框架结构柱网尺寸的技术经济分析与确定原则
[摘要] 框架结构[1]具有很好的抗震性能，能够提供宽敞而灵活的使用空间，造价低廉、施
工方便，建筑造型的可塑空间大。在建筑设计中，只要选择了框架结构，就面临柱网尺寸如何确定的问题。框架结构柱网尺寸的选择不仅需要符合建筑设计和使用的要求，同时还要保证经济合理、施工方便。定性和定量分析了影响柱网尺寸确定的主要因素：工程造价、施工技术难易程度等，得出了他们与柱网尺寸的关系，找出最合理的柱网尺寸。
[关键词] 结构工程 柱网尺寸 影响因素 确定原则
Economic Analysis and Definite Principle for Arrangement of Columns in Frame
Structure/zhang xifei(School of Civil Engineers and Architecture,Henan University, Henan Kaifeng,475004,China)
Abstract：The frame struction has the very good earthquake resistance performance, Which can
provide spacious and the nimble space of using. The cost of construction is inexpensive, and the construction is convenient.Nevertheness,the plastic space of the construction modelling in the frame struction is big. In the design of architectural,So long as has chosen the frame struction, we must face the question which how to determine the arrangement for columns of the frame struction.In the frame strccture,the choice of arrangement for columns should not only accord with the architecture design and the requirement of using,but also should insure that it is economical and convenience for construct. Aiming at the main factors with influence the confirm of the arrange for columns,such as the cost of the construction,the degree of the difficulty for construction. According to the date from the specific project, relationship between the main factors and the change of the distance of columns is concluded, then we can find the most reasonable arrangement for coloumns.
Keywords: structure engineering；arrangement for coloumns；integrative beneficial；definite
drinciple
1 引言
为了确定经济合理的柱网尺寸[2]，掌握其规律性，需要对影响柱网尺寸的因素及确定原则进行研究。为此，首先分析了确定框架结构柱网尺寸的影响因素及它们之间的关系，再利用PKPM算出实际工程中不同柱网尺寸时对应的建材消耗量及工程造价，确定最为经济合理的框架结构柱网尺寸。
2 影响框架结构柱网尺寸的主要因素
在实际工程中，柱网尺寸的大小往往不是通过单一的平面关系就能确定的，尤其是比较复杂的建筑物。影响框架结构柱网尺寸选择的因素很多，如使用功能、建筑布局和造型、工程造价、施工技术难度等。
（1）建筑布局和造型。一幢高层建筑中，有的楼层可能是办公房间，有的楼层是旅馆，有的楼层是公寓，底层可能是商场或某行业的营业大厅，地下室还要做停车场及设备用房等。这时，确定建筑物的柱网就不能仅从单一的功能去考虑，必须对建筑物的各种功能进行权衡，找出既适应各种功能又最经济合理的柱网。
（2）工程造价。当柱网尺寸较小时，构件截面满足构造要求即可，所以其强度不能充分发挥，造成材料浪费；当柱网尺寸较大时，构件尺寸增大，结构的造价也可能提高，故只有合
理的柱网尺寸才能使造价最低、最经济。
（3）施工技术难易程度。当设计柱网尺寸较大时，必须在主梁之间加次梁，这导致了混凝土用量及模板工程量的增加，模板的平整度也不好控制，所以有可能既不经济又增加了施工难度。
3 试验研究
试验计算模型为全现浇钢筋混凝土框架结构体系，建筑为六层办公楼，层高3.6m。屋（楼）
22
面恒荷载为4.0KN/m，屋（楼）面活荷载为2.0KN/m；基本风压0.45KPa；抗震设防烈度为8度；板厚取100mm；混凝土强度等级为C30；梁和柱内钢筋采用HRB335，板内钢筋采用HPB235。
为了便于分析，假定所设计的办公楼开间数保持不变（共8跨），以单位面积上的工程造价作为比较标准。依据建筑设计，其柱网布置如图1所示，其中l为柱距，分别取l=3600，4200，4800，5400，6000，6600，7200，7800和8400mm进行计算、分析讨论。
对以上9种不同柱网尺寸条件下的框架结构进行设计[3][4]，根据结构设计进行了技术经济指标的计算和分析[5]，其结果见表1，次梁每隔两米横向布置，其中混凝土、钢筋均按近似市场价计算，混凝土：300元/m，钢筋：3800元/t。
3
图1. 框架柱网布置图
根据上述计算结果绘出结构工程造价与柱网尺寸的关系图曲线(如图2)：
图2：柱网尺寸与工程造价关系曲线
由上图曲线可知，W6>W5>W4>W7>W3>W8>W2>W9>W1，6.6m为最经济合理柱距，6.0m次之。 4 结论
框架结构的柱网尺寸不应太小，对于那些开间不大、层高不高、功能比较固定的多层建筑，采用砖混结构就可以很好地满足建筑的功能要求，造价要比框架结构低得多；框架结构的柱网尺寸亦不可太大，大柱距对梁的要求较高，不仅会增加工程造价，还会占用更多的空间，减少空间使用率。对于像展览厅、体育馆等有更大空间要求的结构，框架结构已经不再是最佳选择，这时，更经济的结构形式也许是钢屋梁或者网架结构[6]。
通过以上分析我们可以看出，任何一种结构体系都有它的适用范围，在一定情况下它是合理的，超出了它的使用范围，就不能很好地发挥它的优越性，框架结构也是这样。根据功能的需要，选择合适的柱网尺寸，是发挥框架结构优越性的重要方面。而合适的柱网有其内在规律，需要针对不同的功能要求、工程造价、建筑设备[7]、建筑经济、施工难易程度等各
种因素综合分析比较，只有这样，才能确定出符合功能要求、经济适用的柱网尺寸，使建筑设计取得更好的经济效益和社会效果。
主要参考文献：
[1] 王心田. 建筑结构体系与选型[M]. 上海：同济大学出版社，2003. [2] 何亚伯，杨海红，张海涛. 建筑工程经济与企业管理[M]. 武汉：武汉大学出版社，2005. [3] 东南大学，同济大学，天津大学，清华大学. 混凝土结构[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[4] 建筑结构荷载规范（GB50009-2001）[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[5] 孟新田，崔艳梅，谢治英，韩英爱.土木工程概预算与清单计价[M]. 北京：高等教育出版社，2006.
[6] 杜文风，张慧.空间结构[M].北京：中国电力出版社，2008. [7] 王继明，卜城，屠峥嵘，杨旭东，谢庚.建筑设备[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
框架结构柱网尺寸的技术经济分析与确定原则
[摘要] 框架结构[1]具有很好的抗震性能，能够提供宽敞而灵活的使用空间，造价低廉、施
工方便，建筑造型的可塑空间大。在建筑设计中，只要选择了框架结构，就面临柱网尺寸如何确定的问题。框架结构柱网尺寸的选择不仅需要符合建筑设计和使用的要求，同时还要保证经济合理、施工方便。定性和定量分析了影响柱网尺寸确定的主要因素：工程造价、施工技术难易程度等，得出了他们与柱网尺寸的关系，找出最合理的柱网尺寸。
[关键词] 结构工程 柱网尺寸 影响因素 确定原则
Economic Analysis and Definite Principle for Arrangement of Columns in Frame
Structure/zhang xifei(School of Civil Engineers and Architecture,Henan University, Henan Kaifeng,475004,China)
Abstract：The frame struction has the very good earthquake resistance performance, Which can
provide spacious and the nimble space of using. The cost of construction is inexpensive, and the construction is convenient.Nevertheness,the plastic space of the construction modelling in the frame struction is big. In the design of architectural,So long as has chosen the frame struction, we must face the question which how to determine the arrangement for columns of the frame struction.In the frame strccture,the choice of arrangement for columns should not only accord with the architecture design and the requirement of using,but also should insure that it is economical and convenience for construct. Aiming at the main factors with influence the confirm of the arrange for columns,such as the cost of the construction,the degree of the difficulty for construction. According to the date from the specific project, relationship between the main factors and the change of the distance of columns is concluded, then we can find the most reasonable arrangement for coloumns.
Keywords: structure engineering；arrangement for coloumns；integrative beneficial；definite
drinciple
1 引言
为了确定经济合理的柱网尺寸[2]，掌握其规律性，需要对影响柱网尺寸的因素及确定原则进行研究。为此，首先分析了确定框架结构柱网尺寸的影响因素及它们之间的关系，再利用PKPM算出实际工程中不同柱网尺寸时对应的建材消耗量及工程造价，确定最为经济合理的框架结构柱网尺寸。
2 影响框架结构柱网尺寸的主要因素
在实际工程中，柱网尺寸的大小往往不是通过单一的平面关系就能确定的，尤其是比较复杂的建筑物。影响框架结构柱网尺寸选择的因素很多，如使用功能、建筑布局和造型、工程造价、施工技术难度等。
（1）建筑布局和造型。一幢高层建筑中，有的楼层可能是办公房间，有的楼层是旅馆，有的楼层是公寓，底层可能是商场或某行业的营业大厅，地下室还要做停车场及设备用房等。这时，确定建筑物的柱网就不能仅从单一的功能去考虑，必须对建筑物的各种功能进行权衡，找出既适应各种功能又最经济合理的柱网。
（2）工程造价。当柱网尺寸较小时，构件截面满足构造要求即可，所以其强度不能充分发挥，造成材料浪费；当柱网尺寸较大时，构件尺寸增大，结构的造价也可能提高，故只有合
理的柱网尺寸才能使造价最低、最经济。
（3）施工技术难易程度。当设计柱网尺寸较大时，必须在主梁之间加次梁，这导致了混凝土用量及模板工程量的增加，模板的平整度也不好控制，所以有可能既不经济又增加了施工难度。
3 试验研究
试验计算模型为全现浇钢筋混凝土框架结构体系，建筑为六层办公楼，层高3.6m。屋（楼）
22
面恒荷载为4.0KN/m，屋（楼）面活荷载为2.0KN/m；基本风压0.45KPa；抗震设防烈度为8度；板厚取100mm；混凝土强度等级为C30；梁和柱内钢筋采用HRB335，板内钢筋采用HPB235。
为了便于分析，假定所设计的办公楼开间数保持不变（共8跨），以单位面积上的工程造价作为比较标准。依据建筑设计，其柱网布置如图1所示，其中l为柱距，分别取l=3600，4200，4800，5400，6000，6600，7200，7800和8400mm进行计算、分析讨论。
对以上9种不同柱网尺寸条件下的框架结构进行设计[3][4]，根据结构设计进行了技术经济指标的计算和分析[5]，其结果见表1，次梁每隔两米横向布置，其中混凝土、钢筋均按近似市场价计算，混凝土：300元/m，钢筋：3800元/t。
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图1. 框架柱网布置图
根据上述计算结果绘出结构工程造价与柱网尺寸的关系图曲线(如图2)：
图2：柱网尺寸与工程造价关系曲线
由上图曲线可知，W6>W5>W4>W7>W3>W8>W2>W9>W1，6.6m为最经济合理柱距，6.0m次之。 4 结论
框架结构的柱网尺寸不应太小，对于那些开间不大、层高不高、功能比较固定的多层建筑，采用砖混结构就可以很好地满足建筑的功能要求，造价要比框架结构低得多；框架结构的柱网尺寸亦不可太大，大柱距对梁的要求较高，不仅会增加工程造价，还会占用更多的空间，减少空间使用率。对于像展览厅、体育馆等有更大空间要求的结构，框架结构已经不再是最佳选择，这时，更经济的结构形式也许是钢屋梁或者网架结构[6]。
通过以上分析我们可以看出，任何一种结构体系都有它的适用范围，在一定情况下它是合理的，超出了它的使用范围，就不能很好地发挥它的优越性，框架结构也是这样。根据功能的需要，选择合适的柱网尺寸，是发挥框架结构优越性的重要方面。而合适的柱网有其内在规律，需要针对不同的功能要求、工程造价、建筑设备[7]、建筑经济、施工难易程度等各
种因素综合分析比较，只有这样，才能确定出符合功能要求、经济适用的柱网尺寸，使建筑设计取得更好的经济效益和社会效果。
主要参考文献：
[1] 王心田. 建筑结构体系与选型[M]. 上海：同济大学出版社，2003. [2] 何亚伯，杨海红，张海涛. 建筑工程经济与企业管理[M]. 武汉：武汉大学出版社，2005. [3] 东南大学，同济大学，天津大学，清华大学. 混凝土结构[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[4] 建筑结构荷载规范（GB50009-2001）[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[5] 孟新田，崔艳梅，谢治英，韩英爱.土木工程概预算与清单计价[M]. 北京：高等教育出版社，2006.
[6] 杜文风，张慧.空间结构[M].北京：中国电力出版社，2008. [7] 王继明，卜城，屠峥嵘，杨旭东，谢庚.建筑设备[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.