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摘要：轻型钢结构是国内外目前应用和发展速度最快的新型结构形式，广泛应用于工业、居住和公共建筑，具有施工速度快、建筑类型美观、钢材用量少、造价低廉等优势，而门式刚架结构体系作为轻型钢结构的一种结构形式，在我国更是大量涌现，例如仓库、简易厂房、便民超市、料仓等等。其表现出的综合应用优势备受投资使用方和专业设计人员们的关注与重视。在门刚结构的广泛应用过程中，如何借助结构方案的最优化选取来确保实践应用过程中的经济性与可靠性无疑有着重要意义。在此，笔者侧重的是对无吊车门刚结构用钢量指标的分析与研究。本文从恒载因素、活载因素以及风载作用力这三个方面入手，以无吊车门刚结构的几种方案为研究对象，针对无吊车门刚结构方案优选过程当中所涉及到的关键问题做对应分析与说明，希望能为今后相关的理论学习与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。
关键词：无吊车门刚结构；方案；跨度；柱距；恒载作用力；因素；分析
中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
本文选取两个单跨门式刚架结构，其跨度指标分别为18.0m和21.0m；柱距均为6.0m，屋面永久荷载作用力标准值为0.3kN/m²，活载作用力标准值为0.8kN/m²，基本风压为0.80kN/m²。两个门式刚架结构所属建设场地划定抗震设防烈度为八度。结合以上实践资料，本文拟从恒载因素、活载因素以及风载作用力这三个方面入手，针对无吊车门刚结构方案优选过程当中所涉及到的关键问题做以下分析与说明。
1 无吊车门刚结构方案优选中的恒载作用力因素影响分析
下图（见图1）中该建筑檐口标高为12.0m，柱距为6.0m。活载取值为0.8kN/m²（不上人屋面活载作用力标准值为0.5kN/m²，建设场地所在地区基本雪压为0.8kN/m²）；该地区基本风压为0.8kN/m²，抗震设防烈度为八度设防，基本地震加速度为0.2g。跨度指标的考量主要分两种类型：即18.0m单位以及21.0m。作为比较，风压取值为0.50kN/m²时，按照以上方式所对应的恒载作用力示意图基本如下图1a所示。风压取值为0.80kN/m²时，所对应的恒载作用力示意图基本如下图1b所示。
图1：无吊车门刚结构方案用钢量相对于恒载作用力变化曲线示意图
（a）基本风压指标0.5kN/m²状态下示意图
（b）基本风压指标0.80kN/m²状态下示意图
通过对图1a相关数据信息的分析可以发现：无吊车门刚结构方案用钢量指标相对于恒载作用力指标曲线斜率表现为正值状态的情况下，其用钢量指标随作用力因素的增大而表现出同样的增大趋势。与此同时，在基本风压为0.5kN/m²的情况下，无论是对于假定的18.0m还是21.0m的跨度，结构用钢量指标相对于恒载作用力指标的增加趋势均倾向于一致性。从计算数值的实证角度上来说，每增加0.2kN/m²的恒载作用力，与之相对应的结构用钢量增加趋势基本保持在约12％~22％范围之内。与此同时，通过对图1b相关数据信息分析发现：在结构方案风压取值为0.80kN/m²时，用钢量指标相对于恒载作用力指标的曲线斜率增长趋势表现显著。同样是对于18.0m以及21.0m跨度而言，每增加0.2kN/m²单位的恒载作用力，所对应用钢量增加约为18％左右。
2 无吊车门刚结构方案优选中的活载作用力因素影响分析
同上文有关恒载作用力的分析过程基本一致，下图（见图2）中刚架建筑檐口标高为6.0m，柱距为6.0m，屋面恒载作用力为0.3kN/m²。在有关活载作用力的分析过程当中，设定两种基本工况：①.0.3kN/m²单位；②.0.5kN/m²单位。刚架跨度的比较同样选取18.0m以及21.0这两种类型。基本风压取值为0.5kN/m²时，与之相对应的计算结果基本如下图2a所示。基本风压取值为0.8kN/m²时，，所对应的曲线示意图基本如下图2b所示。
图2：无吊车门刚结构方案用钢量相对于活载作用力变化曲线示意图
（a）基本风压指标0.5kN/m²状态下示意图
（b）基本风压指标0.80kN/m²状态下示意图
通过对图2中有关数据信息的分析发现：同上一步骤有关恒载作用力指标影响情况的分析基本一致，在无吊车门刚结构方案的优化比选过程当中，用钢量指标相对应屋面活载作用力的变化趋势为正比例相关关系，即持续增大的屋面活载作用力对应着持续增大的无吊车门刚结构用钢量。与此同时，在恒载作用力表现为稳定状态并且基本风压取值为0.5kN/m²的情况下，从图2a可以看出，以21m跨为例，活载作用力自0.1kN/m²上升至0.3kN/m²的情况下，与之相对应的结构方案用钢量的增加比例基本表现在17％左右；而在活载作用力自0.3kN/m²上升至0.50kN/m的情况下，用钢量的增长趋势表现为11％左右。图2b中所反映的相关数据：在活载作用力自0.1kN/m²上升至0.3kN/m²的情况下，用钢量指标的增加比例表现为12％左右。然而在活载作用力自0.3kN/m²上升至0.5kN/m²的情况下，用钢量指标的增加比例基本可以达到30％左右。从这一角度上说，在有关无吊车门刚结构用钢量的选取过程当中，活载作用力与风载作用力相互具有影响关系，并且在基本风压取值较高的情况下，活载作用力相对于无吊车门刚结构方案用钢量指标的影响更为显著，应当予以特别关注。
3 无吊车门刚结构方案优选中的风载作用力因素影响分析
再说风载作用力对于无吊车门刚结构方案用钢量指标的影响，包括檐口高度、柱间距、永久荷载作用力、活载作用力以及地震设防烈度在内的基本指标设定与前面数据一致。将风载作用力分别设定为0.35kN/m²、0.50kN/m²、0.75kN/m²以及0.80kN/m²四种情况。在此基础上，将门式刚架方案中的刚架跨度指标分四個等级进行研究（15.0m、18.0m、21.0m以及24.0m），如图3所示。
通过对图3中有关数据信息析不难发现：对于无吊车门刚结构方案的优选作业而言，各种工况状态下的曲线斜率均为“+”值状态。这也就意味着：结构用钢量指标与风载作用力指标表现为正比例状态，并且在风载作用力的逐渐增大过程中，所对应的结构用钢量指标也有所增大。与此同时，在风载作用力表现为恒定状态的情况下，较大的结构用钢量指标与较大的刚架跨度相对应。
图3：无吊车门刚结构方案用钢量相对于风载作用力变化曲线示意图
4 结束语
通过本文以上分析得到总结如下：恒载作用力因素、活载作用力因素以及风载因素均会在一定程度上对整个无吊车门刚结构用钢量指标的选取产生一定影响，通过对这些因素的可靠性控制，能够确保无吊车门刚结构方案的最优化选取，而通过对用钢量的合理控制又得以确保其经济性能的稳定发挥。总而言之，本文针对无吊车门刚结构方案优选过程当中所涉及到的相关问题做出了简要分析与说明，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。
参考文献：
[1] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程.CECS 102：2002.
[2] 钢结构设计.中国计划出版社.苑辉主编.2006
[3] 欧阳红星.单层钢结构厂房设计中需注意的几个问题[J].山西建筑,2009,35(16):64-65.
关键词：无吊车门刚结构；方案；跨度；柱距；恒载作用力；因素；分析
中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
本文选取两个单跨门式刚架结构，其跨度指标分别为18.0m和21.0m；柱距均为6.0m，屋面永久荷载作用力标准值为0.3kN/m²，活载作用力标准值为0.8kN/m²，基本风压为0.80kN/m²。两个门式刚架结构所属建设场地划定抗震设防烈度为八度。结合以上实践资料，本文拟从恒载因素、活载因素以及风载作用力这三个方面入手，针对无吊车门刚结构方案优选过程当中所涉及到的关键问题做以下分析与说明。
1 无吊车门刚结构方案优选中的恒载作用力因素影响分析
下图（见图1）中该建筑檐口标高为12.0m，柱距为6.0m。活载取值为0.8kN/m²（不上人屋面活载作用力标准值为0.5kN/m²，建设场地所在地区基本雪压为0.8kN/m²）；该地区基本风压为0.8kN/m²，抗震设防烈度为八度设防，基本地震加速度为0.2g。跨度指标的考量主要分两种类型：即18.0m单位以及21.0m。作为比较，风压取值为0.50kN/m²时，按照以上方式所对应的恒载作用力示意图基本如下图1a所示。风压取值为0.80kN/m²时，所对应的恒载作用力示意图基本如下图1b所示。
图1：无吊车门刚结构方案用钢量相对于恒载作用力变化曲线示意图
（a）基本风压指标0.5kN/m²状态下示意图
（b）基本风压指标0.80kN/m²状态下示意图
通过对图1a相关数据信息的分析可以发现：无吊车门刚结构方案用钢量指标相对于恒载作用力指标曲线斜率表现为正值状态的情况下，其用钢量指标随作用力因素的增大而表现出同样的增大趋势。与此同时，在基本风压为0.5kN/m²的情况下，无论是对于假定的18.0m还是21.0m的跨度，结构用钢量指标相对于恒载作用力指标的增加趋势均倾向于一致性。从计算数值的实证角度上来说，每增加0.2kN/m²的恒载作用力，与之相对应的结构用钢量增加趋势基本保持在约12％~22％范围之内。与此同时，通过对图1b相关数据信息分析发现：在结构方案风压取值为0.80kN/m²时，用钢量指标相对于恒载作用力指标的曲线斜率增长趋势表现显著。同样是对于18.0m以及21.0m跨度而言，每增加0.2kN/m²单位的恒载作用力，所对应用钢量增加约为18％左右。
2 无吊车门刚结构方案优选中的活载作用力因素影响分析
同上文有关恒载作用力的分析过程基本一致，下图（见图2）中刚架建筑檐口标高为6.0m，柱距为6.0m，屋面恒载作用力为0.3kN/m²。在有关活载作用力的分析过程当中，设定两种基本工况：①.0.3kN/m²单位；②.0.5kN/m²单位。刚架跨度的比较同样选取18.0m以及21.0这两种类型。基本风压取值为0.5kN/m²时，与之相对应的计算结果基本如下图2a所示。基本风压取值为0.8kN/m²时，，所对应的曲线示意图基本如下图2b所示。
图2：无吊车门刚结构方案用钢量相对于活载作用力变化曲线示意图
（a）基本风压指标0.5kN/m²状态下示意图
（b）基本风压指标0.80kN/m²状态下示意图
通过对图2中有关数据信息的分析发现：同上一步骤有关恒载作用力指标影响情况的分析基本一致，在无吊车门刚结构方案的优化比选过程当中，用钢量指标相对应屋面活载作用力的变化趋势为正比例相关关系，即持续增大的屋面活载作用力对应着持续增大的无吊车门刚结构用钢量。与此同时，在恒载作用力表现为稳定状态并且基本风压取值为0.5kN/m²的情况下，从图2a可以看出，以21m跨为例，活载作用力自0.1kN/m²上升至0.3kN/m²的情况下，与之相对应的结构方案用钢量的增加比例基本表现在17％左右；而在活载作用力自0.3kN/m²上升至0.50kN/m的情况下，用钢量的增长趋势表现为11％左右。图2b中所反映的相关数据：在活载作用力自0.1kN/m²上升至0.3kN/m²的情况下，用钢量指标的增加比例表现为12％左右。然而在活载作用力自0.3kN/m²上升至0.5kN/m²的情况下，用钢量指标的增加比例基本可以达到30％左右。从这一角度上说，在有关无吊车门刚结构用钢量的选取过程当中，活载作用力与风载作用力相互具有影响关系，并且在基本风压取值较高的情况下，活载作用力相对于无吊车门刚结构方案用钢量指标的影响更为显著，应当予以特别关注。
3 无吊车门刚结构方案优选中的风载作用力因素影响分析
再说风载作用力对于无吊车门刚结构方案用钢量指标的影响，包括檐口高度、柱间距、永久荷载作用力、活载作用力以及地震设防烈度在内的基本指标设定与前面数据一致。将风载作用力分别设定为0.35kN/m²、0.50kN/m²、0.75kN/m²以及0.80kN/m²四种情况。在此基础上，将门式刚架方案中的刚架跨度指标分四個等级进行研究（15.0m、18.0m、21.0m以及24.0m），如图3所示。
通过对图3中有关数据信息析不难发现：对于无吊车门刚结构方案的优选作业而言，各种工况状态下的曲线斜率均为“+”值状态。这也就意味着：结构用钢量指标与风载作用力指标表现为正比例状态，并且在风载作用力的逐渐增大过程中，所对应的结构用钢量指标也有所增大。与此同时，在风载作用力表现为恒定状态的情况下，较大的结构用钢量指标与较大的刚架跨度相对应。
图3：无吊车门刚结构方案用钢量相对于风载作用力变化曲线示意图
4 结束语
通过本文以上分析得到总结如下：恒载作用力因素、活载作用力因素以及风载因素均会在一定程度上对整个无吊车门刚结构用钢量指标的选取产生一定影响，通过对这些因素的可靠性控制，能够确保无吊车门刚结构方案的最优化选取，而通过对用钢量的合理控制又得以确保其经济性能的稳定发挥。总而言之，本文针对无吊车门刚结构方案优选过程当中所涉及到的相关问题做出了简要分析与说明，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。
参考文献：
[1] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程.CECS 102：2002.
[2] 钢结构设计.中国计划出版社.苑辉主编.2006
[3] 欧阳红星.单层钢结构厂房设计中需注意的几个问题[J].山西建筑,2009,35(16):64-65.