【正文】 rial building. But in the portal frame light steel structure industrial building, unsuitable module can cause too large design steel cost. This paper introduces some problem and cooresponding solutions in the several practical projects the author engaged. The optimumal column spacing in the light steel structure industrial building is discussed in detial from the point of design steel cost. KeyWords: light steel structure。 portal frame。 column spacing 概述 門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)是單層工業(yè)廠房中一種常見的結(jié)構(gòu)形式。特別是近十多年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，由于生產(chǎn)的需要，這類結(jié)構(gòu)以其用鋼量低，重量輕，造價低，適用范圍廣等優(yōu)點而獲得廣泛的應(yīng)用。不僅國外的輕鋼生產(chǎn)廠家紛紛將整套的廠房結(jié)構(gòu) 體系推向國內(nèi)市場，國內(nèi)的輕鋼生產(chǎn)廠家、設(shè)計單位也紛紛轉(zhuǎn)向這類結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)和設(shè)計。 但是，由于我國目前還沒有相應(yīng)的輕鋼設(shè)計規(guī)范。大部分設(shè)計仍沿用現(xiàn)行的普通鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范來進行門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算，使得設(shè)計用鋼量指標高攀不下，或在沒有充分理論依據(jù)的情況下，憑經(jīng)驗一味地追求低用鋼量而造成事故。因此，對門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)的研究，建立和完善專門的設(shè)計規(guī)范勢在必行。 設(shè)計方面 屋面活荷載取值 框架荷載取 ，但屋面結(jié)構(gòu)，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到 ?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定不上人屋面的活荷載為 ，但構(gòu)件的荷載面積大于 60m2 的可乘折減系數(shù) 。門式剛架一般符合此條件，所以可用，與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范保持一致。國外這類，要考慮 ，安徽工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 報告紙 第 3 頁 而我們無此規(guī)定，遇到超載情況，就要出安全問題。設(shè)計時可適當提高至 ?，F(xiàn)在有的框架梁太細，檁條太小，明顯有人為減少荷載情況，應(yīng)特別注意，決不允許在有限的活荷載中 “偷工減料 ”。 屋脊垂度要控制 框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規(guī)定為 1/180，除驗算 坡面斜梁撓度外，是否要驗算跨中下垂度？過去不明確，可能不包括屋脊點垂度?，F(xiàn)在應(yīng)該是計算的。一般是將構(gòu)件分段，用等截面程序計算，每段都要計算水平和豎向位移，不能大于允許值，等于要驗算跨中垂度。跨中垂度反映屋面豎向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來就小，脊點下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過小，第一榀剛架與山墻間的屋面出現(xiàn)斜坡，使屋面變形。本人有此想法，剛架側(cè)移后，當山尖下垂對坡度影響較大時（例如使坡度 小于 1/20），要驗算山尖垂度，以便對屋面剛度進行控制。 鋼柱換砼 柱 少數(shù)設(shè)計的門式剛架，采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預(yù)埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節(jié)省鋼材和降低造價。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時梁柱只能鉸接，不能剛接。多高層建筑中，鋼梁與墻的連接也是如此。因為混凝土是一種脆性材料，雖然構(gòu)件可以通過配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很并，在外力作用下很容易松動和破壞。有些設(shè)計，在門式剛架設(shè)計好之后，又根據(jù)業(yè)主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。應(yīng)當指出，砼柱加鋼梁作成排架是可以的，但將剛架的鋼柱換成 砼柱，而鋼梁不變，是不行的。由于連接不同，構(gòu)件內(nèi)力也不同，要的工程斜梁很細，可能與此有關(guān)。 檁條計算不安全 檁條計算問題較大。檁要是冷彎薄壁構(gòu)件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時要屈曲，強度計算應(yīng)采用有效寬度，對原有截面要減弱，不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。有效寬度理論是在《冷彎薄壁型鋼構(gòu)件技術(shù)規(guī)范》（ GB50018－ 2021）中講的，有的設(shè)計人員恐怕還不了解，甚至有些設(shè)計軟件也未考慮。但是，設(shè)計光靠軟件不行，還要能判斷。軟件未考慮的，自己要考慮。再有，設(shè)計人員往往忽略強度計算要用凈斷面， 忽略釘孔減弱。這種減弱，一般達到 615%，對小截面窄翼緣的梁影響較大。剛架整體分析采用的是全截面，如果強度計算不用凈截面，實際應(yīng)力將高于計算值。《規(guī)范》 、 9 條規(guī)定： “結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受拉強度應(yīng)按凈截面計算；受壓強度應(yīng)按有效截面計算；穩(wěn)定性應(yīng)按有效截面計算。變形和各種穩(wěn)定系數(shù)均可按毛截面計算 ”。有的單位看到國外資料中檁條很薄，也想用薄的。國外檁條普遍采用高強度低合金鋼，但我國低合金鋼 Q345 的沖壓性能不行，只有用 Q235 的。國外是按有效截面計算承載力的。如果用 Q235 的，又想用得薄，計算時還不考慮有效截 面，荷載稍大時檁條就要垮。 門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)合理柱距的選擇 安徽工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 報告紙 第 4 頁 廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中首先要解決的問題是如何配合工藝要求進行柱網(wǎng)的平面布置。過去我國和前蘇聯(lián)習慣上將柱距模數(shù)定為 3m(常用 3m， 6m， 9m， 12m等 )，這實際上是照搬了預(yù)制鋼筋混凝土工業(yè)廠房的模數(shù)制。對門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)是否適用，尚很少有人對此進行專門的研究。然而，從綜合經(jīng)濟分析的角度來看，合理的柱距 (模數(shù) )對設(shè)計的好壞影響極大。這是因為： (1)對門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)而言，任何一項設(shè)計，其設(shè)計用鋼量的多少是評價設(shè)計優(yōu)劣的一項重要指標。而設(shè)計用鋼量和柱 距的大小是密切相關(guān)的(詳見以下工程實例 ) (2)用輕質(zhì)屋面材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)笨重的預(yù)制鋼筋混凝土屋面板，并采用輕型墻體材料，改變了傳統(tǒng)工業(yè)廠房 ”肥梁，胖柱，重蓋，深基 ”的做法。設(shè)計中可采用由預(yù)制鋼筋混凝土限制的傳統(tǒng)柱距模數(shù)，或采用新的模數(shù)化柱距，以降低用鋼量指標。(3)廠房的實際用鋼量及費用還與鋼材的供應(yīng)情況 (品種規(guī)格 )、構(gòu)件標準化程度等密切相關(guān)。有時因材料替代及非標準構(gòu)件的采用而造成的額外耗鋼還相當可觀。當然，離開了柱距模數(shù)，構(gòu)件的標準化是無從談起的。 因此，只有從研究經(jīng)濟柱距入手，確定合理的柱距模數(shù)，才能使門 式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)真正地實現(xiàn)設(shè)計標準化、定型化、專門化。從而推動門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系在我國的發(fā)展。 本畢業(yè)設(shè)計 是一個 218? 米跨，帶有 210? 噸吊車的廠房，萬榮廠有兩個車間， 林德發(fā)的畢業(yè)設(shè)計是 一個 2 21? 米跨 ， 帶有 25? 噸吊車 ,另一個是 218? 米跨 ， 帶有 210? 噸吊車的廠房?？梢哉f，這三個廠房從跨度和吊車噸位而言是有很大差別的，都采用 6 米柱距是否合適？ 本人 以剛架跨度和吊車噸位為主要變量，利用 PKPM 進行結(jié)構(gòu)分析，對兩廠所采用的實腹式門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系在給定剛架跨度和吊車噸位的條件下，其設(shè)計用鋼量隨柱距的變化情況作了較系統(tǒng)的研究。主要考慮跨度： 12m、 15m、18m、 24m、 30m、 36m；吊車噸位： 0t、 2t、 5t、 10t、 15t、 20t；及柱距為 3m、 6m、9m、 12m、 15m、 18m的情況。結(jié)構(gòu)計算簡圖見圖 1。 圖 1 門式剛架計算模型（雙跨） 為使研究更具有普遍意義和可比性，本文在設(shè)計計算時采用以下參數(shù)：鋼材： 鋼； 風載：以 ，近似取高度變化系數(shù)zu為 。 雪荷載 :,考慮屋面坡度 1:15,α15176。取屋面積雪分布系數(shù)為 。吊車荷載：吊車基本參數(shù)和尺寸依據(jù)《 5～ 50 一般用途電動橋式起重機基本參數(shù)和尺寸系列 (ZQ162)》。 安徽工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 報告紙 第 5 頁 需要說明的是： ① 因本文考慮的是中級制工作廠房，吊車的噸位不大。因此在設(shè)計分析時，當柱距較小 (9m)，吊車梁采用加寬上翼緣的實腹式工形截面梁，以滿足側(cè)向穩(wěn)定的要求；當柱距為 9m～ 18m時，由于采用加寬上翼緣的方式通常需較大的翼緣，故采用制動桁架體系。 ② 同樣對檁條和墻架粱，當跨度大于 9m時，因采用實腹式變 得很不經(jīng)濟或規(guī)格常受到限制，故采用桁架式。當跨度小于 9m 時，檁條和墻架梁采用冷彎薄壁型鋼，詳見參考文獻。 ③ 另外，本文在用鋼量計算中，未對節(jié)點進行詳細的設(shè)計，而是根據(jù)以往的經(jīng)驗，將構(gòu)件用鋼量乘 ～ 的放大系數(shù)，作為構(gòu)件的總用鋼量。 ④ 本文各構(gòu)件最危險截面考慮穩(wěn)定后最大應(yīng)力 (折算應(yīng)力 )控制在設(shè)計值的 90％左右。 圖 218? 跨， 210? 噸吊車 圖 ? 跨， 25? 噸吊車 安徽工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 報告紙 第 6 頁 圖 ～ c 給出了根據(jù)以上條件分析得到的涿州廠和萬榮廠各自在 2x24m跨，2x(10+20)t 吊車， 2x18m跨， 2x(3+5)t 吊車及 15m單跨， 2t 吊車條件下，各單項用鋼量及總用鋼量隨柱距的變化情況 (單位： kg/m2)。 從上圖可以看出： ① 、對門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系而言，剛架用鋼量是最主要的，當剛架跨度較小時，剛架用鋼量甚至占總用鋼量的 50％以上，而其它各單用鋼量，特別是墻架梁、柱間支撐、屋面支撐，其用鋼量只占比例較小的一部分，因此，如 何設(shè)計好門式剛架對降低總用鋼量具有重要意義。 ② 、隨著柱距的增大，作為整個廠房結(jié)構(gòu)“用鋼量大戶 ”的剛架，其用鋼量比率是逐漸下降的，并且隨柱距的增加，下降的幅度逐漸趨于平緩。 ③ 、其它各項的用鋼量均隨柱距的增加而增加，并且增幅較大，特別是吊車梁，由于柱距較大，須采用格構(gòu)形式，其用鋼量逐漸占主要地位，并最終超過了剛架的用鋼量。其次是檁條，因長細比的要求，用鋼量增加也較快。 ④ 、整個單層廠房上部結(jié)構(gòu)，其總用鋼量隨柱距的增加先是逐漸減少，而后增加。呈 “浴盆曲線 ”，這表明，就用鋼量指標而言，還是存在一個最優(yōu)柱距的。當然，由 于不同人員在設(shè)計同一結(jié)構(gòu)時時，各設(shè)計方案可能在結(jié)構(gòu)體系，圍護布置等選擇上有所差別，從而各用鋼量指標不盡相同，但其用鋼量變化趨勢及上述結(jié)論是一致的。綜合各項用鋼量表明，對此特定的廠房而言，其由設(shè)計用鋼量確定的最優(yōu)柱距在 6~8m。研究還表明，而對其它跨度和吊車噸位的情況，最優(yōu)柱距是不斷變化的。圖 ~f 還給出了無吊車情況，用鋼量隨柱距的變化情況。同樣，我們可以得出類似的結(jié)論，不同的是，無吊車時，不僅總用鋼量大大減少（因吊車梁用鋼量占很大比例），而且最優(yōu)柱距也有所變化，并有變大的趨勢，在上述條件下，其最優(yōu)柱距在 89 米。 以上僅是針對本工程的實際情況，對門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系的每平米用鋼量與柱距的關(guān)系所作的討論。實際上，影響最優(yōu)柱距及設(shè)計用鋼量的因素眾多，如目前研究方興未艾的蒙皮效應(yīng)，空間協(xié)同作用等等，在此不再作詳細討論。 門式剛架的應(yīng)用 和 展望 單層剛架中，輕型門式剛架的應(yīng)用最為普遍。它是現(xiàn)階段國內(nèi)輕鋼結(jié)構(gòu)的代表，也是市場需求量最大的一種鋼結(jié)構(gòu)形式。門式剛架按結(jié)構(gòu)形式可分為實腹式和格構(gòu)式。后者主要用于凈跨度較大的建筑，而實腹式門式剛架由于其外形美觀、線條醒目、安裝方便、節(jié)省鋼材和易于實現(xiàn)構(gòu)件制作標準化的特 點，被廣泛應(yīng)用于單層工業(yè)廠房、超市、展覽館、體育館或倉庫式工業(yè)建筑，取得了非常好的經(jīng)濟與社會效益。 門式剛架輕鋼廠房結(jié)構(gòu)是輕鋼結(jié)構(gòu)的重要分支，這種房屋具有重量輕、用鋼省、造價低、在 7度及以下地區(qū)不需考慮抗震、形式美觀具有現(xiàn)代感、用途廣泛、制作簡單、施工周期短，深受制作、施工企業(yè)和廣大用戶歡迎。這種結(jié)構(gòu)已成為鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)甚至整安徽工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 報告紙 第 7 頁 個建筑業(yè)中發(fā)展最快的一種結(jié)構(gòu)類型，每年新增建筑面積 400多萬平米，已在很大程度上取代了傳統(tǒng)的混凝土工業(yè)廠房，取得了重大的經(jīng)濟效益。輕型門式剛架作為輕鋼結(jié)構(gòu)建筑體系中最具有生命力的結(jié)構(gòu)形式， 正在把我國輕型鋼結(jié)構(gòu)體系的建設(shè)推向一個新高潮，可以預(yù)見不久的將來它的應(yīng)用前景更為廣闊。 結(jié)論 輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的規(guī)范化設(shè)計尚處于探索階段， 96 年建設(shè)部已組織有關(guān)專家編寫《門式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》 (草稿 )。為加強對這方面的研究，本文通過對筆者從事的幾個實際工程實例的設(shè)計中遇到的一些問題及解決辦法的探討。希望起到拋磚引玉的作用。 參考文獻 [1]弓曉蕓 輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的發(fā)展及展望《工業(yè)建筑》 1995 [2]郭彥林 輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的主要結(jié)構(gòu)形式 — 山型門式實腹式剛架 結(jié)構(gòu) 《工業(yè)建筑》 1997 [3]中國建筑標準設(shè)計研究所 《輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計資料集》中國建工工業(yè)出版 社 [4]趙熙元等主編 《建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》冶金工業(yè)出版社， 1995