广东建材２０１０年第３期 建筑设计与装饰 大开问轻钢结构檩条的经济 比较 潘哲霖 ［博思格建筑钢结构（广州）有限公司］ 摘 要：大开问、大空间的轻钢结构是今后大型物流中心、大型仓库及大型超市发展的主要方向。目 前，通常情况下轻钢结构建筑的柱距在６．Ｏｍ到９．Ｏｍ之间，使用ｚ型檩条或Ｃ型檩条的形式，均能满 足建筑的要求。当客户对室内的功能要求更高，室内使用率要求更高时就难以满足。如果柱距达到 ９．Ｏｍ以上，不超过 ．０ｍ时，普通的做法是做托梁，这样的铡量就大幅增加，成本增高。巴特勒制造公 司独特的桁架檩条解决增加托梁的结构形式，在经济成本更低的情况下释放了更加宽阔的室内操作 空问。本文作者总结了在同等条件下 同开问的主结构钢量、檩条钢量和总钢量，得出采用９．Ｏｍ柱问 的轻钢结构和采用１５．Ｏｍ柱间的轻钢结构的总钢量身最低，１５．Ｏｍ柱间的轻钢结构的总钢最比９．Ｏｍ 柱问的轻钢结的总铡量还少约２．３％～６．７％左右，对节约社会资源具有重大的意义。 关键词：人开问；轻铡结构；桁架檩条 经济，但有时不能满足客户的一些特殊要求。如当建筑 柱距达到ｌ２．０ｍ时，通常会采用纵向结构系统（ＬＧＳ），这 日益发展的大型物流中心、大型仓库及大型超市等 样会使主结构的用钢量明显增多，增加了建筑的成本和 （图ｌ所示）建筑对室内的操作空间要求越来越高，常用 施工难度。 的６．Ｏｍ到９．Ｏｍ的柱距有时难以满足此类的建筑的功 为了解决人开问柱距问题，美国巴特勒制造公司于 能要求，如果采用托梁的结构形式的轻钢结构，工程的 １９９５年引入了独特的桁架檩条的概念，并定名为ＬＡＮＤ－ 钢量就会增长，经济成本就会增加。 ＭＡＲＫ ２０００ 。在美国，该系统已被广泛使用在大型超市、 大型物流中心、大型』一房及大型仓库，为客户提供了更 加宽阔的操作空间。 １概述 桁架檩条是一种新型的用于大跨度屋面系统的空 腹次结构。以１５０ｍｍ为模数，长度可以从４．５ｍ到１８ｍ， 其截面高度有两种：５２０ｍｍ（腹杆截面高４５６ｍｍ），７５０ｍｍ 图１大开间大空间轻钢结构建筑 钢量直接影响到工程的造价，柱网尺寸是结构用钏 量的主要影响因素，此外结构高度、材料强度、荷载大 小、单跨多跨等都对结构用钢量变化有明显的综合影 响，本文作者以相同的结构高度、相同的材料强度、相同 的荷载大小、相同的跨度等做了计算模型及计算结果， 并归纳总结了６．０ｍ、７．５ｍ、９．０ｍ、１０．５ｍ、ｌ２．０ｍ、１３．５ｍ、 ｌ５．０ｍ和ｌ８．０ｍ不同开间的含钢量，进行了较详细的经 济比较，并分析了这些因素变化对用钢量影响的基本规 律。同时还综合考虑了钢结构安装工期及基础工程等的 影响与分析意见。 （腹杆截面高６８６ｍｍ）。由不同的截面高度、上弦杆厚度、 下弦杆厚度、主腹杆加强型式、端腹杆类型以及端腹杆 加强型式组合成部件号唯一的桁架檩条，如图２所示： 接鼍噩 一一 图２桁架檩条 ２大开间柱距的桁架檩条简介 ２．１弦杆 通常情况下轻钢结构建筑的柱距在６．Ｏｍ到９．０之 弦杆是经冷加工成型的，其截面形状象带缘的帽 间，且使用ｚ型或者Ｃ型檩条搭接的形式，这样做比较 子，如图３所示。弦杆有五种不同的材料厚度，分别是： 一１３５— 建筑设计与装饰 广东建材２０１０年第３期 １．５ｍｍ（目前暂时不用），２ｍｍ，２．２ｍｍ，２．６ｍｍ及３．２ｍｍ。上 强方法。 弦杆需要预冲问距为１５０ｍｍ的孔，以用来安装ＭＲ一２４屋 ２．４端厘 面连接件，下弦杆不带屋面连接件预冲孔。弦杆的材料 端座是一个简单的机械装置，用来将桁架檩条连接 严格按国家标准供货，从材料的化学成分、机械特性以 到主结构上，端座本身高２０８ｍｍ，加上上弦杆高度，从而 及加工过程到材料交货的总体要求均有严格的规定。 保证整个端座的截面高２４０ｍｍ，这样在同一个建筑物 上，就可同时使用桁架檩条和截面为２４０１ｎｍ高的ｚ型檩 条，端座只有一种型式，其材料厚度为３．２ｍｍ。端座料严 格按国家标准供货，从材料的化学成分、机械特性以及 图３弦杆截面图 ２．２主腹杆 主腹杆由外径为２７ｍｍ，厚度为１．５ｍｍ（目前暂时不 用）或２ｍｍ的直缝电焊钢管（符合国家ＤＢ／Ｔ１３７９３—９２标 准）制作而成，圆管在每一个间距为７５０ｍｍ面板连接点 砸平、折弯并与上下弦杆焊接连接。如图４所示。腹杆与 弦杆的连接是通过焊接而成，腹杆的承拉力大大超过其 承压力，为了提高桁架檩条靠近端部的腹杆的承载力而 又不在整个檩条上采用更厚的腹杆材料（如若采用更厚 的腹杆材料～方面产生浪费，也增加了桁架檩条的自 重），因此应在靠近檩条端部的腹杆上作加强处理，也就 是在腹杆折弯前在指定区域套上一个外径比主腹杆大 的套管，然后在檩条组装时将套管点焊就位。与此同时， 在该加强区域，主腹杆与弦杆的连接要求采用加强焊。 图４主腹杆 ２．３端腹杆 端腹杆由外径为２７ｍｍ，厚度为２．３ｍｍ的圆管制作 而成，其材料与主腹杆相同，如图５所示。端腹杆端部砸 平并以一定的角度折弯后焊接在上弦杆及下弦杆上，从 檩条端部到端腹杆与下弦杆连接点的水平距离为 ６７２．５ｍｍ与９７２．５ｍｍ之间，以７５ｍｍ递增，这样既可以保 证桁架檩条的长度以１５０ｍｍ递增，又能保证主腹杆的折 弯间距为７５０ｍｍ，在某些特定情况下端腹杆也需作加强 处理以承受更高的风升力，其加强方法同主腹杆端部加 图５端腹杆 ——１３６—— 加工过程到材料交货的总体要求均与弦杆的材料相同 明。如图６所示。 图６端座 ２．５桁架檩条的组装 桁架檩条在工厂由不同的零件经焊接组装而成，桁 架檩条的部件号由不同的零件号（上弦杆、下弦杆、主腹 杆、端腹杆）组合而成，由于几乎所有的零件都是变长度 的，故同一个部件号可以有不同的长度，当桁架檩条的 长度确定以后，其相应的零件长度也就随之确定。 ２．６桁架檩条的涂装 桁架檩条的表面处理达ＳＴ２．０级，底漆采用浸漆方 式，浸漆厚度为２５，底漆为醇酸底漆。面漆有两种，标准 面漆为醇酸面漆，对有特殊要求的建筑推荐采用特殊油 漆工艺，但价格昂贵。 ２．７桁架檩条的运输 桁架檩条与其他空腹构件一样，需用较大的运输空 问，故其运输成本较高。然而从整体设计方面考虑，较大 截面的桁架檩条比小截面的桁架檩条成本反而较低。 ２．８桁架檩条的安装 由于桁架檩条为空腹结构，其刚度相对较差，且损 坏后不易修复，故对安装的要求相对较高。 ３大开间柱距轻钢结构柱网尺寸的经济 分析【１—４］ 轻型门式刚架结构的柱网布置首先应该满足工艺 使用的要求，在设计中往往也是由工艺或业主与建筑师 广东建材２０１０年第３期 选定柱网尺寸，但是要做到合理的选择柱网尺寸，还离 十分少； 建筑设计与装饰 不开结构工程师的参与，这是因为除了工艺使用要求 （２）荷载０．１５ｋＮ／ｍ。时，柱距为６．０ｍ时的主结构重 外，柱网尺寸（柱距、跨度的）的合理选定还应该综合考 量与次结构重量占总重量分布为７１．８２％、２７．０９％，比例 虑结构用钢量、工期、基础工程的诸多因素的影响，对此 为２．６５：１。这是因为柱距较小，钢框架的榀数增多了， 结构工程师有责任提出正确的建议，协助决策。 主结构的重量就随之增大了；檩条由于柱距较密，重量 用钢量直接影响工程的造价，几乎已习惯地成为从 上也随之较轻； 结构因素考虑柱网选用时的重要因素，但应该注意，除 （３）荷载０．１５ｋＮ／ｍ 时，柱距为ｌ８．０ｍ时的主结构重 了柱网尺寸这一主要因素外，结构高度、材料强度、荷载 量与次结构重量占总重量分布为５４．６２％、４４．０３％，比例 大小、有无吊车、单跨多跨等都对结构用钢量变化有明 为１．２４：ｌ，两则的重量几乎是相等的； 显的综合影响，不能不在分析比较中，～并予以考虑。 （４）在门式刚架体系结构中，次结构的用钢量可占总 本文对宽度为９０ｍ，长２１６ｍ，檐口高９ｍ，端跨柱距 用钢量的２７．０９％￣４４．０３％，所以设计人员说应该注意 为３＠３０ｍ，边跨柱距为分别为：６ｍ、７．５ｍ、９ｍ、１Ｏ．５ｍ、１２ｍ、 并合理地做好次结构部分设计； １３．５ｍ、１５ｍ、１８ｍ， 吊挂荷载分别为０．１５ｋＮ／ｍ。、 （５）影响次结构用钢量比重增加的主要因素是柱距 ０．３０ｋＮ／ｍ。、０．５０ｋＮ／ｍ 的各种因素作用下主结构用钢量 增加，主结构选用高强度钢及建筑物高跨比增加等； 的影响，各用钢量数值均在理论计算上参照工程实践经 （６）屋面荷载增大引起门式刚架用钢量增加，特别当 验进行了加工余量及构造余量的增量调整，以便符合工 是柱距较大时，幅度也较大。当荷载由０．１５ｋＮ／ｍｚ增大 程实际。数据如表１所示。 到０．５０Ｋｎ／ｍ。时，门式刚架用钢量平均增幅为１４．１２％， 从表１中得出以下结论： 最大的增幅为ｌ７．９％，最小的增幅为１ １．８６％； （１）从柱距为６．０ｍ递增到ｌ８．０ｍ的主结构重量和次 （７）从总用钢量面上看，ｌ５．０ｍ柱距的桁架式檩条的 结构重量都有显著的变化，占总重量的比重变化也十分 门式刚架的用钢量比其他柱距的用钢量都小；如果檩条 明显：而支撑重量的变化微小，占总重量的比重变化也 采用冷弯薄壁Ｚ型钢，９．０ｍ柱距的门式刚架的用钢量 表１各种柱距、各种荷载下各类结构的重量 建筑概况 ９０ｍ×２１６ｍ×９ｍ（ＥＨ） 主结构重量 次结构重量 支撑蚕量 总重量 吊挂荷载 总重单量 檩条 单量 单量 单量 Ｔ Ｔ／ｍ０ 比重 类型 总重．Ｔ Ｔ／ｍｚ 比重 总重．Ｔ Ｔ／ｍ 比重 总重．Ｔ Ｔ／ｍ２ ．０．１５ｋＮ／ｍ ２８６，０７９ ｌ４．７２ ７１．８２％ Ｚ２００ １０７，９００ ５．５５ ２７．０９％ ４，３６６ ０．２２ １．１０％ ３９８，３４５ ２０．４９ 柱距：３６＠６ｍ ０．３０ｋＮ／ｍ２ ３１４，６４６ １６．１９ ７３．７０％ Ｚ２００ １０７，９００ ５．５５ ２５．２７％ ４，３６６ Ｏ．２２ １．０２％ ４２６．９ｌ２ ２１．９７ （简称Ａ类情况） 柱距：２９＠７．５ｍ （简称Ｂ类情况） ９０ｍ×２１６ｍ×９ｍ（ＥＨ） ０５０ｋＮ／ｍ０ ３３３，３１９ １７．１５ ７４．８０％ Ｚ２００ １Ｏ７．９００ ５．５５ ２４．２２％ ４，３６６ Ｏ．２２ ０．９８％ ４４５．５８５ ２２．９３ ．９０ｍ×２１７．５ｍ×９ｍ（ＥＨ） ０．１５ｋＮ／ｍ０ ２４８，７５０ １２．７１ ６８．９３％ Ｚ２００ １０７．１５６ ５．４７ ２９．６９％ ４，９８８ ０．２５ １．３８％ ３６０，８９４ １８．４４ ０．３０ｋＮ／ｍ２ ２７３，０２０ ｌ３．９５ ７０．５９％ Ｚ２００ ｌ０７，５０９ ５．４９ ２７．８０％ ６．２３ｌ ０．３２ １．６１％ ３８６，７６０ １９．７６ ０５０ｋＮ／ｍ２ ３０２，９２７ １５．４８ ７１．１９％ Ｚ２４０ １１８．２１３ ６．０４ ２７．７８％ ４，３６６ ０．２２ １．０３％ ４２５，５０６ ２１．７４ ．０．１５ｋＮ／ｍ０ ２２８，８４３ ｌ１．７７ ６４．７３％ Ｚ２４０ １ｌ８．０６２ ６．０７ ３３．４Ｏ％ ６，６０４ Ｏ．３４ １．８７％ ３５３，５０９ ｌ８．１８ 柱距：２４＠９ｍ （简称Ｃ类情况） ９０ｍ×２１０ｍ×９ｍ（Ｅｌ１） ０．３０ｋＮ／ｍ ２５８，４９５ ｌ３．３０ ６６．７７％ Ｚ２４０ ｌ２４．２８９ ６．３９ ３２．１Ｏ％ ４，３６６ ０．２２ １．１３％ ３８７，１５０ ｌ９．９２ ０．５０ｋＮ／ｍ￣ ２７６．１５４ ｌ４．２１ ６６．５７％ Ｚ２４０ ｌ３４．３１８ ６．９１ ３２．３８％ ４，３６６ Ｏ．２２ １．０５％ ４１４．８３８ ２１．３４ ０．１５ｋＮ／ｍ ２ｌ３．０４８ ｌ１．２７ ６１．４３％ Ｚ２４０ ｌ２９．３７７ ６．６６ ３７．３１％ ４，３６６ Ｏ．２２ １．２６％ ３４６．７９１ １８．１５ 柱距：２０＠１０．５ｍ （简称Ｄ类情况） ９０ｍ×２１６ｍ×９ｍ（ＥＨ）ｊ ０．３０ｋＮ／ｍ￣ ２３０．１４４ ｌ２．１８ ６１．９９％ Ｚ２４０ １３２．８ｌＯ ６．８３ ３５．７７％ ８，２８３ Ｏ．４３ ２．２３％ ３７１，２３７ １９．４４ ０．５０ｋＮ／ｍ ２５４，２８６ １３．４５ ６２．５５％ Ｚ２４０ ｌ４７．Ｏ１ｌ ７．５６ ３６．１６％ ５．２３６ ０．２７ １．２９％ ４０６，５３３ ２１．２８ ０．１５ｋＮ／ｍ ２２１，８１０ １１．４ｌ ５８．３１％ ＴＲＵＳＳ １５３．０３７ ７．８７ ４０．２３％ ５，５２８ ０．２８ １．４５％ ３８０，３７５ ｌ９．５７ 柱距：１８＠１２ｍ （简称Ｅ类情况） ９０ｍ×２１６ｍ×９ｍｆＥＨ） ０．３０ｋＮ／ｍ ２４５，２７８ ｌ２．６２ ６０．７４％ ＴＲＵＳＳ ｌ５３，０３７ ７．８７ ３７．９Ｏ％ ５，５２８ Ｏ．２８ １．３７％ ４０３，８４３ ２０．７８ ０５０ｋＮ／ｍ０ ２６３，６０４ ｌ３．５６ ６２．４４％ ＴＲＵＳＳ ｌ５３．０３７ ７．８７ ３６．２５％ ５，５２８ Ｏ．２８ １．３１％ ４２２，１６９ ２１．７２ ．０．１５ｋＮ／ｍ２ ２０９，３６５ １Ｏ．７７ ５７．０３％ ＴＲＵＳＳ １５２。２４５ ７．８３ ４１．４７％ ５，５２８ Ｏ．２８ ｌ＿５１％ ３６７．１３８ ｌ８．８９ 柱距：１６＠１３．５ｍ （简称Ｆ类情况） ９０ｍ×２１６ｍ×９ｍ（ＥＨ） 柱距：１４＠１５ｍ ０．３０ｋＮ／ｍ２ ２３２，１６８ １１．９４ ５９．５４％ ＴＲＵＳＳ ｌ５２．２４５ ７．８３ ３９．０４％ ５，５２８ ０．２８ １．４２％ ３８９．９４１ ２０．Ｏ６ ０５０ｋＮ／ｍ ２５３，１４０ ｌ３．Ｏ２ ６１．６０％ ＴＲＵＳＳ ｌ５２．２４５ ７．８３ ３７．０５％ ５，５２８ ０．２８ １．３５％ ４ｌ０．９ｌ３ ２１．１４ ．０．１５ｋＮ／ｍ １９７．５８８ ｌ０．ｔ６ ５７．２１％ ＴＲＵＳＳ １４２．２７４ ７．３２ ４１．１９％ ５，５２８ ０．２８ １．６０％ ３４５，３９０ １７．７７ ０．３０ｋＮ／ｍ ２ｌ３．１６０ １０．９７ ５９．０５％ ＴＲＵＳＳ １４２，２７４ ７．３２ ３９．４２％ ５，５２８ Ｏ．２８ １．５３％ ３６０，９６２ ｌ８．５７ （简称Ｇ类情况） ９０ｍ×２１６ｍ×９ｍ（ＥＨ） 柱距：１２＠１８ｍ ０５０ｋＮ／ｍ ２３５，１２５ １２．０１ ６０．６７％ ＴＲＵＳＳ １４６，８９４ ７．５６ ３７．９０％ ５，５２８ Ｏ．２８ １．４３％ ３８７，５４７ １９．８５ 。Ｏ．１５ｋＮ／ｍ ｌ８７．７ｌ２ ９．６６ ５１．７６％ ＴＲＵＳＳ １６９，４５３ ８．７２ ４６．７２％ ５，５２８ ０．２８ １．５２％ ３６２，６９３ １８．６６ ０．３０ｋＮ／ｍ ２０ｌ，５４２ １Ｏ．３７ ５ｌ＿８９％ ＴＲＵＳＳ １８１，３３３ ９．３３ ４６．６９％ ５，５２８ Ｏ．２８ １．４２％ ３８８，４０３ ｌ９．９８ （简称Ｈ类情况） ０５０ｋＮ／￣ｎ２ ２２４，９４２ ｌ１．５７ ５４．６２％ ＴＲＵＳＳ ｌ８１，３３３ ９．３３ ４４．Ｏ３％ ５，５２８ Ｏ．２８ １．３４％ ４１１，８０３ ２１．１８ ．
