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[摘 要]采用STS计算刚架时，为优化设计，减少刚架用钢量，提出了控制参数的建议值，并通过论证和工程实践证明了参数建议值的可行性，可供结构设计人员参考和探讨。
[关键词]刚架 用钢量 容许长细比 挠度容许值 活荷载不利布置
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0309-01
0 引言
目前，单层钢结构厂房多采用刚架体系，根据其结构特点，可按规则结构采用平面模型进行计算，当采用由中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部编制的钢结构分析与设计软件STS中的框排架平面模型计算刚架时，需要结构设计人员根据相关规范的规定和结构的具体情况输入一些控制参数，这些参数取值的不同，会对计算结果产生很大影响，导致增加不必要的钢材量而造成浪费，为优化设计，减少刚架用钢量，现对部分控制参数的取值做如下探讨。
1 设计规范的选择
设计人员应根据结构类型选择相应的规范进行验算，对单层钢结构厂房一般应选择《钢结构设计规范》GB 50017—2003（以下简称《钢规》），对符合《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102：2002（以下简称《门规》）的单层轻型钢结构厂房可选择《门规》，当然，也可按《钢规》进行验算，因为按《钢规》第1.0.2条的规定，它适应于工业与民用房屋和一般构筑物，对非冷弯薄壁型钢结构的普通钢结构均可按该规范进行验算。作为国家强制性标准的《钢规》与协会推荐性标准《门规》相比，《钢规》对结构、构件及板件的要求一般要偏严，自然会导致用钢量的增加，至于增加比例会因工程具体情况的不同有较大差异。通过对多项实际工程中刚架的计算，对符合《门规》规定的单层轻型钢结构厂房按《门规》验算与按《钢规》验算相比，对Q235钢减少10%左右，对Q345钢减少15%左右。此外，在抗震设防区采用《门规》进行验算的单层轻型钢结构厂房，按《建筑抗震设计规范》GB 50011—2001（以下简称《抗规》）第9.2.1条的规定，可不必遵循其相關规定，所以用钢量还会有一定减少。
2 受压构件容许长细比的取值
按《钢规》第5.3.8条的规定，受压构件的容许长细比为150，与钢材的牌号无关。但按《抗规》第1.0.2条（强条）的规定，在抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计，其中包括计算和构造，按《抗规》第9.2.11条的规定，长细比限值为，其中为钢材的屈服强度，对Q235钢取120，对Q345钢取99。显然，如果严格执行《抗规》对单层钢结构厂房抗震构造措施的规定，刚架柱用钢梁量会大幅增加，主要发生在截面为H形的实腹柱段，其弱轴方向为刚架的平面外，平面外的长细比易成为截面设计的瓶颈，导致强度不能充分发挥，对Q345钢就更为明显，以致其高强度的优势不能发挥。为优化设计，降低刚架的用钢量，现根据结构的自身特点，灵活运用《抗规》提高结构抗震能力的精神，对其规定的长细比限值予以放宽，对Q235钢取150，对Q345钢取120，主要是考虑到以下原因：《抗规》对单层钢结构厂房抗震构造措施的规定主要是针对重型屋盖的，按其第9.2.1条的规定，不适用于单层轻型钢结构厂房，因对“轻型”的概念难以界定，但对采用轻型屋盖的刚架，至少在一定程度上具备“轻型”的结构特性。此外，因其屋盖重力荷载代表值较小，在作用效应的组合中，对8度（0.20g）及以下抗震设防区，水平地震作用效应参与的组合一般不控制，按《门规》第3.1.4条的规定，可不必遵循《抗规》的构造措施。采用适当放宽的长细比限值计算刚架与严格执行《抗规》长细比限值相比，刚架柱的用钢量会有所减少，减少比例会因工程具体情况的不同有较大差异，通过对多项实际工程中刚架的计算，对Q235钢减少5%左右，对Q345钢减少8%左右。
3 梁挠度容许值的取值
按《钢规》附录A第A.1.1条的规定，刚架梁挠度容许值[vT]为L/400，L为梁的跨度。因刚架梁的跨度一般较大，如果严格按该限值控制，挠度往往成为梁截面设计的瓶颈，钢材的强度不能充分发挥，以致梁的用钢量有明显增加。对Q345钢就更为明显，因为钢材的强度并不提高梁的抗弯刚度，以致高强优势不能发挥，为优化设计，降低刚架梁的用钢量，对该限值予以放宽取L/300，主要是考虑到以下因素：因刚架梁支承的为轻型屋面，可借鉴《门规》对刚架梁挠度的限值，按其第3.4.2条的规定取L/180，但考虑到刚架多设置重级工作制的吊车，对屋盖刚度要求较高，而未直接采用该限值。此外，在我们近几年的多项实际工程中，刚架梁的挠度限值均采用了L/300，至今均未发现问题。至于限值L/300能否继续放宽，还需要今后做大量的实践和论证工作。刚架梁挠度限值取L/300计算刚架与取L/400相比，刚架梁的用钢量会有大幅减少，减少比例会因工程具体情况的不同有较大差异，通过对多项实际工程中刚架的计算，对Q235钢减少10%左右，对Q345钢减少15%左右。需要注意的是，对设置电动葫芦的刚架梁，为避免因梁的挠度过大影响葫芦的正常使用，应严格控制梁的挠度，限值取L/400。
4 是否考虑活荷载不利布置
是否考虑活荷载的不利布置是设计人员根据工程具体情况做结构内力分析时是否要考虑的问题，相关规范对此未做规定。工程实例表明，是否考虑活荷载的不利布置，对多跨（两跨及以上）刚架内力和变形的计算结构影响较大，尤其是梁的弯矩和挠度，而挠度往往是梁截面设计的瓶颈，以致梁的用钢量会有较大幅度的增加，设计人员对此应慎重。对一般刚架，活荷载主要是指屋面可变荷载，包括屋面活荷载和雪荷载，对屋面活荷载，考虑到轻钢屋面的施工或维修荷载较小，且不会大面积出现，因而不利布置的概率极小，可不考虑活荷载的不利布置；对雪荷载，按《荷规》第6.2.2条的规定，也可不考虑活荷载的不利布置。对设置电动葫芦的刚架，情况较为复杂，葫芦荷载可按集中活荷载考虑，对多跨刚架，多台吊车在同一榀刚架检修的概率极小，可仅考虑一台葫芦荷载的不利布置；考虑到吊车与屋面在同一榀刚架同时检修的概率极小，葫芦荷载与屋面活荷载可不组合，但葫芦荷载应与雪荷载组合，此时应乘以组合值系数。不考虑活荷载的不利布置计算刚架与考虑相比，刚架梁的用钢量会有大幅减少，减少比例会因工程具体情况的不同有较大差异，通过对几项实际工程中刚架的计算，对Q235钢减少10%左右，对Q345钢减少15%左右。
5 结语
采用STS计算刚架时，在保证安全和正常使用的前提下，为优化设计，减少刚架的用钢量，对上述控制参数的取值提供了建议，并根据相关规范和刚架的自身特点做了大量论证。此外，还通过多项工程实践，证明参数建议值的可行性，并通过对比给出了减少用钢量指标，这些参数建议值可供结构设计人员参考和探讨。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准.钢结构设计规范[GB 50017—2003].北京：中国计划出版社，2003
[2] 中国工程建设标准化协会标准.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[CECS 102：2002].北京：中国计划出版社，2003
[关键词]刚架 用钢量 容许长细比 挠度容许值 活荷载不利布置
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0309-01
0 引言
目前，单层钢结构厂房多采用刚架体系，根据其结构特点，可按规则结构采用平面模型进行计算，当采用由中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部编制的钢结构分析与设计软件STS中的框排架平面模型计算刚架时，需要结构设计人员根据相关规范的规定和结构的具体情况输入一些控制参数，这些参数取值的不同，会对计算结果产生很大影响，导致增加不必要的钢材量而造成浪费，为优化设计，减少刚架用钢量，现对部分控制参数的取值做如下探讨。
1 设计规范的选择
设计人员应根据结构类型选择相应的规范进行验算，对单层钢结构厂房一般应选择《钢结构设计规范》GB 50017—2003（以下简称《钢规》），对符合《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102：2002（以下简称《门规》）的单层轻型钢结构厂房可选择《门规》，当然，也可按《钢规》进行验算，因为按《钢规》第1.0.2条的规定，它适应于工业与民用房屋和一般构筑物，对非冷弯薄壁型钢结构的普通钢结构均可按该规范进行验算。作为国家强制性标准的《钢规》与协会推荐性标准《门规》相比，《钢规》对结构、构件及板件的要求一般要偏严，自然会导致用钢量的增加，至于增加比例会因工程具体情况的不同有较大差异。通过对多项实际工程中刚架的计算，对符合《门规》规定的单层轻型钢结构厂房按《门规》验算与按《钢规》验算相比，对Q235钢减少10%左右，对Q345钢减少15%左右。此外，在抗震设防区采用《门规》进行验算的单层轻型钢结构厂房，按《建筑抗震设计规范》GB 50011—2001（以下简称《抗规》）第9.2.1条的规定，可不必遵循其相關规定，所以用钢量还会有一定减少。
2 受压构件容许长细比的取值
按《钢规》第5.3.8条的规定，受压构件的容许长细比为150，与钢材的牌号无关。但按《抗规》第1.0.2条（强条）的规定，在抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计，其中包括计算和构造，按《抗规》第9.2.11条的规定，长细比限值为，其中为钢材的屈服强度，对Q235钢取120，对Q345钢取99。显然，如果严格执行《抗规》对单层钢结构厂房抗震构造措施的规定，刚架柱用钢梁量会大幅增加，主要发生在截面为H形的实腹柱段，其弱轴方向为刚架的平面外，平面外的长细比易成为截面设计的瓶颈，导致强度不能充分发挥，对Q345钢就更为明显，以致其高强度的优势不能发挥。为优化设计，降低刚架的用钢量，现根据结构的自身特点，灵活运用《抗规》提高结构抗震能力的精神，对其规定的长细比限值予以放宽，对Q235钢取150，对Q345钢取120，主要是考虑到以下原因：《抗规》对单层钢结构厂房抗震构造措施的规定主要是针对重型屋盖的，按其第9.2.1条的规定，不适用于单层轻型钢结构厂房，因对“轻型”的概念难以界定，但对采用轻型屋盖的刚架，至少在一定程度上具备“轻型”的结构特性。此外，因其屋盖重力荷载代表值较小，在作用效应的组合中，对8度（0.20g）及以下抗震设防区，水平地震作用效应参与的组合一般不控制，按《门规》第3.1.4条的规定，可不必遵循《抗规》的构造措施。采用适当放宽的长细比限值计算刚架与严格执行《抗规》长细比限值相比，刚架柱的用钢量会有所减少，减少比例会因工程具体情况的不同有较大差异，通过对多项实际工程中刚架的计算，对Q235钢减少5%左右，对Q345钢减少8%左右。
3 梁挠度容许值的取值
按《钢规》附录A第A.1.1条的规定，刚架梁挠度容许值[vT]为L/400，L为梁的跨度。因刚架梁的跨度一般较大，如果严格按该限值控制，挠度往往成为梁截面设计的瓶颈，钢材的强度不能充分发挥，以致梁的用钢量有明显增加。对Q345钢就更为明显，因为钢材的强度并不提高梁的抗弯刚度，以致高强优势不能发挥，为优化设计，降低刚架梁的用钢量，对该限值予以放宽取L/300，主要是考虑到以下因素：因刚架梁支承的为轻型屋面，可借鉴《门规》对刚架梁挠度的限值，按其第3.4.2条的规定取L/180，但考虑到刚架多设置重级工作制的吊车，对屋盖刚度要求较高，而未直接采用该限值。此外，在我们近几年的多项实际工程中，刚架梁的挠度限值均采用了L/300，至今均未发现问题。至于限值L/300能否继续放宽，还需要今后做大量的实践和论证工作。刚架梁挠度限值取L/300计算刚架与取L/400相比，刚架梁的用钢量会有大幅减少，减少比例会因工程具体情况的不同有较大差异，通过对多项实际工程中刚架的计算，对Q235钢减少10%左右，对Q345钢减少15%左右。需要注意的是，对设置电动葫芦的刚架梁，为避免因梁的挠度过大影响葫芦的正常使用，应严格控制梁的挠度，限值取L/400。
4 是否考虑活荷载不利布置
是否考虑活荷载的不利布置是设计人员根据工程具体情况做结构内力分析时是否要考虑的问题，相关规范对此未做规定。工程实例表明，是否考虑活荷载的不利布置，对多跨（两跨及以上）刚架内力和变形的计算结构影响较大，尤其是梁的弯矩和挠度，而挠度往往是梁截面设计的瓶颈，以致梁的用钢量会有较大幅度的增加，设计人员对此应慎重。对一般刚架，活荷载主要是指屋面可变荷载，包括屋面活荷载和雪荷载，对屋面活荷载，考虑到轻钢屋面的施工或维修荷载较小，且不会大面积出现，因而不利布置的概率极小，可不考虑活荷载的不利布置；对雪荷载，按《荷规》第6.2.2条的规定，也可不考虑活荷载的不利布置。对设置电动葫芦的刚架，情况较为复杂，葫芦荷载可按集中活荷载考虑，对多跨刚架，多台吊车在同一榀刚架检修的概率极小，可仅考虑一台葫芦荷载的不利布置；考虑到吊车与屋面在同一榀刚架同时检修的概率极小，葫芦荷载与屋面活荷载可不组合，但葫芦荷载应与雪荷载组合，此时应乘以组合值系数。不考虑活荷载的不利布置计算刚架与考虑相比，刚架梁的用钢量会有大幅减少，减少比例会因工程具体情况的不同有较大差异，通过对几项实际工程中刚架的计算，对Q235钢减少10%左右，对Q345钢减少15%左右。
5 结语
采用STS计算刚架时，在保证安全和正常使用的前提下，为优化设计，减少刚架的用钢量，对上述控制参数的取值提供了建议，并根据相关规范和刚架的自身特点做了大量论证。此外，还通过多项工程实践，证明参数建议值的可行性，并通过对比给出了减少用钢量指标，这些参数建议值可供结构设计人员参考和探讨。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准.钢结构设计规范[GB 50017—2003].北京：中国计划出版社，2003
[2] 中国工程建设标准化协会标准.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[CECS 102：2002].北京：中国计划出版社，2003