摘要：本文結合工程實際設計經驗，對影響合理選用柱網尺寸的主要因素，如跨度與柱距的變化，不同鋼號的變化、荷載大小的變化以及有無吊車的影響等，進行了較詳細的計算比較，並分析了這些因素變化對用鋼量影響的基本規律。同時還綜合考慮了鋼結構安裝工期及基礎工程等的影響與分析意見，並提出了合理選擇柱網尺寸的具體建議，供設計參考。
關鍵詞：門式剛架用鋼量
門式剛架輕鋼結構的柱網布置首先應滿足工藝使用的要求，在設計中往往也是由工藝或業主與建築師選定柱網尺寸，但是要做到合理的選擇柱網尺寸，還離不開結構工程師的參與，這是因為除了工藝使用要求外，柱網尺寸（柱距、跨度等）的合理選定還應綜合考慮結構用鋼量、工期、基礎工程等諸多因素的影響，在這方面結構工程師有責任提出正確的建議，協助決策。本文結合實際工程設計經驗及有關資料，針對主要影響柱網合理選用的主要變化因素，如柱距、跨度的變化、不同鋼號及荷載大小的變化及有無吊車。工期與基礎工程等進行了詳細計算比較與分析，目的是得出這些影響的基本規律，從結構工程的角度提出合理選用柱距的建議，供設計參考。
1 柱網尺寸對結構用鋼量的影響
用鋼量直接影響工程的造價，幾乎已習慣地成為從結構因素考慮柱網選用時的重要因素，但應注意到，除柱網尺寸這一主要因素外，結構高度、材料強度、荷載大小、有無吊車、單跨多跨等都對結構用鋼量變化有明顯的綜合影響，不能不在分析比較中，一併予以考慮。本文以單跨門式剛架為物件，考慮了不同跨度、不同柱距、不同高度、不同鋼號、不同荷載及有無吊車等因素變化對用鋼量影響，各用鋼量數值均在理論計算基礎上參照工程實際經驗進行了加工餘量及構造餘量的增量調整，以更符合工程實際。
1.1 無吊車門式剛架用鋼量的分析比較
1.1.1 當荷載及跨度條件變化時的用鋼量分析
通過以往所做工程比較，可得出以下幾點結論意見：
（1）隨著跨度由小變大，門式剛架的用鋼量曲線呈馬鞍形規律變化，較經濟的用鋼量跨度約在21～24m跨度區間；
（2）屋面荷載（雪荷、灰荷及吊掛荷載等）增大引起門式剛架用鋼量增加，特別當跨度較大時，增幅也較大。當荷載由0.3kn/m2增大到0.
6kn/m2時，門式剛架用鋼量平均增幅為17％，最大增幅為21.2％；
（3）當跨度超過30m後，用鋼量的增幅率明顯增大，故單從用鋼量的經濟性考慮，門式剛架合理的最大跨度不宜大於36m。
1.2 不同柱距、跨度及鋼號條件下的用鋼量分析
表2對無吊車門式剛架在不同鋼號及三種常用跨度與三種常用柱距條件下的用鋼量比較。
從表2可得出以下結論性意見：
（1）在無吊車剛架體系鋼結構中，次結構（屋面檁條、牆面檁條、山牆抗風柱、柱及屋面支撐、柱桿等）用鋼量可佔到總用鋼的30％～46％，故設計人員應注意並合理地作好次結構部分設計；
（2）影響次結構用鋼量比重增加的主要因素是柱距增加，主結構選用高強度鋼及建築物高跨比增加等；影響其減小的主要因素是：跨度加大、跨數增加（多跨）等；
（3）不論鋼號如何，無吊車剛架在常用跨度範圍內（18m～30m），當柱距並按常用的6m～9m範圍增大時，其總用鋼量均隨之減小，減幅與7％左右；
（4）當主結構採用不同鋼號時，其跨度變化對總用鋼量的影響上有一定差異。當採用q235鋼時，用鋼量折線仍符合馬鞍形分布的規律，在18m～24m壓向較低，到30m時明顯上公升；而當剛架採用q345鋼時，則跨度18m、24m、30m的總用鋼量差別很小。
表1 不同跨度及荷載的門式剛架用鋼量（kg/m2）
表2 無吊車時不同跨度、柱距與鋼號的門式剛架用鋼量比較
1.3 不同簷口高度時的用鋼量比較
由比較可知，不論柱距、跨度及鋼號如何，簷口高度的增加，均會引起總用鋼量的增加。在常用跨度及柱距條件下，簷高由6m增為8m時，總用鋼量的增幅約與12％～16％。在風荷載較大地區，此影響程度會更加強。
2 有吊車時不同跨度、柱距與鋼號的門式剛架用鋼量比較
表3列出了有吊車時，門式剛架在不同跨度、不同柱距及不同鋼號條件下的用鋼量，可歸納以下各點：
表3 有吊車時不同跨度、柱距與鋼號的門式剛架用鋼量比較
（1）同樣尺寸的門式剛架，當設有吊車（q=5t）時的總用鋼量（包括剛架與吊車梁主結構與次結構）比不設吊車時有較大的增加，其增幅為21～36％；此增幅隨跨度增大而減小（由36％降至27％），隨柱距增大而增大（平均由24％增至31％），而鋼號的差別對此增幅的變化沒有明顯的影響。
（2）在有吊車剛架的總用鋼量變化中，跨度的變化影響雖仍基本呈現出馬鞍形分布，但增減幅度已很小，約在3％～7％範圍內；而柱距變化的影響變小，除了q235鋼的18m、24m跨度剛架總用鋼量尚因柱距加大而略有減少外，其餘情況下，特別是主結構採用q345鋼的情況下，不論柱距在6～9m間如何變化，其總用鋼量幾乎保持乙個常量而不受影響。這一基本規律也值得在設計應用中注意。
3 影響柱網尺寸合理選擇的其它因素
3.1 檁條的選材
門式剛架輕鋼結構屋面、牆面檁條均採用冷彎薄壁c型鋼或z型鋼，這已是國內外傳統和成熟的配套技術。由於原料條件（帶鋼，冷軋薄板經縱剪成鋼帶等）更***，小型專用成型裝置及其應用技術也陸續普及，現國內已可方便的提供截面高度達（300～350）mm（甚至達400mm）的c型鋼，但從較合理的群面造型考慮，檁條截面高度也不宜過高，一般以不大於300mm為宜。據此考慮，為了使檁條都能方便地採用冷彎薄壁型鋼（便於加工及維護），避免採用格構式檁條，門式剛架的柱距（即檁條跨度）一般以不大於9.
0m為宜。
3.2 減少構件數量
鋼結構工程的造價由材料**（與鋼材用量直接有關）與加工、安裝**（加工、拼裝、運輸、吊裝等）共同組成。顯然，在工程中構件數量的多少，將直接影響加工、安裝的工程量、施工進度及造價。乙個工程採用9m柱距時的剛架、檁條、吊車梁等構件的數量（注意，不是重量）要比採用6m柱距時減少30%，其對縮短施工週期、降低工程造價的有利影響十分明顯，在綜合考慮合理確定柱網時，採用較大柱距，減少構件數量，也是乙個不應忽略的因素。
3.3 基礎的條件
同上分析，整體工程的造價還應包括基礎工程造價（基槽、土方及基礎），而基礎的數量多少也直接影響總的造價與施工週期，特別是當為軟土等不良土層而需採用樁基等人工地基時，則採用較大柱距，減少基礎數量的經濟效果與意義更為重要。
4 合理選用柱網的幾點建議
（1）不論是否設有吊車，門式剛架的較經濟跨度建議在21.0m～24.0m範圍內採用，其合理的最大跨度不宜大於36.0m。
（2）不論是否沒有吊車，門式剛架的合理柱距建議採用為8m～9m的較大柱距，對無吊車剛架採用較大柱距的經濟性更為明顯。
（3）門式剛架的跨度及荷載較大時，或設有吊車時，建議其主結構（剛架及吊車梁）宜採用強度較高的q345號鋼，此時即使剛架採用較大跨度與柱距，都對用鋼量變化影響甚微。
（4）次結構的用鋼量可達總用鋼量的50％，並起到重要的調節平衡作用，故應重視並合理作好次結構的設計工作。
（5）層蓋荷載增加（跨度敏感）或柱高增加（風荷載敏感）均會引起用鋼量較明顯增加，設計時應注意正確的計算荷載取值。
以上建議是針對單跨剛架比較分析而提出的，當為多跨時，也具有參考意義。
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