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｝Ｇｆ７０ｑ规定的Ｑ３Ｂ（Ｂ０）￣２５钢和《低合金高强度结构
钢｝Ｇ／１９）（Ｂｌ５１中规定的Ｑ４Ｂ＇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１６：
、Hale Waihona Puke 概述的结构含钢量要低于Ｑ３Ｂ２５钢设计的结构含钢量，３５钢的但Ｑ４Ｂ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Ｑ３Ｂ０元到３０比较两种钢材的市场价２５钢２００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，ＳＯＳ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１～４２２ｍ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Ｑ４Ｂ的强度。一股当跨度大于２ｍ时，３５）４如果是单跨结构，于风荷载较大的地区（如厦门０８Ｎｍ）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Ｏ３Ｎｍ２活载Ｏ３Ｎ．／，ｋ．／ｋｍ２基本风压０８Ｎｍ，吊车）跨度在１～４．／２无ｋ，２２ｍ之间的刚架单位用钢量（３５）１－５ｇ当檐高为１５时（Ｑ４Ｂ为６２ｋ／；ｍ２１ｍ其他情况同上）跨度在１～４，２２ｍ之间的刚架用钢量（３５Ｂ为２～Ｑ４一）２３ｋ／０ｇ。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

门式刚架轻型房屋钢结构的优化设计

门式刚架轻型房屋钢结构的优化设计摘要：随着人们对房屋防火性、美观性、抗震性等方面关注度的逐渐提升，门式刚架轻型房屋钢结构的优化设计问题逐渐的成为了社会热门讨论对象，在这样的情况下相关单位应当保持与时俱进的发展状态，在轻型房屋钢结构设计优化上投入更多的时间和精力，不断的改善现有问题，创造出更多的良性影响力。

基于此，本文将对门式刚架轻型房屋钢结构的优化设计展开研究。

关键词：门式刚架；轻型房屋钢结构；优化设计；研究前言：在轻型房屋钢结构中门式刚架的使用范围相对较广，这与其施工耗时少、观赏性高、材料成本低有着不可分割的关系，随着我国建设步伐的不断推进，门式刚架轻型房屋钢结构得到了更多人的关注，为门式刚架轻型房屋钢结构的使用提供了进一步的支持，但同时也为其带来了崭新的挑战，如何实现对轻型房屋钢结构的有效设计优化成为了亟待解决的问题。

由此可见，对门式刚架轻型房屋钢结构的优化设计进行探究是十分必要的，具体策略综述如下。

1门式刚架轻型房屋钢结构设计的要点1.1结构形式和布置体系特征、荷载情况等是门式刚架轻型房屋钢结构形式与布置设计工作开展的前提所在，相关设计人员应当对此重视起来，从刚度是否均匀、力学模型的清晰程度等几个方面入手，保障结构形式和布置的科学性与合理性，为门式刚架轻型房屋钢结构最终设计效果的呈现质量提供可靠的支持力量。

与此同时，柱间抗侧支撑情况对于门式刚架轻型房屋钢结构也有着一定的影响，因此在设计的过程中效果设计人员还应当加强对侧向力作用的分析研究，综合性的分析结构的扭曲情况，严格按照规范要求操作，确保门式刚架轻型房屋钢结构设计能够满足客观实际需求，发挥实际应用价值。

1.2合理跨度的确定生产工艺流程与厂房跨度之间存在着十分紧密的关系，因此在门式刚架轻型房屋钢结构设计中设计人员除了需要考虑生产工艺的使用功能之外，还应当对房屋结构高度重视起来，合理把控跨度设计，以保障最终门式刚架轻型房屋钢结构设计效果能够满足预期要求，呈现出理想的状态。

门式刚架轻钢结构优化设计及程序开发

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门式刚架轻钢结构的材料主要有H型钢、T型钢、角钢等。在实际设计中，需要根据实际需求和承载要求选择合适的材料。一般来说，对于主要承受压力的结构，应选用强度较高的H型钢；对于承受拉力的结构，应选用具有较高屈服强度的T型钢或角钢。此外，在材料的选取过程中，还需要考虑材料的防腐、防火性能等因素。
3、截面形状和尺寸的优化
三、结论
门式刚架轻钢结构作为一种广泛应用于各种建筑项目的结构形式，其优化设计对于提高结构的承载能力、稳定性和使用寿命具有重要意义。本次演示从结构形式的选择、材料的选取、截面形状和尺寸的优化、节点连接的设计以及防腐、防火措施的选择等方面对门式刚架轻钢结构的优化设计进行了研究和探讨。通过合理的优化设计，可以大大提高门式刚架轻钢结构的性能和使用寿命，同时也可以降低施工成本和占地面积，具有广泛的应用前景。
门式刚架轻钢结构的截面形状和尺寸对结构的承载能力和稳定性有着重要影响。在实际设计中，需要对截面形状和尺寸进行优化，以达到最佳的结构性能。一般来说，可以通过调整截面高度、宽度和腹板厚度等参数来实现优化。例如，可以通过增加腹板厚度来提高结构的稳定性；通过减小截面面设计是门式刚架轻钢结构设计的关键环节之一。在满足强度和稳定性的前提下，应尽量减小截面尺寸，以降低用钢量，提高经济效益。对于常用的 H型钢或箱型梁截面，可以通过调整截面高度、翼缘宽度和厚度等参数来优化截面设计。此外，还可以采用高强度钢、耐候钢等新型钢材，以进一步提高结构性能和经济性。
3、节点设计
5、防腐、防火措施的选择
门式刚架轻钢结构在使用过程中会受到各种自然环境和化学物质的侵蚀，因此需要进行防腐处理。同时，在火灾情况下，结构需要具备一定的耐火性能以保证结构的安全性。因此，在优化设计中需要考虑到这些因素，并采取相应的防腐、防火措施。例如，可以在钢材表面涂刷防腐涂料或采用耐火材料进行保护等措施来提高结构的防腐、防火性能。

门式刚架优化设计的浅析

门式刚架优化设计的浅析摘要：随着社会的发展，我国的现代化建设水平的发展也越来越迅速。

上世纪八十年开始，我国对门式刚架轻型房屋钢结构进行应用，经过近几十年来的不断发展，现阶段已经成为我国房屋建筑的一种重要组成方式。

在结构设计方面门式刚架轻型钢结构房屋主要通过应用H型钢等组成一种门式刚架承重的房屋骨架，实际的应用中这种设计非常广泛。

因为门式刚架轻型房屋结构的布设非常灵活，并且其柱网不会受到构建模数的限制。

并且，门式刚架轻型房屋在拆卸时比较方便，利于我们的回收应用，对于施工工期可以大大的减少。

此外，钢结构的应用有利于降低对能源的消耗，有效的保证了环境不被破坏，并且其应用的综合经济效益比较高，能够为企业带来很大的利益。

关键词：门式刚架；优化设计；浅析引言门式刚架结构是钢结构厂房中应用最广泛的钢结构形式，主要应用于工业厂房、仓储库房中。

门式刚架的结构优化是一个系统优化，也就是在满足设计目标要求基础上，同时满足各类约束条件，将理论知识与实际结合在一起，在可允许的标准规定范围内和其他约束条件下进行设计，以得到最优的设计方案，达到“质优、价廉”的经济指标。

结构优化设计对门式刚架的应用有着十分重要的应用意义。

1门式刚架轻型房屋钢结构优势体现门式刚架轻型房屋钢结构在近些年的建筑工程领域应用比较广泛，门式刚架轻型房屋钢结构在上世纪80年代初期的时候在我国开始发展，在经过了几十年的发展后，已经成为房屋建筑结构重要的结构应用形式。

门式刚架轻型房屋钢结构主要是轻型焊接H型钢等构成的实腹式门式刚架作为主要承重骨架，冷弯薄壁型钢作为檩条等房屋结构体系，这一结构体系在实际房屋建筑中的广泛应用，正是因为其自身有着鲜明优势。

门式刚架轻型房屋结构的柱网布置比较灵活，在使用了金属压型板的构件下，柱网布置不会受到模数的制约。

另外，门式刚架轻型房屋钢结构的应用优势还体现在比较方便拆卸，资源的可回收利用效率比较高。

由于钢结构施工只要进行螺栓连接即可，所以在施工上就比较方便，能大大缩短施工的工期。

论述门式刚架的优化设计方法

行搜索选优，直至达到最优目标。从而得到最优的设计方案。优化设计的出现使工程结构设计由以往被动地安全校核转变为积极主动
地选优设计，为实现设计的最终目标一安全和经济提供了有效
途径。
下，需要多次迭代分析才能得出结果。
因此，究出符合我国的门式刚架截面优化设计方法，是非常有实研
际工程意义的。
结构优化设计作为一种最优设计方案技术，一直是结构设计理论和方法研究领域的热门话题。结构的优化设计指的是结构的综合、选优，即把设计追求的目标与应满足的约束条件有机地结合起
优化设计对门式刚架的应用有着实际的应用意义。文中总结了以往的结构设计方法，并着重介绍了目前应用最多的有限元分析方法。
关键词：门式刚架；优化设计；ＡＹＳＮＳ
１引言门式刚架是门式刚架轻型房屋的最主要受力体系。门式刚架和采用冷弯薄壁型钢制成的凛条及采用压型钢板制成的外墙板、屋面板共同组成轻型钢结构房屋。这种结构具有明显的优点。具有很大
２３数学规划法．
屋钢结构技术规程》直到１９年才出版，无论设计水平、设计经９８
验和合理设计等方面都与西方发达国家相比有着较大的差距。我国的学者也开发出相应的设计软件．如Ｐ２０、ＰＰＳ００ＫＭ及同济大学开
来，用优化的理论和方法，在满足设计的约束条件的可行区域内进

浅谈轻型门式刚架的优化设计

浅谈轻型门式刚架的优化设计钱小红(浙江省天正设计工程有限公司，浙江杭州310012)(}商要]20世纪九十年代以来，轻型门式刚架在我国得到了非常广泛的应用．在这过程中设计从业人员也在不断探索如何在满足规范规程，保证结构安全的务件下最大限度的降低用钢量，为业主节省造价。

轻型J J'1式刚架(无吊车)由主刚架，檩条，墙梁，支撑系统，抗丽．柱组成，其中主刚架与檩条在用钢量中占的比例最大。

巨搠]门式刚架；优化设计；主刚架；檩条20世纪九十年代以来，轻型门式刚架在我国得到了非常广泛的应用，在这过程中设计,9,93k员也在不断探索如何在满足规范规程，保证结构安全的条件下最大限度的降低用钢量，为业主节省造价。

轻型门式刚架(无吊车)由主刚架，檩条，墙梁，支撑系统，抗风柱组成，其中主刚架与檩条在用钢量中占的比例最大，下面，就从这两方面入手讨论门式刚架的优化设计。

1结构形式与布置对用钢量的影响门式刚架—般采用单脊双坡和多脊双坡两种屋面形式。

多脊双坡—般采用内天沟排水，内天沟排水因天沟增加有以下弊端，1)用钢量增加，2)增加室内排水系统，3)因屋面节点较多易为日后房屋漏水留下隐患；加上国内金属屋面系统经过多年发展技术已相当成熟，对长坡度外挂天沟排水已不是难事，故设计^员在条件许可的情况下在刚架形式上应优先采用单屋脊的多跨大双坡，外挂彩板天沟的形式。

现在有不少钢结构房屋采用四周女儿皤遮挡屋脊，我以为轻钢结构立面本身不可能采用很丰富的形式，索性去掉女儿墙以节省造价。

对于不同跨度，材质选取对刚架用钢量的影响，我们以两跨门式刚架，柱顶标高8．O m，柱距7．5m，屋面恒载025K N／m2，活载025K N／m2，基本风压0．50K N／m2，屋面坡度5％，分别计算15m～36m刚架，折算成每平米的用钢量来比较。

因每个设计人员采用的截面不同，用钢量不可能相同。

但同—个人计算的刚架对于比较不同跨度的影响还是有参考价值的。

优化设计门式刚架

同切磋，分享。
２优化设计２１选择截面．
型钢断面的构件，Ｈ型钢又分为热轧国标Ｈ型钢和钢板组焊的而
Ｈ型钢。根据建筑功能的要求，构的跨度、度和荷载不同，结高门
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，如板厚不大于】６钢板的强度设计值见表１。
是钢板组焊Ｈ型钢，用时要综合平衡。热轧国标Ｈ型钢成型美选钢结构建筑，诸如车间、库房、展厅、屋面接层、内部夹层等都普遍观，质量均匀有保证，一般的甲方都比较认可。而使用钢板组焊采用了门式刚架轻型钢结构，氐了一大批钢结构建设企业和设成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计人员，因此也应运而生了许多钢结构设计软件，计人员可以设从但利用电算软件方便快捷地做出各种钢结构设计。然而，同的设合适的构件截面尺寸，而降低刚架含钢量，从市场上购回的不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计人员面对同一个工程并且使用同一款软件，算后会得出各自计两优使不一样的结果。究其原因，要与设计人员对钢结构工程的理解题。因此Ｈ型钢热轧或是组焊，项要做全面比较，化选择，主建筑结构、工工艺等方面都更为科学合理。施认识，工作实践经验的积累，本知识的掌握，识的多寡等因素基见４当门式刚架采用等截面Ｈ型钢柱时，）为满足刚架在平面外都有着密切的关系。设计人员做出的设计图纸至关重要，为某因的稳定应力和长细比要求，型钢的翼缘要具备一定的宽度，Ｈ而项工程的设计结果，决定了该项工程的含钢量，就基本上既也热轧国标窄翼缘Ｈ型钢其翼缘太窄，常不能满足钢柱在平面外通确定了这项工程的造价，以其没计不仅要符合设计规范等条文所的稳定应力和长细比要求，不适合做钢柱构件；热轧中、宽翼缘的的规定，证建筑结构体系的安全，保同时也要求把 “ 钢用在刀刃好Ｉ｛型钢翼缘的宽度能够满足长细比要求，厚度往往较大，但又不上 ” 在满足规范要求的基础上做好恰当的优化，理的降低含钢，合利于节约钢材，因此Ｈ型钢柱最好采用钢板组焊的Ｈ型钢。这是量，做到安全适用，经济合理，确保质量。因此钢结构设计中的一作者多年来做钢结构设计的一点经验。项重要内容就是对设计项目进行逐步优化。作者一直以来都在

浅谈门式刚架的设计与优化

浅谈门式刚架的设计与优化摘要：近十几年，随着钢结构理论的成熟及钢结构加工技术的发展，钢结构体系建筑由工业建筑逐渐向民用建筑过度，但是，在工业建筑中的使用依旧占据主要的位置。

轻型房屋钢结构具有钢材使用量少、施工速度快且方便、综合造价低、适用性强、耐久性稍差、耐火性弱等特点。

在工业飞速发展的今天，门式刚架在我国更是普遍存在，这其中的原因之一是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102：2002》（注：新版规范为《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范GB 51022-2015》）起了很大推动作。

关键词：门式刚架；优化；结构布置1.荷载的取值作用在门式刚架结构上的荷载主要有：竖向荷载（结构自重、积灰荷载、雪荷载等）、水平荷载（风荷载、吊车刹车力），以及地震荷载（水平和竖向）。

由于轻钢结构本身自重轻，所以对地震的反应不那么敏感，这个特点对抗震较有利。

对于门式刚架屋面恒载，一般可取0.15~0.3kN/m2，普通的工程已能足够满足要求。

但个别设计设计人员为了保守设计，故意将恒荷载取得比实际恒载大，而在一些风荷载比较大的地区（风荷载不小于0.5KN/m2），反而造成结构的不安全，因为对于封闭结构，屋面风压为负值，产生风吸力，当恒载取得比实际恒载大时，反而抵消了风吸力，造成结构在风荷载作用下的不安全。

所以，恒荷载须根据屋面材料计算准确取值，否则取大了或取小了都会对结构不利。

对于活荷载，规范规定一般屋面受荷面积大于60m2可取不小于0.3kN/m2。

对于屋顶吊挂的一些设备要考虑附加荷载。

对于风荷载，《建筑结构荷载规范GB50009-2012》与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范GB 51022-2015》的计算方法并不一样，很多工程设计师对此感到疑惑，本人结合前辈的经验以及总结自己设计的一些工程案例，认为风荷载的计算方法与门式刚架的跨高比相关，当刚架的跨高比小于等于4时，应按《建筑结构荷载规范GB50009-2012》进行计算，当刚架的跨比大于4时，可按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范GB 51022-2015》进行计算。

门式刚架轻型房屋钢结构设计优化分析

4.3 充分重视空间的优化设计
在优化设计中，空间优化主要是对房屋功能以及工艺展开考虑，尽量避免空间的浪费，要充分掌握现场实际情况，对影响钢结构设计比较大的条件，需要反馈给设计人员通过调整房屋功能分区以及工艺细部进行解决。同时，吊车的吨位要结合工艺使用的实际情况进行选择，若是没有特定要求，尽量选择自重比较轻的吊车，也要着重考虑房屋上部空间是否满足吊车使用的净高要求。
关键词：门式刚架；轻型房屋钢结构；设计优化
1 前言
在国内的工程中，门式刚架以其质量轻、结构坚固耐用、造价低、施工快等优点不断得到广泛应用，为此国家有关部门也出台了很多相关规范，为轻型钢结构的设计提供了依据。门式刚架轻型房屋钢结构的设计技术日趋成熟，但是在钢结构的实际设计中，依旧存在很多的问题，需要进一步完善和研究。
4 门式刚架轻型房屋钢结构优化设计 4.1 注重门式刚架轻型房屋钢结构的选型
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设计人员需要结合轻型钢结构实际使用情况，加强对结构形式的合理选型。根据门式刚架房屋是否设置行车以及行车的吨位，合理选择柱距和跨度。对于刚架采用单脊双坡还是多脊多坡要根据实际使用环境进行选择，多雨地区宜采用单脊双坡，有利于屋面排水。在跨度大且设置女儿墙时，为了降低房屋的建筑高度和钢梁挠度引起的屋面凹坑效应，宜采用多脊多坡。整体结构选型中，借助多榀并排框架，在纵向连接中利用支撑系统、系杆和檩条等形成稳定结构。主框架选型，借助梯形屋架或者三角形屋架代替门式钢架横梁。屋盖选型，一般情况下屋面封闭可以采用轻质屋面或是重型屋面，根据门式刚架的实际使用情况设计为有檩或是无檩屋盖。
2 门式刚架轻型房屋钢结构优势体现及发展 2.1 门式刚架轻型房屋钢结构优势体现
轻型钢结构主要是 H 型钢截面构成门式刚架，成为承受荷载的骨架，正是因为门式刚架应用灵活性好，承载能力强[1]，已广泛地被应用于单层工业厂房及仓库。门式刚架的屋面和墙面采用岩棉压型钢板，可以有效地减轻结构体系的重量。其次，门式刚架柱网尺寸布置灵活，同时跨度大，这样就可以提供比较大的使用空间。

门式刚架钢结构房屋的优化设计

门式刚架钢结构房屋的优化设计２００８年第３期１引言门式刚架钢结构建筑体系是指以单层非住宅用的中小型工厂、仓库、商店、大型超市为主要对象的建筑。

这种建筑体系是采用轻型Ｈ型钢（焊接或轧制；变截面或等截面）做成门形刚架，Ｃ形、Ｚ形冷弯薄壁型钢作檩条墙梁；压型钢板或轻质夹芯板作屋面、墙面围护结构，采用高强螺栓、普通螺栓及自攻螺丝等连接件和密封材料将承重结构、围护结构构件在现场组装起来的预制装配式钢结构房屋体系。

这种轻钢结构建筑具有以下特点：（１）构造简单，材料单一。

容易做到设计标准化、定型化、构件加工制作工业化，所以现场安装预制装配化程度高，产品质量好，生产效率高。

（２）自重轻。

轻钢结构的主结构和次结构均采用了高强度钢材，从而减轻了自身的重量，能够建成大跨度的结构形式，更能充分利用空间，也使建筑物的布局更加灵活。

（３）施工工期短。

由于轻钢结构构件均为工厂预制，构件运至施工现场后即可安装，大大缩短施工周期，使业主的投资在短期内得到回报。

（４）可以满足多种生产工艺和使用功能的要求。

轻钢结构建筑体系在建筑造型、色彩以及结构跨度、柱距等方面的选择上灵活多样，给设计者提供了充分展示才能的条件。

（５）轻钢结构体系价格较便宜。

随着我国钢产量的增加，轻钢结构造价一般低于钢筋混凝土结构。

（６）轻钢结构属于环保型、节能型产品，厂房可以搬迁，材料可以回收。

随着我国色彩钢板产量的增加和焊接Ｈ型钢的出现，门式刚架轻钢结构在我国发展迅速。

必须对门式刚架轻钢房屋结构进行优化设计，使其达到标准化、规范化、经济化，本文提出了对跨度、柱距、结构力学计算模型、梁柱节点等的优化设计，以便工程设计人员参考。

２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，确定较为合理的跨度，在尽可能满足生产工艺和使用功能的基础上，应根据房屋的高度确定较为合理的跨度。

通过计算，一般情况下，当柱高小于１８ｍ时、荷载一定时，适当加大跨度，刚架的用钢量增加不大明显，但节省空间，基础造价低，综合效益门式刚架钢结构房屋的优化设计毕俊欧国强（设计院）（炼铁厂）摘要介绍门式钢房屋结构的特点以及此类的跨度、柱距、计算模型、节点连接的优化设计。

浅析轻型门式刚架钢结构的优化设计

5.宜于拆卸搬迁。一旦业主对所建厂址不满意或外界环境发生意想不到的变化，则整个建筑可在很短时间内拆迁，损失极小，而所有这些特点是钢筋混凝土建筑所无法具备的。
2.2门式刚架建筑的缺点
1.养护费用高。轻型钢结构建筑物暴露在空气中，钢材易被腐蚀，必定期用油漆保养，混凝土则不需保养。
2.需做防火层。轻型钢结构在高温室强度会减弱，必须作防火层，这样当火灾发生时，才有足够的时间来逃生。而混凝土本身就是耐燃材料。
3.门式刚架轻型钢结构先期投入大。由于需要一些专门的设备才能生产满足要求的型钢，因为相应的设备就复杂昂贵一些，有些设备甚至需从国外进口。而钢筋混凝土所用材料可随建筑物的建造而就近运抵现场。
4.门式刚架轻钢结构的设计施工需专业的人员。只有经培训合格的人员，才可能建造出满足精度要求、安全的轻型钢结构。
3门式刚架轻型钢结构设计发展不足
4.2刚架最优间距的确定
刚架的间距与刚架的跨度、屋面荷载、擦条形式等因素有关,在刚架跨度较小的情况下,选用较大的刚架间距,增加擦条的用钢量是不经济的,因此从综合经济分析的角度看,确定合理的柱距才能既节约钢材,又使设计真正做到定型化、专门化、标准化以及轻型化,从而推动门式刚架轻钢结构体系在我国的发展。经过大量计算,笔者发现：随着柱距的增大,刚架用钢量比例是逐渐下降的,但当柱距增大到一定数值后,刚架用钢量随着柱距的增大下降的幅度较为平缓。而其他如擦条、吊车梁、墙梁的用钢量随着柱距的增大而增加,就房屋的总用钢量而言,随柱距的增大先下降而后又上升。综合各项用钢量表明,对一定条件下的轻型钢房屋而言存在一最优柱距。表1所列即为一般情况下,柱高为6m,备种跨度对应的刚架最优间距。
1门式刚架的概述
门式刚架是门式刚架轻型房屋的最主要受力体系。门式刚架和采用冷弯薄壁型钢制成的檀条及采用压型钢板制成的外墙板、屋面板共同组成轻型钢结构房屋。典型的门式刚架轻型钢结构体系由基础、主钢架、墙梁（吊车梁）、檀条、屋面板、墙面板，抗风柱，屋面支撑，柱间支撑等组成。

门式刚架轻钢结构优化设计探讨

门式刚架轻钢结构优化设计探讨
摘要：门式刚架结构与传统的建筑结构相比，在理论方面还不是很完善，还有较大的发掘空间，对门式刚架进行优化设计的课题由此提出。

本文的优化设计能合理利用材料的性能，使结构内部各单元得到最好的协调，并具有规范所规定的安全度。

同时，它还可以为整体性方案进行合理的决策，因此优化设计是实现设计最终目标安全、适用和经济的最有效的途径。

关键词：门式刚架；参数分析；优化设计；半刚性
一、门式刚架轻型钢结构的特点
门式刚架轻型房屋钢结构体系是由刚架、屋盖、围护体系、及相应的支撑所构成的结构体系。

最常见的结构体系中，一般由实腹式焊接日型钢组成的门式刚架作为承重结构。

而围护结构主要包括型钢檩条以及压型钢板组成的屋面系统。

门式刚架与其它形式的建筑结构相比，具有以下优势：
(一)构件形式经济合理，结构质量轻。

质量轻主要是由于围护结构的材料采用的是金属板与薄壁型钢，因而门式刚架的负荷较小，刚架自重也随之减轻。

而基础结构是与上部结构密切相关的，刚架整体变轻了，对基础的要求就会降低，基础的尺寸可以做小。

（二）抗震性能好。

门式刚架自重轻，地震反应较小，很适合在地震多发地区中推广使用。

（三）施工周期短。

与其它类型的建筑形式相比，门式刚架的构件。