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)濟性。即門式剛架輕型房屋鋼結構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，以及各組成構件用鋼量所占比例的構成規(guī)律。
　　關鍵詞：門式剛架；輕型房屋；鋼結構體系
　　門式剛架輕型房屋鋼結構是一個系統(tǒng)工程，整個結構由屋面壓型鋼板、屋面擦條、墻面擦條、吊車梁、支撐系統(tǒng)以及起主要承重結構的多榻門式剛架等組成，其經(jīng)濟性既取決于各組成構件的用鋼量，又取決于各構件之間的合理組合。比如在建筑平面尺寸一定時，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，達到優(yōu)化設計的目的。同樣吊車噸位、柱高、跨度等對門式剛架輕型房屋鋼結構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)濟性。即門式剛架輕型房屋鋼結構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，以及各組成構件用鋼量所占比例的構成規(guī)律。
　　1門式剛架輕型房屋鋼結構的特點
　　門式剛架輕型房屋鋼結構在我國的應用大約始于20世紀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、展覽廳及活動房屋、加層建筑等。
　　門式剛架輕型房屋鋼結構是指以輕型焊接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成的實腹式門式剛架或格構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設置支撐的一種輕型房屋結構體系。
　　在目前的工程實踐中，門式剛架的梁、柱多采用焊接H形變截面構件，單跨剛架的梁柱節(jié)點采用剛接，多跨者大多剛接和鉸接并用;柱腳可與基礎剛接或鉸接;圍護結構多采用壓型鋼板;保溫隔熱材料多采用玻璃棉。
　　門式剛架輕型房屋鋼結構相對于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構(排架)具有以下特點:
　　①柱網(wǎng)布置比較靈活
　　傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構形式由于受屋面板、墻板尺寸的限制，柱距多為6米，當采用12米柱距時，需設置托架及墻架柱。而門式剛架結構的圍護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。
　　②質量輕
　　圍護結構采用壓型金屬板、玻璃棉及冷彎薄壁型鋼等材料組成，屋面、墻面的質量都很輕。根據(jù)國內(nèi)工程實例統(tǒng)計，單層輕型門式剛架房屋承重結構的用鋼量一般為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構的1/20-1/30。由于結構質量輕，相應地基礎可以做得較小，地基處理費用也較低。同時在相同地震烈度下結構的地震反應小。但當風荷載較大或房屋較高時，風荷載可能成為單層輕型門式剛架結構的控制荷載。
　　③抗震性能好
　　由于鋼結構屬于柔性結構、自重輕，因而能有效地降低地震響應及災害影響程度，極有利于抗震。我國是一個多地震區(qū)國家，在地震區(qū)建筑中應多多推廣應用鋼結構，必可大大減少地震災害和人員傷亡。
　　④工業(yè)化程度高，施工周期短
　　門式剛架結構的主要構件和配件多為工廠制作，質量易于保證，工地安裝方便;除基礎施工外，基本沒有濕作業(yè);構件之間的連接多采用高強度螺栓連接，安裝迅速。
　　⑤宜于拆卸搬遷和資源的回收利用
　　一旦業(yè)主對所造廠址不滿意或外界環(huán)境發(fā)生意想不到的變化，則整個建筑可在很短時間內(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。
　　⑥利于環(huán)保
　　由于鋼結構的絕大部分制作工作在工廠進行，現(xiàn)場多為安裝，避免了鋼筋混凝土及水泥砂漿的現(xiàn)場攪拌和整搗所帶來的噪音和粉塵污染。
　　⑦綜合經(jīng)濟效益高
　　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)目前我國的市場價格，輕鋼結構的造價已經(jīng)低于鋼筋混凝土結構，當廠房的跨度越大時，其優(yōu)勢更為明顯，這也是它賴以競爭的一大優(yōu)勢。
　　正是由于輕鋼結構的諸多優(yōu)點，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構抗腐蝕性差的缺點，使得它在工業(yè)廠房中獲得了廣泛的應用。
　　2經(jīng)濟性指標統(tǒng)計
　　門式剛架房屋鋼結構體系用鋼量的經(jīng)濟性指標統(tǒng)計計算的基本條件為:
　　①計算程序采用中國建筑科學研究院編制的PKPM-STS;
　　②基本規(guī)范為《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》(CECS102:2002);
　　③屋面恒荷載標準值0.3KN/m2，活載標準值0.3KN/m2;
　　④基本風壓0.4KN/m2，地面粗糙度為B類;
　　⑤橫向跨數(shù)為單跨;
　　⑥柱距有6m,7.5m,9m三種;
　　⑦跨度有12m,15m,18m,21m,24m,27m,30m,33m;
　　⑧無吊車，St,10t,15t,20t五種(吊車設定為兩臺，工作級別AS);
　　⑨檐口高度為4.5m,6m,7.5m,9m;
　　⑩屋面坡度為1:20，均為單跨雙坡;無吊車柱腳為鉸接，有吊車柱腳為剛接;抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g;
　　3經(jīng)濟性指標分析
　　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;對有吊車廠房，9m柱距用鋼量最大。
　　③門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，最優(yōu)經(jīng)濟跨度為12-15m;ST吊車廠房最優(yōu)經(jīng)濟跨度為21-24m;10T吊車廠房最優(yōu)經(jīng)濟跨度為24-27m;15T吊車廠房最優(yōu)經(jīng)濟跨度為27-30m;20T吊車廠房最優(yōu)經(jīng)濟跨度為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:
　　①屋面墻面擦條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。
　　③屋面墻面擦條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:
　　①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。
　　②吊車梁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。
　　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。
　　④吊車梁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:
　　①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,l0T,15T,20T)的增加，用鋼量所占比例比較接近。
　　②門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。
　　④門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。
　　結束語
　　門式剛架輕型房屋鋼結構作為一個系統(tǒng)工程，其經(jīng)濟性既取決于各組成構件的用鋼量，同時取決于各構件之間的合理組合(即合理的建筑空間)。通過本章的統(tǒng)計分析，探索了門式剛架輕型房屋鋼結構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，以及各組成構件用鋼量所占比例的構成規(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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