摘要: 隨著門式剛架結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)中越來越廣泛的應(yīng)用，門式剛架用鋼量問題就越顯重要。設(shè)計(jì)用鋼量的多少是評價(jià)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)，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(jìn)行了分析比較，供設(shè)計(jì)人員參考。

　　關(guān)鍵詞：門式剛架,用鋼量,影響因素

　　1、概述

　　門式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)是近年來我國發(fā)展最快的一種新型鋼結(jié)構(gòu)，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(jià)低廉、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)而在建筑行業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用于單層工業(yè)廠房、車站候車室、娛樂體育設(shè)施、倉庫、購物中心、展覽廳、加層建筑等工業(yè)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(shè)有較小起重量(不大于20噸)的情形，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，剛架的坡度、柱距、跨度、柱高、吊車噸位等都是影響設(shè)計(jì)用鋼量的重要因素，如何使結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理、用鋼量最省，這一直是各個(gè)設(shè)計(jì)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(guān)系進(jìn)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(jié)構(gòu)用鋼量的影響規(guī)律，并依據(jù)此規(guī)律來實(shí)現(xiàn)剛架用鋼量最省，結(jié)構(gòu)最為經(jīng)濟(jì)合理的最優(yōu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中首先要解決的問題是如何配合工藝要求進(jìn)行柱網(wǎng)的平面布置。過去我國習(xí)慣上將柱距模數(shù)定為3m(常用3m，6m，9m，12m等)，這實(shí)際上是照搬了預(yù)制鋼筋混凝土工業(yè)廠房的模數(shù)制。對門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)是否適用，尚很少有人對此進(jìn)行專門的研究。然而，從綜合經(jīng)濟(jì)分析的角度來看，合理的柱距(模數(shù))對設(shè)計(jì)的好壞影響極大?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著柱距的增加，整個(gè)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(biāo)而言，存在一個(gè)最優(yōu)柱距。

　　經(jīng)過對大量工程實(shí)例統(tǒng)計(jì)及計(jì)算,柱距7~9米時(shí)，總用鋼量基本保持穩(wěn)定，小于7米時(shí)，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(shí)，由于檁條、支撐、墻梁、吊車梁等構(gòu)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(dāng)無吊車或吊車噸位較小時(shí)，柱距可取8~9米;當(dāng)?shù)踯噰嵨惠^大時(shí)，柱距可取7米左右，用鋼量比常規(guī)柱距6米可節(jié)省3%~5%，總造價(jià)可節(jié)省2%~6%.經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。另外同時(shí)應(yīng)考慮設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、品種的規(guī)格化等因素的影響。

　　廠房的實(shí)際用鋼量還與鋼材的供應(yīng)情況、構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化程度密切相關(guān)，有時(shí)因材料替代及非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的采用而造成的額外耗鋼相當(dāng)可觀，當(dāng)然，離開了柱距模數(shù)，構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)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(yīng)在滿足生產(chǎn)工藝和使用功能的基礎(chǔ)上，確定合理的跨度以取得優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

　　通過大量的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，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(yōu)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(jīng)濟(jì)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?yàn)槠涑踹x截面較大，優(yōu)化搜索空間相對較小而造成的?？傮w而言，中小跨度剛架中，9m、12m、18m都是優(yōu)化結(jié)果較為顯著的剛架。當(dāng)跨度超過18m時(shí)，宜采用多跨剛架，中間設(shè)置搖擺柱，其用鋼量較單跨剛架節(jié)約18%左右。

　　廠房跨度一般由生產(chǎn)工藝和使用功能來確定，有時(shí)業(yè)主要求設(shè)計(jì)人員根據(jù)工藝和使用功能來確定廠房的經(jīng)濟(jì)跨度以降低造價(jià)。一般情況下，當(dāng)柱高、荷載一定時(shí)，適當(dāng)加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，而且節(jié)省空間，基礎(chǔ)造價(jià)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(jié)構(gòu)的屋面坡度大體在1/8~1/20之間，在確定屋面坡度時(shí)主要考慮的是屋面排水的要求，雨水較多的地區(qū)宜取較大值，雨水較少的地方宜取較小值。當(dāng)采用石棉瓦、瓦楞鐵等材料時(shí)，為保證排水的要求，屋面坡度往往取得較大，而當(dāng)采用壓型鋼板屋面時(shí)，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(fēng)荷載等多種荷載組合而成，從結(jié)構(gòu)受力的角度出發(fā)，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(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布發(fā)生變化，要使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布更為合理就需要優(yōu)化屋面坡度，就需要根據(jù)自然條件——即荷載條件，來確定屋面坡度的設(shè)計(jì)

　　在一定的自然條件下，采用合理的屋面坡度，使結(jié)構(gòu)最不利截面應(yīng)力減少，進(jìn)而減少結(jié)構(gòu)的截面尺寸，從而達(dá)到節(jié)省用鋼量的目的。

　　從經(jīng)驗(yàn)得知，風(fēng)、雪等自然條件各不相同，但最優(yōu)用鋼量的變化趨勢是基本相同的，在0～60度范圍內(nèi)，用鋼量都有一個(gè)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(yōu)屋面坡度出現(xiàn)在 10-20度之間。輕型門式剛架荷載取值及荷載效應(yīng)組合，與屋面坡度有關(guān)，隨屋面坡度的增大，風(fēng)荷載的影響逐步增大。當(dāng)屋面坡度較小時(shí)，風(fēng)荷載可視為有利因素，計(jì)算剛架設(shè)計(jì)強(qiáng)度可不考慮其影響;當(dāng)屋面坡度較大時(shí)，風(fēng)荷載起不利作用，計(jì)算剛架設(shè)計(jì)強(qiáng)度須考慮其影響。屋面坡度在45度以下時(shí)，永久荷載為控制荷載，起主要作用;45度以上時(shí)，風(fēng)荷載為控制荷載，起主要作用，其余荷載參與組合。風(fēng)荷載對屋面最優(yōu)坡度的影響極大。當(dāng)活荷載小于風(fēng)荷載時(shí)，屋面最優(yōu)坡度大約在15度左右;當(dāng)活荷載大于風(fēng)荷載時(shí)，屋面最優(yōu)坡度大約在10度左右。

　　3、結(jié)語

　　以上是結(jié)合本人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對門式剛架用鋼量與柱距、跨度、屋面坡度的關(guān)系做了簡單的分析，此外，門式剛架的用鋼量還與結(jié)構(gòu)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(guān)，本文不再闡述。

　　參考文獻(xiàn)

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