摘要：本文綜合考慮各種影響因素情況下研究門式剛架的經(jīng)濟(jì)性。即門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量隨廠房吊車噸位，跨度，高度，柱距存在特定的變化規(guī)律，以及各組成構(gòu)件用鋼量所占比例的構(gòu)成規(guī)律。
　　關(guān)鍵詞：門式剛架；輕型房屋；鋼結(jié)構(gòu)體系
　　門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)是一個(gè)系統(tǒng)工程，整個(gè)結(jié)構(gòu)由屋面壓型鋼板、屋面擦條、墻面擦條、吊車梁、支撐系統(tǒng)以及起主要承重結(jié)構(gòu)的多榻門式剛架等組成，其經(jīng)濟(jì)性既取決于各組成構(gòu)件的用鋼量，又取決于各構(gòu)件之間的合理組合。比如在建筑平面尺寸一定時(shí)，若柱距小，則擦條和吊車梁的用鋼量就省，但是門式剛架的數(shù)量增加，因而用鋼量不一定就省;反之，若柱距大，則凜條和吊車梁的用鋼量增加，但是門式剛架的數(shù)量減少，因而用鋼量不一定增加。選取合理的柱距，可以使總的用鋼量最少，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。同樣吊車噸位、柱高、跨度等對(duì)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量也起到同樣決定性作用。
　　本文綜合考慮各種影響因素情況下研究門式剛架的經(jīng)濟(jì)性。即門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量隨廠房吊車噸位，跨度，高度，柱距存在特定的變化規(guī)律，以及各組成構(gòu)件用鋼量所占比例的構(gòu)成規(guī)律。
　　1門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
　　門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用大約始于20世紀(jì)80年代初期。近三十年來得到迅速的發(fā)展，目前國內(nèi)每年有上千萬平方米的輕鋼建筑工程，主要用于輕型的廠房、倉庫、體育館、展覽廳及活動(dòng)房屋、加層建筑等。
　　門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)是指以輕型焊接H形鋼(等截面或變截面)、熱軋H型鋼(等截面)或冷彎薄壁型鋼等構(gòu)成的實(shí)腹式門式剛架或格構(gòu)式門式剛架作為主要承重骨架，用冷彎薄壁型鋼(槽形、Z形等)做擦條、墻梁;以壓型金屬板(壓型鋼板、壓型鋁板)做屋面、墻面;采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酷泡沫塑料、巖棉、礦棉、玻璃棉等作為保溫隔熱材料并適當(dāng)設(shè)置支撐的一種輕型房屋結(jié)構(gòu)體系。
　　在目前的工程實(shí)踐中，門式剛架的梁、柱多采用焊接H形變截面構(gòu)件，單跨剛架的梁柱節(jié)點(diǎn)采用剛接，多跨者大多剛接和鉸接并用;柱腳可與基礎(chǔ)剛接或鉸接;圍護(hù)結(jié)構(gòu)多采用壓型鋼板;保溫隔熱材料多采用玻璃棉。
　　門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(排架)具有以下特點(diǎn):
　�、僦�網(wǎng)布置比較靈活
　　傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式由于受屋面板、墻板尺寸的限制，柱距多為6米，當(dāng)采用12米柱距時(shí)，需設(shè)置托架及墻架柱。而門式剛架結(jié)構(gòu)的圍護(hù)體系采用金屬壓型板，所以柱網(wǎng)布置不受模數(shù)限制，柱距大小主要根據(jù)使用要求和用鋼量最省的原則來確定。
　�、谫|(zhì)量輕
　　圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用壓型金屬板、玻璃棉及冷彎薄壁型鋼等材料組成，屋面、墻面的質(zhì)量都很輕。根據(jù)國內(nèi)工程實(shí)例統(tǒng)計(jì)，單層輕型門式剛架房屋承重結(jié)構(gòu)的用鋼量一般為10-30kg/m2，在相同跨度和荷載情況下自重僅約為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的1/20-1/30。由于結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，相應(yīng)地基礎(chǔ)可以做得較小，地基處理費(fèi)用也較低。同時(shí)在相同地震烈度下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)小。但當(dāng)風(fēng)荷載較大或房屋較高時(shí)，風(fēng)荷載可能成為單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的控制荷載。
　　③抗震性能好
　　由于鋼結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)、自重輕，因而能有效地降低地震響應(yīng)及災(zāi)害影響程度，極有利于抗震。我國是一個(gè)多地震區(qū)國家，在地震區(qū)建筑中應(yīng)多多推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，必可大大減少地震災(zāi)害和人員傷亡。
　�、芄�業(yè)化程度高，施工周期短
　　門式剛架結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件和配件多為工廠制作，質(zhì)量易于保證，工地安裝方便;除基礎(chǔ)施工外，基本沒有濕作業(yè);構(gòu)件之間的連接多采用高強(qiáng)度螺栓連接，安裝迅速。
　�、菀擞诓鹦栋徇w和資源的回收利用
　　一旦業(yè)主對(duì)所造廠址不滿意或外界環(huán)境發(fā)生意想不到的變化，則整個(gè)建筑可在很短時(shí)間內(nèi)拆遷，損失極小，而所有這些是鋼筋混凝土建筑所無法具備的。
　�、蘩�于環(huán)保
　　由于鋼結(jié)構(gòu)的絕大部分制作工作在工廠進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)多為安裝，避免了鋼筋混凝土及水泥砂漿的現(xiàn)場(chǎng)攪拌和整搗所帶來的噪音和粉塵污染。
　　⑦綜合經(jīng)濟(jì)效益高
　　由于施工周期短，可以提前投入使用，提前獲取投資效益;更由于采用色彩鮮艷的彩色壓型鋼板，建筑物本身的自重輕，一般情況下不需要做樁基，可以節(jié)省投資;由于采用了聚苯己烯泡沫夾心板或單板加保溫棉等措施后，使保溫、隔熱和隔音等效果良好。根據(jù)目前我國的市場(chǎng)價(jià)格，輕鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)已經(jīng)低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)廠房的跨度越大時(shí)，其優(yōu)勢(shì)更為明顯，這也是它賴以競(jìng)爭(zhēng)的一大優(yōu)勢(shì)。
　　正是由于輕鋼結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn)，而且隨著近年來防火、防腐新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，已較好地解決了輕鋼結(jié)構(gòu)抗腐蝕性差的缺點(diǎn)，使得它在工業(yè)廠房中獲得了廣泛的應(yīng)用。
　　2經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)
　　門式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)體系用鋼量的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)計(jì)算的基本條件為:
　�、儆�(jì)算程序采用中國建筑科學(xué)研究院編制的PKPM-STS;
　�、诨�本規(guī)范為《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS102:2002);
　　③屋面恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.3KN/m2，活載標(biāo)準(zhǔn)值0.3KN/m2;
　�、芑�本風(fēng)壓0.4KN/m2，地面粗糙度為B類;
　　⑤橫向跨數(shù)為單跨;
　�、拗�距有6m,7.5m,9m三種;
　�、呖缍扔�12m,15m,18m,21m,24m,27m,30m,33m;
　�、酂o吊車，St,10t,15t,20t五種(吊車設(shè)定為兩臺(tái)，工作級(jí)別AS);
　�、衢芸诟叨葹�4.5m,6m,7.5m,9m;
　�、馕菝嫫露葹�1:20，均為單跨雙坡;無吊車柱腳為鉸接，有吊車柱腳為剛接;抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g;
　　3經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分析
　　3.1門式剛架房屋單方用鋼量變化規(guī)律:
　　門式剛架房屋單方用鋼量隨吊車噸位、柱距、柱高及跨度的變化規(guī)律詳見圖1.
　　
　　圖1門式剛架房屋單方用鋼量變化曲線
　　分析圖中用鋼量的變化規(guī)律，可以看到:
　　①門式剛架房屋單方用鋼量隨吊車噸位變化規(guī)律:隨吊車噸位(無,5T,10T,15T,20T)的增加，單方用鋼量增加，無吊車廠房用鋼量明顯較低。
　　②門式剛架房屋單方用鋼量隨柱距變化規(guī)律:隨柱距(6m,7.5m,9m)的增加，單方用鋼量先變小后變大。7.5m柱距最經(jīng)濟(jì);對(duì)有吊車廠房，9m柱距用鋼量最大。
　�、坶T式剛架房屋單方用鋼量隨柱高變化規(guī)律:隨柱高(4.5m,6m,7.5m,9m)的增加，單方用鋼量呈線性增加。
　　④門式剛架房屋單方用鋼量隨跨度變化規(guī)律:隨跨度(12m,15m,18m,21m,24m,27m,30m,33m)的增加，單方用鋼量先變小后變大。無吊車時(shí)，最優(yōu)經(jīng)濟(jì)跨度為12-15m;ST吊車廠房最優(yōu)經(jīng)濟(jì)跨度為21-24m;10T吊車廠房最優(yōu)經(jīng)濟(jì)跨度為24-27m;15T吊車廠房最優(yōu)經(jīng)濟(jì)跨度為27-30m;20T吊車廠房最優(yōu)經(jīng)濟(jì)跨度為30-33m。
　　3.2屋面墻面檀條用鋼量比例變化規(guī)律:
　　屋面墻面擦條用鋼量比例隨吊車噸位、柱距、柱高及跨度的變化規(guī)律詳見圖2.
　　
　　圖2屋面墻面擦條用鋼量比例變化曲線
　　分析圖中用鋼量比例的變化規(guī)律，可以看到:
　�、傥菝鎵γ娌翖l用鋼量比例隨吊車噸位變化規(guī)律:隨吊車噸位(無，5T,10T,15T,20T)的增加，用鋼量所占比例減少。
　　②屋面墻面擦條用鋼量比例隨柱距變化規(guī)律:隨柱距(6m,7.5m,9m)的增加，用鋼量所占比例增加。
　�、畚菝鎵γ娌翖l用鋼量比例隨柱高變化規(guī)律:隨柱高(4.5m,6m,7.5m,9m)的增加，用鋼量所占比例減少。
　　④屋面墻面擦條用鋼量比例隨跨度變化規(guī)律:隨跨度(12m,15m,18m,21m,24m,27m,30m,33m)的增加，用鋼量所占比例的變化規(guī)律是先增加后降低的二次曲線關(guān)系。
　　3.3吊車梁用鋼量比例變化規(guī)律
　　吊車梁用鋼量比例隨吊車噸位、柱距、柱高及跨度的變化規(guī)律詳見圖3.
　　
　　圖3吊車梁用鋼量比例變化曲線
　　分析圖中用鋼量比例的變化規(guī)律，可以看到:
　�、俚踯嚵河娩摿勘壤�隨吊車噸位變化規(guī)律:隨吊車噸位(5T,10T,15T,20T}的增加，用鋼量所占比例增加。
　�、诘踯嚵河娩摿勘壤�隨柱距變化規(guī)律:隨柱距(6m,7.5m,9m)的增加，用鋼量所占比例增加。
　　③吊車梁用鋼量比例隨柱高變化規(guī)律:隨柱高(4.5m,6m,7.5m,9m)的增加，用鋼量所占比例減少。
　�、艿踯嚵河娩摿勘壤�隨跨度變化規(guī)律:隨跨度(12m,15m,18m,21m,24m,27m,30m,33m)的增加，用鋼量所占比例呈線性減少較快。
　　3.4門式剛架用鋼量比例變化規(guī)律:
　　門式剛架用鋼量比例隨吊車噸位、柱距、柱高及跨度的變化規(guī)律詳見圖4。
　　
　　圖4門式剛架用鋼量比例變化曲線
　　分析圖中用鋼量比例的變化規(guī)律，可以看到:
　�、匍T式剛架用鋼量比例隨吊車噸位變化規(guī)律:隨吊車噸位(5T,l0T,15T,20T)的增加，用鋼量所占比例比較接近。
　�、陂T式剛架用鋼量比例隨柱距變化規(guī)律:隨柱距(6m,7.5m,9m)的增加，用鋼量所占比例呈線性減少。
　　③門式剛架用鋼量比例隨柱高變化規(guī)律:隨柱高(4.5m,6m,7.5m,9m)的增加，用鋼量所占比例呈微弱增加。
　�、荛T式剛架用鋼量比例隨跨度變化規(guī)律:隨跨度(12m,15m,18m,21m,24m,27m,30m,33m)的增加，用鋼量所占比例呈線性增加較快。
　　結(jié)束語
　　門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)作為一個(gè)系統(tǒng)工程，其經(jīng)濟(jì)性既取決于各組成構(gòu)件的用鋼量，同時(shí)取決于各構(gòu)件之間的合理組合(即合理的建筑空間)。通過本章的統(tǒng)計(jì)分析，探索了門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量隨廠房吊車噸位，跨度，高度，柱距存在特定的變化規(guī)律，以及各組成構(gòu)件用鋼量所占比例的構(gòu)成規(guī)律。其規(guī)律是特定的，其中:
　　門式剛架房屋單方用鋼量隨吊車噸位(無，5T,10T,15T,20T)的增加，單方用鋼量增加;隨柱距(6m,7.5m,9m)的增加，單方用鋼量先變小后變大;隨柱高(4.5m,6m,7.5m,9m)的增加，單方用鋼量呈線性增加;隨跨度(12m,15m,18m,21m,24m,27m,30m,33m)的增加，單方用鋼量先變小后變大。
　　屋面墻面擦條用鋼量比例隨吊車噸位(無，5T,l0T,15T,20T)的增加，用鋼量所占比例減少;隨柱距(6m,7.5m;9m)的增加，用鋼量所占比例增加;隨柱高(4.5m,6m,7.5m,9m)的增加，用鋼量所占比例減少;隨跨度(12m,15m,18m,21m,24m,27m,30m,33m)的增加，用鋼量所占比例的變化規(guī)律是先增加后降低。
　　吊車梁用鋼量比例隨吊車噸位變化規(guī)律:隨吊車噸位(5T,10T,15T,20T)的增加，用鋼量所占比例增加;隨柱距(6m,7.5m,9m)的增加，用鋼量所占比例增加;隨柱高(4.5m,6m,7.5m,9m)的增加，用鋼量所占比例減少;隨跨度(12m,15m,18m,21m,24m,27m,30m,33m)的增加，用鋼量所占比例減少。
　　門式剛架用鋼量比例隨吊車噸位變化規(guī)律:隨吊車噸位(5T,10T,15T,20T)的增加，用鋼量所占比例比較接近;隨柱距(6m,7.5m,9m)的增加，用鋼量所占比例減少;隨柱高(4.5m,6m,7.5m,9m)的增加，用鋼量所占比例增加;隨跨度(12m,15m,18m,21m,24m,27m,30m,33m)的增加，用鋼量所占比例增加。
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