门式刚架的优化设计
门式刚架设计优化综述
2019.04Doors &Windows摘The portal frame is an important structural system in the field of construction industry It is one of the more tra ditional architectural structure systems and is widely used the portal steel frame structure system used in the building structure system of our country is late mainly single-layer portal frame and the portal frame structure based on the factory building design appears with the development of social economy the structure system in the construction field has been introduced from the old Based on this the design optimization of portal frame is studied and the basic requirements of structure selection and other optimization design content are expounded for reference Key words portal frame 门式刚架结构在钢结构厂房建筑结构体系中应用范围逐支撑梁3门式刚架设计过程中需要关注的影响因素较多门式刚架厂房设计具备多样化的特征建筑规划与设计872019.04Doors &Windows上4首先用钢材质的选择选材是门式刚架结构体系优化设计的重中之重尽可能地缩小横截面面积通过建模设计优化的重点并不是用钢量[建筑规划与设计88。
门式刚架结构的设计与优化
门式刚架结构的设计与优化摘要：门式刚架结构是一种广泛应用于工业和商业建筑的重要结构形式。
本文旨在探讨门式刚架结构的设计与优化方法，以提高其结构性能和经济性。
首先，介绍了门式刚架结构的基本原理和常见应用领域。
然后，讨论了门式刚架结构设计中需要考虑的关键因素，包括荷载条件、结构材料、连接方式等。
接下来，介绍了现有的门式刚架结构设计方法，包括经验设计和基于计算机模拟的优化设计。
最后，总结了门式刚架结构设计与优化的挑战，并提出了未来的研究方向。
关键词：门式刚架结构、设计、优化、结构性能、经济性一、引言门式刚架结构作为一种常见的建筑结构形式，广泛应用于工业和商业建筑领域。
它具有结构强度高、刚度好、施工方便等优点，因此备受青睐。
然而，在门式刚架结构的设计过程中，需要考虑多种因素，如荷载条件、结构材料、连接方式等，以确保结构的安全性和经济性。
同时，设计人员也面临着如何优化门式刚架结构的挑战，以提高其结构性能和减少成本。
因此，对门式刚架结构的设计与优化方法进行研究具有重要意义。
本文将探讨门式刚架结构设计与优化的基本原理和方法，以期为相关领域的研究和实践提供参考。
二、门式刚架结构的基本原理和应用领域2.1 门式刚架结构的定义与特点门式刚架结构是一种以钢材构成的框架结构，其特点包括以下几个方面。
首先，它是由水平和垂直的钢梁和柱组成的框架结构，具有稳定性和强度。
其次，门式刚架结构的构件相对简单，易于制造和安装。
此外，钢材具有高强度和刚性，使得门式刚架结构能够承受较大的荷载。
此外，门式刚架结构还具备大跨度的特点，可以创造出宽敞的空间。
2.2 门式刚架结构的常见应用领域门式刚架结构在多个领域得到广泛应用，以下是常见的应用领域。
首先，工业建筑是门式刚架结构的主要应用领域之一，如厂房、仓库、物流中心等，为工业生产和储存提供了宽敞的空间。
其次，商业建筑如购物中心、超市、展览馆等也常采用门式刚架结构，以满足大空间展示和经营的需求。
轻型钢结构门式刚架的截面优化设计
轻型钢结构门式刚架的截面优化设计概述轻型钢结构门式刚架在工业厂房、公路(铁路)库、仓库、飞机库、集贸市场、体育场馆、航空港、商业建筑中越来越得到人们的青睐。
轻型钢结构的"轻"有两个含义，一是采用轻型材料，二是钢材消耗量低。
在门式刚架中，采用轻型焊接变截面工形柱和分段变截面工形梁并利用腹板屈曲后强度，是降低其用钢量的有效措施，但这就使得结构分析和构件计算变得复杂化。
因此，研究和开发轻钢结构计算机分析、优化设计、性能评估和绘图系统，必将对轻钢结构的进一步发展起到非常大的促进作用。
目前，PKPM系列软件的STS模块已经能进行轻型钢结构门式刚架的分析计算、截面优化设计、节点设计和施工图绘制。
本文论述了其轻型钢结构门式刚架的截面优化方法以及软件的功能和应用。
门式刚架截面优化方法截面优化的实现方法有二种。
一是用最优化理论来解决，把问题归结为一个单目标规划问题，优化的目标函数是用钢量最少或造价最低，各种设计条件如结构反应（应力、位移等）的允许范围等都可作为约束条件，用数学规划的理论来寻求最优解或最满意解。
另一种方法是穷举法，即把各种合理的构件截面形式都进行计算比较，在满足设计要求的情况下，以用钢量最少或造价最低为控制条件，得到满意的截面尺寸。
门式刚架常采用变化构件的截面来适应弯矩变化以达到节约钢材的目的。
除腹板高度变化外，厚度也可根据需要变化；上下翼缘可用不同截面；相邻单元的翼缘也可采用不同截面。
因此，影响整个刚架用钢量的因素有上翼缘的宽度、厚度；下翼缘的宽度、厚度；腹板的厚度；构件大头、小头的高度；而且这些因素之间也互相影响，互相不独立。
工程设计从形式上看，是一种基于严格的力学和数学法则的精确运算过程；实际上，结构设计中起重要作用的并不是那些运算方法和数学处理，而是一系列难以用精确的计算解决的，具有主观色彩的决策问题，所以，完全用最优化理论来实现截面优化设计有一定的复杂性，还需要进一步的理论研究。
关于单层门式刚架结构的设计优化的思考
China Pulp &Paper Vol.40，No.2，2021·单层门式刚架结构设计·关于单层门式刚架结构的设计优化的思考张锐（中国轻工业成都设计工程有限公司，四川成都，610015）摘要：随着经济的迅速发展，市场对纸和纸板的需求不断增加，纸和纸板的生产量迅速增加，因此造纸厂需要快速建造仓库对浆板和成品纸进行储存，而单层门式刚架结构刚好符合这类仓库的要求。
本文结合当前单层门式刚架结构（以下简称“门式刚架”）的发展现状，从实际工程的门式刚架设计工作经验出发，分析了门式刚架结构的主构件设计、围护构件的优化设计等方面应该注意的问题，并结合工程实例探讨了门式刚架的设计优化方案，以期为今后提升单层门式刚架的设计优化提供参考。
关键词：单层门式刚架结构；仓库；设计中图分类号：TS73文献标识码：ADOI ：10.11980/j.issn.0254-508X.2021.02.014Consideration on Design Optimization of Single-Layer Portal Steel FrameZHANG Rui（Chengdu Engineering Co.，Ltd.of China Light Industry ，Chengdu ，Sichuan Province ，610015）（E -mail ：zhangrui@ ）Abstract ：With the increasing improvement of people´s living standards and the rapid development of the express delivery industry ，the de‐mand for paper and paper board is increasing ，paper mills need to fast construct the warehouse for storage of the pulp sheet and finished pa‐per product ，steel structure of gabled frames just meet the requirements of this type of bining the development status of the current steel structure of gabled frames （hereinafter referred to as the "gabled frames "），from the practical project of gabled frames design work experience.The problems should be paid attention in the frame structure of the main components of gabled frames design ，design opti‐mization of retaining structures were analyzed ，in order to provide reference for the design and optimization of single -layer portal steel frame in the future.Key words ：single-layer portal steel frame ；warehouse ；design随着我国经济建设的快速发展，工业厂房设计中越来越多地采用单层门式刚架结构，单层门式刚架结构具有机械化程度高、结构强度高、满足厂房建设实际需求等特点，因而得到了较为广泛的推广以及应用。
门式刚架的优化设计
二、 优化设 计
（ ） 一 选择材质 门式刚架轻型钢结构经常使 用的材料为现行 国家标 准《 碳 素结构钢 ｝Ｇ ｆ７０ ｑ 规定 的Ｑ ３ Ｂ （ Ｂ ０ ）￣ ２ ５ 钢和《 低合金 高强 度结构
钢｝Ｇ ／１９ ） （ Ｂｌ５ １中规定的Ｑ ４ Ｂ ＇ ３５ 钢。两种钢材的强度设计值是 不同的 ， 如板厚 ≤１钢板的强度设计值见表 １ ６ ：
、Hale Waihona Puke 概 述 的结构含钢量要低 于Ｑ ３ Ｂ ２ ５ 钢设计 的结构含钢量 ， ３ ５ 钢的 但Ｑ ４ Ｂ 已建成了大量 的轻钢结构建筑 ， 成长 了一大批钢结构建设企业 价格每吨要高于Ｑ ３ Ｂ ０ 元到３ ０ 比较两种钢材的市场价 ２ ５ 钢２ ０ ０ 元。 和设计人员 。钢结构因其 自重轻 、 施工周期短 、 抗震能力强 、 可 格， 比较含钢量 ， 综合分析核算 ， 选用材料总价格低的钢材 。
出各种钢结构设计。 然而 ， 对于相 同的工程使用 同一款软件 ， 不
同的设计 人员会得 出各 自的结果 ， 究其原 因 ， 主要与设 计人员 基本知识 的掌握、 见识 的多寡 、 作实践经验 的积 累、 工 对钢结构 工程 的理解认识等有着密切 的关 系。 钢结构设计 的结果决定一 项工程 的含钢量 ， 同时也决定 了这 项工程 的造价 ， 以设计 人 所
周边 市场不好采购 ， 而需要到较远 的地 区进货 ， 则会增 加材 料
高厚 比 较大 的特点 ， 将构件 的断 面设 计到更大 、 更薄 ， 让材料的 强度发挥 到最佳状态。 （ ） 二 选择截面 门式刚架轻 钢结构的构件 多采用Ｈ 型钢断 面 ，型 钢又分 Ｈ 热轧 、 国标Ｈ型钢 和钢板组焊Ｈ型钢 。根据跨度 、 高度和荷载不 同， 门式刚架 的梁 、 柱可采用等截面或变截面Ｈ 型钢。设计人员 在选 择构 件截面时 ， 应考虑 以下几项条件 ： １ ．一般 的厂房 、 超市等 结构的 门式 刚架柱可采用变截 面 Ｈ 型钢 ， 即通过改变腹板 的高度将柱子做成上大下小的楔 型， 以 满足适应 门式刚架柱 肩弯距 大的受力特性 ， 达到节省材料的 目 的。若厂房内设有桥式 吊车时 ， 要采用等截面Ｈ 型钢柱 ， 柱脚要 设成 刚性连接 ，门规 》 《 的这项要求是针对小于２吨 吊车的。对 ０ 于设 有超过２吨 吊车 的钢结构 厂房 ， Ｓ Ｏ Ｓ 软件允许将 门式 刚架 Ｔ 柱按普通钢结构设计 ， 刚架梁按《 门规》 设计。 ２ ．当门式刚架采 用等截面Ｈ 型钢柱时 ， 型钢的翼缘要具 Ｈ 备一定的宽度，以满足刚架在平面外的稳定和长细比要求， 因 此 ， 国标 窄翼缘Ｈ 热轧 型钢是不 适合做 钢柱构 件的 ， 翼缘太 其 窄， 通常不能满足钢柱在平 面外 的稳定应力和长细 比 要求 。这 是作者多年来 做轻钢结构设计的一点经验。
门式刚架的优化设计
摘要：门式刚架轻钢结构的广泛应用对钢结构设计人员做好优化设计不断提出新的要求，促使钢结构设计做到既经济安全，又便于施工。
另一方面，安全经济的优化设计对钢结构的进一步发展和应用起到了很大的促进作用。
文章对门式刚架轻刚结构设计中有关优化方面的事项，从选择材质、选择截面、综合优化等角度作一简要总结，希望对相关人员提供借鉴。
关键词：门式刚架；轻钢结构；优化设计；材质选择中图分类号：TU392文献标识码：A文章编号：1009-2374（2010）04-0017-02一、概述虽然钢结构建筑在我国起步较晚，但改革开放以来，我国已建成了大量的轻钢结构建筑，成长了一大批钢结构建设企业和设计人员。
钢结构因其自重轻、施工周期短、抗震能力强、可回收等优势和特点被人们广泛应用，诸如车间、库房、展厅、接层等都普遍采用了门式刚架轻型钢结构，因此也应运而生了许多钢结构设计软件，设计人员利用电算软件可以方便快捷地做出各种钢结构设计。
然而，对于相同的工程使用同一款软件，不同的设计人员会得出各自的结果，究其原因，主要与设计人员基本知识的掌握、见识的多寡、工作实践经验的积累、对钢结构工程的理解认识等有着密切的关系。
钢结构设计的结果决定一项工程的含钢量，同时也决定了这项工程的造价，所以设计人员做出的设计结果至关重要，他不仅要符合设计规范，保证结构的安全，也要求在允许的范围内做好恰当的优化，把“好钢用在刀刃上”，将含钢量降到合理的程度，做到经济合理，安全适用，确保质量，因此优化设计就成为钢结构设计中的一项重要内容。
文章就作者多年来应用中国建科院ＰＫＰＭ—ＳＴＳ软件的设计经验和施工现场的工作感受，把优化设计门式刚架轻型钢结构方面的一些体会总结出来，与大家共同交流、探讨。
二、优化设计（一）选择材质门式刚架轻型钢结构经常使用的材料为现行国家标准《碳素结构钢》（ＧＢ／Ｔ７００）中规定的Ｑ２３５Ｂ钢和《低合金高强度结构钢》（ＧＢ／Ｔ１５９１）中规定的Ｑ３４５Ｂ钢。
门式刚架结构厂房结构的优化设计
建筑规划与设计Doors&Windows D0I：10.12258/j.issn.1673-8780.2021.01.039门式刚架结构厂房结构的优化设计宋慧斌山西潞安工程勘察设计咨询有限责任公司摘要：门式刚架以其工厂化生产、安装便捷、结构稳定、成本低廉的优势，得到了广泛应用，具有一套完善的设计、加工、安装的标准体系。
由于其是运输至施工现场进行组装，需要设计人员在设计阶段进行统筹规划,注重施工中细节上的设计,依据业主方的实际需求，对厂房结构进行优化设计，确保门式刚架结构与厂房结构实际需求的一致性，以提升厂房结构设计的效果。
关键词：门式刚架结构；厂房结构；结构设计1前言门式刚架结构在厂房建设中的应用，可提高厂房建设的速度，并可保证厂房结构的稳定性和可靠性。
目前，门式刚架一般采用的是新型环保材料，质量更轻,并且是工厂化生产，将刚架运输至施工现场直接进行组装，施工速度快，与传统施工建设相比,刚架组装更加的方便快捷,并且组装后的厂房兼具美观和实用性，进一步扩展了刚架结构的应用范围，除了在厂房结构设计中的应用，还可用于市场、库房，以及民用建筑等设计中。
2门式刚架结构厂房结构设计要求第一，门式刚架在用于厂房结构设计时,有一个非常明显的劣势，主要是其构件的强度不够，弯折性不好，进而导致整个结构的刚性不够，因此，需要在施工和运输环节多加注意，尽量避免构件变形问题的岀现。
第二，门式刚架在设计阶段,要从整体布局入手,进行统一的规划和设计,对门式刚架安装过程中的各个构成要素进行有序对接,尤其是墙体与屋顶之间,以及各个面板之间的对接,其决定着整个结构的牢固程度。
第三，由于门式刚架结构是由众多的构件组成，这些构件多数使用的是轻质材料制作,在安装和运输中容易岀现破损，需在这两个环节做好防护措施。
第四，门式刚架结构主体使用的是钢材料,在用于厂房结构设计时，需要考虑到防腐措施,避免刚架锈蚀，降低刚架结构的荷载能力。
第五，在设计中需慎重考虑塑性设计问题,如果刚架梁柱使用的是变截面杆件，梁柱腹板的强度,在设计中要采用使用后的屈曲强度，也就不能使用塑性设计。
论述门式刚架结构的优化设计
ｌ 合理跨度 的确定
不 同的 生产 工艺流程 和使用功 能在很大程 度上 决定着厂 房 的跨度 。有的业 主甚至要求轻钢生产厂家根据 自己的使用功 能， 定较为经济 的跨度 ， 确 在尽可 能满足生 产工艺和 使用功能 的基 础 上 ， 根 据 房 屋 的 高度 确 定 较 为 合 理 的跨 度 。 一 般 情 况 应 下， 当柱 高、 载一定 时， 当加 大跨度 ， 荷 适 刚架 的用钢量 增加不 太 明显 ， 节 省 空 间 ， 础 造 价 低 ， 但 基 综合 效益 较 为 可 观 。 但 此 时 应注意加大跨度应适量， 一般保持最后跨度 在 １ ～ ４ ２ ２ ｍ之 间， 否 则容易造成钢粱截面 由挠 度控 制， 导致无法充分 发挥 高强度钢 材（ 比如 Ｑ ４ Ｂ 的强度。一股 当跨度大于 ２ ｍ时 ， ３５ ） ４ 如果是单跨 结 构 ， 于 风 荷 载 较 大 的 地 区 （ 如 厦 门 ０８Ｎ ｍ） 则 应 于 中 对 比 ．ｋ ／ ￣， 间 设 立 摇 摆 柱 ， 大 大 减 小 钢 梁 以及 钢 柱 断面 ， 用 钢 量 较 单 可 其 跨刚架节约 １． ６７ ％左右。通过大量计算发现 当檐高为 ６ 柱距 ｍ、 为 ７５ 荷载情况完全 一致情况 Ｆ（ ． ｍ、 恒载 Ｏ３ Ｎｍ２活载 Ｏ３ Ｎ ． ／ ， ｋ ． ／ ｋ ｍ ２ 基本风压 ０８ Ｎｍ ， 吊车） 跨度在 １ ～ ４ ． ／ ２无 ｋ ， ２ ２ｍ之 间的刚架单 位用钢量 （ ３ ５ ） １－ ５ ｇ 当檐高 为 １ ５ 时 （ Ｑ ４ Ｂ 为 ６ ２ｋ ／ ； ｍ ２ １ｍ 其他情 况 同上 ） 跨度在 １～ ４ ， ２ ２ ｍ之 间 的刚 架用钢量 （ ３ ５ Ｂ 为 ２ ～ Ｑ４一） ２ ３ ｋ／ ０ ｇ 。因 此 ， ｍ 设计 者 应 根 据 具 体 要 求 在 选 择 方 案 时 选 择 较 为 经济 的跨 度 ， 宜 盲 目追 求 大 跨 度 。 不 ，来自３ 合理确定柱脚 埋深
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（三）综合优化
确定了门式刚架的材质、截面型式以后，即可根据STS软件显示的计算结果信息，综合调整梁、柱的截面尺寸，进行整体优化。
STS计算钢结构应力比图说明：
柱左：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值；
右上：平面内稳定应力比（对应长细比）；
右下：平面外稳定应力比（对应长细比）；
梁上：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值；
左下：平面内稳定应力比；
右下：平面外稳定应力比。
1．针对梁、柱构件的强度抗弯承载力，应调整杆件的整个截面尺寸，即同时调整梁、柱腹板和翼缘的尺寸，以达到应力比值合适。
2．针对梁、柱平面内的稳定应力比及柱对应的长细比，应主要调整梁、柱腹板的尺寸，辅助调整翼缘板的规格，以达到合适的应力比及长细比。
3．针对梁、柱平面外的稳定应力比及柱对应的长细比，应主要调整梁、柱翼缘板的尺寸，辅助调整腹板的高、厚，以达到合适的应力比及长细比。
总之，在进行门式刚架的综合优化时，不论上述哪一项内容都不能孤立调整，而应当全面考虑，单独改变某一个数据都会对其他数据带来或多或少的影响，改变截面平面内的数据会对平面外的数据产生影响；改变钢柱的数据会对钢梁产生影响等；反之亦然。
因此优化时要配合所有数据的协调变化，以使计算结果最优。