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怎么制作鋼結(jié)構(gòu)方案可以減少用鋼量？
作者：廣州鋼構(gòu) 來源：本站 發(fā)表時間：2016/8/3 12:03:49 查看：次
我們都知道，鋼結(jié)構(gòu)工程造價預(yù)算絕大部分取決于工程所用鋼量，為了節(jié)約成本，我們可以在鋼結(jié)構(gòu)工程的哪些階段部分減少用鋼量？
一、柱距選擇
技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表明，標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的最經(jīng)濟(jì)柱是8~9m，超過9m時，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價并不經(jīng)濟(jì)。這里標(biāo)準(zhǔn)荷載是指：屋面活載0.3KN/m2，基本風(fēng)壓0.5KN/m2，當(dāng)荷載更大時，經(jīng)濟(jì)柱距應(yīng)相應(yīng)減少。對于帶有10噸以上行車的廠房，經(jīng)濟(jì)術(shù)距應(yīng)該是6~7m。
在布置柱距時，如需采用不等柱距時，應(yīng)盡量將端跨距布置得比中間跨小，這是由于端跨風(fēng)荷載要比中間跨大，另外在采用連續(xù)檁條設(shè)計時，端跨的撓度及跨中彎距總是比其他跨要大。采用較小的端跨能使屋面檁條設(shè)計更方便節(jié)省。
例1：建筑物長度 = 70m
經(jīng)濟(jì)柱距可�。� 1@7 + 7@8 + 1@7 或者 1@8 + 6@9 + 1@8
例2：建筑物長度 = 130m，行車10噸
經(jīng)濟(jì)柱距可取： 1@5.5 + 17@7 +1@5.5 或者 20@6.5
二、合理跨度的確定
不同的生產(chǎn)工藝流程和使用功能在很大程度上決定著廠房跨度，有的業(yè)主甚至要求輕鋼生產(chǎn)廠家根據(jù)自己的使用功能，確定較為經(jīng)濟(jì)的跨度。在盡可能滿足生產(chǎn)工藝和使用功能上，應(yīng)根據(jù)房屋的高度確定合理的跨度。一般情況下，當(dāng)柱高、荷載一定時，適當(dāng)加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，但節(jié)省空間，基礎(chǔ)造價低，綜合效益較為可觀。通過大量計算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)檐高6m、柱距為7.5m，荷載情況完全一致下，跨度在18-30m之間的剛架單位用鋼量（Q345-B）為10-15kg/m2，當(dāng)跨度在21-48m之間的剛架單位用鋼量為12-24kg/m2，當(dāng)檐高為12m、跨度超過48m時宜采用多跨剛架（中間設(shè)計搖擺柱），其用鋼量較單跨剛架節(jié)約40%以上，因此設(shè)計門式剛架時根據(jù)具體要求選擇較為經(jīng)濟(jì)的跨度，不宜盲目追求大跨度。
三、建筑物長與寬的選擇
一般來說，在布置柱網(wǎng)時應(yīng)遵循長度大于寬度的原則，能減輕剛架用鋼量，同時也能減少柱間支撐的風(fēng)荷載，從而降低支撐系統(tǒng)的用鋼量。
例1：建筑物尺寸為60×50m，則在布置廠房時應(yīng)將60m作為長度方向，50m作為跨度方向，即：60（L）×50（W），而不是50（L）×60（W）。
四、屋面坡度的選擇
屋面坡度需要按照屋面板的構(gòu)造與排水坡面長度及柱結(jié)構(gòu)高度等綜合因素考慮確定，一般取1/10~1/30。研究表明不同的屋面坡度對剛架的用鋼量有較大的影響。
以下我們通過對單跨42m，檐口高度為6m的在不同屋面破度下的用鋼量進(jìn)行計算分析得出的結(jié)果：
當(dāng)屋面破度為0.5：10時，一榀框架重量為：3682 Kg
當(dāng)屋面破度為1.0：10時，一榀框架重量為：3466 Kg
當(dāng)屋面破度為1.5：10時，一榀框架重量為：3328 Kg
當(dāng)屋面破度為2.0：10時，一榀框架重量為：3240 Kg
可以看出，對于單跨剛架，一種較好的減少剛架重量的方式是增大屋面坡度，坡度越大用鋼量越節(jié)省。
然而對于多跨框架來說情況就不同了，坡度大反而會增加框架用鋼量，這是由于大的破度將導(dǎo)致內(nèi)柱長度增加。當(dāng)建筑物跨度較大時，破度增加能降低屋面鋼染的撓度。
通過研究計算，較經(jīng)濟(jì)的坡度為：
多跨建筑： 1：20
單跨，跨度小于45m： 0.5：10
單跨，跨度小于60m： 1.5：10
單跨，跨度大于60m： 2.0：10
實際上，屋面坡度的選取還與建筑有無女兒墻有關(guān)系，坡度則增大將會導(dǎo)致女兒墻造價的增加。
五、檐口高度選擇
檐口高度對造價影響較大，主要表現(xiàn)為以下幾個方面
1.檐口高度增加將導(dǎo)致墻面板面積增加，墻面檁條增加，同時柱的用鋼量也將增加；
2.如果鋼柱無側(cè)向支撐（如中柱，或邊柱無法設(shè)置隅撐），則檐口高度對框架重量影響將更為突出；
3.檐口高度增加，將導(dǎo)致作用在框架上的風(fēng)荷載增加。如果檐口高度/建筑寬度 >0.8，為控制側(cè)向位移，有時甚至需要將柱腳由鉸改為剛接。
檐口高度由以下因素決定：
1.檐口處的凈高要求；
2.有夾層時，夾層的凈高要求及夾層梁高度；
3.有吊車時，吊車梁及吊車吊鉤高度。
六、溫度區(qū)段
七、支撐布置
（一）支撐的作用
在門式剛架柱網(wǎng)的每個溫度區(qū)段間，應(yīng)布置完整的支撐體系，以形成完整的空間結(jié)構(gòu)體系。輕型門式剛架沿寬度方向的橫向穩(wěn)定性，是通過剛架的自身剛度來抵抗所承受到的橫向荷載而保證的。由于在長度方向的縱向結(jié)構(gòu)剛度較弱，需要沿縱向設(shè)置支撐，以保證其縱向穩(wěn)定性。支撐所受力主要是縱向風(fēng)載、吊車剎車力和地震作用以及溫度作用等；計算支撐內(nèi)力時一般假定節(jié)點為鉸接，并忽略偏心的影響，并且一般的支撐都是按拉桿考慮。所以，一般適宜雙向布置。
（二）支撐的常見類型
輕型門式剛架常用的柱間支撐類型見圖3-4。由于建筑功能及外觀要求，或者工藝設(shè)備布置，上述支撐都不允許使用時，可考慮使用縱向框架。這時需要利用柱弱軸的抗彎剛度。
（三）支撐設(shè)置的基本原則
1.盡管有的屋面板有一定的蒙皮效應(yīng)，但這種作用目前還很難去量化，因此在設(shè)計支撐時還不能考慮這種蒙皮效應(yīng)；
2.柱間支撐應(yīng)盡量與屋面支撐設(shè)在同一跨，當(dāng)由于墻面有門洞而無法設(shè)置時，可以將柱間支撐設(shè)在臨跨；
3.通常來說，支撐的間距一般不宜超過5跨；當(dāng)無吊車時宜取30~45m，有吊車時，間距一般不宜大于60m；
（2）當(dāng)柱距較大，邊柱采用假墻架柱的方案時，見圖3-5b；
（3）吊車噸位大于15噸，且?guī)в旭{駛室。
6.當(dāng)建筑寬度大于60m進(jìn)，在內(nèi)列柱宜適當(dāng)增加柱間支撐，當(dāng)不能布置交叉支撐時，可采用圖3-4b，3-4c的支撐形式。也可以不增加內(nèi)部柱間支撐而采取加大屋面支撐或柱間支撐的規(guī)格的方式，此時需要嚴(yán)格進(jìn)行內(nèi)力計算，確保支撐受力安全。
7.在同一柱列，不應(yīng)將不同類型的支撐混用，否則剛度小的支撐受力小，起不到應(yīng)有的作用，而剛度大的支撐由于超負(fù)荷工作而破壞。柱間支撐應(yīng)優(yōu)選選擇使用交叉支撐。
（2）當(dāng)檐口高度大于9m，可根據(jù)支撐的夾角設(shè)置雙層柱間支撐，交叉支撐與水平面的夾角以45°為佳，不宜大于55°；
（3）有吊車時，需在吊車梁處分層設(shè)置柱間上支撐和下支撐。端開間可不設(shè)下層支撐以減少吊車梁的溫度應(yīng)力（見圖3-6b）。
一、柱距選擇
技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表明，標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的最經(jīng)濟(jì)柱是8~9m，超過9m時，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價并不經(jīng)濟(jì)。這里標(biāo)準(zhǔn)荷載是指：屋面活載0.3KN/m2，基本風(fēng)壓0.5KN/m2，當(dāng)荷載更大時，經(jīng)濟(jì)柱距應(yīng)相應(yīng)減少。對于帶有10噸以上行車的廠房，經(jīng)濟(jì)術(shù)距應(yīng)該是6~7m。
在布置柱距時，如需采用不等柱距時，應(yīng)盡量將端跨距布置得比中間跨小，這是由于端跨風(fēng)荷載要比中間跨大，另外在采用連續(xù)檁條設(shè)計時，端跨的撓度及跨中彎距總是比其他跨要大。采用較小的端跨能使屋面檁條設(shè)計更方便節(jié)省。
例1：建筑物長度 = 70m
經(jīng)濟(jì)柱距可�。� 1@7 + 7@8 + 1@7 或者 1@8 + 6@9 + 1@8
例2：建筑物長度 = 130m，行車10噸
經(jīng)濟(jì)柱距可取： 1@5.5 + 17@7 +1@5.5 或者 20@6.5
二、合理跨度的確定
不同的生產(chǎn)工藝流程和使用功能在很大程度上決定著廠房跨度，有的業(yè)主甚至要求輕鋼生產(chǎn)廠家根據(jù)自己的使用功能，確定較為經(jīng)濟(jì)的跨度。在盡可能滿足生產(chǎn)工藝和使用功能上，應(yīng)根據(jù)房屋的高度確定合理的跨度。一般情況下，當(dāng)柱高、荷載一定時，適當(dāng)加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，但節(jié)省空間，基礎(chǔ)造價低，綜合效益較為可觀。通過大量計算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)檐高6m、柱距為7.5m，荷載情況完全一致下，跨度在18-30m之間的剛架單位用鋼量（Q345-B）為10-15kg/m2，當(dāng)跨度在21-48m之間的剛架單位用鋼量為12-24kg/m2，當(dāng)檐高為12m、跨度超過48m時宜采用多跨剛架（中間設(shè)計搖擺柱），其用鋼量較單跨剛架節(jié)約40%以上，因此設(shè)計門式剛架時根據(jù)具體要求選擇較為經(jīng)濟(jì)的跨度，不宜盲目追求大跨度。
三、建筑物長與寬的選擇
一般來說，在布置柱網(wǎng)時應(yīng)遵循長度大于寬度的原則，能減輕剛架用鋼量，同時也能減少柱間支撐的風(fēng)荷載，從而降低支撐系統(tǒng)的用鋼量。
例1：建筑物尺寸為60×50m，則在布置廠房時應(yīng)將60m作為長度方向，50m作為跨度方向，即：60（L）×50（W），而不是50（L）×60（W）。
四、屋面坡度的選擇
屋面坡度需要按照屋面板的構(gòu)造與排水坡面長度及柱結(jié)構(gòu)高度等綜合因素考慮確定，一般取1/10~1/30。研究表明不同的屋面坡度對剛架的用鋼量有較大的影響。
以下我們通過對單跨42m，檐口高度為6m的在不同屋面破度下的用鋼量進(jìn)行計算分析得出的結(jié)果：
當(dāng)屋面破度為0.5：10時，一榀框架重量為：3682 Kg
當(dāng)屋面破度為1.0：10時，一榀框架重量為：3466 Kg
當(dāng)屋面破度為1.5：10時，一榀框架重量為：3328 Kg
當(dāng)屋面破度為2.0：10時，一榀框架重量為：3240 Kg
可以看出，對于單跨剛架，一種較好的減少剛架重量的方式是增大屋面坡度，坡度越大用鋼量越節(jié)省。
然而對于多跨框架來說情況就不同了，坡度大反而會增加框架用鋼量，這是由于大的破度將導(dǎo)致內(nèi)柱長度增加。當(dāng)建筑物跨度較大時，破度增加能降低屋面鋼染的撓度。
通過研究計算，較經(jīng)濟(jì)的坡度為：
多跨建筑： 1：20
單跨，跨度小于45m： 0.5：10
單跨，跨度小于60m： 1.5：10
單跨，跨度大于60m： 2.0：10
實際上，屋面坡度的選取還與建筑有無女兒墻有關(guān)系，坡度則增大將會導(dǎo)致女兒墻造價的增加。
五、檐口高度選擇
檐口高度對造價影響較大，主要表現(xiàn)為以下幾個方面
1.檐口高度增加將導(dǎo)致墻面板面積增加，墻面檁條增加，同時柱的用鋼量也將增加；
2.如果鋼柱無側(cè)向支撐（如中柱，或邊柱無法設(shè)置隅撐），則檐口高度對框架重量影響將更為突出；
3.檐口高度增加，將導(dǎo)致作用在框架上的風(fēng)荷載增加。如果檐口高度/建筑寬度 >0.8，為控制側(cè)向位移，有時甚至需要將柱腳由鉸改為剛接。
檐口高度由以下因素決定：
1.檐口處的凈高要求；
2.有夾層時，夾層的凈高要求及夾層梁高度；
3.有吊車時，吊車梁及吊車吊鉤高度。
六、溫度區(qū)段
根據(jù)輕鋼規(guī)程，最大縱向長度不大于300m，橫向不應(yīng)大于150m�？v向溫度區(qū)段的伸縮縫設(shè)置可采用雙柱布置（圖3-2a），或者將檁條連接采用橢圓孔的單柱伸縮縫（圖3-2b）。
這里需要說明 的是規(guī)程所規(guī)定的最大長度并非是所有建筑都允許所能達(dá)到的長度。對于不同建筑，應(yīng)根據(jù)建筑物本身的使用條件，所在地的自然條件，根據(jù)計算所能出最大的溫度區(qū)段。七、支撐布置
（一）支撐的作用
在門式剛架柱網(wǎng)的每個溫度區(qū)段間，應(yīng)布置完整的支撐體系，以形成完整的空間結(jié)構(gòu)體系。輕型門式剛架沿寬度方向的橫向穩(wěn)定性，是通過剛架的自身剛度來抵抗所承受到的橫向荷載而保證的。由于在長度方向的縱向結(jié)構(gòu)剛度較弱，需要沿縱向設(shè)置支撐，以保證其縱向穩(wěn)定性。支撐所受力主要是縱向風(fēng)載、吊車剎車力和地震作用以及溫度作用等；計算支撐內(nèi)力時一般假定節(jié)點為鉸接，并忽略偏心的影響，并且一般的支撐都是按拉桿考慮。所以，一般適宜雙向布置。
（二）支撐的常見類型
輕型門式剛架常用的柱間支撐類型見圖3-4。由于建筑功能及外觀要求，或者工藝設(shè)備布置，上述支撐都不允許使用時，可考慮使用縱向框架。這時需要利用柱弱軸的抗彎剛度。
（三）支撐設(shè)置的基本原則
1.盡管有的屋面板有一定的蒙皮效應(yīng)，但這種作用目前還很難去量化，因此在設(shè)計支撐時還不能考慮這種蒙皮效應(yīng)；
2.柱間支撐應(yīng)盡量與屋面支撐設(shè)在同一跨，當(dāng)由于墻面有門洞而無法設(shè)置時，可以將柱間支撐設(shè)在臨跨；
3.通常來說，支撐的間距一般不宜超過5跨；當(dāng)無吊車時宜取30~45m，有吊車時，間距一般不宜大于60m；
4.屋面支撐需要在屋脊處斷開。
5.以下情況需要考慮設(shè)置縱向水平屋面支撐（1）當(dāng)有抽柱時，如局部抽柱，僅局部設(shè)縱向支撐即可，見圖3-5a；
（2）當(dāng)柱距較大，邊柱采用假墻架柱的方案時，見圖3-5b；
6.當(dāng)建筑寬度大于60m進(jìn)，在內(nèi)列柱宜適當(dāng)增加柱間支撐，當(dāng)不能布置交叉支撐時，可采用圖3-4b，3-4c的支撐形式。也可以不增加內(nèi)部柱間支撐而采取加大屋面支撐或柱間支撐的規(guī)格的方式，此時需要嚴(yán)格進(jìn)行內(nèi)力計算，確保支撐受力安全。
7.在同一柱列，不應(yīng)將不同類型的支撐混用，否則剛度小的支撐受力小，起不到應(yīng)有的作用，而剛度大的支撐由于超負(fù)荷工作而破壞。柱間支撐應(yīng)優(yōu)選選擇使用交叉支撐。
8.下列情況柱間支撐需要分層設(shè)置。
（1）當(dāng)有高低跨時（或帶有通長大雨蓬時），需要在高低跨處（或大雨蓬處）分層設(shè)置柱間上支撐和下支撐（見3-6a）；（2）當(dāng)檐口高度大于9m，可根據(jù)支撐的夾角設(shè)置雙層柱間支撐，交叉支撐與水平面的夾角以45°為佳，不宜大于55°；
（3）有吊車時，需在吊車梁處分層設(shè)置柱間上支撐和下支撐。端開間可不設(shè)下層支撐以減少吊車梁的溫度應(yīng)力（見圖3-6b）。
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