門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)是單層工業(yè)廠房中一種常見的結(jié)構(gòu)形式。特別是近十多年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，由于生產(chǎn)的需要，這類結(jié)構(gòu)以其用鋼量低，重量輕，造價(jià)低，適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛的應(yīng)用。不僅國外的輕鋼生產(chǎn)廠家紛紛將整套的廠房結(jié)構(gòu)體系推向國內(nèi)市場(chǎng)，國內(nèi)的輕鋼生產(chǎn)廠家、設(shè)計(jì)單位也也紛紛轉(zhuǎn)向這類結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)。
但是，由于我國目前還沒有相應(yīng)的輕鋼設(shè)計(jì)規(guī)范。大部分設(shè)計(jì)仍沿用現(xiàn)行的普通鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范來進(jìn)行門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算，使得設(shè)計(jì)用鋼量指標(biāo)高攀不下，或在沒有充分理論依據(jù)的情況下，憑經(jīng)驗(yàn)一味地追求低用鋼量而造成事故。因此，對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，建立和完善專門的設(shè)計(jì)規(guī)范勢(shì)在必行。
筆者在中鐵建紫荊關(guān)金屬結(jié)構(gòu)廠涿州分廠焊接車間（以下簡(jiǎn)稱涿州廠，2x24m） 及山西萬榮聯(lián)合收割機(jī)廠沖焊車間（以下簡(jiǎn)稱萬榮廠，2x18m， 15m）的設(shè)計(jì)過程中，遇到的合理柱距等問題。通過大量設(shè)計(jì)方案的研究分析，并結(jié)合新規(guī)范的制訂，提出了不同跨度和吊車噸位時(shí)柱距的范圍，供同行們參考。
門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)合理柱距的選擇
廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中首先要解決的問題是如何配合工藝要求進(jìn)行柱網(wǎng)的平面布置。過去我國和前蘇聯(lián)習(xí)慣上將柱距模數(shù)定為3m（常用3m，6m，9m，12m等），這實(shí)際上是照搬了預(yù)制鋼筋混凝土工業(yè)廠房的模數(shù)制。對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)是否適用，尚很少有人對(duì)此進(jìn)行專門的研究。然而，從綜合經(jīng)濟(jì)分析的角度來看，合理的柱距（模數(shù)）對(duì)設(shè)計(jì)的好壞影響極大。這是因?yàn)椋?BR> （1）對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)而言，任何一項(xiàng)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)用鋼量的多少是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)。而設(shè)計(jì)用鋼量和柱距的大小是密切相關(guān)的。
（2）用輕質(zhì)屋面材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)笨重的預(yù)制鋼筋混凝土屋面板，并采用輕型墻體材料，改變了傳統(tǒng)工業(yè)廠房“肥梁，胖柱，重蓋，深基”的做法。設(shè)計(jì)中可采用由預(yù)制鋼筋混凝土限制的傳統(tǒng)柱距模數(shù)，或采用新的模數(shù)化柱距，以降低用鋼量指標(biāo)。
（3）廠房的實(shí)際用鋼量及費(fèi)用還與鋼材的供應(yīng)情況（品種規(guī)格）、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度等密切相關(guān)。有時(shí)因材料替代及非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的采用而造成的額外耗鋼還相當(dāng)可觀。當(dāng)然，離開了柱距模數(shù)，構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化是無從談起的。
因此，只有從研究經(jīng)濟(jì)柱距入手，確定合理的柱距模數(shù)，才能使門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)真正地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、專門化[1].從而推動(dòng)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系在我國的發(fā)展?！ ?BR> ①、對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系而言，剛架用鋼量是最主要的，當(dāng)剛架跨度較小時(shí)，剛架用鋼量甚至占總用鋼量的50％以上，而其它各單用鋼量，特別是墻架梁、柱間支撐、屋面支撐，其用鋼量只占比例較小的一部分，因此，如何設(shè)計(jì)好門式剛架對(duì)降低總用鋼量具有重要意義。
②、隨著柱距的增大，作為整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)“用鋼量大戶”的剛架，其用鋼量比率是逐漸下降的，并且隨柱距的增加，下降的幅度逐漸趨于平緩。
③、其它各項(xiàng)的用鋼量均隨柱距的增加而增加，并且增幅較大，特別是吊車梁，由于柱距較大，須采用格構(gòu)形式，其用鋼量逐漸占主要地位，并最終超過了剛架的用鋼量。其次是檁條，因長細(xì)比的要求，用鋼量增加也較快。
④、整個(gè)單層廠房上部結(jié)構(gòu)，其總用鋼量隨柱距的增加先是逐漸減少，而后增加。呈“浴盆曲線”，這表明，就用鋼量指標(biāo)而言，還是存在一個(gè)柱距的。
當(dāng)然，由于不同人員在設(shè)計(jì)同一結(jié)構(gòu)時(shí)時(shí)，各設(shè)計(jì)方案可能在結(jié)構(gòu)體系，圍護(hù)布置等選擇上有所差別，從而各用鋼量指標(biāo)不盡相同，但其用鋼量變化趨勢(shì)及上述結(jié)論是一致的。
綜合各項(xiàng)用鋼量表明，對(duì)此特定的廠房而言，其由設(shè)計(jì)用鋼量確定的柱距在6~8m.研究還表明，而對(duì)其它跨度和吊車噸位的情況，柱距是不斷變化的。
同樣，我們可以得出類似的結(jié)論，不同的是，無吊車時(shí)，不僅總用鋼量大大減少（因吊車梁用鋼量占很大比例），而且柱距也有所變化，并有變大的趨勢(shì)，在上述條件下，其柱距在8-9米。
以上僅是針對(duì)本工程的實(shí)際情況，對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系的每平米用鋼量與柱距的關(guān)系所作的討論。實(shí)際上，影響柱距及設(shè)計(jì)用鋼量的因素眾多，如目前研究方興未艾的蒙皮效應(yīng)，空間協(xié)同作用等等，在此不再作詳細(xì)討論?！ 。荚嚧笞?cè)結(jié)構(gòu)工程師編輯整理）
但是，由于我國目前還沒有相應(yīng)的輕鋼設(shè)計(jì)規(guī)范。大部分設(shè)計(jì)仍沿用現(xiàn)行的普通鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范來進(jìn)行門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算，使得設(shè)計(jì)用鋼量指標(biāo)高攀不下，或在沒有充分理論依據(jù)的情況下，憑經(jīng)驗(yàn)一味地追求低用鋼量而造成事故。因此，對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，建立和完善專門的設(shè)計(jì)規(guī)范勢(shì)在必行。
筆者在中鐵建紫荊關(guān)金屬結(jié)構(gòu)廠涿州分廠焊接車間（以下簡(jiǎn)稱涿州廠，2x24m） 及山西萬榮聯(lián)合收割機(jī)廠沖焊車間（以下簡(jiǎn)稱萬榮廠，2x18m， 15m）的設(shè)計(jì)過程中，遇到的合理柱距等問題。通過大量設(shè)計(jì)方案的研究分析，并結(jié)合新規(guī)范的制訂，提出了不同跨度和吊車噸位時(shí)柱距的范圍，供同行們參考。
門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)合理柱距的選擇
廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中首先要解決的問題是如何配合工藝要求進(jìn)行柱網(wǎng)的平面布置。過去我國和前蘇聯(lián)習(xí)慣上將柱距模數(shù)定為3m（常用3m，6m，9m，12m等），這實(shí)際上是照搬了預(yù)制鋼筋混凝土工業(yè)廠房的模數(shù)制。對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)是否適用，尚很少有人對(duì)此進(jìn)行專門的研究。然而，從綜合經(jīng)濟(jì)分析的角度來看，合理的柱距（模數(shù)）對(duì)設(shè)計(jì)的好壞影響極大。這是因?yàn)椋?BR> （1）對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)而言，任何一項(xiàng)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)用鋼量的多少是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)。而設(shè)計(jì)用鋼量和柱距的大小是密切相關(guān)的。
（2）用輕質(zhì)屋面材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)笨重的預(yù)制鋼筋混凝土屋面板，并采用輕型墻體材料，改變了傳統(tǒng)工業(yè)廠房“肥梁，胖柱，重蓋，深基”的做法。設(shè)計(jì)中可采用由預(yù)制鋼筋混凝土限制的傳統(tǒng)柱距模數(shù)，或采用新的模數(shù)化柱距，以降低用鋼量指標(biāo)。
（3）廠房的實(shí)際用鋼量及費(fèi)用還與鋼材的供應(yīng)情況（品種規(guī)格）、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度等密切相關(guān)。有時(shí)因材料替代及非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的采用而造成的額外耗鋼還相當(dāng)可觀。當(dāng)然，離開了柱距模數(shù)，構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化是無從談起的。
因此，只有從研究經(jīng)濟(jì)柱距入手，確定合理的柱距模數(shù)，才能使門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)真正地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、專門化[1].從而推動(dòng)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系在我國的發(fā)展?！ ?BR> ①、對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系而言，剛架用鋼量是最主要的，當(dāng)剛架跨度較小時(shí)，剛架用鋼量甚至占總用鋼量的50％以上，而其它各單用鋼量，特別是墻架梁、柱間支撐、屋面支撐，其用鋼量只占比例較小的一部分，因此，如何設(shè)計(jì)好門式剛架對(duì)降低總用鋼量具有重要意義。
②、隨著柱距的增大，作為整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)“用鋼量大戶”的剛架，其用鋼量比率是逐漸下降的，并且隨柱距的增加，下降的幅度逐漸趨于平緩。
③、其它各項(xiàng)的用鋼量均隨柱距的增加而增加，并且增幅較大，特別是吊車梁，由于柱距較大，須采用格構(gòu)形式，其用鋼量逐漸占主要地位，并最終超過了剛架的用鋼量。其次是檁條，因長細(xì)比的要求，用鋼量增加也較快。
④、整個(gè)單層廠房上部結(jié)構(gòu)，其總用鋼量隨柱距的增加先是逐漸減少，而后增加。呈“浴盆曲線”，這表明，就用鋼量指標(biāo)而言，還是存在一個(gè)柱距的。
當(dāng)然，由于不同人員在設(shè)計(jì)同一結(jié)構(gòu)時(shí)時(shí)，各設(shè)計(jì)方案可能在結(jié)構(gòu)體系，圍護(hù)布置等選擇上有所差別，從而各用鋼量指標(biāo)不盡相同，但其用鋼量變化趨勢(shì)及上述結(jié)論是一致的。
綜合各項(xiàng)用鋼量表明，對(duì)此特定的廠房而言，其由設(shè)計(jì)用鋼量確定的柱距在6~8m.研究還表明，而對(duì)其它跨度和吊車噸位的情況，柱距是不斷變化的。
同樣，我們可以得出類似的結(jié)論，不同的是，無吊車時(shí)，不僅總用鋼量大大減少（因吊車梁用鋼量占很大比例），而且柱距也有所變化，并有變大的趨勢(shì)，在上述條件下，其柱距在8-9米。
以上僅是針對(duì)本工程的實(shí)際情況，對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系的每平米用鋼量與柱距的關(guān)系所作的討論。實(shí)際上，影響柱距及設(shè)計(jì)用鋼量的因素眾多，如目前研究方興未艾的蒙皮效應(yīng)，空間協(xié)同作用等等，在此不再作詳細(xì)討論?！ 。荚嚧笞?cè)結(jié)構(gòu)工程師編輯整理）