门式刚架钢结构柱网布置的经济性研究

黄 聪

(广东工业大学华立学院，广东广州 511300)

1 概述

门式刚架轻型钢结构是一种很常见的结构形式，这种结构具有很多优点，如其重量轻、用钢量少、造价低、施工速度快、生产周期缩短、适用范围广等，近年来这种结构得到了广泛应用。用钢量的多少是衡量门式刚架厂房经济性的关键指标，在安全性的基础上如何降低用钢量，是在设计时要考虑的重要问题。门式轻钢结构厂房的柱距、跨度、次构件、钢材类型等因素对其经济性都有影响，其中柱距的影响最大。本文结合工程实例，仅考虑在其他因素相同或相近的情况下，通过PKPM软件分析不同柱距对用钢量的影响，进而得到该工程的最优柱距。

2 在门式刚架轻型钢结构房屋设计中柱距对其经济性的影响

在门式刚架轻型钢结构房屋设计中，首先要根据建筑功能和使用要求进行柱网的平面布置，然后进一步考虑其经济性。在实践工程中，基于轻型钢结构构件可方便地按任意尺寸生产，轻质屋(墙)面材料可灵活施工，因此门式刚架轻型钢结构房屋的材料生产和结构施工能够做到量体裁衣，这就方便降低整个工程造价。故如何选取跨度和柱距，很值得研究。CECS 102:2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程中建议跨度采用9 m～36 m，柱距采用6 m～9 m。由于对于一个特定的实际工程，其跨度已给定，过去通常取3 m为柱距模数，工程中经常用3 m，6 m，9 m，12 m等，这实际上是参考了预制钢筋混凝土工业厂房的模数制。但是考虑到综合经济性，合理的柱距对工程的实际造价影响很大。理由是:对于任何一项门式刚架轻型钢结构工程而言，其设计用钢量的多少是判断设计是否合理的一项关键指标，而柱距的大小直接影响了设计用钢量。柱距的增加可能会增加单榀刚架及檩条的截面面积，但是对一定结构面积而言，柱距增加的同时钢架总榀数减少了，最终也可能使主钢用量降低。故对一个特定的门式刚架房屋，必然存在一个最优的柱距及一个最优柱距范围。

成都市某器材车间厂房长90 m，宽27 m。基本风压:0．3 kN/m2，基本雪压:0．1 kN/m2。笔者以柱距为变量，采用PKPM钢结构程序进行结构分析，对其用钢量随柱距的变化情况作了比较，主要考虑柱距为:5 m，6 m，7．5 m，9 m，10 m。在设计中采用了以下参数:钢材:Q235-B．F钢，结构形式为单跨铰接门式刚架(如图1所示)，檐高:7．5 m，不考虑地震作用，无吊车。

通过模型的输入，得到了上述五种柱距情况下厂房单方用钢量的结果，如图2所示。从图2中可以看到:1)随着柱距的增加，用钢量是先降低后增加;2)柱距小于6 m时，随着柱距的增加用钢量降低的速度较快，之后趋于平缓;3)柱距7．5 m～9 m之间用钢量的增幅平缓，之后增加的速度较快。故可得出对于该工程，最优柱距范围是6 m～9 m，考虑到工艺要求，最优柱距为7．5 m。

图1 门式刚架计算简图

图2 单方用钢量与柱距的关系

3 结语

通过该模型得到的数据仅是针对特定工程的实际情况，对门式刚架厂房的单方用钢量与柱距的关系所作的讨论，对不同的工程此值是不同的。一般来说可总结如下:1)对于门式刚架轻型钢结构体系而言，刚架用钢量占主要部分，特别是在跨度较小的情况下，刚架用钢量可能占总用钢量的一半以上，而其他构件的用钢量，包括墙架梁、屋面支撑、柱间支撑等，其用钢量通常只占较小比例，因此，刚架的合理设计对降低总用钢量具有十分重要的作用。2)随着柱距的增大，作为整个厂房结构主要用钢量的刚架，其用钢量比率是先逐渐下降，且下降的幅度随柱距的增加逐渐趋于平缓。3)随着柱距的增大，其他构件的用钢量会增加，而且增加的幅度较大，尤其是吊车梁，当柱距较大时必须采用格构式，其用钢量逐渐占据主导地位，并有可能会超过刚架的用钢量。其次对于檩条而言有长细比的要求，其用钢量增加的也较快。4)对整个单层厂房上部结构，随着柱距的增加其总用钢量是先减少后增加的。因此，对用钢量指标而言，是存在一个最优柱距的。

本文尚未考虑主钢和次钢的单价不同，仅从总用钢量这一点得到的最优柱距;其次，影响结构经济性的因素诸多，在实际工程中应综合考虑;最后，鉴于结构的材料生产和施工特点，为促进工业化定型生产，建议门式刚架的柱距模数取1 m或1．5 m。

［1］CECS 102:2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程［S］．

［2］《钢结构设计手册》编写组．钢结构设计手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，2004．

［3］任兴平．门式刚架轻钢房屋的优化设计［J］．钢结构，2000(4):44-48．

［4］马琳琳．门式刚架轻钢房屋优化设计探讨［J］．山西建筑，2004，30(19):41-42．