[摘 要]采用STS計(jì)算剛架時(shí)，為優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少剛架用鋼量，提出了控制參數(shù)的建議值，并通過(guò)論證和工程實(shí)踐證明了參數(shù)建議值的可行性，可供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考和探討。
[關(guān)鍵詞]剛架 用鋼量 容許長(zhǎng)細(xì)比 撓度容許值 活荷載不利布置
0 引言
目前，單層鋼結(jié)構(gòu)廠房多采用剛架體系，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可按規(guī)則結(jié)構(gòu)采用平面模型進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)采用由中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部編制的鋼結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件STS中的框排架平面模型計(jì)算剛架時(shí)，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定和結(jié)構(gòu)的具體情況輸入一些控制參數(shù)，這些參數(shù)取值的不同，會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生很大影響，導(dǎo)致增加不必要的鋼材量而造成浪費(fèi)，為優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少剛架用鋼量，現(xiàn)對(duì)部分控制參數(shù)的取值做如下探討。
1 設(shè)計(jì)規(guī)范的選擇
設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型選擇相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)單層鋼結(jié)構(gòu)廠房一般應(yīng)選擇《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017―2003（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《鋼規(guī)》），對(duì)符合《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS 102：2002（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《門(mén)規(guī)》）的單層輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房可選擇《門(mén)規(guī)》，當(dāng)然，也可按《鋼規(guī)》進(jìn)行驗(yàn)算，因?yàn)榘础朵撘?guī)》第1.0.2條的規(guī)定，它適應(yīng)于工業(yè)與民用房屋和一般構(gòu)筑物，對(duì)非冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的普通鋼結(jié)構(gòu)均可按該規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)算。作為國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的《鋼規(guī)》與協(xié)會(huì)推薦性標(biāo)準(zhǔn)《門(mén)規(guī)》相比，《鋼規(guī)》對(duì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及板件的要求一般要偏嚴(yán)，自然會(huì)導(dǎo)致用鋼量的增加，至于增加比例會(huì)因工程具體情況的不同有較大差異。通過(guò)對(duì)多項(xiàng)實(shí)際工程中剛架的計(jì)算，對(duì)符合《門(mén)規(guī)》規(guī)定的單層輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房按《門(mén)規(guī)》驗(yàn)算與按《鋼規(guī)》驗(yàn)算相比，對(duì)Q235鋼減少10%左右，對(duì)Q345鋼減少15%左右。此外，在抗震設(shè)防區(qū)采用《門(mén)規(guī)》進(jìn)行驗(yàn)算的單層輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房，按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011―2001（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《抗規(guī)》）第9.2.1條的規(guī)定，可不必遵循其相關(guān)規(guī)定，所以用鋼量還會(huì)有一定減少。
2 受壓構(gòu)件容許長(zhǎng)細(xì)比的取值
按《鋼規(guī)》第5.3.8條的規(guī)定，受壓構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比為150，與鋼材的牌號(hào)無(wú)關(guān)。但按《抗規(guī)》第1.0.2條（強(qiáng)條）的規(guī)定，在抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的建筑，必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，其中包括計(jì)算和構(gòu)造，按《抗規(guī)》第9.2.11條的規(guī)定，長(zhǎng)細(xì)比限值為，其中為鋼材的屈服強(qiáng)度，對(duì)Q235鋼取120，對(duì)Q345鋼取99。顯然，如果嚴(yán)格執(zhí)行《抗規(guī)》對(duì)單層鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震構(gòu)造措施的規(guī)定，剛架柱用鋼梁量會(huì)大幅增加，主要發(fā)生在截面為H形的實(shí)腹柱段，其弱軸方向?yàn)閯偧艿钠矫嫱�，平面外的長(zhǎng)細(xì)比易成為截面設(shè)計(jì)的瓶頸，導(dǎo)致強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，對(duì)Q345鋼就更為明顯，以致其高強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)不能發(fā)揮。為優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低剛架的用鋼量，現(xiàn)根據(jù)結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，靈活運(yùn)用《抗規(guī)》提高結(jié)構(gòu)抗震能力的精神，對(duì)其規(guī)定的長(zhǎng)細(xì)比限值予以放寬，對(duì)Q235鋼取150，對(duì)Q345鋼取120，主要是考慮到以下原因：《抗規(guī)》對(duì)單層鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震構(gòu)造措施的規(guī)定主要是針對(duì)重型屋蓋的，按其第9.2.1條的規(guī)定，不適用于單層輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房，因?qū)?ldquo;輕型”的概念難以界定，但對(duì)采用輕型屋蓋的剛架，至少在一定程度上具備“輕型”的結(jié)構(gòu)特性。此外，因其屋蓋重力荷載代表值較小，在作用效應(yīng)的組合中，對(duì)8度（0.20g）及以下抗震設(shè)防區(qū)，水平地震作用效應(yīng)參與的組合一般不控制，按《門(mén)規(guī)》第3.1.4條的規(guī)定，可不必遵循《抗規(guī)》的構(gòu)造措施。采用適當(dāng)放寬的長(zhǎng)細(xì)比限值計(jì)算剛架與嚴(yán)格執(zhí)行《抗規(guī)》長(zhǎng)細(xì)比限值相比，剛架柱的用鋼量會(huì)有所減少，減少比例會(huì)因工程具體情況的不同有較大差異，通過(guò)對(duì)多項(xiàng)實(shí)際工程中剛架的計(jì)算，對(duì)Q235鋼減少5%左右，對(duì)Q345鋼減少8%左右。
3 梁撓度容許值的取值
按《鋼規(guī)》附錄A第A.1.1條的規(guī)定，剛架梁撓度容許值[vT]為L(zhǎng)/400，L為梁的跨度。因剛架梁的跨度一般較大，如果嚴(yán)格按該限值控制，撓度往往成為梁截面設(shè)計(jì)的瓶頸，鋼材的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，以致梁的用鋼量有明顯增加。對(duì)Q345鋼就更為明顯，因?yàn)殇摬牡膹?qiáng)度并不提高梁的抗彎剛度，以致高強(qiáng)優(yōu)勢(shì)不能發(fā)揮，為優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低剛架梁的用鋼量，對(duì)該限值予以放寬取L/300，主要是考慮到以下因素：因剛架梁支承的為輕型屋面，可借鑒《門(mén)規(guī)》對(duì)剛架梁撓度的限值，按其第3.4.2條的規(guī)定取L/180，但考慮到剛架多設(shè)置重級(jí)工作制的吊車(chē)，對(duì)屋蓋剛度要求較高，而未直接采用該限值。此外，在我們近幾年的多項(xiàng)實(shí)際工程中，剛架梁的撓度限值均采用了L/300，至今均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。至于限值L/300能否繼續(xù)放寬，還需要今后做大量的實(shí)踐和論證工作。剛架梁撓度限值取L/300計(jì)算剛架與取L/400相比，剛架梁的用鋼量會(huì)有大幅減少，減少比例會(huì)因工程具體情況的不同有較大差異，通過(guò)對(duì)多項(xiàng)實(shí)際工程中剛架的計(jì)算，對(duì)Q235鋼減少10%左右，對(duì)Q345鋼減少15%左右。需要注意的是，對(duì)設(shè)置電動(dòng)葫蘆的剛架梁，為避免因梁的撓度過(guò)大影響葫蘆的正常使用，應(yīng)嚴(yán)格控制梁的撓度，限值取L/400。
4 是否考慮活荷載不利布置
是否考慮活荷載的不利布置是設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程具體情況做結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析時(shí)是否要考慮的問(wèn)題，相關(guān)規(guī)范對(duì)此未做規(guī)定。工程實(shí)例表明，是否考慮活荷載的不利布置，對(duì)多跨（兩跨及以上）剛架內(nèi)力和變形的計(jì)算結(jié)構(gòu)影響較大，尤其是梁的彎矩和撓度，而撓度往往是梁截面設(shè)計(jì)的瓶頸，以致梁的用鋼量會(huì)有較大幅度的增加，設(shè)計(jì)人員對(duì)此應(yīng)慎重。對(duì)一般剛架，活荷載主要是指屋面可變荷載，包括屋面活荷載和雪荷載，對(duì)屋面活荷載，考慮到輕鋼屋面的施工或維修荷載較小，且不會(huì)大面積出現(xiàn)，因而不利布置的概率極小，可不考慮活荷載的不利布置；對(duì)雪荷載，按《荷規(guī)》第6.2.2條的規(guī)定，也可不考慮活荷載的不利布置。對(duì)設(shè)置電動(dòng)葫蘆的剛架，情況較為復(fù)雜，葫蘆荷載可按集中活荷載考慮，對(duì)多跨剛架，多臺(tái)吊車(chē)在同一榀剛架檢修的概率極小，可僅考慮一臺(tái)葫蘆荷載的不利布置；考慮到吊車(chē)與屋面在同一榀剛架同時(shí)檢修的概率極小，葫蘆荷載與屋面活荷載可不組合，但葫蘆荷載應(yīng)與雪荷載組合，此時(shí)應(yīng)乘以組合值系數(shù)。不考慮活荷載的不利布置計(jì)算剛架與考慮相比，剛架梁的用鋼量會(huì)有大幅減少，減少比例會(huì)因工程具體情況的不同有較大差異，通過(guò)對(duì)幾項(xiàng)實(shí)際工程中剛架的計(jì)算，對(duì)Q235鋼減少10%左右，對(duì)Q345鋼減少15%左右。
5 結(jié)語(yǔ)
采用STS計(jì)算剛架時(shí)，在保證安全和正常使用的前提下，為優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少剛架的用鋼量，對(duì)上述控制參數(shù)的取值提供了建議，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范和剛架的自身特點(diǎn)做了大量論證。此外，還通過(guò)多項(xiàng)工程實(shí)踐，證明參數(shù)建議值的可行性，并通過(guò)對(duì)比給出了減少用鋼量指標(biāo)，這些參數(shù)建議值可供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考和探討。
參考文獻(xiàn)
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[2] 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn).門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[CECS 102：2002].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003
