浅谈门式刚架优化设计
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。
门式钢架轻型房屋钢结构优化设计
摘要：门式钢架是典型的轻型钢结构，它具有节省材料、施工周期短等优点，因而也是目前国内应用最广泛的轻型钢结构。
门式钢架的设计与施工与普通钢结构相比既有一致性，门式钢架的特点主要在于其节点方面，本文总结了门式钢架设计中一些设计要点，提出来供广大设计人员参考。
关键词：轻型钢结构；门式钢架；设计要点引言随着社会的发展，生产力水平的提高，我国钢产量的不断提高、品种不断丰富。
彩色压型钢板生产的迅速发展，为轻型钢结构房屋的发展奠定了良好的物质基础。
轻型钢结构房屋具有跨度大、空间大、用钢量少、造价低廉、施工方便易安装、施工周期短、施工污染环境少、建筑造型简洁美观、以及可回收利用等优点，在工业厂房、仓库、展览厅等工业与民用建筑中得到越来越多的应用和发展。
一、门式钢架结构的形式及特点钢架结构是梁、柱单元构件的组合体，是柱与直线型、弧线型、折线型横梁钢性连接的承重骨架体系。
其形式种类繁多，在单层厂房及仓库中，应用较多的为单层单跨，双跨或多跨的双坡门式钢架，它可根据通风、采光的需要设置天窗、通风屋脊和采光带等。
门式钢架的整个构件横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，从而降低房屋的高度，减小建筑体积，在建筑造型上也较简洁美观，其次，钢架构件的刚度较好，其平面内、外的刚度差别较小，为制作、运输、安装提供有利的条件。
（一）门式钢架的结构形式门式钢架的结构形式多种多样。
按构件体系分，有实腹式与格构式；按横截面组成分，有等截面与变截面。
实腹式钢架的横截面一般为h型，少数为z型；格构式的横截面为矩形或三角形；按结构选材分，有普通型钢、薄壁型钢、钢管或钢板焊成。
（二）门式钢架结构的特点与传统的单层厂房相比，这种结构的特点有: 1、便于拆迁，可用于临时建筑，这是其突出的特征。
2、屋面板采用压型钢板轻型屋面、由于屋面轻了，支承它的结构也很轻。
至于外墙，用砖墙对隔热和降低造价有利，但对结构的侧移要求较严，外观也较差，因此还是用钢墙板者居多。
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。
浅谈门式刚架房屋设计技术方案
浅谈门式刚架房屋设计技术方案门式刚架房屋设计技术方案是一种新型的建筑设计技术，它采用了新型的结构形式，极大的减少了建筑的整体重量，提高了建筑的抗震性能，并且更加美观、实用。
以下是对门式刚架房屋设计技术方案的浅谈：一、门式刚架房屋的结构类型门式刚架房屋设计技术方案的结构类型有多种，比如说缓坡面刚架、三角刚架、平行四边形刚架等。
其中，缓坡面刚架的结构具有重量轻、刚度高、抗震性优良等特点，平行四边形刚架适合斜面设计，也可以用于旋转式建筑结构设计。
二、门式刚架房屋的特点门式刚架房屋设计技术方案具有下列特点：1、重量轻门式刚架房屋的主体结构采用轻型材料制作，比起传统型的建筑结构重量要轻得多，减轻了建筑物自身的重量。
2、刚度高门式刚架房屋采用了“框架”式的设计结构，使得建筑物的整体刚度大幅度提高，能够有效的抵抗风、雨、震、波等自然灾害的影响。
3、抗震性能优良门式刚架房屋的主体结构采用钢材制作，具有承载能力强、抗震性优良的特点，更能够保障人员和财产的安全。
4、美观实用门式刚架房屋的设计结构可变化性高，可以根据不同的建筑环境和需求灵活变化，使得建筑崭露新面貌，更美观实用。
三、门式刚架房屋的建造流程门式刚架房屋的建造流程主要分为以下几个步骤：1、设计方案：确定建筑风格、功能布局等，并根据实际条件，确定门式刚架房屋的结构类型和建造材料。
2、结构计算：按照门式刚架房屋的设计方案，计算出门式刚架房屋的结构尺寸、材料和设备等。
3、材料采购：购买门式刚架房屋建造所需的主要材料，并制作所需的附件。
4、现场施工：门式刚架房屋的现场施工包括桩基施工、基础制作、框架架设、屋面施工、装修等。
5、验收交付：门式刚架房屋的验收交付包括材料验收、结构验收、安装验收等。
四、门式刚架房屋的应用范围门式刚架房屋设计技术方案的适用范围非常广泛。
例如：1、大型工业厂房或采矿等行业生产厂房；2、城市住宅或公共建筑；3、城市圆顶、运动场馆、舞台等；4、军营、简易住宅和临时办公场所等。
门式刚架的优化设计
（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。
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。
门式刚架设计的要点探讨
门式刚架设计的要点探讨我呀，一说到这门式刚架设计，那可就有好多话能唠。
这门式刚架啊，就像一个站在那儿的大铁门似的结构，看着简单，设计起来那可得费不少心思呢。
咱先说说这结构形式。
这门式刚架，那柱子和梁得搭得合理呀。
我就见过一个年轻的工程师设计的，那柱子看着就像两根细麻杆儿，梁呢，又粗又笨，就像个大棒槌横在上面，整个儿比例失调得厉害。
我当时就忍不住说：“你这设计得像啥呀，就像一个瘦小子扛着个大木头，看着就不稳当。
”他还委屈呢，说考虑了这个那个的。
我就告诉他：“你得从整体上看，这门式刚架就像一个人，各部分得匀称，比例协调了，看着就舒服，用起来也踏实。
”再讲讲荷载计算这一块儿。
这风荷载、雪荷载啥的，就像老天爷时不时给门式刚架使的绊子。
你要是没算好，那门式刚架在风里雪里可就遭罪了。
我记得有一回在一个工地上，那门式刚架在一场大雪后，就像个被欺负的小老头似的，歪歪斜斜的。
我一瞅那设计图，嘿，雪荷载算得那叫一个离谱，少算了不老少呢。
那负责设计的工程师啊，站在那儿愁眉苦脸的，脸皱得像个核桃。
我就拍拍他肩膀说：“老弟啊，这荷载计算可不能马虎，你得把老天爷可能使的劲儿都想到喽。
”连接节点也是重中之重。
这节点就像是关节，要是关节不灵光，整个门式刚架都得散架。
我见过那种焊接得毛毛糙糙的节点，就像缝补的衣服全是线头儿。
我就跟那工人师傅说：“你这可不行啊，这节点得焊得牢固又整齐，就像给两个人的手紧紧绑在一起，还得绑得好看。
”那师傅还跟我顶嘴呢，说：“不就一个小节点嘛，能有多大事儿。
”我当时就来气了，提高了嗓门说：“小节点？这就像人的关节，小关节出问题，人还能好好走路吗？”还有钢材的选用。
你得挑那种合适的钢材，就像给门式刚架选衣服，得合身。
不能图便宜就用那些劣质钢材。
我有次去一个材料市场，看到有些钢材表面都坑坑洼洼的，那要是用到门式刚架上，就像给一个人穿了破破烂烂的衣服，还指望着他能好好站岗，怎么可能呢？我就对旁边的采购员说：“这钢材可不能乱选，得选质量好的，这门式刚架以后要担重任的，可不能在这上面省钱。
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浅谈门式刚架优化设计
【摘要】结合多年工作实践，对门式刚架轻钢结构优化设计相关事项进行了探讨，分别阐述了门式刚架轻型钢结构截面形式的选择和材质要求及综合优化要点，以期为钢结构设计人员提供参考。
【关键词】门式刚架；轻钢结构；优化设计；截面形式
1.概述
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。
改革开放以来，我国已建成了大量的轻钢结构建筑，诸如车间、库房、展厅等都普遍采用了门式刚架轻型钢结构，成长了一大批钢结构建设企业和设计人员，因此也应运而生了许多钢结构设计软件，设计人员可以利用设计软件方便快捷地做出各种钢结构设计。
然而，不同的设计人员面对同一个工程并且使用同一款软件，计算后会得出各自不一样的结果。
究其原因，主要与设计人员对钢结构工程的理解认识，工作实践经验的积累，基本知识的掌握，见识的多寡等因素都有着密切的关系。
设计人员做出的设计图纸至关重要，因为设计结果，决定了该项工程的含钢量，也就基本上确定了这项工程的造价，所以其设计不仅要符合设计规范等条文的规定，保证建筑结构体系的安全，同时也应在满足规范要求的基础上做好恰当的优化，合理的降低含钢量，做到安全适用，经济合理，确保质量。
因此钢结构设计中的一项重要内容就是对设计项目进行逐步优化。
现结合多年施工现场的工作经历和设计感受，把门式刚架轻型钢结构优化设计方面的一些经验和体会总
结出来，与大家共同切磋、分享。
2.优化设计
2.1选择截面
首先确定构件的截面形式。
门式刚架轻型钢结构多采用h型钢断面的构件，而h型钢又分为热轧国标h型钢和钢板组焊的h型钢。
根据建筑功能的要求，结构的跨度、高度和荷载不同，门式刚架梁、柱的截面形式可分别选用腹板不等高的变截面h型钢或等截面h型钢。
以下几项是工程设计人员在选择构件截面时必须考虑的条件：1）腹板不等高的变截面h型钢可使用在一般的厂房、超市等结构的门式刚架柱中，即通过改变h型钢柱腹板的高度，将柱子做成下端小上端大的楔形，以满足适应门式刚架柱肩弯矩大的受力特性，达到节约钢材，降低造价的目的。
若厂房内设有桥式吊车时，按照门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的要求，则必须设计成柱脚为刚性连接的等截面h型钢柱，这项要求是针对不大于20t吊车规定的。
对于在厂房内布置了超过20t吊车的厂房结构，软件允许将门式刚架柱按普通钢结构设计，刚架梁按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程设计。
2）h型钢构件选用有两种，一种是热轧国标h型钢，另一种是钢板组焊h型钢，选用时要综合平衡。
热轧国标h型钢成型美观，质量均匀有保证，一般的甲方都比较认可。
而使用钢板组焊h型钢，不仅可以组成变截面构件，并且可根据计算应力选择最合适的构件截面尺寸，从而降低刚架含钢量，但从市场上购回的钢板是固定的
规格尺寸，制作时又有可能会产生材料损耗大的问题。
因此h型钢热轧或是组焊，两项要做全面比较，优化选择，使建筑结构，施工工艺等方面都更为科学合理。
3）当门式刚架采用等截面h型钢柱时，为满足刚架在平面外的稳定应力和长细比要求，可选择热轧中，宽翼缘的h型钢，翼缘的宽度能够满足长细比要求。
但中、宽翼缘的h型钢的翼缘厚度往往较大，又不利于节约钢材，因此h型钢柱最好采用钢板组焊的h型钢。
2.2选择材质
现行国家标准gb/t700《碳素结构钢》中规定的q235b钢和gb /t 1591《低合金高强度结构钢》中规定的q345b钢是门式刚架轻型钢结构中经常使用的材料。
两种钢材的强度设计值是不同的，
q345钢与q235钢相比，前者的强度要高于后者。
具体到某项工程应选择哪种材料合适，与以下几个方面有关：
1）视钢材市场的供货情况而定，因为在某一阶段市场上销售的钢材的规格、品种并非都是齐全的，如果选用的材料在周边市场不好采购，而需要到较远的地区进货，则会增加材料费用，加大施工成本，造成额外的经济支出。
因此首先要了解市场上销售的钢材有什么规格、材质的，供设计人员设计时选择容易采购到的材料，避免后期的材料代换。
2）由于q345b钢与q235b钢相比，前者的强度要高于后者，若将两者结构的含钢量做比较，前者要低于后者，即同样的工程，材
质为q345b钢的结构比q235b钢的结构较轻，但每吨q345b钢材的价格要比q235b钢材的价格略高。
因此选用材料时要比较两种钢材的含钢量和市场价格，通过全面综合的分析核算，优选出材料总价格低的钢材。
3）设计时构件材质的选用，还应视工程结构的具体情况而定。
设计人员在选择材质时，采用q235b钢一般可用于构件断面小、结构造型低的工程，以充分利用h型钢构件腹板高厚比、翼缘宽厚比较大的特点，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；采用q345b钢可用于高、重、大型的结构，以充分发挥钢材强度高、最终结构轻的优势。
这样，采用q345b钢结构的总体造价将会低于q235b钢的结构，可降低工程的总体造价。
2.3综合优化
设计软件会显示一个结果信息，在确定了门式刚架的截面形式和材质以后，依据计算信息对结构进行分析，综合调整梁，柱的截面尺寸，进行整体优化。
1）根据柱、梁构件的强度抗弯承载力比值，需要调整构件的整个截面尺寸，即应在调整柱、梁腹板尺寸的同时，调整翼缘的尺寸，以达到合适的应力比值。
2）针对柱、梁平面内的稳定应力比及柱、梁对应的长细比，应着重对柱、梁腹板规格、尺寸的调整，辅助调整翼缘板的尺寸，以使应力比和长细比的数值合适。
3）依据柱、梁平面外的稳定应力比及柱、梁所对应的长细比，
应着重调整柱、梁翼缘板的规格、尺寸，辅助调整腹板的高、厚尺寸，以达到合适的应力比及长细比。
在进行门式刚架的综合优化时都不能单独考虑、孤立调整，而应当全面顾及各个方面的因素，优化时要配合所有数据的协调变化进行调整，以达到最优的计算结果。
3.结语
门式刚架轻钢结构的优化设计需要不断总结，可根据自己所积累的设计经验按顺序逐步进行计算结果的优化。
优化设计是一个系统工程，它综合体现了设计人员的个人素质、对计算软件的熟练掌握程度以及钢材市场的供货信息变化等的因素，只有将这些因素全部有机结合起来进行综合的优化设计，才能达到满意的效果，将截面优化做到更适宜的范围。
参考文献
[1]gb 50017-2003，钢结构设计规范.
[2]cecs 102：2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程.。