基于MATLAB拟合分析法的门式刚架轻型钢结构厂房最优柱距研究
门式刚架轻型钢结构工业厂房最优柱距研究计算书_secret
目录引言 (1)文献综述 (2)第一部分建筑方案设计 (8)1厂房的平面设计 (8)2 厂房的剖面设计 (10)3 厂房的立面设计 (11)4 厂房的构造设计 (11)5 总平面设计 (11)第二部分结构设计 (12)1屋面檩条计算 (12)2墙面(轴线4～14)檩条计算 (15)3墙面(轴线A～E)檩条计算 (18)4抗风柱的计算 (21)5（A 、C）柱间支撑 (23)6柱（B）间支撑 (24)7横向水平支撑 (26)8 吊车梁计算 (28)9 门式刚架计算 (34)9.1 荷载标准值 (34)9.2 初选截面 (35)9.3 截面特性 (35)9.4 刚架内力计算 (36)10节点计算 (68)10.1 柱脚计算 (68)10.2 牛腿计算 (73)10.3 梁柱连接设计计算 (77)11 基础梁及地基基础计算 (84)11.1 基础梁计算 (84)11.2 左柱基础计算 (86)11.3 中柱基础计算 (92)致谢 (97)参考文献 (98)外文翻译 (99)附录A毕业论文原始资料 (109)附录B 刚架计算内力组合表................................................................................... .. 116 附录C 英文翻译原文资料.................................................................. (132)引言钢结构作为一种新兴的结构型式方兴未艾，由于其具有强度高、自重轻、安装方便、造型美观，施工周期短且不受季节变化影响，地基费用省等一系列优点，与混凝土材料相比，属环保型和可再次利用型材料，已被人们普遍接受。
其中轻型钢结构以其经济、高效的优点在工业厂房、仓库、超市建筑中倍受青睐。
本设计即为单层双跨的轻钢结构工业厂房，采用了门式刚架结构。
门式刚架轻型钢结构厂房最优柱距研究的开题报告
门式刚架轻型钢结构厂房最优柱距研究的开题报告一、研究背景近年来，随着经济的飞速发展，工业建筑的需求不断增加。
其中，轻型钢结构厂房作为一种新型的建筑材料，由于其具有重量轻、强度高、施工速度快等优势，因而日益受到人们的关注和青睐。
而在轻型钢结构厂房的建设中，门式刚架的应用越来越广泛，其具有结构简单、造价低廉、方便拆装等特点，使得其成为当前建筑领域中非常流行的一种结构系统。
门式刚架轻型钢结构厂房的结构设计关键在于确定合理的柱跨、柱距和柱高等参数。
其中，柱距是门式刚架轻型钢结构厂房设计中最为重要的参数之一，柱距选取不合理会导致结构承载能力不足、变形过大等问题。
因此，需要对门式刚架轻型钢结构厂房最优柱距进行研究，以提高其结构设计的合理性和效率。
二、研究目的本研究旨在探究门式刚架轻型钢结构厂房最优柱距的选取方法和对厂房结构性能的影响，具体包括以下几个方面：1.研究门式刚架轻型钢结构厂房的结构特点和设计要求，了解其结构组成和受力特点。
2.分析门式刚架轻型钢结构厂房柱距的影响因素，如荷载、材料性能等因素，并初步确定柱距的选取范围。
3.建立门式刚架轻型钢结构厂房的有限元模型，通过数值模拟的方法，探究不同柱距对厂房变形和承载能力的影响，并确定最优柱距。
4.对比分析不同柱距下厂房结构的性能差异，提出优化建议和改进方案，以提高门式刚架轻型钢结构厂房的设计质量和经济效益。
三、研究方法本研究采用理论计算和有限元模拟相结合的方法，具体步骤如下：1.整理门式刚架轻型钢结构厂房的相关资料，详细分析其结构特点和设计要求，确定柱距的选取范围。
2.利用程序设计软件ANSYS建立门式刚架轻型钢结构厂房的三维有限元模型，考虑不同荷载情况下的厂房受力分布和变形情况。
3.通过对不同柱距进行数值模拟，并分析其受力性能、变形情况等参数，探究柱距对厂房性能的影响。
4.对比分析不同柱距下厂房结构的性能差异，提出改进方案和优化建议。
四、预期结果通过本研究，我们预计可以得出以下几个方面的预期结果：1.确定门式刚架轻型钢结构厂房的最优柱距选取范围，提高其结构设计的合理性和效率。
门式刚架轻钢筋结构柱网尺寸的合理选用
门式刚架轻钢结构柱网尺寸的合理选用柴昶刘迎春(中国钢结构协会) (包头钢铁设计研究院)提要本文结合工程实际设计经验，对影响合理选用柱网尺寸的主要因素，如跨度与柱距的变化，不同钢号的变化、荷载大小的变化以及有无吊车的影响等，进行了较详细的计算比较，并分析了这些因素变化对用钢量影响的基本规律。
同时还综合考虑了钢结构安装工期及基础工程等的影响与分析意见，并提出了合理选择柱网尺寸的具体建议，供设计参考。
关键词门式刚架用钢量门式刚架轻钢结构的柱网布置首先应满足工艺使用的要求，在设计中往往也是由工艺或业主与建筑师选定柱网尺寸，但是要作到合理的选择柱网尺寸，还离不开结构工程师的参与，这是因为除了工艺使用要求外，柱网尺寸（柱距、跨度等）的合理选定还应综合考虑结构用钢量、工期、基础工程等诸多因素的影响，在这方面结构工程师有责任提出正确的建议，协助决策。
本文结合实际工程设计经验及有关资料，针对主要影响柱网合理选用的主要变化因素，如柱距、跨度的变化、不同钢号及荷载大小的变化及有无吊车。
工期与基础工程等进行了详细计算比较与分析，目的是得出这些影响的基本规律，从结构工程的角度提出合理选用柱距的建议，供设计参考。
一、柱网尺寸对结构用钢量的影响用钢量直接影响工程的造价，几乎已习惯地成为从结构因素考虑柱网选用时的重要因素，但应注意到，除柱网尺寸这一主要因素外，结构高度、材料强度、荷载大小、有无吊车、单跨多跨等都对结构用钢量变化有明显的综合影响，不能不在分析比较中，一并予以考虑。
本文以单跨门式刚架为对象，考虑了不同跨度、不同柱距、不同高度、不同钢号、不同荷载及有无吊车等因素变化对用钢量影响，各用钢量数值均在理论计算基础上参照工程实际经验进行了加工余量及构造余量的增量调整，以更符合工程实际。
（一）无吊车门式刚架用钢量的分析比较1．当荷载及跨度条件变化时的用钢量分析跨度12m～36m及0.3KN/m2、0.6KN/m2、1.0KN/m2三级活荷载的门式刚架用钢量变化列如表1与图1。
门式刚架轻型钢结构工业厂房最优柱距研究分析
一
、
柱距合理选择 在设计 厂房结构 中，首要 问题就是配合工 艺要
针对 以上的案例分析 ，得 出了以下相关性 的结
论 ，具 体 如下 。
求进柱 网平 面的布置 。在传统 的结构设计 中，我 国 习惯于将柱距模数 定为 ３ Ｍ ，如 ３Ｍ 、６ Ｍ 、１ ２ Ｍ等， 其 主 要 参考 依 据 就 是 预 制 钢 筋 混 凝 土 的 工 业 厂 房 的 模制数 ， 目前，很少有人 专门针对 门式刚架轻 型钢 结构是 否适 应而进行研 究。但 是 ，从综合经济角度
１ ８ ２ ４
３ ０ ３ ６
根据 以上数据分析与计算 ， 得到结构计算简图，
如 图 Ｉ所 示 。
活载、风载、吊车荷载等，设置好参数然后 点结构
计算 ，查看计算结果如果超限 了返回调整梁柱截面 再计算 ，最后进入施工 图绘制阶段。
三 、 结 论分 析
式刚架轻型钢 结构工业厂房最优 柱距 的研究分析有
表 ２参数表
钢材 Ｑ ２ ３ ５ － Ｂ Ｆ钢 基本 风压 值 ０ ． ３ ５ ｋ Ｎ ／ｍ ，近仿 取 高度变 化系 数 为 １ ． ０ 吊车基 本参 数和 基本 参数 依据 小于 ５ ～５ ０
墙架梁、屋面支撑等，在这样 的情况 下，必 须要采 取有效的方法设计好 门式钢架 ，以此来达到 降低总 用钢量 的 目的， 对工程实际具有 很大的意义和作用 其次，在 以上案例 中，由图 ２所示，可 以发现 个规律 ，随着柱距的不断增大 ，整个厂房 的用钢 量 也有 所 下 降 ， 尤 其 是对 于 用钢 量 较大 的 刚架 而 言 。
量 的变 化 曲线 ，具 体 如 图 ２所 示 。
以知道 ，这三厂 房不论是从 吊车吨位 ，还是 众跨度
门式刚架轻钢结构柱网尺寸的合理选用
门式刚架轻钢结构柱网尺寸的合理选用柴昶刘迎春(中国钢结构协会) (包头钢铁设计研究院)提要关键词门式刚架用钢量门式刚架轻钢结构的柱网布置首先应满足工艺使用的要求，在设计中往往也是由工艺或业主与建筑师选定柱网尺寸，但是要作到合理的选择柱网尺寸，还离不开结构工程师的参与，这是因为除了工艺使用要求外，柱网尺寸(柱距、跨度等)的合理选定还应综合考虑结构用钢量、工期、基础工程等诸多因素的影响，在这方面结构工程师有责任提出正确的建议，协助决策。
一、柱网尺寸对结构用钢量的影响用钢量直接影响工程的造价，几乎已习惯地成为从结构因素考虑柱网选用时的重要因素，但应注意到，除柱网尺寸这一主要因素外，结构高度、材料强度、荷载大小、有无吊车、单跨多跨等都对结构用钢量变化有明显的综合影响，不能不在分析比较中，一并予以考虑。
(一) 无吊车门式刚架用钢量的分析比较1(当荷载及跨度条件变化时的用钢量分析跨度12,36及0.3KN/m、0.6KN/m、1.0KN/m三级活荷载的门式刚架用钢量变化列如表1与图1。
从图1可得出以下几点结论意见:(1)随着跨度由小变大，门式刚架的用钢量曲线呈马鞍形规律变化，较经济的用钢量跨度约在21.00,24.0m跨度区间;(2)屋面荷载(雪荷、灰荷及吊挂荷载等)增大引起门式刚架用钢量增加，特别当跨度较大时，增幅也较大。
当荷载由0.3KN/m增大到0.6KN/m时，门式刚架用钢量平均增幅为17,，最大增幅为21.2,; 22mm222乎保持为等量的常值，这一特点值得在设计应用中注意。
3(不同檐口高度时的用钢量比较由表2及表4数据可作出檐口高度不同(6.0m、8.0m)的无吊车门式刚架用钢量比较，其图线比较示于图4。
由比较可知，不论柱距、跨度及钢号如何，檐口高度的增加，均会引起总用钢量的增加。
在常用跨度及柱距条件下，檐高由6m增为8m 时，总用钢量的增幅约与12,,16,。
在风荷载较大地区，此影响程度会更加强。
门式轻钢结构厂房用钢量与柱距的关系比较
门式轻钢结构厂房用钢量与柱距的关系比较摘要：通过算例对不同柱距门式轻钢结构厂房的用钢量进行了研究比较，对厂房总体用钢量受柱距影响的变化趋势进行了探讨，得出一些规律性的结论，采用合理的厂房柱距可使门式轻钢结构厂房用钢量节省5%~10%。
关键词：门式轻钢结构厂房用钢量柱距0前言随着门式轻型钢结构的应用日益增多，轻钢厂房设计市场的竞争也越来越激烈，若要在这片市场中占有一席之地，就必须不断总结经验，积累资料，以求在技术性及经济性方面做到合理。
因此有必要对轻型钢厂房的用钢量进行比较研究。
1 厂房用钢量初析及研究对象在轻型钢厂房结构中，用钢量较多的部分主要有屋面檩条，墙面墙梁，吊车梁以及厂房门式刚架。
对于屋面檩条，墙面墙梁及吊车梁部分（以下称为甲类构件），在厂房柱距增大时，由于刚架敏感的梁跨及柱高并未改变，只是框架的受荷范围有所增大，单榀刚架用钢量有所增加，但幅度不大，且在厂房长度一定的条件下，增加柱距可减少框架的数量，因而刚架部分的用钢量在柱距增大时应呈下降趋势。
为了验证以上分析，本文探讨了厂房总体用钢量受柱距影响的变化趋势，对单跨无吊车，双跨无吊车，单跨有吊车，双跨有吊车柱距分别为6m，7.5m，9m 总计12种轻钢厂房进行了计算。
由于影响厂房用钢量的因素相当多，不同的设计条件，会使厂房的用钢量差别很大。
为了便于比较研究，所的得数据而又不失其参考价值，本次计算分析的12种情况，尽可能选用实际设计中常见的结构形式及其受荷状况。
2 设计资料2．1本场地条件（1）地理位置：唐山市区（2）基本风压：0.4KN/m2（3）地面粗糙度：按B类考虑（4）基本雪压：0.4KN/m2（5）场地土类别：Ⅱ类（6）基本设防烈度：8度（近震）2．2 厂房基本尺寸（1）房屋总长度：54 m。
（2）层数：单层。
（3）跨度：21 m（单跨或双跨）。
（4）柱距：6m，7.5m，9m。
（5）柱顶标高：11 m（6）轨顶标高：8 m左右。
门式刚架钢结构柱网布置的经济性研究
５ ２．
第４ Ｏ卷 第 １ ９期 ２ ０ １ ４ 年 ７ 月
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ ＨＩ Ｔ Ｅ Ｃ Ｔ ＵＲＥ
山 西 建 筑
Ｖｏ １ ． ４ ０ Ｎｏ ． １ ９
Ｊ ｕ １ ． ２ ０ １ ４
文章编号 ： １ ０ ０ ９ － ６ ８ ２ ５（ ２ ０ １ ４ ） １ ９ — ０ ０ ５ ２ — ０ ２
的 影 响
在门式 刚架轻 型钢结构 房屋设 计 中， 首先要根 据建筑功 能和
２ ６ ２ ５
旺 ２ ４
２ ３ ２ ２
使用要求进行柱 网的平 面布置 ， 然后进 一步考虑 其经济性 。在实
践工程 中 ， 基于轻型 钢结 构构件 可方便 地按 任意尺 寸生 产 ， 轻质 屋（ 墙） 面材料可灵活施工 ， 因此门式刚架轻型钢结构房屋 的材料 生产 和结 构施工 能够 做 到量 体裁 衣 ， 这 就方 便 降低 整个 工程 造
对不 同 的工 采用 ６ ｍ一 ９ ｍ。由于对 于一个特 定 的实际工程 ， 其跨 度 已给定 ， 式刚架厂房的单方用钢量与柱距 的关系所作 的讨论 ， １ ） 对 于门式刚架 轻型钢 过去通 常取 ３ ｍ为柱 距模 数 ， 工 程 中经 常用 ３ ｍ， ６ Ｉ Ｔ Ｉ ， ９ ｍ， １ ２ Ｉ ｎ 程此值是 不同的。一般来说 可总结 如下 ：
） 随着柱 距 的增 大 ， 作 为整个 厂 房结 构 主要 用 钢量 的 刚 接影 响了设计 用钢量 。柱 距 的增加 可能会增 加单 榀 刚架 及檩 条 作用 。２
的截 面面积 ， 但是对 一定 结构面 积而 言 ， 柱 距增加 的 同时钢架 总 架 ， 其用钢量 比率是 先逐 渐下降 ， 且 下降 的幅度 随柱距 的增 加逐 ） 随着 柱距 的增大 ， 其 他构 件 的用 钢量会 增加 ， 而 榀数减少 了 ， 最终也可能使主钢用量 降低。故对一个 特定 的门式 渐趋 于平缓 。３ 且增 加的幅度较大 ， 尤其 是 吊车 梁 ， 当柱距 较大 时必须 采用 格构 刚架 房屋 ， 必然存在一个最优 的柱距及一个最优柱距范 围。 成都市某器材车间厂房长 ９ ０ ｍ， 宽２ ７ ｍ。基本风压 ： ０ ． ３ ｋ Ｎ ！ Ｉ ｉ ｌ ２ ， 式， 其用钢量逐渐 占据主导地位 ， 并有可能会 超过 刚架 的用 钢量。 基本雪 压 ： ０ ． １ ｋ Ｎ ／ ｍ 。笔者以柱距 为变 量 ， 采用 Ｐ Ｋ Ｐ Ｍ钢结 构程 其次对 于檩条而言有长细 比的要求 ， 其用钢量增 加的也较快 。４ ） 随着柱距 的增加其总用 钢量是 先减少 序进行结 构分 析 ， 对 其用 钢量 随柱距 的变化 情况作 了 比较 ， 主要 对整个单层厂房上部结构 ，
门式刚架轻型钢结构有吊车厂房最优柱距研究
门式刚架轻型钢结构有吊车厂房最优柱距研究本文拟利用MATLAB曲线拟合功能，针对用钢量与柱距的变化规律进行拟合分析，建立用钢量与柱距的关系方程式，再通过数学求极值点的方法求得最优柱距。
本研究方法消除了用钢量计算数据的离散性对寻找最优柱距的影响，使求得的最优柱距结果具体明确，对工程设计具有一定的指导意义。
标签：门式刚架柱距STUDY ON OPTIMAL COLUMN SPACING OF STEEL STRUCTURE OF LIGHT-WEIGHT WORKSHOP WITH GABLED FRAMES BASED ON MATLAB Abstract：Make use of MATLAB Curve fitting function，analysis the law of steel quantity changing with column spacing，create correlative equation of steel quantity changing with column spacing，next by mathematical method of seeking extreme points obtained optimal spacing. Research methods in this paper eliminates impact that the discrete of calculations to find the optimal spacing，obtain specific and clear results of the optimal spacing，this may guide the engineering design.key word：Portal frame; column spacing《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102：2002）建议合理柱距为6～9m，但这对具体工程设计指导不明确。
门式钢架跨度与柱间距的优化选择
门式钢架跨度与柱间距的优化选择轻型钢结构是国内外目前应用和发展速度最快的新型结构形式，广泛应用于工业、居住和公共建筑，具有施工速度快、建筑造型美观、钢材用量少、造价低廉等优势，而门式钢架结构体系作为轻型钢结构的一种结构形式，本人结合近几年的设计经验阐述以下门式钢架合理跨度与柱间距合理化选择。
一、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，确定跨度。
这是很不经济的选择，希望业主再告诉设计人员（特别是钢结构厂家的设计人员）使用功能时让他推荐你使用多大跨度在尽可能满足生产工艺和使用功能上最为经济，一般情况下，当柱高、荷载一定时，适当加大跨度，钢架的用钢量增加不太明显，但节省空间，基础造价低，综合效益较为可观。
通过大量计算发现，当檐高6m、柱距为7.5m，荷载情况完全一致下，跨度 30M～35M之间的钢架单位用钢量（Q345B）为11～13kg/ m2，当跨度在24-30m之间的钢架单位用钢量为10～11kg/ m2，，当跨度在18～24m之间的钢架单位用钢量为11kg/ m2。
当跨度大于35m用钢量为大于13kg/ m2明显不经济，一般工艺流程都在35M以内，如果真需要大于35米的跨度中间应增加摇摆柱可使单跨钢架节约8%左右。
如果跨度小于18M单位用钢量没有很明显的变化并且还有逐渐增加的趋势。
因此设计门式钢架时应根据具体要求选择较为经济的跨度，不宜盲目追求大跨度或过小跨度。
二、钢架最优间距的确定钢架的间距与钢架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关，当钢架跨度较小时，选用较大的间距，会增加檩条的用钢量是不经济的。
钢架规范规定，钢架柱距宜为6m，7.5m，9m，最大可采用12m。
经过大量计算发现，如果是大型厂房柱间距7.5M最为可佳，如果一般小型厂房6～6.5米最为经济。
在设计当中不要过于追求主钢构单位用量较低，如果只追求用钢量随着柱距的增大，钢架的单位用钢量是逐渐下降的话，而对于其他结构如檩条、吊车梁、墙梁的用钢量会随着柱距的增大而增大，就房屋的总用钢量而言，随着柱距的增大先下降而后又上升。
门式刚架轻型房屋钢结构设计优化分析
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
160
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。
门式刚架轻型房屋钢结构设计的问题探析
门式刚架轻型房屋钢结构设计的问题探析马恩品（阜阳市建筑设计研究院，安徽阜阳236010)摘要：门式刚架轻型钢结构房屋由于具有质量轻、工期短、柱网布置灵活等优点，受到越来越广泛的应用。
文章结合新规范，就门式刚架的跨度、柱距选择、夹层设计等问题进行分析，供工程技术人员应用时参考。
关键词：门式刚架;轻型房屋钢结构；结构设计中图分类号：TU391 文献标志码：A文章编号：1007-7359 (2018)04-0065-02DOI：10.16330/ki.1007-7359.2018.04.0291门式刚架的柱距和跨度选择新规范《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB50122-2015)第5.2.2条规定：门式刚架的柱距，即柱网轴线在纵向的距离宜为6m〜9m，根据需要柱 距最大可采用12m。
通过大量计算分析表明，当柱距 超过9,时，屋面檩条与墙架体系的用钢量明显增 多，综合造价并不经济。
在一定条件下，门式刚架存在 着最优柱距，下面列在一条件下不跨度的最优柱距：跨度最优柱距9m-12m 5.5m12m-18m6m18m~36m6m~7.5m36m-48m7.5m~9m一般情况下，当荷载较大(包括屋面吊挂荷载及吊车荷载)时，柱距可取小些,建议为6,〜7.5m，刚架 跨度宜取24,〜40,较为经济；反 小时则应加大柱距，宜为7.5m〜9m，刚架跨度宜取18m〜21m。
在 ，一当刚架跨度超过30,时，宜采用多跨刚架，时 可 柱，其用钢量跨刚架 。
2带夹层的门式刚架设计的门式刚架，用 房的用房部分。
新规范《门式刚架轻型房屋钢结技术规范》(GB50122-2015)增 门刚型，可纵向（1):在向跨（2)，通采用钢结，柱距一小。
GB50122-2015 3.3.1 条 3.3.2 条分 柱作者简介：马恩品（1965-)，男，安徽临泉人，本科，工学学士，主要从事建筑工程结构设计工作。
顶的水平位移限值和受弯构件的挠度限值作出规定。
门式刚架轻型钢结构工业厂房最优柱距研究
少是 评 价设 计优 劣 的 一项 重 要指 标 。而 设 计用 钢 量和 柱 距 的大 小 是密 切 相 关的 （ 详见 以下工 程实 例 ）。 ２ ）用 轻质 屋 面 材料 代 替传 统笨 重 的 预制 钢 筋混 凝 土 屋 面板 ，并 采 用
１ ）对 门式 刚 架轻 型 钢 结构 体 系 而 言 ，刚 架 用钢 量 是 最主 要 的 ， 当刚 架跨 度 较 小 时 ，刚架 用 钢 量甚 至 占总用 钢 量 的５ ％ 以上 ，而 其它 各 单用 钢 Ｏ 量 ，特 别 是墙 架 梁 、柱 间 支撑 、 屋面 支 撑 ，其 用钢 量 只 占 比例 较 小 的一 部 分 ，因此 ，如何 设计 好 门式 刚架 对 降低 总用 钢量 具有 重要 意义 。
架 轻 型钢结 构是 否适用 ， 尚很少 有人 对此进 行专 门 的研究 。然 而 ，从 综合 经 济 分析 的角度 来看 ，合理 的柱距 （ 模数 ） 对设 计 的好 坏影 响极大 。这 是因 为 ：
根 据 以 上 条 件 分 析 得 到 的砀 山 高 温 和 高 清 厂 各 自在 ２ ４跨 ，２ ×２ｍ ×
门式刚架轻型钢结构厂房最优柱距
9.5 0.877 0.666 0.999 0.764 12.22
10.0 0.855 0.698 0.985 0.810 13.03
图 1 主结构及吊车梁用钢量
结果分析： a） 随柱距的增加， 吊车梁用钢量线性增加并逐渐接近 主钢架用钢量（图1）； b） 随着吊车梁跨度的增加， 挠度比在强度控制指标起 伏不大的情况下逐步提高（表 2），这是因为挠度与跨度的四 次方成正比，而翼缘正应力与跨度的平方成正比，即挠度在 跨度较大的吊车梁设计中起控制作用， 这也是本文使用 Q235B 钢材的原因。
表 2 吊车梁用钢量
7.0
7.5
8.0
0.899
0.904
0.844
0.696
0.677
0.741
0.977
0.998
0.939
0.647
0.630
0.666
9.24
9.72
10.45
8.5 0.840 0.732 0.933 0.785 11.11
9.0 0.843 0.721 0.981 0.787 11.66
所示。
门窗专栏
表 1 主结构用钢量
柱 距 /m 用 钢 量 /（kg/m2）
6.0 19.37
6.5 18.47
7.0 17.70
7.5 17.11
8.0 16.45
8.5 15.96
9.0 15.66
9.5 15.32
10.0 15.02
计算结果分析： a） 由于钢架数量减少对用钢量的影响大于单榀钢架用 钢量的上升趋势，主结构用钢量随着柱距增加而降低； b） 随着柱距的增加， 作用于单榀钢架上的恒活荷载非
线性增加，其对用钢量的影响逐渐增大，用钢量下降幅度趋 于平缓。
门式刚架轻型钢结构房屋经济跨度与柱距的选择
门式刚架轻型钢结构房屋经济跨度与柱距的选择摘要：轻钢结构市场竞争日益激烈，经济合理的用钢量越来越受到关注，而研究表明经济合理的用钢量和柱网的选择有极为密切的关系。
本文根据笔者根据自身从事多年钢结构设计的经验结合实际工程，对门式刚架轻型钢结构房屋的经济跨度与柱距选择问题从设计用钢量的角度作了较详细的研究讨论。
关键词：门式刚架跨度柱距经济Abstract：Light steel structure market competition is increasingly intense, economic and reasonable quantity of steel has been paid more and more attention, but research shows that reasonable amount of steel and column selection has very close relationship. In this paper, according to the author according to own for many years engaged in steel structure design experience combined with practical engineering, the portal frame light steel structure housing the economic span and column selection from the quantity of steel of the design are studied in detail discussed.Key Words：Portal frame; Span; Column space; Economics前言门式刚架轻型钢结构房屋是指以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H形钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（槽形、Z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系。
门式刚架轻型房屋钢结构设计要点的探讨[1]
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门式刚架轻型房屋钢结构设计要点的探讨李晓东1,魏公敬2(1..兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州 730050;2.兰州军区68017部队,甘肃兰州 730000)摘 要:门式刚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。
门式刚架的设计与施工与普通钢结构相比既有一致性,门式刚架的特点主要在于其节点方面,本文总结了门式刚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;门式刚架;设计要点中图分类号:TU3911 基础与柱脚节点基础形式选择应根据建筑物所在地的工程地质情况和建筑物上部结构型式等几个方面综合考虑,对于轻钢结构而言,由于柱网尺寸较大,上部结构传至柱脚的内力较小,一般以独立基础为主。
若地质条件较差,可考虑采用条形基础,遇到不良地质情况,可考虑采用桩基础。
一般情况下不采用片筏基础和箱形基础。
对轻钢结构基础除发生冲切、剪切破坏之外,由于存在较大的水平力,对于固接柱脚,还存在较大的弯矩作用,从而导致基础产生倾覆和滑移破坏。
另外,在风荷载较大的情况下,特别对于一些敞开和半敞开的结构,轻钢结构自重很轻,有可能不足于抵抗风荷载产生的上拔力,导致基础上拔破坏。
为了防止这些破坏的发生,最经济有效的办法是增加基础埋深,对于轻钢结构基础,还须预埋锚栓(也称地脚螺栓),用于上部结构和基础的连接,若锚栓离混凝土基础边缘太近,会产生基础劈裂破坏,因此,锚栓离基础边缘的距离不得小于150mm,若锚栓长度过短,会使锚栓从基础中拔出,导致基础破坏,所以规范也规定了锚栓埋入长度。
柱脚根据能否抵抗弯矩分为刚接柱脚或铰接柱脚。
在实际工程中,绝对刚接或绝对铰接都是不可能的,确切地说应该是一种半刚接半铰接状态。
刚接和铰接柱脚关键在于锚栓布置,铰接柱脚一般采用两个锚栓,刚接柱脚一般采用四个或四个以上锚栓连接。
柱脚的区别在于对侧移的控制,如果结构对侧移控制较严,则采用刚接柱脚,例如有吊车荷载的情况,应将柱脚设计成刚接柱脚,其余情况下,柱脚应设计成铰接。
门式刚架轻型房屋钢结构设计研究
价值工程1门式刚架概述1.1发展概况20世纪中叶，门式刚架轻型房屋钢结构体系起源于美国，最初应用于兵营、库房和工厂的建设中，随着新型建筑钢材的发展、设计水平的提高、设计形式的多样化，这种结构体系的建筑更加广泛地应用于大型工业厂房、娱乐体育设施等工业与民用建筑中。
此外，门式刚架轻型房屋钢结构建筑，因为其结构稳定性较高、抗震性能好的特点，在地震频发的日本较为普及，据统计，日本新建的1~4层建筑大多采用轻钢结构体系。
由于我国多年来本着节约钢材的设计原则，门式刚架轻型房屋结构体系发展和应用较为缓慢，但随着我国经济迅速发展、钢材产量的增加、相关设计规范和图集的进一步完善，该结构体系在我国已取得了较为广泛的应用。
1.2结构形式门式刚架结构按跨度可分成单跨、双跨、多跨以及带挑檐和毗屋的类型；按房屋坡脊类型可分为单脊单坡、单脊双坡和多脊多坡；按截面形式可分为等截面和变截面门式刚架。
1.3结构特点受力简单，传力路径明确；围护结构多采用压型钢板、冷弯薄壁型钢等轻型材料，结构整体自重轻；结构构件的生产可实现自动化、标准化，施工周期短，安装和拆卸相对便利；结构构件横截面尺寸较小，柱网布置灵活，不仅提高了空间利用率，还大大减小了用钢量，经济效益明显；基础形式较为简单，土建工程量较小，是一种经济可靠的结构形式。
2门式刚架轻型房屋钢结构设计流程及要点门式刚架上部结构主要包括由刚架梁和刚架柱组成的主刚架；屋面支撑、隅撑、柱间支撑组成的支撑系统；摇摆柱、墙梁、檩条、拉条、刚性撑杆和吊车梁系统等。
（图2）下面以某停车列检库为例，详细论述门式刚架轻型房屋钢结构的结构设计流程。
2.1主要技术条件某停车列检库选用门式刚架结构体系。
柱距9.0m ，跨度24.0m ，纵向长度108.0m ，层高9.4m ，室内外高差300mm 。
屋面做法选用双层压型钢板复核保温屋面，屋面坡度取1/10。
根据建筑物重要性，结构抗震设防类别为丙类；结构安全等级为二级，耐火等级为二级，主体结构设计使用年限为50年。
matlab钢架结构
matlab钢架结构
在MATLAB中，可以使用矩阵位移法来分析钢架结构的位移和内力。
具体步骤如下：
1. 对结构进行离散化，对结点和单元进行编号，建立结构（整体）坐标系和单元（局部）坐标系，并对结点位移进行编号。
2. 对结点位移分量进行编码，形成单元定位向量。
3. 建立按结构整体编码顺序排列的结点位移列向量，计算固端力、等效结点荷载及综合结点荷载列向量。
4. 计算各单元局部坐标系的刚度矩阵，通过坐标变换矩阵形成整体坐标系下的单元刚度矩阵。
5. 利用单元定位向量形成结构刚度矩阵。
6. 按式求解未知结点位移。
7. 计算各单元的杆端力。
需要注意的是，在MATLAB中，可以使用矩阵运算和编程语言来处理这些计算过程，因此需要具备一定的编程基础和数学基础。
同时，对于复杂的钢架结构，可能需要使用更高级的有限元分析软件来进行精确的分析和计算。
轻型门式刚架厂房设计相关问题的研究与优化
黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCE第11卷第10期2020年5月Vol. 11May. 2020轻型门式刚架厂房设计相关问题的研究与优化但敏-贺培源彳(1.内蒙古建筑职业技术学院，呼和浩特010050； 2.内蒙古工业大学，呼和浩特010050)摘要：轻型门式刚架形式简单、结构安全、施工工期短，广泛应用于工业及民用建筑领域，相较钢筋混凝土结构更具优势。
但轻型 门式刚架厂房在设计中仍存在一些影响结构安全质量和经济耐久性的问题。
基于此，结合工程案例对轻型门式刚架厂房设计的相 关问题进行研究总结，并提出设计施工的优化措施，以期为相关工程提供启示。
关键词：轻型门式刚架；厂房设计;抗风柱设置；支撑体系中图分类号：TU392. 5文献标志码：A 文章编号：1674 - 8646(2020)10 -0064 -02Research and Optimization of Light Gantry Frame Factory Related IssuesDan Min 1 , He Peiyuan 2(1. Inner Mongolia Techical College of Construction , Hohhot 010050,China ；2. Innei* Mongolia University of Technology, Hohhot 010050,China)Abstract : Light gantry frame is widely used in industrial and civil construction fields , especially in industrialworkshops ・ It has simple form, safe stnicture and short constraction period ・ However , there are still some problems affecting the safety , quality and economic durability of the structure in the design of light gantry frame factoiy buildings ・ Based on this, combining with engineering practice , the paper studies and summarizes the relevant problems in the design of light gantry frame factory buildings , and puts forward some opinions in order to optimize the design and construction of gantry frame ・Key words : Light gantry frame ； Plant design ； Wind resistance column design ； Support system1轻型门式刚架厂房特点轻型门式刚架是种轻钢结构，主要由刚架梁、刚架柱、樓条、围护板等构件组成。
基于Matlab语言的钢结构檩条优化设计
基于Matlab语言的钢结构檩条优化设计
吴晓枫
【期刊名称】《深圳土木与建筑》
【年(卷),期】2007(004)004
【摘要】结合《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的相关规定，利用Matlab 优化工具箱对轻钢结构檩条截面进行优化设计。
算例表明，优化结果合理且过程简洁。
【总页数】2页(P111-112)
【作者】吴晓枫
【作者单位】常州工学院土木建筑工程学院,213002
【正文语种】中文
【中图分类】TU392.5
【相关文献】
1.基于新规程的轻钢结构檩条的截面选取 [J], 黄玲;张少钦
2.基于Matlab语言的H型钢檩条优化设计 [J], 吴晓枫
3.基于遗传算法的轻钢结构檩条优化设计 [J], 黄玲;雷金波
4.轻钢结构屋面檩条的优化设计 [J], 翟煜
5.基于遗传算法的H型钢檩条优化设计 [J], 潘东毅;胡孝平;吴晓枫
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基于MATLAB拟合分析法的门式刚架轻型钢结构厂房最优柱距研
究
摘要：本文拟利用matlab曲线拟合功能，针对用钢量与柱距的变化规律进行拟合分析，建立用钢量与柱距的关系方程式，再通过数学求极值点的方法求得最优柱距。
本研究方法消除了用钢量计算数据的离散性对寻找最优柱距的影响，使求得的最优柱距结果具体明确，对工程设计具有一定的指导意义。
关键词：门式刚架；最优柱距；matlab；曲线拟合
中图分类号：tu391 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）15-0094-02
0 引言
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（cecs 102：2002）建议合理柱距为6～9m，但这对具体工程设计指导不明确。
国内外对于门式刚架轻钢结构厂房的有关柱距优化设计的问题，已有一些研究成果。
王清元、柳锋、王万祯等均对不同条件下单层门式刚架轻钢结构厂房的最优柱距进行了研究，研究结果表明，整个单层厂房上部结构总钢量随柱距的增加先是减少而后增加，呈“浴盆式曲线”，就用钢量而言，存在一个最优的柱距，也就是说，用钢量最少。
但这些研究主要是利用pkpm或其它结构计算软件，对特定的几个门式刚架厂房用钢量进行计算，然后利用图表直观的找出用钢量最小的柱距取值范围，其研究结果对厂房的设计具有一定的指导作用。
其不足之处在于：针对柱距优化的研究方法简单，没有对用钢量计
算结果的偏差进行分析，在计算用钢量的过程中，由于截面优化程度的差异，使得不同情况下的用钢量计算结果存在着一定的离散性，这些研究没有利用钢架用钢量与柱距间的变化规律对用钢量计算结果的偏差进行分析，所求得的最优柱距的范围较大，使得对实际工程设计的指导意义不强。
本文拟利用matlab曲线拟合功能，针对用钢量与柱距的变化规律进行拟合分析，建立用钢量与柱距的关系方程式，再通过数学求极值点的方法求得最优柱距。
1 工程概况
某工厂生产车间，采用单层单跨门式刚架钢结构建筑，有20t吊车，根据工艺要求，跨度取24m，柱高8.1米，轨顶标高取6m，屋面坡度取1：10。
根据屋面构造及厂房所在地的气象条件，设计荷载为：恒荷载标准值0.3kn/m2；活荷载标准值0.3kn/m2；基本风压0.4kn/m2；基本雪压0.25kn/m2（活荷载与雪荷载不同时考虑）。
设计中厂房选用刚接门式刚架，梁采用变截面实腹焊接工字形截面双段式横梁，两段长度之比取为1：2，柱采用等截面实腹焊接工字形截面。
计算模型如图1所示。
屋盖均采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，外墙均采用压型钢板墙面板和冷弯薄壁型钢墙梁。
主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘出平面的稳定性，由与檩条或墙粱相连接的隅撑来保证。
主刚架间的交叉支撑可采用张紧的圆钢。
2 matlab曲线拟合分析方法
2.1 利用matlab曲线拟工具箱建立曲线方程 matlab的曲线拟合工具箱通过cftool命令打开曲线拟合工具箱界面，进行曲线拟合
时，首先应用“data”对话框指定要分析的数据，然后在“curvefittingtool”对话框中单击“fitting”按钮，打开对话框。
在“typeoffit”中可以选择多项式拟合、指数拟合、平滑样条拟合和有理数拟合等参数拟合以及内插法非参数拟合。
拟合的形式、置信区间大于95%时的相关系数和显示拟合效果好坏的各种参数可以在“results”对话框中观察到。
根据误差平方和sse、可决系数r-square和根的均方差rmse等参数来显示拟合的精度。
2.2 利用matlab求解函数极值点求一元函数极小值用命令fmin。
这一命令的使用格式为：fmin（‘文件名’，x1，x2），将求出函数f在区间[x1，x2]内的局部极小值点。
其中，f是所考虑的函数的函数文件名。
3 利用matlab曲线拟合分析法确定最优柱距
3.1 用钢量计算刚架结构的计算采用中国建筑科学研究院的《钢结构cad系统sts--2005》软件，按平面有侧移刚架分析设计。
吊车采用大连起重机器厂新系列中级工作制软钩吊车（国内通常称其为轻型行车）。
不考虑地震作用。
计算参数采用通常设置。
计算结果见表1。
3.2 建立曲线方程利用matlab曲线拟合功能，对厂房的主钢架、次钢构及吊车梁单位用钢量与柱距的关系进行拟合分析。
根据多项式模型建立主钢架、次钢构及吊车梁单位用钢量与柱距关系曲线的方程式，主钢架曲线方程为：y1=ax2+bx+c。
次钢构（包括檩条和墙梁）曲线方程为：y2=ax3+ax2+bx+c。
吊车梁曲线方程为：y3=bx+c。
通过累加得到厂房单位用钢量与柱距关系曲线的方程式：
y=ax3+ax2+bx+c。
以上式中符号意义：x—柱距；y1、y2、y3、y—分别为主钢架、次钢构、吊车梁、厂房的单位用钢量；a、b、c—系数。
利用matlab曲线拟合工具箱进行拟合。
令x=[6 7 8 9 10]；
y=[14.55 12.76 12.02 11.76 11.46]；
cftool（x，y）
令x=[6 7 8 9 10]；
y=[7.55 8.23 9.52 10.76 11.93]；
cftool（x，y）
令x=[6 7 8 9 10]；
y=[5.82 6.8 7.34 8.47 9.07]；
cftool（x，y）
用多项式拟合得到主钢构和次钢构与柱距的关系曲线方程为：主钢构y1=0.2471x2-4.672x+33.58（r-square：0.99348）
次钢构y2=-0.05667x3+1.426x2-10.62x+32.16（r-square：
0.99155）
吊车梁y3=0.817x+0.964 （r-square：0.99518）
从方程的决定系数可以看出，方程的拟合程度较高，可以表示用钢量与柱距间的变化关系。
则总用钢量曲线方程为：
y=y1+y2+y3=-0.05667x3+1.6731x2-14.475x+66.704
其图形如图2。
3.3 计算最优柱距通过数学求极值的方法，对厂房单位用钢量与柱距关系曲线的方程式f（x）=ax3+ax2+bx+c求最小值，即可得到各种设计尺寸下用钢量最小的最优柱距值。
利用matlab中fmin命令求函数最小值对应的x值。
令
y=‘-0.05667*x.+1.6731*x.-14.475*x+66.704’；
fmin（y，5，10）
得x=6.5
也就是说轨顶标高6m、起重量10t、跨度24m的最优柱距为6.5m，与图2所示相吻合。
4 结语
①针对具体的工程，即在跨度、柱高、吊车、荷载等因素确定的情况下，利用matlab曲线拟合分析法，能够较为准确的找出最优柱距，以使结构用钢量最省。
②matlab曲线拟合分析法消除了厂房用钢量计算数据的离散性对寻找最优柱距的影响，使求得的最优柱距结果具体明确，对工程设计具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]王元清，于春光.门式刚架轻型钢结构工业厂房最优柱距研究.工业建筑，1999，29（6）：49-51.
[2]吴剑国，龚铭，孙苏询等.门式刚架轻型房屋钢结构离散变量
优化设计.建筑结构，2001，31（8）：54-55.
[3]柳锋，郭兵，陈长兵等.门式刚架的经济尺寸与优化初设计.钢结构，2003，18（1）：32-34.。