资源下载简介

轻型门式刚架—计算原理和设计实例简介：

轻型门式刚架，也称为门式钢架或门式钢结构，是一种常见的钢结构形式，主要用于工业厂房、仓库、体育馆、桥梁等大型建筑的屋面和墙体结构。其主要特点是承受横向荷载能力强、空间刚度大、施工安装方便，且自重轻，能有效节省材料。

计算原理： 1. 强度计算：主要计算梁、柱、节点等部分的强度，包括弯曲、剪切、压弯等强度验算，确保结构在工作状态下不会发生破坏。 2. 刚度计算：检查结构在各种荷载作用下的变形，保证其稳定性，防止过大的变形导致结构损坏。 3. 稳定性计算：主要是对整体结构的稳定性进行评估，包括侧向稳定和纵向稳定，防止结构在风荷载或地震荷载作用下产生过大侧移。 4. 荷载计算：包括自重、风荷载、雪荷载、地震荷载等，以确定结构的承载能力。

设计实例简介： 例如，在设计一个仓库的门式刚架时，首先需要根据仓库的大小、使用性质（是否需要承受大型机械荷载）和所在地区的风雪等级等因素确定结构的尺寸和材料。然后，根据设计规范（如中国《钢结构设计规范》）计算梁柱的截面尺寸，节点的连接方式，以及必要的支撑和连接件。同时，还需要进行结构的优化设计，如选择合适的截面形状、采用经济合理的连接方式等，以降低材料成本和提高结构效率。最后，进行详细的施工图绘制，以指导现场施工。

总的来说，轻型门式刚架的设计是一个系统工程，需要综合考虑结构性能、经济性、施工便利性和安全性等多个因素。

轻型门式刚架—计算原理和设计实例部分内容预览：

截面剪心的连线称为剪心轴。当外荷载通过剪心轴时，构件只产生弯曲而不产生扭转40

构件的扭转有自由扭转和约束扭转两类。 构件的自由扭转符合条件（1）构件两端受大 小相等、方向相反的一对扭矩作用；（2）构件端部无扭转约束。构件的自由扭转引起的扭矩 与构件厚度的立方成正比。构件的自由扭转剪应力表达式为：

《通用阀控式铅酸蓄电池 第1部分：技术条件 GB/T 19639.1-2014》Mrt; TT: I.

扭转引起的薄壁截面翘曲正应力和约束剪应力为

B.On I. ES." M.S. I.t

上式中，α。为翘曲正应力；T。为翘曲剪应力；?为扭转角；B.为约束受扭正应力； の，为主扇性坐标；S。为扇性静矩；I。为扇性惯性矩；M。为扇性扭矩；t为构件厚度。

第四节稳定设计的基本知识

基本构件稳定设计的基本准则有三个 准则一：临界屈曲荷载准则。以构件临界屈曲荷载作为构件失稳的准则，适用于压弯构 件平面外稳定和受弯构件的弯扭稳定设计； 准则二：边缘纤维屈服准则。以考虑构件二阶效应后的截面边缘纤维最大应力屈服作为 构件失稳的准则，适用于薄壁构件压弯平面内的稳定设计； 准则三：稳定极限承载力准则。以具有初始缺陷的实际构件的极限承载力作为构件失稳 的准则，适用于轴心受压构件和压弯构件平面内的稳定设计。 （1）轴心受压构件 对于轴心受压柱，初始缺陷、截面类型和尺度都会影响构件的极限承载力。现行规范取 多条柱子曲线（α，－元曲线）来考虑各种影响因素，并以统一的稳定系数Φ表示构件绕两

由心受压柱平面内外弯曲和扭转稳定的设计公式

上式中，N和A分别为构件所受的轴压力和构件截面面积。 （2）受弯构件 对于受弯构件梁，平面内是强度问题，平面外是第一类稳定问题。其平面外稳定设计公 式为：

分别为构件所受的弯矩和构件截面抵抗矩。 （3）压弯构件 对于压弯构件平面内的稳定，现行规范首先基于截面边缘屈服的准则推导出带初始缺陷 的构件内二阶弯矩的表达式及截面最大应力。在此基础上进行修正得到第二类稳定问题的设 计公式。推导过程如下： 截面最大应力为：

N,M+Ne+No.. W.

上式中，e为端部偏心（代表初始缺陷)；为构件最大挠度；M.和W.为构件所 受的平面内弯矩和截面抵抗矩。 假定构件挠曲线为正弦曲线分布，根据外弯矩和截面内弯矩相等的条件可推导得

上式中，为截面塑性深入系数，a为常系数。 压弯构件平面外的稳定问题为第一类稳定问题，现行规范采用线性相关的形式近似和偏 于安全地得到构件稳定的设计公式，如下所示：

Mx ≤ d.Ad,W.

式中，Φ，为构件平面外的轴心受压稳定系数

（3）双向压弯构件 对于双向压弯构件，现形规范采用近似和偏于安全的线性相关公式给出构件绕两个主轴 的稳定验算公式，如下所示：

(2）计算长度确定 现行规范关于稳定设计的近似公式是基于两端铰接这一理想构件的研究和推导得到的。 但是，实际结构中的梁和柱边界支承条件十分复杂。实际构件和理想构件的等效原则是两者 出曲临界力相等，根据这一等效原则可以得到实际构件的计算长度。换言之，实际构件是具 有计算长度的理想构件的一部分。这样，规范的稳定设计近似公式就可以直接应用于实际构 件，只是以计算长度代替实际构件长度。 记实际构件的屈曲临界力为Ncr，假定其计算长度为L。。而长度为L。的理想构件的屈 曲临界力为E 根据等效原则，计算长度的一般公式为： L

Ner= 元EI L§ 元”EI Ner

平面外弯扭失稳和弯曲失稳系数计算时都可以取 偶撑之间的距离作为构件平面外的计算长度

16刚架梁柱双侧翼缘標条隅撑连接处作为构件侧向支指

(1）直接设计：≤.

b≤c(a) （3）等稳原则：Ocr,局部≥αcr.整体

自局部稳定不满足要求时，可采用以下三种措施： （1）增加厚度。这一方法将增加结构构件的自重，从而浪费材料； （2）减小板件宽度。这一方法将导致降低截面强度和构件的整体稳定承载力： （3）设置加劲肋。这一方法既经济合理又可靠有效

未加劲板件的屈曲虽然没有横向薄膜应力，支承边的弹性约束可以使板件所承受的荷载 有所增大，理论上仍有一定的屈曲后强度可以利用；但是由于当翼缘屈曲后有效宽度减小， 有效截面的形心偏移，造成荷载对截面形心产生偏心力矩从而影响翼缘的屈曲后承载能力 所以未加劲板件的屈曲后强度一般都只作为强度储备。 边缘加劲构件对翼缘一边是相邻板件的弹性支承，一边是板件卷边对板件的简支支承； 对卷边则是一边翼缘简支支承，一边自由。两块板件相互支承，相互影响。其屈曲模式复杂， 当卷边具有适当的宽厚比，卷边不先于翼缘屈曲，翼缘同加劲板件；当卷边过窄，则出现象 轴心压杆似的平面内屈曲，翼缘随同卷边变形，当卷边过宽，则卷边也趋于先屈曲。当然， 卷边对翼缘是否能充分加劲是一个非常复杂的问题，不仅同截面上卷边同翼缘尺寸有关，还 同纵向构件的支撑长度有关。 例如对于卷边槽钢构件，腹板作为加劲板件来处理，翼缘为边缘加劲板件，但是腹板 和翼缘之间屈曲也有相关性。相邻的强板会对弱板起支承作用，各板件屈曲后，整个截面具 有屈曲后强度，直至各板件相交转角处达到屈服点为止。在有效宽厚比设计方法中需要考虑 板组效应的约束影响。 与板件有效宽度概念相对应的是截面的有效面积。在截面强度和构件整体稳定设计时， 采用有效截面的特性（面积、抵抗矩）替代相应的全截面特性进行计算，意味着设计时已经 利用了截面板件的屈曲后强度。这样的设计思想意味着容许截面板件在承载能力阶段发生局 部失稳。但是，验算结构的位移和刚度时取全截面特性，说明在正常使用阶段不考虑截面板 件产生局部失稳。 由于设计时考虑了构件板件的屈曲后极限承载力，一般而言，轻型钢结构构件中无需配 置加劲肋。但是，构件在起吊按装过程中往往因为截面抗扭刚度较小而发生破坏。所以，对 于跨度较大的轻型钢结构构件，应该设置构造加劲肋以防止安装过程中截面产生扭转折曲。

第五节优化设计的基本知识

结构优化设计可定义为：对于已知的给定参数，求出满足全部约束条件并使目标函数取 最小值的设计变量的解。这个定义可用数学方式表示为：

X =(x, X, K x,) 极小化 f(X) 受到约束 gj(X)≤0,j=1,2,A[济南]剪力墙结构高层住宅工程施工组织设计，m h,(X)=0,k=m+1,m+2,A,p)

其中，X称为设计变量，f（X）称为目标函数，g，（X），h（X）所在方程称为约束条件。 2.设计变量 设计变量指在设计过程中所要选择的描述结构特性的量，它的数值是可变的。设计变 量可以是各个构件的截面尺寸、面积、惯性矩等设计截面的几何参数，也可以是柱的高度、 梁的间距、拱的矢高和节点坐标等结构总体的几何参数。设计变量通常有连续设计变量和离 改设计变量两种类型。 （1）连续设计变量。这类变量在优化过程中是连续变化的，如拱的矢高和节点坐标等 （2）离散设计变量。这类变量在优化中是跳跃式变化的，如可供选用的型钢的截面面 只和钢筋的直径都是不连续的。 3.目标函数 目标函数是用来衡量设计好坏的指标。采用何种指标来反映设计好坏与结构本身的技术 经济特性有关。通常采用的目标函数有：结构重量、结构体积、结构造价三种。 4.约束条件 结构优化的约束条件一般有几何约束条件和性态约束条件两种。 （1）几何约束条件。即在几何尺寸方面对设计变量加以限制。如工字型截面的腹板和 翼缘的最小厚度限制

（2）性态约束条件。 即对结构的工作性态所施加的一些限制。如构件的强度、稳定约 束以及结构整体的刚度和自振频率等方面的限制

二、轻钢结构优化设计的数学

轻钢结构设计的最终目的是要给出一个经济合理的设计方案。优化设计方法，能较好地 适应这方面的要求。轻钢结构采用优化设计，对于减轻结构重量、降低用钢量和结构造价有 着明显的意义。目前国内对轻钢结构的优化设计已进行了一些研究和应用，编制了相应的计 算程序，利用计算机实现了对截面的自动优选以求得重量最小、用料最省或造价最低的设计 方案。这对于提高轻钢结构的设计质量，加快设计进程都起了一定的作用。下面针对轻钢结 构建立其优化设计的数学。 1.设计变量 轻钢结构的主要几何参数如跨度、檐口高、屋面坡度、纵向柱间距等通常由业主或建筑 币确定。可供优化的变量主要是截面参数。具体说，就是各工字钢截面的翼缘宽、厚，腹板 的高、厚等。钢板的厚度是离散变量，而腹板和翼缘的高（宽）一般也是从一系列有规律的 数中选取，因此轻钢结构的设计变量通常是离散变量。 2.目标函数 结构重量是轻钢结构优化设计的重要指标，且比较容易写成设计变量的函数形式，故轻 钢结构通常以用钢量最少为优化目标。 3.约束条件 轻钢结构优化设计必须满足以下约束条件： （1）强度、稳定约束条件。 轻钢结构构件必须满足强度和稳定要求， （2）刚度约束条件。 轻钢结构的构件尺寸在优化时，结构的整体刚度必须满足变形控制要求。具体说，就是 潢梁的最大垂直位移、柱顶的最大水平位移、吊车轨顶处的最大水平位移等必须满足有关规 范规定的变形控制值。 （3）截面尺寸约束条件。 轻钢结构截面尺寸的选择必须满足有关规范的构造要求和使用要求，如所有截面的腹板 高度必须大于翼缘宽度，所有截面的翼缘厚度必须比腹板厚度大2mm以上等。 （4）结构整体约束条件。 轻钢结构的优化设计必须满足结构整体约束条件，即构件截面尺寸的选择必须要保证 梁、柱截面的连续性以及合理性，满足常规的加工和使用要求等。 （5）变量的上、下限约束条件

1.简单解法 当优化问题的变量较少时，可用下列简单解法。 （1）图解法。在设计空间中作出可行域和目标函数等值面，再从图形上找出既在可行 或内（或其边界内），又使目标函数值最小的设计点的位置。 （2）解析法。当问题比较简单时CECS 117-2017-T标准下载，可用解析法求解。 2.准则法 准则法是从工程和力学观点出发，提出结构达到优化设计时应满足的某些准则（如同步 失效准则、满应力准则、能量准则等），然后用迭代的方法求出满足这些准则的解。该方法 的主要特点是收敛快，重分析次数与设计变量数目无直接关系，计算量不大，但适用有局限