怎么制作鋼結構方案可以減少用鋼量？
添加時間：2016/8/15 14:18:00
我們都知道，鋼結構工程造價預算絕大部分取決于工程所用鋼量，為了節約成本，我們可以在鋼結構工程的哪些階段部分減少用鋼量？
一、柱距選擇
技術經濟比較表明，標準荷載作用下的最經濟柱是8~9m，超過9m時，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價并不經濟。這里標準荷載是指：屋面活載0.3KN/m2，基本風壓0.5KN/m2，當荷載更大時，經濟柱距應相應減少。對于帶有10噸以上行車的廠房，經濟術距應該是6~7m。
在布置柱距時，如需采用不等柱距時，應盡量將端跨距布置得比中間跨小，這是由于端跨風荷載要比中間跨大，另外在采用連續檁條設計時，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計更方便節省。
例1：建筑物長度 = 70m
經濟柱距可取： 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
經濟柱距可取： 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，有的業主甚至要求輕鋼生產廠家根據自己的使用功能，確定較為經濟的跨度。在盡可能滿足生產工藝和使用功能上，應根據房屋的高度確定合理的跨度。一般情況下，當柱高、荷載一定時，適當加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，但節省空間，基礎造價低，綜合效益較為可觀。通過大量計算發現，當檐高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，當跨度在21-48m之間的剛架單位用鋼量為12-24kg/m2，當檐高為12m、跨度超過48m時宜采用多跨剛架（中間設計搖擺柱），其用鋼量較單跨剛架節約40%以上，因此設計門式剛架時根據具體要求選擇較為經濟的跨度，不宜盲目追求大跨度。
三、建筑物長與寬的選擇
一般來說，在布置柱網時應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荷載，從而降低支撐系統的用鋼量。
例1：建筑物尺寸為60×50m，則在布置廠房時應將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造與排水坡面長度及柱結構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行計算分析得出的結果：
當屋面破度為0.5：10時，一榀框架重量為：3682 Kg
當屋面破度為1.0：10時，一榀框架重量為：3466 Kg
當屋面破度為1.5：10時，一榀框架重量為：3328 Kg
當屋面破度為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致內柱長度增加。當建筑物跨度較大時，破度增加能降低屋面鋼染的撓度。
通過研究計算，較經濟的坡度為：
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系，坡度則增大將會導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，主要表現為以下幾個方面
1.檐口高度增加將導致墻面板面積增加，墻面檁條增加，同時柱的用鋼量也將增加；
2.如果鋼柱無側向支撐（如中柱，或邊柱無法設置隅撐），則檐口高度對框架重量影響將更為突出；
3.檐口高度增加，將導致作用在框架上的風荷載增加。如果檐口高度/建筑寬度 >0.8，為控制側向位移，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、溫度區段
一、柱距選擇
技術經濟比較表明，標準荷載作用下的最經濟柱是8~9m，超過9m時，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價并不經濟。這里標準荷載是指：屋面活載0.3KN/m2，基本風壓0.5KN/m2，當荷載更大時，經濟柱距應相應減少。對于帶有10噸以上行車的廠房，經濟術距應該是6~7m。
在布置柱距時，如需采用不等柱距時，應盡量將端跨距布置得比中間跨小，這是由于端跨風荷載要比中間跨大，另外在采用連續檁條設計時，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計更方便節省。
例1：建筑物長度 = 70m
經濟柱距可取： 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
經濟柱距可取： 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，有的業主甚至要求輕鋼生產廠家根據自己的使用功能，確定較為經濟的跨度。在盡可能滿足生產工藝和使用功能上，應根據房屋的高度確定合理的跨度。一般情況下，當柱高、荷載一定時，適當加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，但節省空間，基礎造價低，綜合效益較為可觀。通過大量計算發現，當檐高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，當跨度在21-48m之間的剛架單位用鋼量為12-24kg/m2，當檐高為12m、跨度超過48m時宜采用多跨剛架（中間設計搖擺柱），其用鋼量較單跨剛架節約40%以上，因此設計門式剛架時根據具體要求選擇較為經濟的跨度，不宜盲目追求大跨度。
三、建筑物長與寬的選擇
一般來說，在布置柱網時應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荷載，從而降低支撐系統的用鋼量。
例1：建筑物尺寸為60×50m，則在布置廠房時應將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造與排水坡面長度及柱結構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行計算分析得出的結果：
當屋面破度為0.5：10時，一榀框架重量為：3682 Kg
當屋面破度為1.0：10時，一榀框架重量為：3466 Kg
當屋面破度為1.5：10時，一榀框架重量為：3328 Kg
當屋面破度為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致內柱長度增加。當建筑物跨度較大時，破度增加能降低屋面鋼染的撓度。
通過研究計算，較經濟的坡度為：
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系，坡度則增大將會導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，主要表現為以下幾個方面
1.檐口高度增加將導致墻面板面積增加，墻面檁條增加，同時柱的用鋼量也將增加；
2.如果鋼柱無側向支撐（如中柱，或邊柱無法設置隅撐），則檐口高度對框架重量影響將更為突出；
3.檐口高度增加，將導致作用在框架上的風荷載增加。如果檐口高度/建筑寬度 >0.8，為控制側向位移，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、溫度區段
根據輕鋼規程，最大縱向長度不大于300m，橫向不應大于150m。縱向溫度區段的伸縮縫設置可采用雙柱布置（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 的是規程所規定的最大長度并非是所有建筑都允許所能達到的長度。對于不同建筑，應根據建筑物本身的使用條件，所在地的自然條件，根據計算所能出最大的溫度區段。
七、支撐布置
（一）支撐的作用
在門式剛架柱網的每個溫度區段間，應布置完整的支撐體系，以形成完整的空間結構體系。輕型門式剛架沿寬度方向的橫向穩定性，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構剛度較弱，需要沿縱向設置支撐，以保證其縱向穩定性。支撐所受力主要是縱向風載、吊車剎車力和地震作用以及溫度作用等；計算支撐內力時一般假定節點為鉸接，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。
七、支撐布置
（一）支撐的作用
在門式剛架柱網的每個溫度區段間，應布置完整的支撐體系，以形成完整的空間結構體系。輕型門式剛架沿寬度方向的橫向穩定性，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構剛度較弱，需要沿縱向設置支撐，以保證其縱向穩定性。支撐所受力主要是縱向風載、吊車剎車力和地震作用以及溫度作用等；計算支撐內力時一般假定節點為鉸接，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）支撐設置的基本原則
1.盡管有的屋面板有一定的蒙皮效應，但這種作用目前還很難去量化，因此在設計支撐時還不能考慮這種蒙皮效應；
2.柱間支撐應盡量與屋面支撐設在同一跨，當由于墻面有門洞而無法設置時，可以將柱間支撐設在臨跨；
3.通常來說，支撐的間距一般不宜超過5跨；當無吊車時宜取30~45m，有吊車時，間距一般不宜大于60m；
1.盡管有的屋面板有一定的蒙皮效應，但這種作用目前還很難去量化，因此在設計支撐時還不能考慮這種蒙皮效應；
2.柱間支撐應盡量與屋面支撐設在同一跨，當由于墻面有門洞而無法設置時，可以將柱間支撐設在臨跨；
3.通常來說，支撐的間距一般不宜超過5跨；當無吊車時宜取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置縱向水平屋面支撐
（1）當有抽柱時，如局部抽柱，僅局部設縱向支撐即可，見圖3-5a；
（2）當柱距較大，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，且帶有駕駛室。
6.當建筑寬度大于60m進，在內列柱宜適當增加柱間支撐，當不能布置交叉支撐時，可采用圖3-4b，3-4c的支撐形式。也可以不增加內部柱間支撐而采取加大屋面支撐或柱間支撐的規格的方式，此時需要嚴格進行內力計算，確保支撐受力安全。
7.在同一柱列，不應將不同類型的支撐混用，否則剛度小的支撐受力小，起不到應有的作用，而剛度大的支撐由于超負荷工作而破壞。柱間支撐應優選選擇使用交叉支撐。
6.當建筑寬度大于60m進，在內列柱宜適當增加柱間支撐，當不能布置交叉支撐時，可采用圖3-4b，3-4c的支撐形式。也可以不增加內部柱間支撐而采取加大屋面支撐或柱間支撐的規格的方式，此時需要嚴格進行內力計算，確保支撐受力安全。
7.在同一柱列，不應將不同類型的支撐混用，否則剛度小的支撐受力小，起不到應有的作用，而剛度大的支撐由于超負荷工作而破壞。柱間支撐應優選選擇使用交叉支撐。
8.下列情況柱間支撐需要分層設置。
（1）當有高低跨時（或帶有通長大雨蓬時），需要在高低跨處（或大雨蓬處）分層設置柱間上支撐和下支撐（見3-6a）；
（2）當檐口高度大于9m，可根據支撐的夾角設置雙層柱間支撐，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置柱間上支撐和下支撐。端開間可不設下層支撐以減少吊車梁的溫度應力（見圖3-6b）。
（2）當檐口高度大于9m，可根據支撐的夾角設置雙層柱間支撐，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置柱間上支撐和下支撐。端開間可不設下層支撐以減少吊車梁的溫度應力（見圖3-6b）。
來源：中國鋼結構在線(http://www.cscsf.com/content.php?id=145171)
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