结构工程师专业知识辅导:钢结构的柱距
不少研究都表明,刚架折成每平方米的重量随着柱距的增加而减少。减少的趋势会随着柱距的增加而趋于平缓。这是因为,一方面柱距增加,每榀刚架的受荷面积随之增加,刚架梁、柱的截面尺寸,从而单榀刚架的重量亦会随之增大。另一方面,由于柱距增加,跨度不变,则刚架折成每平方米的重量随着面积增大而减小。当柱距不大时,例如从6M增至8M,单榀刚架荷载增加不很大,单榀刚架的重量增加亦不很大,因此折成每平方米的重量减少较为明显,当柱距进一步增加(例如超过9M),单榀刚架的重量随着荷载的进一步增大而增幅较大,折算到每平方米的重量的减少就不是很明显了,减少趋势趋于平缓。下面的一组数据说明了这一现象。
以一30M跨,7M檐高的单层单跨厂房为例。结构的荷载为:屋面恒载0.2kN/M2,附加吊载0.2kN/M2,屋面活载为0.3kN/M2,基本风压为0.5kN/M2,雪压为0.3kN/M2。
柱距(M)6M7M8M9M
刚架用钢(kg/m2)17.715.714.213.2
结构用钢(kg/m2)25.023.322.121.6
刚架用钢仅指门式刚架用钢,结构用钢中包括檩条以外的所有其它结构用钢,例如支撑、系杆、隅撑、山墙柱、门框和女儿墙等。
上述用钢比较可以看出用钢差值随柱距增加而减少的趋势,但仍然不能说明最终的问题,因为没有将檩条的用钢考虑在内。柱距就是檩条的跨度,檩条的用钢是绝对随跨度增加而增加的,仍以上述厂房为例,采用由一家澳大利亚公司所制Q235檩条设计表格为依据,所选檩条
屋面檩条(Z型连续)
柱距(M)6M7M8M9M
檩条规格(mm)Z150-20Z200-16Z200-20Z250-20结构工程师考试用书
檩距(mm)@1700@1500@1500@1500
檩条每米重量(kg/m)4.724.756.006.59
折成每平方米重量(kg/m2)2.783.174.004.39
墙面檩条(C型简支)
柱距(M)6M7M8M9M
檩条规格(mm)C200-16C200-20C250-20C250-25
檩距(mm)@1750@1750@1750@1400
檩条每米重量(kg/m)4.756.006.596.59
折成每平方米重量(kg/m2)1.582.002.202.64
结构用钢加上檩条用钢得到总用钢:
柱距(M)6M7M8M9M
总用钢29.428.528.328.6
以上例子说明了结构用钢随柱距变化的趋势。一些其它公司的研究也得出了类似的结论,例如天津万力特的研究指出从综合经济分析的角度看,当柱高6M,跨度范围为18~36M时,最优刚架间距(柱距)为6~7.5M。上海ABC公司的研究文章指出,对于无吊车轻钢结构体系的柱距取为7.5~8m之间是合理的,有吊车的轻钢结构的理想柱距为7.5m左右。这时结构用钢量相对较低,可以得到较好的经济效益。各家对理想柱距的定义范围略有不同,这是因为研究时使用的荷载情况、檐高、跨度、计算软件以及依据的规范的不同。从这些研究中可以得出一个大致的结论,在通常使用的跨度范围内,7.5m左右的柱距可能得到较好的经济效果,超过9m以后,结构用钢会明显增加。
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