門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)選擇與用鋼量關(guān)系

1、門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)選擇與用鋼量關(guān)系摘 要：本文結(jié)合工程實際設(shè)計經(jīng)驗，對影響合理選用柱網(wǎng)尺寸的主要因素，如跨度與柱距的變化，不同鋼號的變化、荷載大小的變化以及有無吊車的影響等，進行了較詳細(xì)的計算比較，并分析了這些因素變化對用鋼量影響的基本規(guī)律。同時還綜合考慮了鋼結(jié)構(gòu)安裝工期及基礎(chǔ)工程等的影響與分析意見，并提出了合理選擇柱網(wǎng)尺寸的具體建議，供設(shè)計參考。關(guān)鍵詞：門式剛架 用鋼量門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)布置首先應(yīng)滿足工藝使用的要求，在設(shè)計中往往也是由工藝或業(yè)主與建筑師選定柱網(wǎng)尺寸，但是要做到合理的選擇柱網(wǎng)尺寸，還離不開結(jié)構(gòu)工程師的參與，這是因為除了工藝使用要求外，柱網(wǎng)尺寸（柱距、跨度等）的合理選定還應(yīng)

2、綜合考慮結(jié)構(gòu)用鋼量、工期、基礎(chǔ)工程等諸多因素的影響，在這方面結(jié)構(gòu)工程師有責(zé)任提出正確的建議，協(xié)助決策。本文結(jié)合實際工程設(shè)計經(jīng)驗及有關(guān)資料，針對主要影響柱網(wǎng)合理選用的主要變化因素，如柱距、跨度的變化、不同鋼號及荷載大小的變化及有無吊車。工期與基礎(chǔ)工程等進行了詳細(xì)計算比較與分析，目的是得出這些影響的基本規(guī)律，從結(jié)構(gòu)工程的角度提出合理選用柱距的建議，供設(shè)計參考。1 柱網(wǎng)尺寸對結(jié)構(gòu)用鋼量的影響用鋼量直接影響工程的造價，幾乎已習(xí)慣地成為從結(jié)構(gòu)因素考慮柱網(wǎng)選用時的重要因素，但應(yīng)注意到，除柱網(wǎng)尺寸這一主要因素外，結(jié)構(gòu)高度、材料強度、荷載大小、有無吊車、單跨多跨等都對結(jié)構(gòu)用鋼量變化有明顯的綜合影響，不能不在分

3、析比較中，一并予以考慮。本文以單跨門式剛架為對象，考慮了不同跨度、不同柱距、不同高度、不同鋼號、不同荷載及有無吊車等因素變化對用鋼量影響，各用鋼量數(shù)值均在理論計算基礎(chǔ)上參照工程實際經(jīng)驗進行了加工余量及構(gòu)造余量的增量調(diào)整，以更符合工程實際。1.1 無吊車門式剛架用鋼量的分析比較1.1.1 當(dāng)荷載及跨度條件變化時的用鋼量分析通過以往所做工程比較，可得出以下幾點結(jié)論意見：（1）隨著跨度由小變大，門式剛架的用鋼量曲線呈馬鞍形規(guī)律變化，較經(jīng)濟的用鋼量跨度約在2124m跨度區(qū)間；（2）屋面荷載（雪荷、灰荷及吊掛荷載等）增大引起門式剛架用鋼量增加，特別當(dāng)跨度較大時，增幅也較大。當(dāng)荷載由0.3kN/m2增大到

4、0.6kN/m2時，門式剛架用鋼量平均增幅為17，最大增幅為21.2；（3）當(dāng)跨度超過30m后，用鋼量的增幅率明顯增大，故單從用鋼量的經(jīng)濟性考慮，門式剛架合理的最大跨度不宜大于36m。1.2 不同柱距、跨度及鋼號條件下的用鋼量分析表2對無吊車門式剛架在不同鋼號及三種常用跨度與三種常用柱距條件下的用鋼量比較。從表2可得出以下結(jié)論性意見：（1）在無吊車剛架體系鋼結(jié)構(gòu)中，次結(jié)構(gòu)（屋面檁條、墻面檁條、山墻抗風(fēng)柱、柱及屋面支撐、柱桿等）用鋼量可占到總用鋼的3046，故設(shè)計人員應(yīng)注意并合理地作好次結(jié)構(gòu)部分設(shè)計；（2）影響次結(jié)構(gòu)用鋼量比重增加的主要因素是柱距增加，主結(jié)構(gòu)選用高強度鋼及建筑物高跨比增加等；影響

5、其減小的主要因素是：跨度加大、跨數(shù)增加（多跨）等；（3）不論鋼號如何，無吊車剛架在常用跨度范圍內(nèi)（18m30m），當(dāng)柱距并按常用的6m9m范圍增大時，其總用鋼量均隨之減小，減幅與7左右；（4）當(dāng)主結(jié)構(gòu)采用不同鋼號時，其跨度變化對總用鋼量的影響上有一定差異。當(dāng)采用Q235鋼時，用鋼量折線仍符合馬鞍形分布的規(guī)律，在18m24m壓向較低，到30m時明顯上升；而當(dāng)剛架采用Q345鋼時，則跨度18m、24m、30m的總用鋼量差別很小。表1 不同跨度及荷載的門式剛架用鋼量（kg/m2） 活 荷 載 用 鋼 量 跨 度 （m）當(dāng)屋面活荷載分別為說 明0.3kN/m20.6kN/m21.0kN/m21、屋面恒

6、載0.25kN/m2屋面活載0.3、1.6、1.0kN/m2基本風(fēng)壓0.45kN/m22、單跨門式剛架、檐高7.2m、柱距6.0m、變截面梁柱、屋面坡度1/20、用鋼量包括剛架、屋（墻）面檁條、山墻柱及支撐。3鋼材為Q235鋼1223.525.927.71522.022.526.61818.521.125.32117.921.325.52418.021.926.92718.822.827.93020.123.829.43623.025.732.5表2 無吊車時不同跨度、柱距與鋼號的門式剛架用鋼量比較鋼號跨度（m）柱距（m）剛架用鋼量（kg/m2）次結(jié)構(gòu)用鋼量（kg/m2）總計用鋼量（kg/m2

7、）說明屋蓋檁條其它合計Q23518614.23.53.77.221.41.按單跨計算，檐高6.0m；2.恒載0.2kN/m2、活載0.5kN/m2、基本風(fēng)壓0.5kN/m23.剛架為變截面梁柱，柱腳為鉸接4.采用Q345時，僅剛架采用，次結(jié)構(gòu)仍采Q2355.建筑物按單跨60m長(9m柱距)計算7.512.24.07.719.9910.64.27.918.524614.53.53.67.121.67.512.34.07.619.9910.94.27.818.730616.63.53.46.923.57.515.24.07.422.6914.34.27.621.9Q345（*僅剛架用）18612.

8、43.53.77.219.67.510.74.07.718.499.24.27.917.124612.93.53.67.1207.511.24.07.618.899.44.27.817.230613.63.53.46.920.57.512.34.07.419.7911.64.27.618.21.3 不同檐口高度時的用鋼量比較由比較可知，不論柱距、跨度及鋼號如何，檐口高度的增加，均會引起總用鋼量的增加。在常用跨度及柱距條件下，檐高由6m增為8m時，總用鋼量的增幅約與1216。在風(fēng)荷載較大地區(qū)，此影響程度會更加強。2 有吊車時不同跨度、柱距與鋼號的門式剛架用鋼量比較表3列出了有吊車時，門式剛架在不

9、同跨度、不同柱距及不同鋼號條件下的用鋼量，可歸納以下各點：表3 有吊車時不同跨度、柱距與鋼號的門式剛架用鋼量比較鋼號跨度（m）柱距（m）無吊車時有Q=5t吊車時說 明剛架次結(jié)構(gòu)總計剛架吊車梁次結(jié)構(gòu)總計1.按單跨計算、檐口高8.0m2.恒載0.25kN/m2活載0.45kN/m2、基本風(fēng)壓0.5kN/m23.吊車與2名地面操縱單梁吊車4.剛架與變截面梁、等截面柱、柱腳剛校5.材質(zhì)為Q345時，僅用于剛架與吊車梁6.次結(jié)構(gòu)包括屋面與墻面檁條、山墻柱及支撐7.屋面坡度1/158.建筑物為單跨長度60mQ23518615.68.824.418.86.98.834.57.513.49.322.716.3

10、8.09.333.6911.79.521.213.99.79.533.1246168.524.519.25.08.532.77.513.59.022.516.36.19.031.49129.221.215.07.39.231.530618.38.226.520.74.88.233.77.516.78.725.419.16.08.733.8915.78.924.617.67.38.933.8Q34518613.68.822.414.56.38.829.67.511.89.321.113.27.29.329.7910.19.519.611.88.99.530.224614.28.522.715.9

11、4.98.529.37.512.39.021.314.35.59.028.8910.39.219.512.66.89.228.6306158.223.217.34.78.230.27.513.58.722.215.65.48.729.7912.88.921.714.16.78.929.7（1）同樣尺寸的門式剛架，當(dāng)設(shè)有吊車（Q=5t）時的總用鋼量（包括剛架與吊車梁主結(jié)構(gòu)與次結(jié)構(gòu)）比不設(shè)吊車時有較大的增加，其增幅為2136；此增幅隨跨度增大而減?。ㄓ?6降至27），隨柱距增大而增大（平均由24增至31），而鋼號的差別對此增幅的變化沒有明顯的影響。（2）在有吊車剛架的總用鋼量變化中，跨度的變化影響

12、雖仍基本呈現(xiàn)出馬鞍形分布，但增減幅度已很小，約在37范圍內(nèi)；而柱距變化的影響變小，除了Q235鋼的18m、24m跨度剛架總用鋼量尚因柱距加大而略有減少外，其余情況下，特別是主結(jié)構(gòu)采用Q345鋼的情況下，不論柱距在69m間如何變化，其總用鋼量幾乎保持一個常量而不受影響。這一基本規(guī)律也值得在設(shè)計應(yīng)用中注意。3 影響柱網(wǎng)尺寸合理選擇的其它因素3.1 檁條的選材門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)屋面、墻面檁條均采用冷彎薄壁C型鋼或Z型鋼，這已是國內(nèi)外傳統(tǒng)和成熟的配套技術(shù)。由于原料條件（帶鋼，冷軋薄板經(jīng)縱剪成鋼帶等）更有保證，小型專用成型設(shè)備及其應(yīng)用技術(shù)也陸續(xù)普及，現(xiàn)國內(nèi)已可方便的提供截面高度達(dá)（300350）mm（甚至

13、達(dá)400mm）的C型鋼，但從較合理的群面造型考慮，檁條截面高度也不宜過高，一般以不大于300mm為宜。據(jù)此考慮，為了使檁條都能方便地采用冷彎薄壁型鋼（便于加工及維護），避免采用格構(gòu)式檁條，門式剛架的柱距（即檁條跨度）一般以不大于9.0m為宜。3.2 減少構(gòu)件數(shù)量鋼結(jié)構(gòu)工程的造價由材料價格（與鋼材用量直接有關(guān)）與加工、安裝價格（加工、拼裝、運輸、吊裝等）共同組成。顯然，在工程中構(gòu)件數(shù)量的多少，將直接影響加工、安裝的工程量、施工進度及造價。一個工程采用9m柱距時的剛架、檁條、吊車梁等構(gòu)件的數(shù)量（注意，不是重量）要比采用6m柱距時減少30%，其對縮短施工周期、降低工程造價的有利影響十分明顯，在綜合考慮合理確定柱網(wǎng)時，采用較大柱距，減少構(gòu)件數(shù)量，也是一個不應(yīng)忽略的因素。3.3 基礎(chǔ)的條件同上分析，整體工程的造價還應(yīng)包括基礎(chǔ)工程造價（基槽、土方及基礎(chǔ)），而基礎(chǔ)的數(shù)量多少也直接影響總的造價與施工周期，特別是當(dāng)為軟土等不良土層而需采用樁基等人工地基時，則采用較大柱距，減少基礎(chǔ)數(shù)量的經(jīng)濟效果與意義更為重要。4 合理選用柱網(wǎng)的幾點建議（1）不論是否設(shè)有吊車，門式剛架的較經(jīng)濟跨度建議在21.0m24.0m范圍內(nèi)采用，其合理的最大跨度不宜大于36.0m。（2）不論是否沒有吊車，門式剛架的合理柱距建議采用為8m9m的較大柱距，對無吊車剛架采用較大柱距的經(jīng)濟性更為明顯。（3