1、淺析輕型鋼結(jié)構(gòu)門式剛架用鋼量摘要：門式剛架是典型的輕型鋼結(jié)構(gòu)，它具有節(jié)省材料、施工周期短等優(yōu)點， 因而也是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的輕型鋼結(jié)構(gòu)。因此，在門式剛架的設(shè)計中，為了 充分發(fā)揮其優(yōu)越性，為了最大限度的凸顯其經(jīng)濟性，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能地優(yōu)化 結(jié)構(gòu)設(shè)計。基于此，本文主要對輕型鋼結(jié)構(gòu)門式剛架用鋼量進行分析探討。關(guān)鍵詞：輕型鋼結(jié)構(gòu)；門式剛架；用鋼量1刖言輕型鋼結(jié)構(gòu)門式剛架之所以在工業(yè)廠房、公路（鐵路）庫、倉庫、飛機庫、集 貿(mào)市場、體育場館、航空港、商業(yè)建筑中越來越得到人們的青睞，是因為一他是 采用輕型材料，二是鋼材消耗量低。用鋼量是該類結(jié)構(gòu)的一個重要的經(jīng)濟指標， 受結(jié)構(gòu)形式、柱網(wǎng)尺寸（柱距、跨度等）

2、、工藝使用要求以及建筑要求等多方面的 制約。2結(jié)構(gòu)布置對用鋼量的影響門式剛架的跨度、柱距和平面布置一般由建設(shè)單位的場地大小、工藝流程、 投資情況等條件決定，但仍有一定的調(diào)整余地。如果條件允許，跨度和柱距是否 存在一個經(jīng)濟的范圍，很值得研究。2.1柱距對用鋼量的影響經(jīng)過對大量工程實例統(tǒng)計及計算，可以發(fā)現(xiàn)，柱距為79m時，總用鋼量基 本保持穩(wěn)定。小于7m時，總用鋼量隨柱距增大普遍呈降低趨勢，降幅隨跨度的 增大而增加，柱距超過9m時，由于檁條、支撐、吊車梁等構(gòu)件的用鋼量大幅上 升，造成總用鋼量上升。因此，對于常用剛架，建議柱距取79m，當無吊車或 吊車噸位較小時，柱距可取89m，當?shù)踯噰嵨惠^大時，柱

3、距可取7m左右，用 鋼量比常規(guī)6m柱距可節(jié)省3%5%，總造價可節(jié)省2%6%，經(jīng)濟效益非常可觀。 另外同時應(yīng)考慮設(shè)計的標準化、定型化、品種規(guī)格化等因素的影響。2.2跨度對用鋼量的影響門式剛架的經(jīng)濟跨度一般在1836m，吊車噸位較大時，經(jīng)濟跨度在24m 36m，無吊車或吊車噸位較小時，經(jīng)濟跨度在1824m，采用合理經(jīng)濟跨度可以 節(jié)省鋼材5%15%，總造價降低2%7%。影響經(jīng)濟跨度的主要因素是荷載，荷 載越大時，總用鋼量對跨度越敏感，越應(yīng)注意采用合理跨度。這是因為荷載大則 柱截面大，若此時跨度較小，其單位用鋼量必然上升。若跨度增大，梁截面又顯 著增大，也會導(dǎo)致單位用鋼量的上升。在設(shè)計時，應(yīng)進行幾個方

4、案的綜合比較， 選擇適宜的跨度和跨數(shù)。表1不同跨度的門式剛架用鋼量（kg/m2）3次構(gòu)件對用鋼量的影響屋面檁條、墻面檁條的用鋼量一般占總用鋼量的20%25%，因此，正確的 構(gòu)件設(shè)計和構(gòu)造對保證整體結(jié)構(gòu)的安全、節(jié)省用鋼量、控制造價有著十分重要的 意義。檁條、墻梁宜優(yōu)先選用Q345B鍍鋅卷材，一般采用冷彎薄壁型鋼，因為冷 彎型鋼實腹檁條受力性能好、承載力高、整體剛度大，可以節(jié)約鋼材、減輕結(jié)構(gòu) 用鋼量；而且冷彎型鋼實腹檁條制造安裝方便，可疊合堆放，是一種合理的檁條 形式。冷彎薄壁型鋼實腹式檁條主要采用卷邊C型檁條和帶斜卷邊（或直卷邊）的Z 型檁條。卷邊Z型檁條用于坡度大于1/4的屋面較為合理，此時，

5、屋面荷載作用 線與截面主軸方向相當接近，弱軸方向的力分量很小，一般來說，坡度平緩的屋 面采用卷邊C型檁條。但由于卷邊Z型檁條可以疊合運輸，因此目前廣泛地應(yīng)用 在坡度平緩的屋面。設(shè)計時采用連續(xù)檁條或連續(xù)墻梁，可比門式剛架輕型房屋 鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB 51022-2015中規(guī)定的簡支檁條節(jié)約鋼材10%左右。4鋼材類型和結(jié)構(gòu)形式對用鋼量的影響4.1鋼材類型對用鋼量的影響在設(shè)計時，主剛架和吊車梁宜采用Q345-B鋼材，材質(zhì)符合低合金高強度 結(jié)構(gòu)鋼(GB/T1591-2018)要求。在最優(yōu)跨度2430m的范圍內(nèi)，無論柱間距大小， 采用Q345鋼的用鋼量均比采用Q235鋼的用鋼量下降16%左右，成本稍高的

6、熱加 強鋼材不僅強度提高，由于結(jié)晶組織的改善而韌性提高，同時又具有良好的可焊 性及可加工性等工藝性能。而Q345鋼的價格僅比Q235鋼的價格每噸高100多 元，所以采用低合金高強度鋼是降低總用鋼量的重要途徑之一。4.2結(jié)構(gòu)形式對用鋼量的影響輕型門式剛架由于自重較輕，且柱頂高度一般不高，因此柱底彎矩相對不大， 因此，在設(shè)計時通常采用鉸接柱腳，只有在有吊車且吊車噸位較大時，采用剛接 柱腳。在多跨門式剛架中，由于中柱兩端柱頂彎矩很小，常做成搖擺柱(兩端鉸接 柱)，還應(yīng)注意的是，當跨數(shù)較多時，搖擺柱的數(shù)量應(yīng)不多于3列。在進行設(shè)計時， 遵循這些基本原則，可以降低用鋼量約2%。5影響結(jié)構(gòu)用鋼量的其它因素及

7、降低的方法門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)屋面、墻面檁條均采用冷彎薄壁C型鋼或Z型鋼， 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280mm 為宣。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。在輕鋼結(jié)構(gòu)中主構(gòu)架應(yīng)考慮使用Q345(16Mn)鋼材，因為:首先，輕鋼結(jié) 構(gòu)允許變形放寬，如：門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB 51022-2015規(guī)定： 不設(shè)吊車的輕型鋼板墻結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下柱頂允許水平變位60/h(注:h為剛架 柱高度)，這在一定程度上為高強鋼材發(fā)揮強度優(yōu)勢創(chuàng)造了條件；其次，高強鋼

8、材 的發(fā)展已趨成熟，成本降低，價格性能比優(yōu)于Q235鋼。在已定的外界條件(柱網(wǎng)尺寸，荷載大小，檐口高度等)下合理的設(shè)計方 案是降低用鋼量的唯一方法，即進行截面優(yōu)化設(shè)計。截面優(yōu)化的實現(xiàn)方法有二種。 一是用最優(yōu)化理論來解決，把問題歸結(jié)為一個單目標規(guī)劃問題，優(yōu)化的目標函數(shù) 是用鋼量最少或造價最低，各種設(shè)計條件如結(jié)構(gòu)反應(yīng)(應(yīng)力、位移等)的允許范圍 等都可作為約束條件，用數(shù)學(xué)規(guī)劃的理論來尋求最優(yōu)解或最滿意解。另一種方法 是窮舉法，即把各種合理的構(gòu)件截面形式都進行計算比較，在滿足設(shè)計要求的情 況下，以用鋼量最少或造價最低為控制條件，得到滿意的截面尺寸。門式剛架常 采用變化構(gòu)件的截面來適應(yīng)彎矩變化以達到節(jié)約

9、鋼材的目的。除腹板高度變化外， 厚度也可根據(jù)需要變化；上下翼緣可用不同截面；相鄰單元的翼緣也可采用不同 截面。因此，影響整個剛架用鋼量的因素有上翼緣的寬度、厚度；下翼緣的寬度、 厚度；腹板的厚度；構(gòu)件大頭、小頭的高度；而且這些因素之間也互相影響，互 相不獨立。6結(jié)語綜上所述，可以得到以下結(jié)論：當無吊車或吊車噸位較小時，柱距可取89m；當?shù)踯噰嵨惠^大時，柱距可取7m左右。吊車噸位較大時，經(jīng)濟跨度在2436m；無吊車或吊車噸位較小時， 經(jīng)濟跨度在1824m。檁條可采用連續(xù)斜卷邊Z型檁條來代替?zhèn)鹘y(tǒng)簡支C型檁條。在滿足焊接工藝及其他條件要求的前提下，并且設(shè)計由強度控制時， 盡量采用低合金高強鋼材。在滿足工藝布置的前提下，盡量減少變形