门式刚架轻钢结构柱网选择与用钢量关系

门式刚架轻钢结结构柱网选选择与用钢钢量关系摘要：本文结合合合工程实实际设设计经验验，对对影响合合理选选用柱网网尺寸寸的主要要因素素，如跨跨度与与柱距的的变化化，不同同钢号号的变化化、荷荷载大小小的变变化以及及有无无吊车的的影响响等，进进行了了较详细细的计计算比较较，并并分析了了这些些因素变变化对对用钢量量影响响的基本本规律律。同时时还综综合考虑虑了钢钢结构安安装工工期及基基础工工程等的的影响响与分析析意见见，并提提出了了合理选选择柱柱网尺寸寸的具具体建议议，供供设计参参考。关键词：门式刚刚刚架用钢钢量门式刚架轻钢结结结构的柱柱网布布置首先先应满满足工艺艺使用用的要求求，在在设计中中往往往也是由由工艺艺或业主主与建建筑师选选定柱柱网尺寸寸，但但是要做做到合合理的选选择柱柱网尺寸寸，还还离不开开结构构工程师师的参参与，这这是因因为除了了工艺艺使用要要求外外，柱网网尺寸寸（柱距距、跨跨度等）的的合合理选定定还应应综合考考虑结结构用钢钢量、工工期、基基础工工程等诸诸多因因素的影影响，在在这方面面结构构工程师师有责责任提出出正确确的建议议，协协助决策策。本本文结合合实际际工程设设计经经验及有有关资资料，针针对主主要影响响柱网网合理选选用的的主要变变化因因素，如如柱距距、跨度度的变变化、不不同钢钢号及荷荷载大大小的变变化及及有无吊吊车。工工期与基基础工工程等进进行了了详细计计算比比较与分分析，目目的是得得出这这些影响响的基基本规律律，从从结构工工程的的角度提提出合合理选用用柱距距的建议议，供供设计参参考。1柱网尺寸寸寸对结构构用钢钢量的影影响用钢量直接影响响响工程的的造价价，几乎乎已习习惯地成成为从从结构因因素考考虑柱网网选用用时的重重要因因素，但但应注注意到，除除柱柱网尺寸寸这一一主要因因素外外，结构构高度度、材料料强度度、荷载载大小小、有无无吊车车、单跨跨多跨跨等都对对结构构用钢量量变化化有明显显的综综合影响响，不不能不在在分析析比较中中，一一并予以以考虑虑。本文文以单单跨门式式刚架架为对象象，考考虑了不不同跨跨度、不不同柱柱距、不不同高高度、不不同钢钢号、不不同荷荷载及有有无吊吊车等因因素变变化对用用钢量量影响，各各用用钢量数数值均均在理论论计算算基础上上参照照工程实实际经经验进行行了加加工余量量及构构造余量量的增增量调整整，以以更符合合工程程实际。1.1无吊吊吊车门式式刚架架用钢量量的分分析比较较1.1.1当荷荷荷载及跨跨度条条件变化化时的的用钢量量分析析通过以往所做工工工程比较较，可可得出以以下几几点结论论意见见：（1）随着跨度度由由小变大，门门式刚架的用用钢量曲线呈呈马鞍形规律律变化，较经经济的用钢量量跨度约在221～24m跨度区区间；（2）屋面荷载载（雪雪荷、灰灰荷及吊吊挂荷荷载等）增增大大引起门门式刚刚架用钢钢量增增加，特特别当当跨度较较大时时，增幅幅也较较大。当当荷载载由0.33kkN/mm2增大到0..66kN//m22时，门式式刚刚架用钢钢量平平均增幅幅为117％，最最大大增幅为为211.2％；；（3）当跨度超超过过30m后，用用钢量的的增幅幅率明显显增大大，故单单从用用钢量的的经济济性考虑虑，门门式刚架架合理理的最大大跨度度不宜大大于336m。1.2不同同同柱距、跨跨度度及钢号号条件件下的用用钢量量分析表2对无吊车门门式式刚架在不不不同钢号号及三三种常用用跨度度与三种种常用用柱距条条件下下的用钢钢量比比较。从表2可得出以以以下结论论性意意见：（1）在无吊车车刚刚架体系钢钢钢结构中中，次次结构（屋屋面面檩条、墙墙面面檩条、山山墙墙抗风柱柱、柱柱及屋面面支撑撑、柱杆杆等）用用钢量可可占到到总用钢钢的330％～46％，故故设设计人员员应注注意并合合理地地作好次次结构构部分设设计；；（2）影响次结结构构用钢量比比比重增加加的主主要因素素是柱柱距增加加，主主结构选选用高高强度钢钢及建建筑物高高跨比比增加等等；影影响其减减小的的主要因因素是是：跨度度加大大、跨数数增加加（多跨跨）等等；（3）不论钢号号如如何，无吊吊吊车刚架架在常常用跨度度范围围内（188mm～30m），当当柱距并并按常常用的6mm～9m范围增增大大时，其其总用用钢量均均随之之减小，减减幅幅与7％左右；；（4）当主结构构采采用不同钢钢钢号时，其其跨跨度变化化对总总用钢量量的影影响上有有一定定差异。当当采采用Q23355钢时，用用钢钢量折线线仍符符合马鞍鞍形分分布的规规律，在在18m～24m压向向较较低，到到300m时明显显上上升；而而当刚刚架采用用Q3345钢时时，则则跨度188mm、24m、30m的总总用用钢量差差别很很小。表1不同跨跨跨度及荷载载的的门式刚刚架用用钢量（kkgg/m2）活荷载用钢量跨度（m）当屋面活荷载分分分别为说明0.3kN/mmm20.6kN/mmm21.0kN/mmm21、屋面恒载000.25kkNN/m2屋面活载载0..3、1.6、1.0kkNN/m2基本风压压0..45kkN//m22、单跨门式刚刚刚架、檐高高77.2mm、柱柱距6.00mm、变截面面梁梁柱、屋屋面坡坡度1/2200、用钢量量包包括刚架架、屋屋（墙）面面檩檩条、山山墙柱柱及支撑撑。3．钢材为Q22235钢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无吊车车车时不同跨跨度度、柱距距与钢钢号的门门式刚刚架用钢钢量比比较钢号跨度（m）柱距（m）刚架用钢量（kkkg/mm2）次结构用钢量（kg/m2）总计用钢量（kkkg/mm2）说明屋盖檩条其它合计Q23518614.23.53.77.221.41.按单跨计算算算，檐高高6..0m；2.恒载0.222kN//m22、活载0..55kN//m22、基本风风压压0.5kkNN/m23.刚架为变截截截面梁柱柱，柱柱脚为铰铰接4.采用Q34445时，仅仅刚刚架采用用，次次结构仍仍采QQ23555.建筑物按单单单跨60mm长(9m柱距)计算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（*仅仅仅刚架用用）18612.43.53.77.219.67.510.74.07.718.499.24.27.917.124612.93.53.67.1207.511.24.07.618.899.44.27.817.230613.63.53.46.920.57.512.34.07.419.7911.64.27.618.21.3不同同同檐口高高度时时的用钢钢量比比较由比较可知，不不不论柱距距、跨跨度及钢钢号如如何，檐檐口高高度的增增加，均均会引起起总用用钢量的的增加加。在常常用跨跨度及柱柱距条条件下，檐檐高高由6m增为8m时，总总用用钢量的的增幅幅约与122％～16％。在在风风荷载较较大地地区，此此影响响程度会会更加加强。2有吊车时时时不同跨跨度、柱柱距与钢钢号的的门式刚刚架用用钢量比比较表3列出了有吊吊车车时，门式式式刚架在在不同同跨度、不不同同柱距及及不同同钢号条条件下下的用钢钢量，可可归纳以以下各各点：表3有吊车车车时不同跨跨度度、柱距距与钢钢号的门门式刚刚架用钢钢量比比较钢号跨度（m）柱距（m）无吊车时有Q=5t吊车车车时说明刚架次结构总计刚架吊车梁次结构总计1.按单跨计算算算、檐口口高88.0mm2.恒载0.2225kNN/mm2活载0.4455kN//m22、基本风风压压0.5kkNN/m23.吊车与2名名名地面操操纵单单梁吊车车4.刚架与变截截截面梁、等等截截面柱、柱柱脚脚刚校5.材质为Q33345时，仅仅用于刚刚架与与吊车梁梁6.次结构包括括括屋面与与墙面面檩条、山山墙墙柱及支支撑7.屋面坡度111/1558.建筑物为单单单跨长度度600mQ23518615.68.824.418.86.98.834.57.513.49.322.716.38.09.333.6911.79.521.213.99.79.533.1246168.524.519.25.08.532.77.513.59.022.516.36.19.031.49129.221.215.07.39.231.530618.38.226.520.74.88.233.77.516.78.725.419.16.08.733.8915.78.924.617.67.38.933.8Q34518613.68.822.414.56.38.829.67.511.89.321.113.27.29.329.7910.19.519.611.88.99.530.224614.28.522.715.94.98.529.37.512.39.021.314.35.59.028.8910.39.219.512.66.89.228.6306158.223.217.34.78.230.27.513.58.722.215.65.48.729.7912.88.921.714.16.78.929.7（1）同样尺寸寸的的门式刚架架架，当设设有吊吊车（Q==55t）时的的总总用钢量量（包包括刚架架与吊吊车梁主主结构构与次结结构）比比不设吊吊车时时有较大大的增增加，其其增幅幅为21～36％；此此增增幅随跨跨度增增大而减减小（由由36％降至至27％），随随柱距增增大而而增大（平平均均由24％增至至31％），而而钢号的的差别别对此增增幅的的变化没没有明明显的影影响。（2）在有吊车车刚刚架的总用用用钢量变变化中中，跨度度的变变化影响响虽仍仍基本呈呈现出出马鞍形形分布布，但增增减幅幅度已很很小，约约在3％～7％范围内内；；而柱距距变化化的影响响变小小，除了了Q2235钢的的18m、24m跨度度刚刚架总用用钢量量尚因柱柱距加加大而略略有减减少外，其其余余情况下下，特特别是主主结构构采用Q33445钢的情情况况下，不不论柱柱距在6～9m间如何何变变化，其其总用用钢量几几乎保保持一个个常量量而不受受影响响。这一一基本本规律也也值得得在设计计应用用中注意意。3影响柱网网网尺寸合合理选选择的其其它因因素3.1檩条条条的选材材门式刚架轻钢结结结构屋面面、墙墙面檩条条均采采用冷弯弯薄壁壁C型钢或Z型钢，这这已已是国内内外传传统和成成熟的的配套技技术。由由于原料料条件件（带钢钢，冷冷轧薄板板经纵纵剪成钢钢带等等）更有有保证证，小型型专用用成型设设备及及其应用用技术术也陆续续普及及，现国国内已已可方便便的提提供截面面高度度达（30000～350）mm（甚至至达达400mmmm）的C型钢，但但从从较合理理的群群面造型型考虑虑，檩条条截面面高度也也不宜宜过高，一一般般以不大大于3300mmm为为宜。据据此考考虑，为为了使使檩条都都能方方便地采采用冷冷弯薄壁壁型钢钢（便于于加工工及维护护），避避免采用用格构构式檩条条，门门式刚架架的柱柱距（即即檩条条跨度）一一般般以不大大于99.0mm为宜宜。3.2减少少少构件数数量钢结构工程的造造造价由材材料价价格（与与钢材材用量直直接有有关）与与加工工、安装装价格格（加工工、拼拼装、运运输、吊吊装等）共共同同组成。显显然然，在工工程中中构件数数量的的多少，将将直直接影响响加工工、安装装的工工程量、施施工工进度及及造价价。一个个工程程采用9mm柱距时的的刚架、檩檩条条、吊车车梁等等构件的的数量量（注意意，不不是重量量）要要比采用用6mm柱距时减减少少30%，其其对对缩短施施工周周期、降降低工工程造价价的有有利影响响十分分明显，在在综综合考虑虑合理理确定柱柱网时时，采用用较大大柱距，减减少少构件数数量，也也是一个个不应应忽略的的因素素。3.3基础础础的条件件同上分析，整体体体工程的的造价价还应包包括基基础工程程造价价（基槽槽、土土方及基基础），而而而基础的的数量量多少也也直接接影响总总的造造价与施施工周周期，特特别是是当为软软土等等不良土土层而而需采用用桩基基等人工工地基基时，则则采用用较大柱柱距，减减少基础础数量量的经济济效果果与意义义更为为重要。4合理选用用用柱网的的几点点建议（1）不论是否否设设有吊车，门门式刚架的较较经济跨度建建议在21..0m～24.0mm范围内采用用，其合理的的最大跨度不不宜大于366.0m。（2）不论是否否没没有吊车，门门式刚架的合合理柱距建议议采用为8mm～9m的较大柱柱距，对无吊吊车刚架采用用较大柱距的的经济性更为为明显。（3）门式刚架架的的跨度及荷荷荷载较大大时，或