe Dynamic Properties for Cable-stayed Re ticulated Shell Stru cturesSH EN Zu-yan1,ZH O U Dai2,G O NG Ming1(1.Department of Building Engineering,Tongji University,Shanghai200092,China;2.Research Center of Spatial Structures,Shanghai Jiaotong University,Shanghai200030,China)Abstract:This paper is focused on the research of the basic members such as the tower-c olumn element and cable element,and the dynamic properties of the cable-sta yed reticulated shell str uctures(C SRS),which is composed of cables,tower-columns and reticulated shell structures(RSS).The nonlinearity of a cable element and a novel sim-plified linear stiffness matrix of a tower-column element whic h cable elements link to are investigated.Also,some numerical examples and computational comparisons on both CSRS and RSS are given.Through the c omputations,it is shown that the frequency spectra of both CSR S and RSS are very dense.That the cables are added to RSS can change the natural frequencies and mode shapes,and enhance the stiffness of RSS significantly.It is clear that the magnitude of the masses exerted on CSR S influences its natural frequencies greatly.Key words:reticulated shell structures;cable;to wer-column element;dynamic properties 网壳结构是重要的空间结构型式,将斜拉索与网壳结构结合便形成斜拉网壳结构.它属杂交结构体系.斜拉索的上端悬挂在塔柱上,下端则锚固在网壳节点上.配以斜拉索,增大了结构的强度、刚度和稳定性,可用较小的构件截面尺寸跨越更大的空间,具有广阔的应用前景.迄今,斜拉网壳结构的工程实例颇多.如美国的匹兹堡展览中心(90m×88m),意大利的西亚花卉市场(100m×100m),英国伯明翰的Nation-al E xhibition Centre(90m×108m)等;我国的北京奥林匹克体育馆(70m×83.2m,1988年)、新加坡港务局(PSA)仓库(A型120m×96m,B型96m×70m,1994年)和山西娘子关高速公路收费站(主跨41.518m×14.0m,1995年).根据国内外工程实践[1]和斜拉桥经验[2],斜拉网格(壳)结构在跨度70～300m范围内可充分发挥其优越性.目前,与工程应用相比,我国对该体系的研究不多,其动力分析等问题有待进一步探讨.这里着重研究斜拉网壳结构动力性能问题,并与对应的网壳结构进行比较.收稿日期:1999-10-05作者简介:沈祖炎(1934-　),男,浙江杭州人,教授,博士生导师.1　斜拉索分析1.1　斜拉索分析斜拉索为悬链线形状.一般由于垂度比很小,悬链线可用抛物线近似替代.根据在初始状态和工作状态下的拉索弦长变化,得斜拉索的等效弹性模量为E eq =E c1+E c A (q ′h )224S f +S i S 2i S 2f(1)式中:S i ,S f 表示在当前荷载增量内,索张力的初值和终值;E c ,A 分别为拉索的弹性模量和截面面积;q ′和h 分别为沿索水平投影的均布荷载(在此仅考虑索自重)和索水平投影长度.引入切线模量和割线模量等概念后,经变换,有[3]E eqE c=1/(1+ξh 2×10-6)(2)其中: ξ=106E c γ′2(σi +σf )/24σ2i σ2f 用于割线模量法106E c γ′2/12σ3用于切线模量法γ′=q ′/A (3)σi ,σf 和σ分别表示在当前荷载增量中,索内张应力的初值、终值和平均值;E c ,E eq 分别为拉索的弹性模量和等效弹性模量;A 为拉索的截面面积.对于钢绞线拉索(认为抗拉强度设计值f y =1k N ·mm -2),参数ξ随σ/f y 的变化曲线见图1,从图中看出,当σ≥0.4f y 后,ξ的变化显著减缓.一般,ξ在0.5～30范围.随着拉索长度的增大,E eq 减少,E eq /E c 随h 的变化曲线见图2.例如,当ξ=10时(即σ=0.22f y ),若h =50m 、100m 和200m ,则E eq /E c =0.976、0.900和0.715,与悬索结构相比,斜拉网格结构的拉索长度一般不大(例如在100m 之内).因此可视其长度及索内预张应力σ大小(例如σ≥0.25f y ),对其弹性模量乘以一定折减系数后,将斜拉索按线性看待,参与结构计算. 图1　ξ随σ/f y 的变化曲线图2　E eq /E c 随h 的变化曲线Fig .1　Relation curve of the parameter ξFig .2　Relation curve of the equivalent mo dulus vsvs the parameter σ/f ythe horizontal projection length of a cable1.2　斜拉索的布置斜拉索是斜拉网格结构的组成部分.当塔柱位于网格结构覆盖范围内时,可沿塔柱周围按辐射式、竖琴式、扇形或星形[1]等4种基本形式单向、双向或多向布索,亦可采用4种基本形式的变异形式.4种基本布索形式各有特点.比较而言,扇形布索是较理想的布索形式.布索方案在水平面上的投影可以是米字形、十字形、K 字形或T 字型[3].由于斜拉索水平分力可能引起网格结构部分杆件的内力增加或变号,是一种不利影响,因此,拉索与水平面的夹角不宜太小.斜拉索疏密布置十分重要.塔桅结构领域相关文献指明有两种选择方案[4]:一是高张力、大间距疏索布置,二是低张力、小间距密索布置.通常,后者优于前者,应优先采用.密索布置亦给换索提供有利条件,且对抵抗意外事故(如断索)十分有效.128 同　济　大　学　学　报 第28卷2　塔柱单元和杆单元刚度矩阵2.1　塔柱单元刚度矩阵分析塔柱通常采用空间梁单元,但斜拉网壳结构有其特点:斜拉索、网索结构皆铰接在塔柱上,因而可视塔柱为特殊的通长空间悬臂梁单元.该单元可以是二节点、三节点或多节点单元,单元节点对塔柱而言是刚接,而对网壳和斜拉索则为铰接.单层布索情况下塔柱单元刚度矩阵参见文献[1].图3为局部系下双层布索,假设节点1、2间截面与节点2、3间相同.x ,y 方向力法方程为{u }=[δx ]{X }　,　{v }=[δy ]{Y }(4)式(4)中:[δx ],[δy ]分别为x ,y 方向柔度阵,3×3阶;图3　双层布索计算简图Fig .3　Mechanics model of the tower -columnelement with double -layer cables {u }=[u 1u 2u 3]T ;{v }=[v 1v 2v 3]T ;{X }=[X 1X 2X 3]T;{Y }=[Y 1Y 2Y 3]T .[δt ]=δt 11δt 12δt 13δt 22δt 23δt 33, (t =x ,或y )(5)式(5)中:δt 11=αt ,δt 12=δt 21=αt (1+3β1/2);δt 22=αt [1+3β1+3β21+β31/ζt ];δt 13=δt 31=α[1+3β4/2];δt 23=δt 32=αt (1+3β3/2)β31/ζt +αt (1+3β5+3β1β4);δt 33=αt (1+β3)3β31/ζt +αt [1+3(β1+β2)(1+β1+β2)](6)αt =h 31/3EI t 1,ζt =I t 2/I t 1;β1=h 2/h 1,β2=h 3/h 1,β3=h 3/h 2; (t =x ,或y )β4=β1+β2,β5=β1+β2/2(7)将式(6)、(7)分别代入式(4)、(5),并对柔度阵[δt ]求逆,得[ K t ]=[δt ]-1 (t =x ,或/和y )(8)上式中[ K t ]为局部坐标系下的x 或/和y 方向塔柱刚度矩阵,即[ K t ]=K t 11K t 12K t 13K t 22K t 23K t 33, (t =x ,或y )(9)塔柱在z 方向(轴向)的刚度方程为{K z }[w ]={Z };{w }=[w 1w 2w 3]T ,{Z }=[Z 1Z 2Z 3]T(10)[K z ]=K z 11K z 120K z 21K z 22K z 230K z 32K z 33(11)式中:K z 11=EA 1/h 1+EA 2/h 2;K z 21=K z 12=-EA 2/h 2;K z 22=EA 2/h 2+EA 3/h 3;K z 23=K z 32=-EA 2/h 3;K z 33=EA 2/h 3.考虑式(9)～(11),进行合并和重新排序,得塔柱单元在局部系下刚度方程和刚度矩阵[ K t c ]为{ K t c }[δ]={R }(12)129第2期 沈祖炎,等:斜拉网壳结构构件单元分析及结构动力性能 其中:{δ}=[u 1v 1w 1u 2v 2w 2u 3v 3w 3]T ;{R }=[X 1Y 1Z 1X 2Y 2Z 2X 3Y 3Z 3]T .推导时已自动引入了边界条件,无需另行处理.若整个主体结构皆只由塔柱和斜拉索支承(斜拉索直接传力给塔柱),例如四柱支承斜拉网格结构,则组装后形成的总刚已非奇异,可直接用来求解位移向量.求解出位移(增量)向量并将其转化到塔柱局部坐标系下后,便可由式(12)计算塔柱上的支承反力{R },然后求得塔柱任意截面的弯矩、剪力和轴力.2.2　杆单元刚度矩阵本文中,采用通常的空间杆单元刚度矩阵[5].3　斜拉网壳结构动力方程和数值算例分析3.1　结构的动力方程求解结构的特征对问题,一般按无阻尼自由振动情况考虑,且认为结构处于线弹性阶段.经边界条件处理后,设作简谐振动,则结构的广义特征值方程为([K ]-ω2[M ]){Υ}={0}(13)式中:[K ]为经边界条件处理或静力凝聚后的总刚度矩阵;ω是结构的自振频率;{Υ}是振型向量;[M ]为质量阵.本文对杆单元、拉索单元和塔柱单元均采用集中质量矩阵,采用子空间迭代法求解斜拉网壳结构的广义特征值问题.应用振型分解反应谱法计算结构构件的动内力.振型效应组合方法则采用平方和开平方法[6].3.2　数值算例分析算例1　图4所示平面尺寸为矩形的斜拉双层柱面网壳结构,跨度112.928m ,矢高17.466m ,曲率半径100.000m ,中心角68°45′,网格数40×4,网格型式为四角锥,主体网壳结构的支座由普通支座和钢筋混凝土塔柱提供,设在结构两个直边界的上弦节点.结构的两条直边上各有1根塔柱;每根塔柱上设置10根由钢绞线组成的斜拉索,共有20根.结构上弦每个内节点上作用等质量.考虑结构自重.算例2　图5所示为上层K8-7型、下层蜂窝型的斜拉双层穹顶网壳结构(简称斜拉K8-7型双层穹顶网壳,以下同),跨度80m ,矢高8m ,网壳结构支座由普通支座和钢筋混凝土塔柱提供,设在结构周边的上弦节点上.在相互垂直的两条主肋上设有4根塔柱;每根塔柱上设置5根斜拉索,共有20根.结构上弦每个内节点上作用有等质量.考虑结构自重. 图4　算例1斜拉双层柱面网壳结构示意图图5　算例2斜拉双层穹顶网壳结构示意图　Fig .4　Exam ple l -sketch of a cable -stayed doubleFig .5　Example 2-sketch of a cable -stayeed doublelayer cylinder reticulated shell structurelayer dome reticulated shell structure3.2.1　结构自振频率和振型对算例1,是否设置斜拉索这两种情况下的前12个自振频率见图6,前3个振型见图8a ～c 和图9a ～c .对算例2,是否设置斜拉索(不计塔柱与主体结构协同工作)情况下前12个自振频率见图7,前3个振型见图10a ～c 和图11a ～c .由上述图表可以看出,①斜拉网壳结构和相应网壳结构的频谱皆较为密集,甚至不同序号自振频率的数值几乎相同,这是由此类结构自身特性决定的;②两种结构的对应振型差别很大,由此,斜拉索的存在明显改变了网壳结构的振动特性;③斜拉网壳结构各自振频率皆比对应的网壳结构的130 同　济　大　学　学　报 第28卷相应自振频率高,提高幅度较大,这说明斜拉索的存在明显提高了结构刚度. 图6　算例1的自振频率f 图7　算例2的自振频率f Fig .6　Natural frequencies of example lFig .7　Natural frequencies of example2图8　无拉索情况下,算例1振型Fig .8　Mo de shape of exam ple 1withoutcables图9　有拉索情况下,算例1振型Fig .9　Mode shape of example 1withcables图10　无拉索情况下,算例2振型Fig .10　Mo de shape of example 2withoutcables图11　有拉索情况下,算例2振型Fig .11　Mode shape of example 2with cables131第2期 沈祖炎,等:斜拉网壳结构构件单元分析及结构动力性能 图12　质量对结构自振频率的影响Fig .12　Influence of masses o n the natural frequencies of example 23.2.2　质量大小对结构自振频率的影响对算例2,在结构上分别作用大小不等的质量,质量对结构自振频率影响见图12所示.从图中看出,作用质量大小对结构自振频率影响明显;质量大,自振频率小,反之亦然.因此,在一定范围内,可以通过调整质量大小及其分布来优化结构的振动特性.3.2.3　斜拉网壳结构动内力、静内力关系对前述算例,杆件规格同前.取结构中典型的若干根上弦杆、下弦杆和腹杆动内力、静内力进行比较,以便数值考察在相同荷载下的动内力、静内力关系.计算结果见表1,表中杆件动内力是按8度抗震设防、小震、近震、二类场地土计算的.可以看出,杆件内力的动静比大体在7%～15%,但个别杆件则超出此范围较多.对于7度或9度抗震设防,只要在按8度抗震设防的计算结果上除以或乘以2.0即可,这一范围与我国《网架结构设计与施工规程》(JGJ7-91)中简化计算时所采用的竖向地震作用系数ψv 有一定吻合,但亦有较明显差别.因此,在计算大中型(斜拉)网格结构动力问题时,不宜采用《规程》中的简化方法.表1　静力与动力计算结果比较Tab .1　C omparison between static and dynamic results(斜拉)网格结构类型是否考虑斜拉索和塔柱杆件编号静力计算值/kN动力计算值/kN(按反应谱法)动力 / 静力(斜拉)K8-7型双层穹顶网壳结构;上弦节点承受5kN 等荷载按8度、小震、近震、二类场地土计算 无斜拉索 和塔柱上弦杆1上弦杆2上弦杆3腹杆1下弦杆1-77.842-64.918-31.840　0.438-97.08611.7708.7623.7480.5949.3810.15120.13500.1177-0.0966 有斜拉索, 并考虑塔 柱变形上弦杆1上弦杆2上弦杆3腹杆1下弦杆1-54.107-32.776-22.573-7.745-39.2787.6844.4732.6071.5612.9090.14200.13650.11550.20150.0741(斜拉)双层柱面网壳结构;网格型式:四角锥布置;上弦节点承受4kN 等荷载;按8度、小震、近震、二类场地土计算 无斜拉索 和塔柱上弦杆1上弦杆2腹杆1腹杆2下弦杆1下弦杆2-159.278-143.481-112.794　0.756-99.230-113.19417.1810.1721.360.0811.5512.320.10790.07090.18940.10750.11640.1088 有斜拉索, 并考虑塔 柱变形上弦杆1上弦杆2腹杆1腹杆2下弦杆1-98.039-137.521 4.988 7.386-129.0208.48314.27020.8900.6419.2330.08650.1038-0.08680.0716132 同　济　大　学　学　报 第28卷4　结语本文研究分析了斜拉网壳结构的塔柱、拉索等构件单元,数值计算了整体结构的动力性能,并与网壳结构计算结果进行对比研究.通过上述分析和计算,得到结论如下:(1)文中推导了塔柱单元的新型刚度矩阵,详细分析了斜拉索的计算问题.(2)斜拉网壳结构自振频率皆比相应的网壳结构高,且提高幅度较大,两种结构的对应振型差别很大;这说明斜拉索的存在显著提高了网壳结构的刚度,明显改变了网壳结构的振动特性.(3)斜拉网壳结构和对应网壳结构的频谱皆较为密集,甚至出现不同序号的自振频率之数值几乎相同的情况;这是由此类结构的自身特性决定的.(4)作用于结构上的质量大小对结构的自振频率影响明显;质量大,自振频率小,反之亦然.因此,在一定范围内,可以通过调整质量大小及其分布来优化结构的振动特性.(5)结构杆件内力的动静比有一个较稳定的范围,这一范围与《网架结构设计与施工规程》(JGJ7-91)中简化计算时所采用的竖向地震作用系数ψv 有一定吻合,但有差别.因此,在计算大跨度(斜拉)网格结构的动力问题时,不宜采用《网架结构设计与施工规程》中的简化方法.参考文献:[1]　唐曹明,严　慧.斜拉网架的结构特性及其设计应用研究[A ].董石麟.新型空间结构论文集[C ].杭州:浙江大学出版社,1994.74-81.[2]　Troits ky M S .Cable -stayed bridges ———theory and des ign [M ].London :Crosby L ockwood Staples ,1977.[3]　周　岱.斜拉网格结构的非线性静力、动力和地震响应分析[D ].杭州:浙江大学土木工程系,1997.[4]　王肇民,Peil U .塔桅结构[M ].上海:同济大学出版社,1989.[5]　丁皓江,何福保,谢贻权,等.弹性力学和塑性力学中的有限单元法[M ].第二版.北京:机械工业出版社,1989.[6]　GBJ 11-89,建筑抗震设计规范[S ].·下期文章摘要预报·软X 光激光In 衰减膜的制备及测量顾　牡,汤学峰,吴广明,张　力 通过对制备工艺的摸索,制备出用于软X 光实验的In 衰减膜,利用α能谱测厚仪对In 衰减膜的质量厚度进行了测量,通过俄歇电子谱对In 膜表面氧化并结合Ar 离子刻蚀对氧元素含量的深度分布进行了分析.驾驶员对异常交通信息响应特性的分析曾　松,杨晓光 根据以城市高速道路为背景的驾驶员交通选择行为的调查结果,分析了异常交通状态下驾驶员对信息的需求及其对不同信息的响应特性,就异常交通状态下提供交通信息应注意的一些问题进行了探讨.133第2期 沈祖炎,等:斜拉网壳结构构件单元分析及结构动力性能 。

铝合金结构的优化设计随着现代科技的不断发展，铝合金作为一种高强度、轻质、耐腐蚀的材料，被广泛应用在许多领域，尤其是在建筑、汽车和航空航天等领域中。

而铝合金结构的设计优化，则是保证其安全性、稳定性、耐久性和经济性的重要保证。

本文将从铝合金的特性出发，探讨铝合金结构的优化设计方法，以期为相关领域的从业人员提供一些有益参考。

一、铝合金的特性铝合金是由铝和其他合金元素（如铜、锰、硅、镁等）组成的一种合金，具有以下特性：1.轻质：铝的密度仅为2.7g/cm³，比钢铁的密度小三分之一。

2.高强度：铝合金的强度比铁强度高两倍以上，可以在相同质量下承受更大的荷载。

3.耐腐蚀：铝合金在空气中形成一层氧化物保护膜，可以防止其继续氧化，延长其使用寿命。

4.导电性好：铝合金具有较好的导电性能，可以用作电力传导线材。

5.成型性好：铝合金可以通过挤压、锻造、铸造等多种方法进行成型加工。

以上特性为铝合金在结构设计领域中的优势提供了重要基础。

二、铝合金结构的优化设计现代工程设计要求结构设计成本低、强度高、重量轻、使用寿命长等多种要求，铝合金具有高强度和轻量化的特性，因此在结构设计中得到了广泛应用。

作为一种高强度材料，铝合金的材料本身可以提供结构的刚性和强度，而结构的优化设计可以进一步提高其使用性能，主要包括以下方面：1.优化结构形式在设计结构时，应选用合适的结构形式，使其在承受荷载时，具有良好的强度、刚度和稳定性。

例如，在建筑领域中，采用桁架结构、空腔结构等轻量化结构，可以减轻结构荷载，提高结构稳定性和安全性。

2.设计合理的结构材料合适的结构材料可以为结构设计和工程施工提供基础，选材时要考虑材料的物理性能、化学性能、加工性能和成本等因素。

铝合金是轻量化材料的典型代表，适用于各种结构设计，可以取代某些传统结构材料，如钢、木等。

合理选用铝合金材料，可以在保证结构强度和刚度的前提下，减轻结构质量。

3.采用先进的加工工艺铝合金材料的加工必须采取适当的加工工艺才能获得满意的加工质量和性能。

钢结构基本原理沈祖炎一、钢结构的优点钢结构由钢材构成，具有高强度、刚性好、抗震性能优良等特点。

相比于传统的混凝土结构，钢结构的自重轻，可以减少地基荷载；钢材可以工厂预制，加工精度高，施工速度快；另外，钢结构还可以进行拆装，具有较好的可回收利用性。

这些优点使得钢结构在现代建筑和桥梁中得到广泛应用。

二、钢结构的基本原理1. 材料特性钢材是一种由铁和碳组成的合金，具有高强度和良好的延展性。

通过控制钢材的合金元素和热处理工艺，可以获得不同强度和硬度的钢材，满足不同工程需求。

2. 结构设计钢结构的设计要满足强度、稳定性和刚度等要求。

强度设计是指结构在荷载作用下不发生破坏的能力；稳定性设计是指结构在荷载作用下保持稳定的能力；刚度设计是指结构在荷载作用下保持形状不变的能力。

结构设计需要考虑各种荷载，如自重、活载、风载、地震载等，通过合理的材料选择和结构形式确定合适的设计方案。

3. 连接方式钢结构的连接方式通常采用焊接、螺栓连接和铆接等。

焊接是将两个钢材通过熔化并加入填充材料进行连接的方式，具有连接牢固、刚性好等特点；螺栓连接是通过螺栓将钢材连接在一起，具有拆装方便、可调节等优点；铆接是通过铆钉将钢材连接在一起，具有连接可靠、耐久性好等特点。

连接方式的选择要根据具体的工程需求和结构形式进行考虑。

4. 构造形式钢结构的构造形式通常包括框架结构、桁架结构和悬索结构等。

框架结构是由柱、梁和节点组成的平面或空间刚性结构，具有简单、刚性好等特点；桁架结构是由大量的直杆和节点组成的刚性结构，可以承受大跨度的荷载；悬索结构是由悬挂在两个或多个支点上的钢缆和主梁组成的结构，具有跨度大、自重轻等特点。

不同的构造形式适用于不同的工程需求。

三、钢结构的应用领域钢结构广泛应用于建筑、桥梁、航空航天等领域。

在建筑领域，钢结构可以用于高层建筑、工业厂房、体育场馆等；在桥梁领域，钢结构可以用于大跨度桥梁、特殊桥梁等；在航空航天领域，钢结构可以用于飞机、火箭等航空器的结构。

中国工程院院士、同济大学教授、国家级专家、博士生导师沈祖炎(主要成就是在土建领域中的钢结构方面)个人履历男，1934年6月生，同济大学土木工程学院建筑工程系教授、国家级专家、博士生导师，长期从事结构理论和工程结构的科研与教学工作，在高层建筑钢结构、大跨度空间结构、结构稳定理论等方面作出了重大的、创造性的成就，在国际钢结构工程界享有很高的声誉。

研究成果被我国多本国家规范所采用，为我国自己的钢结构设计提供了理论基础，为填补我国在高层钢结构工程领域的空白作出了显著的贡献。

其专长是结构非线性稳定理论问题和高层钢结构抗震。

研究成果获国家科技进步二等奖1项，三等奖2项，国家教委、建设部、冶金部科技进步奖一、二、三等奖11项，上海市科技进步奖一、二、三等奖9项，上海市重点工程项目一等奖2项。

近年来发表论文200余篇，出版著作12部。

多部著作获国家级、省部级优秀教材奖一、二等奖。

1987年被授予上海市普通高校先进教育工作者称号，1988年获国家全部颁发的中青年有突出贡献专家证书；1990年获全国高校先进科技工作者称号；1992年获上海市科技精英提名奖；1995年获上海市高校优秀导师；2000年获全国模范教师称号。

2005年当选中国工程院院士。

沈祖炎教授，1934年6月生于浙江杭州。

1951年从上海市南洋模范中学毕业。

1955年同济大学结构工程系工业与民用建筑结构专业本科毕业，1966年同济大学博士学位层次研究生毕业。

曾任同济大学助教、讲师、副教授、副校长、研究生院院长、上海防灾救灾研究所所长、国家土木工程防灾重点实验室主任、全国高校土木工程专业指导委员会主任及评估委员会主任、美国结构稳定研究委员会委员、国际桥梁与结构协会钢木结构委员会委员等。

现为同济大学土木工程学院的资深教授，博士生导师，国家级专家，并被授予国家级中青年有突出贡献专家称号。

中国工程建设标准化协会薄壁型钢轻钢委员会副主任委员、中国工程建设标准化协会钢结构委员会常务委员、中国钢结构协会结构稳定与疲劳协会副理事长、上海金属结构行业协会副会长等。

现代物业Modern Property Management随着建筑业的发展，建筑材料不再局限于钢筋、混凝土、砌块等，铝合金也在建筑领域发挥着不可忽视的作用。

与钢结构相比，铝合金结构的自重轻、施工周期短、耐腐蚀性好。

铝合金材料已经广泛用于建筑业。

1 建筑实例概况西安创新设计中心项目位于西安市碑林区，此项目由原有的政府办公楼改建，原本的结构设计方案是拟采用钢网壳结构，经勘察后发现本工程中现有结构楼面地板下面是原有建筑的地下室，通过计算地下室结构的承载力，发现地下室梁柱无法承受新加钢材的荷载。

为达到建筑设计的要求，同时结合现场施工条件，采用新型建筑材料方案即结构材料使用铝合金。

根据设计方要求，中庭设计为开口扭转平面壳体结构，现场实拍图及施工图如图1.1、1.2所示。

中庭的尺寸为：长20.36米、宽13.46米、高18.60米。

图1.1 现场实拍图图1.2 现场施工图2 铝合金结构铝合金结构与钢结构相比，铝合金的重量为钢材的三分之一，这可以减轻开口扭转平面壳体的自重，同时有效地减小了本工程中地下室的承重[1]。

铝合金结构一般不做防腐处理，后期的维护费用也相应地降低，这是因为铝合金开口扭转平面壳体在空气中能形成一层致密的薄膜，阻止内部金属腐蚀。

铝合金结构现场施工周期短，试件可以在加工厂制作好后到现场拼装[2]。

3 我国的铝合金建筑随着铝合金生产工艺的发展，铝合金材料作为一种建筑材料已经在世界各国的桥梁结构和建筑承重结构中得到一定的应用[3]。

近些年来，我国也建成了多个铝合金结构建筑，如上海国际体操中心、北京航天实验研究中心零磁实验室铝合金网架、南京国际展览中心等[4]。

4 铝合金结构的适用范围铝合金作为建筑结构材料，比较合理的适用范围如下：（1）活荷载小于恒荷载的大跨度屋面系统；（2）海洋气候和腐蚀环境下的建筑结构物；（3）偏远山区和恶劣环境下的建筑结构物；（4）各种用途的可拆装、可移动建筑结构物；（5）建筑物的维护结构[5]。