張 楊

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑學(xué)院 黃岡湖北 438002）

某工程C型檁條與Z型檁條的經(jīng)濟(jì)型分析

張 楊

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑學(xué)院 黃岡湖北 438002）

本文針對某鋼結(jié)構(gòu)工程屋面檁條的選用過程進(jìn)行分析，探討了C型檁條與Z型檁條各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，并初步總結(jié)了C型檁條與Z型檁條經(jīng)濟(jì)型和合理性。

鋼結(jié)構(gòu)；檁條；經(jīng)濟(jì)型

輕鋼結(jié)構(gòu)由于其跨度大、質(zhì)量輕，在工程建設(shè)中收到了廣泛的青睞。近年來輕鋼結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用和長足的發(fā)展，眾多設(shè)計單位在如何降低輕鋼結(jié)構(gòu)的含鋼量上也動了不少腦筋，但筆者發(fā)展，大部分關(guān)于輕鋼結(jié)構(gòu)關(guān)于經(jīng)濟(jì)型分析的文章都圍繞主體結(jié)構(gòu)展開，少有從檁條角度展開經(jīng)濟(jì)型討論的論文。以30米跨度以內(nèi)的簡易門式剛架結(jié)構(gòu)廠房為例，其主體結(jié)構(gòu)的含鋼量大約在11kg/㎡～15kg/㎡之間，而檁條的含鋼量大約在4kg/㎡～8kg/㎡之間，由此可見，檁條的含鋼量雖然小，但其波動范圍與主體結(jié)構(gòu)相差無幾，所以從檁條選用的角度出發(fā)來研究輕鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)型是有必要的。本文以某工程實例為載體，初步探討檁條的優(yōu)化選擇對輕鋼結(jié)構(gòu)用鋼量的影響。

1 工程概況

某單層門式剛架結(jié)構(gòu)廠房工程，跨度30m，廠房長度220m，柱距8.8m，檐口高度8米，廠房全封閉，無吊車無天窗無夾層。位于基本烈度6度區(qū)，地震加速度0.05g，第一組，基本風(fēng)壓按50年取值為0.35kN/㎡，基本雪壓按100年取值為0.45kN/㎡，屋面活荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》取值為0.3kN/㎡，場地類別Ⅱ類，地面粗糙度B類，擬建場地位于較廣闊平地。

本工程采用中國建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所出品的PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件進(jìn)行計算，根據(jù)本論題的要求，分別按簡支C型檁條和連續(xù)Z型檁條進(jìn)行計算，為便于比較，檁條間距一律取1.5m，并根據(jù)結(jié)果比較其用鋼量的差別，優(yōu)選出最經(jīng)濟(jì)合理的檁條布置方案。

2 C型鋼檁條設(shè)計方案

簡支C型檁條的計算參數(shù)輸入見圖1，主要計算結(jié)果如下：

1） 1.2恒載+1.4(活載+0.9積灰)組合： 截面強(qiáng)度(N/mm2) : σmax = 194.741 ＜= 205.000；

2）1.0恒載+1.4風(fēng)載(吸力)組合：截面強(qiáng)度(N/mm2) : σmaxw = 55.508 ＜= 215.749，檁條的穩(wěn)定性(N/mm2): fstabw = 63.678 ＜= 205.000；

3）荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下：垂直于屋面的撓度(mm) : v = 36.725 ＜= 58.667

綜上所述，采用C280×70×20×2.5簡支檁條時，可以滿足設(shè)計要求，其應(yīng)力比約為194.741÷205.000=0.95，在C型檁條截面庫中，該檁條截面達(dá)到最優(yōu)截面。

3 Z型鋼檁條設(shè)計方案

連續(xù)Z型檁條的計算參數(shù)輸入見圖1，因本工程長度較大，邊跨檁條數(shù)量較少，對造價的影響較小，故主要比較中跨檁條。

1） 跨中支座搭接部位雙檁強(qiáng)度驗算： 強(qiáng)度計算最大應(yīng)力(N/mm2)：108.631 ＜f=205.000；

2）中間跨跨中單檁強(qiáng)度、穩(wěn)定驗算：強(qiáng)度計算最大應(yīng)力(N/mm2)：194.311 ＜f=205.000，檁條的穩(wěn)定性(N/mm2): fstabw =63.678 ＜=205.000；

3）中間跨風(fēng)吸力作用跨中下翼緣受壓穩(wěn)定驗算控制內(nèi)力(kN.m)：下翼緣受壓穩(wěn)定計算最大應(yīng)力(N/mm2)：75.466 ＜ f=205.000

4）荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下：中間跨最大撓度(mm): 29.600 (L/297)＜ 容許撓度: 58.667

綜上所述，采用Z220×75×20×2.0連續(xù)檁條時，可以滿足設(shè)計要求，其應(yīng)力比約為194.311÷205.000=0.95，在C型檁條截面庫中，該檁條截面達(dá)到最優(yōu)截面。

4 兩種方案比較

根據(jù)以上計算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計，可以得出以下結(jié)論：

1）兩種檁條方案均到達(dá)最優(yōu)截面，

2）C型檁條C280×70×20×2.5每根重量約為8.83kg/m×8.8m=77.70kg；Z型檁條Z220×75×20×2.0每根重量約為6.274kg/m×（8.8m+0.3m×2）=58.98kg；

3）因篇幅所限，假定邊跨和第二跨也采用相同規(guī)格的檁條，則本工程每平方米采用Z型檁條用鋼量約為77.7kg/（8.8m×1.5m）=5.89kg㎡,采用Z型檁條用鋼量約為58.98kg/（8.8m×1.5m）=4.47kg㎡,

很顯然，在本工程中采用Z型檁條進(jìn)行設(shè)計時，用鋼量明顯減少，每平方米節(jié)約鋼材1.4kg，整個工程僅屋面節(jié)約鋼材近1噸，當(dāng)墻面也采用Z型檁條時，也可節(jié)約近1噸鋼材。

5 結(jié)語

顯然，在本工程中，Z型檁條比C型檁條更加經(jīng)濟(jì)。在大力建設(shè)節(jié)約型社會的我國，從技術(shù)層面降低能源和資源的消耗，是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的主要責(zé)任之一。除了上述方案之外，本工程也可以從彎矩圖出發(fā)，通過增加Z型檁條的長度來減小Z型檁條的截面尺寸，此處不再贅述。

[1]何文濤,侯兆新,陳水榮等.輕型屋面普通鋼結(jié)構(gòu)廠房屋蓋體系選型的研究[J].建筑技術(shù),2012,43(3):269-271.

[2]黃玲，周靜南，雷金波等.冷彎薄壁型鋼檁條優(yōu)化設(shè)計及用鋼量分析[J].建筑科學(xué),2006,22(3):78-81.

[3]中國人民共和國建設(shè)部．《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003 [S]．北京，

[4]陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（第二版）[M].北京:科學(xué)出版社，2001.

TU413.6

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1007-6344（2016）07-0180-01

張楊（1980.9-），男，漢族，湖北省黃岡市人。講師、工程師、國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師

課題：校級課題名稱：門式剛架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究 編號：2014C2022127