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【钢结构设计】轻型钢结构设计需要体现轻的特点

2022-03-30 10:03:32

  轻钢结构门式刚架在工业厂房、公路(铁路)仓库、仓库、机库、集贸市场、体育场馆、机场、商业建筑中越来越受到人们的青睐。


  轻钢结构的轻有两个含义,一是采用轻材料,二是钢材消耗低。在门框中,采用轻焊接截面工形柱和分段截面工形梁,利用腹板屈曲强度,是降低钢材消耗量的有效措施,但使结构分析和构件计算复杂化。因此,轻钢结构计算机分析、优化设计、性能评价和绘图系统的研发将极大地促进轻钢结构的进一步发展。目前,PKPM系列软件的STS??橐丫芄环治黾扑闱岣纸峁姑趴?、截面优化设计、节点设计和施工图。本文讨论了其轻钢结构门框的截面优化方法和软件的功能和应用。


  门式刚架截面优化方法。


  实现截面优化有两种方法。一是用优化理论解决,将问题归结为单目标规划问题。优化的目标函数是钢材消耗少或成本低。结构反应(应力、位移等)等各种设计条件的允许范围可以作为约束条件,用数学规划理论寻求优或满意的解决方案。另一种方法是穷办法,即计算比较各种合理的构件截面形式,在满足设计要求的情况下,以钢材消耗少或成本低为控制条件,获得满意的截面尺寸。


  门式刚架通常采用变化构件的截面来适应弯矩的变化,以节省钢材。除腹板高度变化外,厚度也可根据需要变化;上下翼缘可采用不同截面;相邻单元的翼缘也可采用不同截面。因此,影响整个刚架钢量的因素包括上翼缘的宽度和厚度;下翼缘的宽度和厚度;腹板的厚度;构件的大头和小头的高度;这些因素也相互影响,相互不独立。从形式上看,工程设计是一个基于严格的力学和数学规律的准确操作过程;事实上,结构设计中起着重要作用的不是那些操作方法和数学处理,而是一系列难以通过准确计算解决的具有主观色彩的决策问题。因此,完全采用优化理论来实现截面优化设计具有一定的复杂性,需要进一步的理论研究。此外,用穷举法解决截面优化问题时,多因素决定了随着构件数量的增加而增加的计算次数和指数关系。因此,当刚架构件较多时,需要进一步的理论研究。


  当设计师确定结构形式时,截面优化相对简单易行的方法是根据构件的内力调整截面尺寸,并试图确定重量小的截面。该方法不仅计算次数少,而且可以手动干预截面优化范围,快速获得理想的截面尺寸。


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