对降低轻钢结构用钢量措施的探讨

维普资讯 http://www.cqvip.com ５６－　新　疆　石　油　科　技　２００７年第１期（第１７卷）　对降低轻钢结构用钢量措施的探讨　周鸿①韩跃冷程飞　新疆时代石油工程有限公司，８３４０００新疆克拉玛依　摘　要　轻钢结构（门式刚架轻型房屋钢结构）是目前单层工业厂房中一种常见的结构形式，如何降低轻钢结构用钢量很值得探　讨。为此，从柱距、跨度、次构件、钢材类型以及结构形式等几方面分析了它们对用钢量的影响，并根据分析结果提出了相关合理化建　议。　主题词　轻钢结构　用钢量　柱距跨度　外同时应考虑设计的标准化、定型化、品种规格化等　１　前言　轻钢结构（门式刚架轻型房屋钢结构）是单层工　业厂房中一种常见的结构形式，随着我国经济建设的　迅速发展，这类结构以其用钢量省、造价低、施工速度　快、外形美观以及适用范围广等优点而被广泛地应　用。其中用钢量省、结构轻巧、适用范围广是轻钢结构　最主要的特点，因此，在轻钢结构的设计中，为了充分　发挥其优越性，结构工程师应尽可能地优化结构设　计，从而达到“用钢量最省”这个目标。轻钢结构的用　钢量主要与结构形式、荷载大小、建筑尺寸、钢材性　因素的影响。　２．２跨度对用钢量的影响　轻钢结构的经济跨度一般在１８－３６ｍ，吊车吨位　较大时，经济跨度在２４～３６ｍ，无吊车或吊车吨位较小　时，经济跨度在１８～２４ｍ，采用合理经济跨度可以节省　钢材５％～１５％，总造价降低２％－７％。影响经济跨度的　主要因素是荷载，荷载越大时，总用钢量对跨度越敏　感，越应注意采用合理跨度。这是因为荷载大则柱截　面大，若此时跨度较小，其单位用钢量必然上升。若跨　度增大，梁截面又显著增大，也会导致单位用钢量的　上升。在设计时，应进行几个方案的综合比较，选择适　宜的跨度和跨数。　能、抗震等级、有无吊车、单跨多跨等条件有关，其中　建筑尺寸主要包括刚架的跨度、柱距、檐口高度和屋　面坡度。　３次构件对用钢量的影响　屋面檩条、墙面檩条的用钢量一般占总用钢量的　２Ｏ％～２５％。因此，正确的构件设计和构造对保证整体　结构的安全、节省用钢量、控制造价有着十分重要的　２柱距及跨度对用钢量的影响　轻钢结构的跨度和柱距一般由建设单位的场地　大小、工艺流程、投资情况等条件决定，但仍有一定的　调整余地，如果条件允许，跨度和柱距是否存在一个　经济的范围，很值得研究。　意义。檩条、墙梁宜优先选用Ｑ３４５镀锌卷材，一般采　用冷弯薄壁型钢，因为冷弯型钢实腹檩条受力性能　好、承载力高、整体刚度大，可以节约钢材、减轻结构　用钢量；而且冷弯型钢实腹檩条制造安装方便，可叠　合堆放，是一种合理的檩条形式。冷弯薄壁型钢实腹　式檩条主要采用卷边Ｃ型檩条和带斜卷边（或直卷边）　２．１柱距对用钢置的影响　经过对大量工程实例统计及计算，可以发现，柱　距为７－９ｍ时，总用钢量基本保持稳定。小于７ｍ时，　总用钢量随柱距增大普遍呈降低趋势，降幅随跨度的　增大而增加，柱距超过９ｍ时，由于檩条、支撑、吊车　梁等构件的用钢量大幅上升，造成总用钢量上升。因　此，对于常用刚架，建议柱距取７－９ｍ，当无吊车或吊　车吨位较小时，柱距可取８－９ｍ，当吊车吨位较大时，　柱距可取７ｍ左右，用钢量比常规６ｍ柱距可节省３％　～的ｚ型檩条。卷边ｚ型檩条用于坡度大于１／４的屋面　较为合理。此时，屋面荷载作用线与截面主轴方向相　当接近，弱轴方向的力分量很小，一般来说，坡度平缓　的屋面采用卷边Ｃ型檩条。但由于卷边Ｚ型檩条可以　叠合运输，因此目前广泛地应用在坡度平缓的屋面。　设计时采用连续檩条或连续墙梁，可比《门式刚架轻　５％，总造价可节省２％－６％，经济效益非常可观。另　①作者简介：工程师　１９９６—０７毕业于中国石油大学（华东）建筑工程专业　维普资讯 http://www.cqvip.com 对降低轻钢结构用钢量措施的探讨　・５７・　型房屋钢结构技术规程》（ＣＥＣＳ１Ｏ２：２ＯＯ２）中规定的简　支檩条节约钢材１Ｏ％左右。　４钢材类型对用钢量的影响　在结构设计时，主刚架宜采用Ｑ３４５一Ａ钢材，材　质符合《低合金高强度结构钢》（ＧＢ／Ｔ１５９１—９４）要　求，吊车梁宜采用Ｑ３４５一Ｂ钢材。在最优跨度２４￣３０ｍ　的范围内，无论柱间距大小，采用Ｑ３４５钢的用钢量均　比采用Ｑ２３５钢的用钢量下降１６％左右，成本稍高的　热加强钢材不仅强度提高，由于结晶组织的改善而韧　性提高，同时又具有良好的可焊性及可加工性等工艺　性能。而Ｑ３４５钢的价格仅比Ｑ２３５钢的价格每吨高　ｌＯＯ多元，所以采用低合金高强度钢是降低总用钢量　的重要途径之一。　５结构形式对用钢量的影响　轻钢结构（门式刚架轻型房屋钢结构）由于自重　较轻，且柱顶高度一般不高，因此柱底弯矩相对不大，　因此，在设计时通常采用铰接柱脚，只有在有吊车且　吊车吨位较大时，采用刚接柱脚。在多跨门式刚架中，　由于中柱两端柱顶弯矩很小，常做成摇摆柱（两端铰　接柱），还应注意的是，当跨数较多时，摇摆柱的数量　应不多于３列。在进行设计时，遵循这些基本原则，　可以降低用钢量。　６平面布置对用钢量的影响　按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》　（ＣＥＣＳ１０２：２００２）中规定，当横向长度超过１５０ｍ，纵向　长度超过３００ｍ时须设置伸缩缝，从构造上来说，设　置伸缩缝不存在任何问题。不过，一般做法是采用双　柱，因此用钢量相应有所增加，特别是纵向伸缩缝，增　加的柱子较多，所以，在进行门式刚架平面布置时应　尽量使平面尺寸在不设伸缩缝的范围之内，这样，就　可以减小总的用钢量。　７　其他方面　利用现代数学方法和计算机进一步优化结构构　件及截面的几何参数。在设计时，刚架采用变截面构　件，当为承载能力极限状态控制设计时，其截面变化　的根据主要是弯曲应力与轴压应力两者计算值“组　合”的应力图形的变化。利用截面变化，使各截面“组　合应力”与材料设计强度值的比值尽可能接近，也就　是使材料分布更接近于应力图形的分布，这就是满应　力设计法。在确定了结构布置及构件的选型后，在保　证安全可靠的前提下，满应力设计法是使刚架设计经　济合理的主要手段。在结构设计中实现兼并功能原则　可将承重、围护、稳定等多种功能统一于一体，合并结　构部件及层次，简化结构构造，最大程度地进行结构　和构件的规格化、统一化、标准化，以提高轻钢结构工　业化生产水平，加速从标准化构件生产向标准化房屋　生产的过渡。　８　结语　综上所述，可以得到以下绩论：　（１）当无吊车或吊车吨位较小时，柱距可取８～　９ｍ，当吊车吨位较大时，柱距可取７ｍ左右；　（２）吊车吨位较大时，经济跨度在２４—３６ｍ，无吊　车或吊车吨位较小时，经济跨度在１８—２４ｍ；　（３）檩条可采用连续卷边Ｚ型檩条来代替传统　简支Ｃ型檩条；　（４）在满足焊接工艺及其他条件要求的前提下，　并且设计由强度控制时，尽量采用低合金高强钢材；　（５）在满足工艺布置的前提下，尽量减少变形缝　的设置；　（６）在可能的条件下，尽量采用铰接平板柱脚。　参考文献　１中国工程建设标准化协会标准．门式刚架轻型房屋钢结构技　术规程（ＣＥＣＳ１０２：２００２）　２中华人民共和国国家标准．冷弯薄壁型钢结构技术规范　（ＧＢ５０００１８—２００２）　３中华人民共和国国家标准．钢结构技术规范（ＧＢ５０ＣＩ１７－　２００３）　４陈绍蕃．钢结构设计原理．科学出版社，１９９８　５周学军主编．门式刚架轻型结构设计与施工．山东科学技术　出版社。２００１　６中国钢结构协会．建筑钢结构施工手册．中国计划出版社，　２ＯＯ２　７陆赐麟．轻钢结构的重量应该更轻．建筑结构，２００３，３３　（１０）：１５－２１　８刘鹏．门式刚架的优化设计．工业建筑，２００１，３１（７）：５８－６０　９高利河，牟在根、门式刚架在荷栽作用下的优化设计．北京科　技大学学报，２００１，２３（６）：５５２－５５３　１０刘锋，郭兵．门式刚架的经济尺寸与优化初设计．钢结构，　２００３，１８（１）：３２－３４　责任编辑：周江　收稿日期：２００６—０９—１２