2018门式轻钢结构厂房用钢量与柱距的关系比较
摘要：通过算例对不同柱距门式轻钢结构厂房的用钢量进行了研究比较，对厂房总体用钢量受柱距影响的变化趋势进行了探讨，得出一些规律性的结论，采用合理的厂房柱距可使门式轻钢结构厂房用钢量节省5%~10%。http://
关键词：门式轻钢结构厂房用钢量柱距
0前言
随着门式轻型钢结构的应用日益增多，轻钢厂房设计市场的竞争也越来越激烈，若要在这片市场中占有一席之地，就必须不断总结经验，积累资料，以求在技术性及经济性方面做到合理。因此有必要对轻型钢厂房的用钢量进行比较研究。
1 厂房用钢量初析及研究对象
在轻型钢厂房结构中，用钢量较多的部分主要有屋面檩条，墙面墙梁，吊车梁以及厂房门式刚架。对于屋面檩条，墙面墙梁及吊车梁部分（以下称为甲类构件），在厂房柱距增大时，由于刚架敏感的梁跨及柱高并未改变，只是框架的受荷范围有所增大，单榀刚架用钢量有所增加，但幅度不大，且在厂房长度一定的条件下，增加柱距可减少框架的数量，因而刚架部分的用钢量在柱距增大时应呈下降趋势。
为了验证以上分析，本文探讨了厂房总体用钢量受柱距影响的变化趋势，对单跨无吊车，双跨无吊车，单跨有吊车，双跨有吊车柱距分别为6m，7.5m，9m 总计12种轻钢厂房进行了计算。由于影响厂房用钢量的因素相当多，不同的设计条件，会使厂房的用钢量差别很大。为了便于比较研究，所的得数据而又不失其参考价值，本次计算分析的12种情况，尽可能选用实际设计中常见的结构形式及其受荷状况。
2 设计资料
2．1本场地条件
（1） 地理位置：唐山市区
（2） 基本风压：0.4KN/m2
（3） 地面粗糙度：按B类考虑
（4） 基本雪压：0.4KN/m2
（5） 场地土类别：Ⅱ类
（6） 基本设防烈度：8度（近震）
2．2 厂房基本尺寸
（1） 房屋总长度：54 m。
（2） 层数：单层。
（3） 跨度：21 m（单跨或双跨）。
（4） 柱距：6m，7.5m，9m。
（5） 柱顶标高：11 m
（6） 轨顶标高：8 m左右。
（7） 屋面坡度：1/10。
2.3 材料选用
（1） 门式钢架：焊接工字钢Q345。
（2） 檩条，墙梁：C型薄壁型钢Q235。
（3） 吊车梁：焊接工字钢Q235。
2.3 荷载
（1）屋面均布荷载（标准值）。验算檩条，屋面板：0.5KN/ m2；验算钢架时：0.3KN/ m2。
（2）雪荷载：0.4KN/ m2。
（3）基本风压：0.40 KN/ m2。
（4） 屋面恒载：0.15 KN/ m2。
（5） 墙自重标准值（双面挂板）：0.22 KN/ m2。
（6） 檩条检修荷载（集中荷载）1.5KN。
（7） 有吊车厂房没跨采用一台20/5A5级工作制桥式吊车，其基本参数如下：
工作级别：A5
最大轮压：187KN
轨距Lk19.5m.
轮距k=4.1m.
3．计算方式
在《钢结构设计规范》GBJ17―88中，对受压延构件及受弯构件的局部稳定都进行了严格的限制，尤其是截面的腹板部分，允许高厚比很低，着对于受力较大的中，重型厂房而言是适合的，但对于受力较小的轻型厂房来说则无必要。因此上海标准《轻型钢结构设计规程》DBJ08―68―97参考欧美等国规范的有关规定，进行了改进，允许考虑门式刚架工形截面构件腹板的屈曲后强度。这样就使得门式刚架薄壁构件的承载力得到充分发挥，用钢量大大减少。在本次研究中，采用了中国建筑科学院PKPM工程部开发的STS软件来完成，此软件对门式刚架的腹板，允许局部屈曲，并利用起屈曲后的强度，较好的体现了轻钢规程的设计意图。
对于屋面的构件，墙面构件及吊车梁，由于目前尚无适当的辅助设计软件，故主要采用手算及电算来完成。
4．计算内容
轻型构件的稳定及刚度较差，往往强度尚未达到容许值便已失稳破坏或变形过大，构成用钢量的不必要增加，也使比较研究的准确性受到影响。因此实际操作时应尽量改善构件的受力性能及约束环境，使稳定应力与强度容许值接近，同时挠度又不致过大。
在本次研究中，屋面采用压型钢板，有效的控制了檩条在重力作用下上翼缘的侧向弯扭屈曲，但在吸风情况下，檩条下翼缘尚存在稳定问题，故在离檩条下翼缘1/3腹板高度处设置了拉条，6 柱距设一根，7.5 ，9 柱距各设两根。墙面由于压型钢板的存在，未涉及稳定问题，故设置拉条主要是用来减小墙梁的竖向挠度及竖向弯应力，其设置方式同屋面。吊车梁部分，承受竖向轮压及横向水平制动力，根据其受力特点，将吊车梁截面高度及上翼缘宽度适当调整，便可比较容易地使其强度，稳定及刚度性能接近，避免出现上述问题。框架梁柱部分，存在平面内和平面外的稳定问题，平面内可通过加高构件截面来改善其受力性能，提高其稳定能力，这对增强厂房的侧向刚度也是有利的，但应尽量避免加宽构件翼缘的不经济做法。框架平面外截面特性很弱，长细比相对较大，如果单纯靠加宽构件翼缘来降低平面外的稳定应力，效果很差，必须适当设置柱见支撑和屋面支撑来控制过大的长细比。设计中将有吊车厂房吊梁作为柱间支撑的系杆处理，无吊车厂房亦在相同部位设置系杆，以减小框架平面外的计算长度，同时在厂房
屋面两端设置屋面支撑，与屋面檩条形成拉杆体系，以减小框架梁在平面外的计算长度，从而使整个框架平面外的稳定得到保证。
经过对以跨数，有无吊车，柱距为参数的12种轻型钢结构厂房的有关计算分析，现将各部分构件控制指标的计算情况汇总于表1。
5计算结果与分析
根据以上分析计算，得到不同情况下各部分构件的主要用钢量，并求出厂房各部分构件在柱距增大时用钢量的增长幅度，汇总于表2，表3。
表1 部分构件控制指标的情况汇总
表2 单跨框架在不同情况下各部分构件的主要用钢量
表3双跨框架在不同情况下各部分构件的主要用钢量
（1）从表2，表3中可以看出，单跨与双跨厂房中，在不同柱距情况下甲类构件（墙梁，檩条，吊车梁）与乙类构件（框架梁柱）在整个厂房用钢量中所占比重，及在柱距增大时甲，乙类构件用钢量增幅，波动都比较小。因此表明，同样有无吊车情况下，跨数对厂房用钢量的绝对值有影响，而对于其在柱距增大时产生的增幅影响很小。也就是说，跨数不同厂房的用钢量，受柱距影响时存在着类似的变化规律。
（2）从表2，表3中还可以看出，单跨无吊车厂房中，柱距从6m 增至7.5m 时，甲类构件用钢量增幅为23.47%，高于乙类构件的减幅-12.83%。但由于甲类构件用钢量所占比重较小(6m时为29.73%)，存在23.47%x29.73%+(-12.83%)x70.27%=-2.04%的关系，从而使得整体用钢量略有减小，减幅为-2.04%。当柱距从7.5 增至9 时，甲类构件用钢量增幅与前相近，为25.74%，但由于乙类构件的减幅较小仅为-3.50%，根据所占比重存在25.74%x37.48%+(-3.50%)x62.52%=7.46%的关系，故整体用钢量增加，其增幅为7.46%。在有吊车的单跨厂房中，甲，乙类构件用钢量随柱距的增大，其增幅与无吊车厂房差不多。但由于有吊车情况下甲类构件所占比重较大（约50%左右），故使得整体用钢量表现为增长。6m 到7.5m 和7.5m 到9m 增幅为3.66%，9.62%。以上表明柱距增大时6m 到7.5m 厂房用钢量或增或减，幅度不大，较为恒定，见图1，图2，。7.5m 到9m 厂房用钢量增长较快。
从以上可以发现随柱距的增加，厂房总的用钢量与甲乙类构件用钢量所占比重，及其随柱距增大的增长幅度密切相关。因此，比较双跨有无吊车厂房用钢量同样可得上述结论，见图3，图4。
（3）我们可以做如下计算，以找出柱距从7.5m增大到9m时，厂房用钢量及减少的条件。
无吊车某厂房，柱距7.5m时，令甲类构件用钢量I乙类构件R，柱距增至9m 时，甲类构件用钢量改变为（1+25%）I，乙类构件用钢量改变为（1-3.5%）R。若使I+R〉（1+25%）I+（1-3.5%）R，令β=I/R，则需β〈14%。
有吊车某察访，柱距为7.5 ，增至9 时，甲类构件用钢量改变为（1+24%）I，乙类构件用钢量改变为（1-5%）R，钢量保持不变，若使I+R〈（1+24%）I+（1-5%）R，则需β〈21%。
（4）根据以上分析计算可做出以下判断：无吊车厂房，以7.5m柱距厂房为基本方案，若检验出甲类构件与乙类构件用钢量之比为β〈14%，则增加柱距是无意义的。有吊车方案仍以7.5m柱距为厂房基本方案，若检验出β〉21%，则增加柱距是无意义的。反之，可增大柱距以获得更经济的方案。
6 结论
通过本次研究可知，只有当7.5m厂房的甲类构件用钢量占厂房用钢量比重较小时，增大柱距才有节省钢材的可能。然而，通常这一比例不会很小（本次研究中，7.5m柱距无吊车厂房β约60%）14%，有吊车厂房β约100%）21%）。故认为6m及7.5m柱距用钢量较为经济，但从构件的安装，制作，基础工程量，厂房使用要求等方面综合衡量来看，7.5m才是较佳方案。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
页:
[1]