結構工程師:考試大整理鋼結構的柱距

不少研究都表明,剛架折成每平方米的重量隨著柱距的增加而減少。減少的趨勢會隨著柱距的增加而趨於平緩。這是因為,一方面柱距增加,每榀剛架的受荷面積隨之增加,剛架梁、柱的截面尺寸,從而單榀剛架的重量亦會隨之增大。另一方面,由於柱距增加,跨度不變,則剛架折成每平方米的重量隨著面積增大而減小。當柱距不大時,例如從6m增至8m,單榀剛架荷載增加不很大,單榀剛架的重量增加亦不很大,因此折成每平方米的重量減少較為明顯,當柱距進一步增加(例如超過9m),單榀剛架的重量隨著荷載的進一步增大而增幅較大,折算到每平方米的重量的減少就不是很明顯了,減少趨勢趨於平緩。下面的一組數據說明了這一現象。
以一30m跨,7m檐高的單層單跨廠房為例。結構的荷載為:屋面恆載0.2kn/m2,附加吊載0.2kn/m2,屋面活載為0.3kn/m2,基本風壓為0.5kn/m2,雪壓為0.3kn/m2。
柱距(m)6m 7m 8m 9m
剛架用鋼(kg/m2)17.715.7 14.2 13.2
結構用鋼(kg/m2)25.023.3 22.1 21.6
剛架用鋼僅指門式剛架用鋼,結構用鋼中包括檁條以外的所有其它結構用鋼,例如支撐、系桿、隅撐、山牆柱、門框和女兒牆等。
上述用鋼比較可以看出用鋼差值隨柱距增加而減少的趨勢,但仍然不能說明最終的問題,因為沒有將檁條的用鋼考慮在內。柱距就是檁條的跨度,檁條的用鋼是絕對隨跨度增加而增加的,仍以上述廠房為例,採用由一家澳大利亞公司所制q235檁條設計表格為依據,所選檁條如下:
屋面檁條(z型連續) 來源:
柱距(m)6m7m8m9m
檁條規格(mm)z150-20 z200-16z200-20z250-20
檁距(mm)@1700 @1500@1500@1500
檁條每米重量(kg/m) 4.724.75 6.006.59
折成每平方米重量(kg/m2)2.783.17 4.004.39
牆面檁條(c型簡支)
柱距(m)6m7m8m9m
檁條規格(mm)c200-16 c200-20c250-20c250-25
檁距(mm)@1750 @1750@1750@1400
檁條每米重量(kg/m) 4.756.00 6.596.59
折成每平方米重量(kg/m2)1.582.00 2.202.64
結構用鋼加上檁條用鋼得到總用鋼:
柱距(m)6m7m8m9m
總用鋼29.4 28.528.3 28.6
以上例子說明了結構用鋼隨柱距變化的趨勢。一些其它公司的研究也得出了類似的結論,例如天津萬力特的研究指出從綜合經濟分析的角度看,當柱高6m,跨度範圍為18~36m時,最優剛架間距(柱距)為6~7.5m。上海abc公司的研究文章指出,對於無吊車輕鋼結構體系的柱距取為7.5~8m之間是合理的,有吊車的輕鋼結構的理想柱距為7.5m左右。這時結構用鋼量相對較低,可以得到較好的經濟效益。各家對理想柱距的定義範圍略有不同,這是因為研究時使用的荷載情況、檐高、跨度、計算軟體以及依據的規範的不同。從這些研究中可以得出一個大致的結論,在通常使用的跨度範圍內,7.5m左右的柱距可能得到較好的經濟效果,超過9m以後,結構用鋼會明顯增加。