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摘要：本文从钢结构楼盖的两种结构形式出发，在保证荷载条件以及边界条件的基础上，深入的分析了两者的经济性，及其变化规律，即在传力方式不同的情况下，空间结构的经济性更易受到结构尺寸的影响，结论可以为日常设计工作提供指导性帮助。
关键字 钢楼盖，梁板体系，网架，用钢量
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1研究背景：
建筑物中的大空间结构很常见，为了满足建筑需求，结构工程师常常通过钢结构承载系统进行大跨度结构设计。与混凝土结构相比，钢结构楼盖往往更轻，施工更加迅速，要求的结构高度低，布置灵活。由于可以布置为各种几何形状的组合，往往可以当作建筑的装饰而裸露在外部，为建筑增添美感。而钢楼盖的经济性却较混凝土差，往往成为制约其使用的重要原因，本文将比较两种常用钢楼盖的经济性，从含钢量角度比较更为节省的钢结构楼盖系统。
a)模型一梁板体系 b)模型二网架体系
图1 两种钢楼盖计算模型
如图1所示为两种钢楼盖体系。第一种为普通的梁板体系，简称模型一（图1a）；第二种为网架/桁架体系，简称模型二（图1b）。另外，比较的楼盖尺寸分别为27mX45m和27mX27m，等边和不等边时，这两种体系的表现各有不同，所以分开比较。为了比较更加清楚，按照规范的要求，以应力比和挠度上限为控制值的基础上，比较用钢量。
按照普通楼面做法制定荷载[1]，恒载为6kN/m2，活载为3.5kN/m2；钢材截面采用国标库中的标准型钢和圆钢管。
2等边楼盖比较
在所有荷载和支座相同的条件下，27mX27m按照规范控制恒荷载和活荷载标准值作用下，楼盖的最大挠度不超过67.5mm[2]，应力比控制在0.9以下。以此为条件，经过优化计算结果如下：模型一最大挠度为66.2mm（图2a），而应力比却不超过0.64（图3a），模型二中最大挠度为60.1mm（图2b），应力比大部分在0.5（图3b）以下。两个模型均是挠度起控制作用，钢材的强度并没有发挥充分的作用。说明由于自身特点，大跨结构柔性很大，控制变形才是结构的主要矛盾。
a)模型一挠度图 b)模型二挠度图
图2 两种钢楼盖计算挠度图
a)模型一挠度图 b)模型二腹杆应力比分布
图3 两种钢楼盖计算应力比分布图
在用钢量比较方面，模型一的总用钢量为1138kN，合计113.8t钢材；模型二的总用钢量为460KN，合计46t钢材。综合经济指标列在表1中可以看出模型二的用钢量几乎省了一半。
表1 用钢量对比
总用钢量（t） 平米用钢量
（kg/m2）
模型一 113.8 156.1
模型二 46.0 63.1
3不等边楼盖比较
将楼盖尺寸改为27mX36m，即上述模型均在一个方向增加一跨，重新计算模型。按照规范，楼盖的最大挠度不超过67.5mm，应力比控制在0.9以下。模型一计算结果与等边时的情况相同，最大挠度应为62.5mm（图4a）。模型二的计算结果却发生很大变化，按照原截面计算，挠度已经不能符合规范要求，为85.2mm。经过重新布置截面，计算得挠度为64.4mm(图4b)，应力水平与等边时相同（图5ab）。
a)模型一挠度图 b)模型二挠度图
图4 两种钢楼盖计算挠度图
a)模型一挠度图 b)模型二腹杆应力比分布
图5 两种钢楼盖计算应力比分布图
在用钢量比较方面，模型一的总用钢量为1457kN，合计145.7t钢材；模型二的总用钢量为826KN，合计82.6t钢材。综合经济指标列在表1中可以看出模型一和模型二的用钢量的变化。
表1 用钢量对比
总用钢量（t） 平米用钢量
（kg/m2）
模型一 145.7 149.9
模型二 82.6 85.0
模型一的用鋼量几乎没有变化，略微有些降低，从156.1kg/m2降低到149.9 kg/m2，而模型二的用钢量却从63.1kg/m2增加到85.0kg/m2，增加了35%，有明显的增加。说明了单项受力体系，即模型一中空间的单边加长对经济性影响不大。而空间结构受力体系却对边长的大小很敏感，对用钢量这一经济指标有明显的影响。
4 结论
从上述分析中，可以得出这样的结论。单向受力体系，传力方式简单；易于布置，并且用钢量变化不大，但是从宏观看用钢量偏高。而网架这种空间受力体系，传力方式复杂，空间的形状对其用钢量影响较大；不能在维持截面不变的情况下增减跨数[3]（长度）。因此，在具体楼盖设计时要全面考虑结构的形状以及建筑的要求，采用合适的结构形式。
参考文献
GB5009-2012《建筑结构荷载规范》,中国建筑工业出版社, 2012
GB50017-2003《钢结构设计规范》, 中国计划出版社, 2003
张其林.钢管截面的结构应用.同济大学, 2004
关键字 钢楼盖，梁板体系，网架，用钢量
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1研究背景：
建筑物中的大空间结构很常见，为了满足建筑需求，结构工程师常常通过钢结构承载系统进行大跨度结构设计。与混凝土结构相比，钢结构楼盖往往更轻，施工更加迅速，要求的结构高度低，布置灵活。由于可以布置为各种几何形状的组合，往往可以当作建筑的装饰而裸露在外部，为建筑增添美感。而钢楼盖的经济性却较混凝土差，往往成为制约其使用的重要原因，本文将比较两种常用钢楼盖的经济性，从含钢量角度比较更为节省的钢结构楼盖系统。
a)模型一梁板体系 b)模型二网架体系
图1 两种钢楼盖计算模型
如图1所示为两种钢楼盖体系。第一种为普通的梁板体系，简称模型一（图1a）；第二种为网架/桁架体系，简称模型二（图1b）。另外，比较的楼盖尺寸分别为27mX45m和27mX27m，等边和不等边时，这两种体系的表现各有不同，所以分开比较。为了比较更加清楚，按照规范的要求，以应力比和挠度上限为控制值的基础上，比较用钢量。
按照普通楼面做法制定荷载[1]，恒载为6kN/m2，活载为3.5kN/m2；钢材截面采用国标库中的标准型钢和圆钢管。
2等边楼盖比较
在所有荷载和支座相同的条件下，27mX27m按照规范控制恒荷载和活荷载标准值作用下，楼盖的最大挠度不超过67.5mm[2]，应力比控制在0.9以下。以此为条件，经过优化计算结果如下：模型一最大挠度为66.2mm（图2a），而应力比却不超过0.64（图3a），模型二中最大挠度为60.1mm（图2b），应力比大部分在0.5（图3b）以下。两个模型均是挠度起控制作用，钢材的强度并没有发挥充分的作用。说明由于自身特点，大跨结构柔性很大，控制变形才是结构的主要矛盾。
a)模型一挠度图 b)模型二挠度图
图2 两种钢楼盖计算挠度图
a)模型一挠度图 b)模型二腹杆应力比分布
图3 两种钢楼盖计算应力比分布图
在用钢量比较方面，模型一的总用钢量为1138kN，合计113.8t钢材；模型二的总用钢量为460KN，合计46t钢材。综合经济指标列在表1中可以看出模型二的用钢量几乎省了一半。
表1 用钢量对比
总用钢量（t） 平米用钢量
（kg/m2）
模型一 113.8 156.1
模型二 46.0 63.1
3不等边楼盖比较
将楼盖尺寸改为27mX36m，即上述模型均在一个方向增加一跨，重新计算模型。按照规范，楼盖的最大挠度不超过67.5mm，应力比控制在0.9以下。模型一计算结果与等边时的情况相同，最大挠度应为62.5mm（图4a）。模型二的计算结果却发生很大变化，按照原截面计算，挠度已经不能符合规范要求，为85.2mm。经过重新布置截面，计算得挠度为64.4mm(图4b)，应力水平与等边时相同（图5ab）。
a)模型一挠度图 b)模型二挠度图
图4 两种钢楼盖计算挠度图
a)模型一挠度图 b)模型二腹杆应力比分布
图5 两种钢楼盖计算应力比分布图
在用钢量比较方面，模型一的总用钢量为1457kN，合计145.7t钢材；模型二的总用钢量为826KN，合计82.6t钢材。综合经济指标列在表1中可以看出模型一和模型二的用钢量的变化。
表1 用钢量对比
总用钢量（t） 平米用钢量
（kg/m2）
模型一 145.7 149.9
模型二 82.6 85.0
模型一的用鋼量几乎没有变化，略微有些降低，从156.1kg/m2降低到149.9 kg/m2，而模型二的用钢量却从63.1kg/m2增加到85.0kg/m2，增加了35%，有明显的增加。说明了单项受力体系，即模型一中空间的单边加长对经济性影响不大。而空间结构受力体系却对边长的大小很敏感，对用钢量这一经济指标有明显的影响。
4 结论
从上述分析中，可以得出这样的结论。单向受力体系，传力方式简单；易于布置，并且用钢量变化不大，但是从宏观看用钢量偏高。而网架这种空间受力体系，传力方式复杂，空间的形状对其用钢量影响较大；不能在维持截面不变的情况下增减跨数[3]（长度）。因此，在具体楼盖设计时要全面考虑结构的形状以及建筑的要求，采用合适的结构形式。
参考文献
GB5009-2012《建筑结构荷载规范》,中国建筑工业出版社, 2012
GB50017-2003《钢结构设计规范》, 中国计划出版社, 2003
张其林.钢管截面的结构应用.同济大学, 2004