摘要: 隨著門式剛架結構在建筑行業中越來越廣泛的應用，門式剛架用鋼量問題就越顯重要。設計用鋼量的多少是評價設計優劣的一項重要指標，本文針對影響門式剛架用鋼量柱距、跨度、屋面坡度等多方面進行了分析比較，供設計人員參考。

　　關鍵詞：門式剛架,用鋼量,影響因素

　　1、概述

　　門式剛架房屋鋼結構是近年來我國發展最快的一種新型鋼結構，它因具有施工安裝方便快捷、施工速度快、建筑造型美觀、造價低廉、抗震性能好等優點而在建筑行業中得到越來越廣泛的應用。目前廣泛應用于單層工業廠房、車站候車室、娛樂體育設施、倉庫、購物中心、展覽廳、加層建筑等工業與民用建筑中。

　　門式剛架通常用于跨度9~36米，柱距6~9米，柱高4.5~12米，設有較小起重量(不大于20噸)的情形，結構設計時，剛架的坡度、柱距、跨度、柱高、吊車噸位等都是影響設計用鋼量的重要因素，如何使結構經濟合理、用鋼量最省，這一直是各個設計人員討論的熱門話題。本文對柱距、跨度、柱高與剛架用鋼量關系進行簡單對比分析，從而得出門式剛架柱距、跨度、屋面坡度與門式剛架結構用鋼量的影響規律，并依據此規律來實現剛架用鋼量最省，結構最為經濟合理的最優選型。

　　2、 門式剛架用鋼量的影響因素

　　2.1 柱距的影響

　　廠房結構設計中首先要解決的問題是如何配合工藝要求進行柱網的平面布置。過去我國習慣上將柱距模數定為3m(常用3m，6m，9m，12m等)，這實際上是照搬了預制鋼筋混凝土工業廠房的模數制。對門式剛架輕型鋼結構是否適用，尚很少有人對此進行專門的研究。然而，從綜合經濟分析的角度來看，合理的柱距(模數)對設計的好壞影響極大。可以發現，隨著柱距的增加，整個門式剛架房屋的用鋼量隨柱距的增加先減少后增加，這表明，就用鋼量指標而言，存在一個最優柱距。

　　經過對大量工程實例統計及計算,柱距7~9米時，總用鋼量基本保持穩定，小于7米時，總用鋼量隨柱距的增大普遍呈降低趨勢，降幅隨跨度的增大而增加。柱距超過9米時，由于檁條、支撐、墻梁、吊車梁等構件用鋼量的大幅度上升，造成總用鋼量總體上升。因此，對于常用剛架，建議柱距取7~9米，當無吊車或吊車噸位較小時，柱距可取8~9米;當吊車噸位較大時，柱距可取7米左右，用鋼量比常規柱距6米可節省3%~5%，總造價可節省2%~6%.經濟效益非常可觀。另外同時應考慮設計的標準化、定型化、品種的規格化等因素的影響。

　　廠房的實際用鋼量還與鋼材的供應情況、構件的標準化程度密切相關，有時因材料替代及非標準構件的采用而造成的額外耗鋼相當可觀，當然，離開了柱距模數，構件的標準化是無從談起的。

　　2.2、跨度的影響

　　門式剛架一般跨度為9m~36m，不同的生產工藝流程和使用功能在很大程度上決定著廠房的跨度選擇。應在滿足生產工藝和使用功能的基礎上，確定合理的跨度以取得優良的經濟指標。

　　通過大量的計算發現，柱高6m，柱距6m，坡度1/10，跨度6m~24m，荷載完全相同的情況下，剛架優化后單位用鋼量為9.4~15.4㎏/㎡，見下圖

　　由圖可以看出，對于小跨度的剛架，6m的單位用鋼量比8m和9m的剛架大很多，所以建造小跨度剛架是不經濟的。中跨度剛架基本上隨著跨度的增大用鋼量增大，只是24m剛架用鋼量有較大的增大，這是因為其初選截面較大，優化搜索空間相對較小而造成的。總體而言，中小跨度剛架中，9m、12m、18m都是優化結果較為顯著的剛架。當跨度超過18m時，宜采用多跨剛架，中間設置搖擺柱，其用鋼量較單跨剛架節約18%左右。

　　廠房跨度一般由生產工藝和使用功能來確定，有時業主要求設計人員根據工藝和使用功能來確定廠房的經濟跨度以降低造價。一般情況下，當柱高、荷載一定時，適當加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，而且節省空間，基礎造價低，綜合效益較好。

　　2.3、屋面坡度的影響

　　一直以來，門式剛架結構的屋面坡度大體在1/8~1/20之間，在確定屋面坡度時主要考慮的是屋面排水的要求，雨水較多的地區宜取較大值，雨水較少的地方宜取較小值。當采用石棉瓦、瓦楞鐵等材料時，為保證排水的要求，屋面坡度往往取得較大，而當采用壓型鋼板屋面時，屋面坡度則可以取得較小。屋面承受的荷載由自重、雪荷載、活荷載、風荷載等多種荷載組合而成，從結構受力的角度出發，隨著各種屋面荷載的比例不同，門式剛架屋面坡度的變化，就會使結構的內力分布發生變化，要使結構的內力分布更為合理就需要優化屋面坡度，就需要根據自然條件——即荷載條件，來確定屋面坡度的設計

　　在一定的自然條件下，采用合理的屋面坡度，使結構最不利截面應力減少，進而減少結構的截面尺寸，從而達到節省用鋼量的目的。

　　從經驗得知，風、雪等自然條件各不相同，但最優用鋼量的變化趨勢是基本相同的，在0～60度范圍內，用鋼量都有一個從大到小然后又逐漸升高的過程，這說明：對于門式剛架，在其他條件不變的情況下，隨屋面坡度的變化，用鋼量也是不斷變化的。

　　對于跨度24m、柱高8m的輕型門式剛架房屋而言，最優屋面坡度出現在 10-20度之間。輕型門式剛架荷載取值及荷載效應組合，與屋面坡度有關，隨屋面坡度的增大，風荷載的影響逐步增大。當屋面坡度較小時，風荷載可視為有利因素，計算剛架設計強度可不考慮其影響;當屋面坡度較大時，風荷載起不利作用，計算剛架設計強度須考慮其影響。屋面坡度在45度以下時，永久荷載為控制荷載，起主要作用;45度以上時，風荷載為控制荷載，起主要作用，其余荷載參與組合。風荷載對屋面最優坡度的影響極大。當活荷載小于風荷載時，屋面最優坡度大約在15度左右;當活荷載大于風荷載時，屋面最優坡度大約在10度左右。

　　3、結語

　　以上是結合本人的設計經驗對門式剛架用鋼量與柱距、跨度、屋面坡度的關系做了簡單的分析，此外，門式剛架的用鋼量還與結構形式、荷載大小、建筑尺寸、檐口高度、鋼材性能、抗震等級、有無吊車、單跨多跨等條件有關，本文不再闡述。

　　參考文獻

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