1前 言 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102于1998年完成编制，2002年作过一次全面修订，2003年中国工程建设标准化协会将该标准作为CECS优秀标准推荐给华夏建筑科学技术奖励委员会。建设部标准定额所看重该体系的广泛应用前景，2010年下文将CECS 102重新定位为国家行业标准，目前正在组织有关人员进行编制。这篇为2003年评奖答辩会准备的汇报材料较好地反映了该体系的特点、应用范围、编制背景以及对我国钢结构行业发展的影响等，今天读来仍饶有兴味。由于该报告没有在任何刊物上发表过，特在此刊载，以飨读者。
1前 言
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102于1998年完成编制，2002年作过一次全面修订，2003年中国工程建设标准化协会将该标准作为CECS优秀标准推荐给华夏建筑科学技术奖励委员会。建设部标准定额所看重该体系的广泛应用前景，2010年下文将CECS 102重新定位为国家行业标准，目前正在组织有关人员进行编制。这篇为2003年评奖答辩会准备的汇报材料较好地反映了该体系的特点、应用范围、编制背景以及对我国钢结构行业发展的影响等，今天读来仍饶有兴味。由于该报告没有在任何刊物上发表过，特在此刊载，以飨读者。
2立项背景
（1） 门式刚架轻型钢结构房屋是美国由二战期间采用的临时性建筑发展而成的，战后历经多次改进，成为别具风格的全金属商品房，称为“金属建筑系统”，以后又发展成为可根据用户要求快速进行CAD设计和CAM生产的产业化金属房屋制造行业。它以十几个大型企业及其遍布全美的配售网为主体，以其技术和产品向全球辐射。部分大企业在海外设有分公司，例如，其中历史最为悠久的巴特勒公司，ABC公司等，90年代中期开始在我国设有分公司。我国改革开放前没有这种结构。
(2) 80年代后期，深圳、珠海、厦门等南方沿海城市购进一些商品房作厂房和仓库，因为这些房屋的钢梁腹板比钢结构设计规范的规定薄得多，且结构高度轻型化, 有很多特色,中国建筑标准设计所等单位，根据几张产品说明书，在薄钢规范组的组织安排下, 1988～1991年进行了“山形门式刚架结构体系”课题的应用研究。当时虽然受到条件限制, 未能提出具有完善理论依据和内容全面的设计方法,但在若干方面取得了有意义的成果。可惜我国当时钢产量还不高，在建筑中还实行节约钢材的政策，研究成果没有引起有关方面的重视。
(3)1995年外企进入中国市场，在这种房屋的设计和生产方面居于垄断地位，在工程招标活动中处于绝对优势地位，国内设计只能靠《钢结构设计规范》，因用钢量过高而无法与外企竟争。国内个别单位独自进行探索和设计，就全行业来说，当时为一种不安的气氛所笼罩，专业技术人员碰在一起，把外企垄断现象称为“巴特勒效应”。
(4)由于外企推销产品要有国内标准认可，国内企业设计产品要有标准作依据，1996年双方都有企业找到建设部来，要求编制技术标准，愿意提供支持。这样，中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会于1996年提出立项，组织编制组，着手开始编制技术规程。我们当时将这本标准定名为《门式刚架轻型型房屋钢结构技术规程》。编制工作主要依靠编制组内我国专家的努力，也得到上海美建钢结构公司等单位在人力物力上的大力支持和在技术上的宝贵指导和协助。
(5)美国的《低层房屋体系手册》只规定了这种单层金属房屋结构的荷载，包括活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载和构件制作安装方面的少量允许偏差，至于结构设计，其中虽然提到根据美国AISC和AISI两本规范，但人所共知，这两本规范中并没有专门针对这种体系的设计规定，仅包含了普通钢结构和冷弯薄壁型钢结构设计的一般规定。就我们所知，美国行业协会并没有编制这种结构的专用设计规程，各大公司根据手册规定的荷载和结构规范，自行确定设计方法和编制设计软件，各有特色，属于知识产权范围，是不公开的。
(6)美建公司的技术总监，顾问项士文先生对某些参数的确定起了重要的指导作用。如柱顶位移限值用到1/60，而不是更严；温度区间长度用到300m等；这些参数在MBMA-1996中都未列入。他对荷载等级、结构和节点形式、构件变形限值、制作安装和单面焊等方面，都提出一些宝贵意见。有时想到一些意见，就从上海乘夜车来京，交谈后当天乘夜车返沪，这种高效作风给人留下深刻印象，大家都为早日完成编制而全力以赴。但结构的稳定性计算，构件的板件宽厚比限值，有效宽度计算，变截面柱稳定计算，檩条受压稳定计算，端板连接计算等，则是完全根据我们独立自主的研究。这方面的资料，我们向外企要他们也不给。
(7) 编制组对于此新型结构，以最大的热情投入工作。编制工作是在陈绍蕃教授的主导下完成的。从定名到拿出征求意见稿，仅用了一年。很多单位来信，对征求意见稿表示满意，认为‘这样就可以了’，‘已经很好了’。有的单位已经按征求意见稿开始编制软件，这是我们亲眼所见，因为市场的需求如此迫切。外企的专家们表示，他们更愿意用这本标准，因为它与美国标准较贴近。陈老师在几次编制组会期间寄来大量信稿，对一些难题提出重要的建议，亲自动手拟条文，以只争朝夕的精神推动规程的早日完成。
3技术创新点
(1)首次将板件屈后强度理论用于焊接工形截面腹板（以前国内只用于冷弯薄壁型钢），使得构件腹板厚度大大减薄，不设加劲肋的情况下，受弯构件宽厚比可做到250，而按《钢结构设计规范》的规定，超过80就必需设置横向加劲肋，从而使刚架构件的腹板厚度大幅度减小成为可能。而且在腹板抗弯时的有效宽度的分布上贴近实际，推动了薄钢规范的改进。在腹板抗剪方面，首次引用了拉力场理论，使得刚架构件在大量节约钢材的同时，为确保结构安全提供了理论依据。
(2)刚架采用变截面构件，截面随内力变化，弯矩大处截面大些，弯矩小处截面小些，使钢材用量显著降低；
(3)将蒙皮效应概念用于工程设计。钢面板增强了结构整体刚度，提高了围护结构的抗剪能力，提高了檩条的抗扭性能，简化了支撑和系杆布置，这些在设计中都得到很好体现，带来了直接经济效益。虽然在设计计算中利用蒙皮效应目前还有困难，但在结构布置上已利用了蒙皮效应，改善了结构的受力性能，是这种结构的重要特色之一。利用蒙皮效应，使柱顶位移限值取1/60成为可能。
(4)风荷载采用了美国MBMA规定，经单位换算用于本规程。它是根据边界层风洞试验结果制定的，专门用于低矮房屋，国外在低矮房屋的设计中已普遍采用，但在国内尚无类似规定。这种风荷载规定用于门式刚架轻钢房屋，可使计算采用的风荷载分布更好地符合实际，因而能更好地保证结构的安全。该荷载规定因为未列入我国荷载规范，冲破了重重阻力，在荷载规范组的充分肯定和支持下，才得以在本规程中采用。
(5)在国内首次提出要验算檩条在风吸力作用下的下翼缘稳定，并引进了上翼缘带有面板的檩条计算方法。由于屋面变轻，又采用合理的风荷载分布，檩条下翼缘受压成为普遍现象。而在此以前的设计中，只计算檩条下翼缘受拉。
(6)提出楔形柱稳定计算新方法，论证了楔形柱稳定计算应该取大头的弯矩和小头的轴力才更安全。提出了变截面合理梯度的建议；
(7)构造上，用隅撑代替通长的系杆来保证刚架构件的侧向稳定，简化了构造，节约了钢材，这种构造在以前国内的钢结构房屋中没有采用过。
(8)对于无吊车的厂房，用圆钢支撑代替传统的角钢支撑，进一步适应结构轻型化的要求，推动了轻型钢结构房屋的发展。
(9)用摇摆柱使部分内柱截面大大减小，缩小了框架柱占用面积，并使构造显著简化。以前这种柱从来没有在工程中用过，更不了解的的计算规定。
(10)利用Z形钢实现檩条搭接，连续檩条可显著减小檩条用钢量。
(11)研究提出了端板连接的计算公式，使这种安装方便的连接方式得到迅速推广。
这些计算公式得到了多个试验资料验证，可以推广使用。
(12)增加了T形连接单面焊的规定，加快了刚架构件的制作进度。
4社会效益和市场情况
（1)本标准实施以来，外企给予高度评价，认为与国际上通用的标准接近，在用钢量上已与国外标准持平。规程实施前，门式刚架的国内市场完全由外企控制，现在国内企业迅速发展，已经占有主导地位。
（2)1998当年建造量约100万平方米，2001年建造量已达600万平方米，三年提高约6倍。近年尚无可靠统计数字，总的趋势是应用越来越多。
（3）我国自行设计和建造这种房屋以来，已大大改变我国单层厂房的面貌。因为它很经济，每平方米用钢量只有20～30kg, 在国家未下达指令的情况下，已基本取代了传统的大型屋面板梯形钢屋架钢柱的单层钢结构厂房，并部分取代了钢网架结构在厂房中的应用。
（4）门式刚架轻型钢结构房屋用钢省、造价低（每平方米仅400～500元），施工周期短、外形美观、在隔热等方面能较好满足使用要求、适用范围广泛，深受用户欢迎。已广泛用于厂房、仓库、超市、体育、文化、娱乐设施及其它各类商业和公共建筑。国内市场正向纵深扩展，市场越来越大，用户越来越多。
(5）该规程问世以来，门式刚架轻钢房屋已初步形成产业。目前上规模的钢结构厂家超过1500家，大部分以门式刚架轻钢房屋为主要产品。
（6）门式刚架轻型钢结构房屋在国内推广，带动了冶金、机械、化工、建材等一大批行业的发展，增加了几十万就业岗位。
（7）该项目不但填补了我国空白，而且成为建筑业发展最快的结构类型，它带动了整个钢结构行业的发展，起到了行业排头兵的作用，对我国钢结构的发展作出了重大贡献。
