优化设计门式刚架
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。
小议门式刚架轻型钢结构的优化设计
小议门式刚架轻型钢结构的优化设计摘要：笔者根据多年从业经验，对门式刚架轻型钢结构中的设计经行深入探讨。
关键词：门式刚架结构，优化设计，轻钢结构1 结构形式与跨度对用钢量的影响门式刚架的结构形式按跨度可以分为单跨，双跨和多跨，按屋面坡脊数可分为多脊双坡，单脊双坡和单脊单坡。
由于多脊双坡常常采用内天沟排水，而内天沟排水的体系因其特点从而具有下列缺点：1)钢耗量增大；2)室内排水系统增多；3)由于屋面节点较多为日后房屋漏水留下较多隐患；从而在刚架形式上，设计工程师常采用外挂彩板天沟，单屋脊的多跨大双坡的形式。
在设计中，房屋高度往往由生产条件和使用要求所确定，而房屋的高度对应其合理的跨度。
总体来说，在一定的荷载和柱高条件下，由于跨度的适当增加所引起的用钢量增加并不是很明显，但跨度的增大却多出了有效的使用面积，同时也降低了基础的造价。
在用钢量最小的求解过程中，不同的柱高对应不同的最优经济跨度。
通过特定条件下的计算表明，无吊车轻型门式刚架单位用钢量随着跨度的增加是单调递增的，而有吊车的门式刚架情况较为复杂，总体来说，吊车的起重量与经济跨度密切相关，不同吨位的吊车又对应不同的经济跨度，随着吊车起重量的增加，经济跨度向高处攀升。
2 刚架最优柱距的确定从综合的角度分析，柱距(模数)的选择对设计的优劣影响极大。
归纳起来有以下几点：1)钢用量始终是评价刚架结构方案优劣的有效指标，研究表明，柱距和门式刚架用钢量关系最为密切。
2)使用轻质屋面材料和轻型墙体材料，取代传统工艺所常用的钢筋混凝土屋面板和钢筋混凝土围护墙体的做法，可以降低厂房总体造价。
3)钢材的供应与费用，标准化程度等指标都与厂房的柱距(模数)有关。
刚架的间距与刚架的跨度大小、屋面荷载多少、檩条间距的大小等多种因素有密切关系。
正常情况下，间距的增大，檩条和墙梁跨度增大，直接导致其相应用钢量增加，同时支撑的用钢量也增加，但主刚架榀数的减少可以降低总用钢量。
工程经验表明，6m～9m是门式刚架的合理柱距，7.5m左右的经济效果最好。
论工业厂房轻型门式刚架的优化
论工业厂房轻型门式刚架的优化摘要：门式刚架结构是梁、柱单元构件的组合体，其结构美观经济安装方便，在玻璃工业厂房以及其他工业领域，应用得相当广泛。
本文结合实际工程经验, 提出了轻型门式刚架普通钢结构厂房的优化设计方法，希望能够为今后同类型的厂房设计提供简便的设计思路。
关键词：工业厂房设计、门式刚架、优化1、前言：轻型钢结构门式刚架与屋架结构相比,整个构件的横截面尺寸相对较小,可以有效地利用建筑空间，从而有效降低房屋的高度，减小建筑体积；其次，刚架构件本身的刚度较好，其平面内、外的刚度都较好，为运输、安装提供较有利的条件。
另外轻型门式在建筑造型上也较简洁美观。
因此，轻型门式刚架结构形式不光用于中、小跨度的玻璃及其他工业房屋，也能应用到较小跨度的公共建筑，都能取得较好的经济效果和时间效益。
在玻璃行业中，不管是玻璃原片生产线还是玻璃深加工厂房，都大量采用了轻型门式刚架结构形式的厂房。
这种厂房结构构件单一，在工厂采用焊机流水线焊接，在现场采用螺栓拼接安装，施工简单快捷，能够节约大量人力和时间。
而传统的钢屋架结构形式体系,用钢量大,构件多,施工安装量大,质量不易保证,结构占用建筑空间大等缺点。
因此，在中、小型跨度结构中，轻型门式刚架取代传统的桁架或网架结构成为必然的趋势。
2、门式实腹刚架门式实腹刚架适用于荷载较小、跨度约为9～36m、柱高约为4．5～12m，无吊车或吊车起重量较小的房屋。
当跨度不超过15m，柱高不超过6m，弯矩变化不大。
以及按塑性理论设计时，宜采用等截面；当跨度大于15m，柱高为7m 以上以及有吊车时，弯矩变化较大，宜采用变截面。
变截面随着弯矩变化，能够充分材料性能，因而更节约材料，但在裁剪材料及加工制造方面，不如等截面方便。
用上下翼缘和腹板三块钢板焊成的工字形截面的实腹刚架，截面形式简单，受力性能好，在玻璃厂房门式刚架中都采用这种工字型实腹刚架。
为保证门式刚架制作的焊接质量和提高工效，变截面钢柱和钢梁一般在工厂采用自动焊机焊接成型。
怎样优化设计门式钢结构
怎样优化设计门式钢结构门架钢结构优化分析步骤根据采用的优化方法和约束前提，门架钢结构的优化分析步骤如下：第一步：确定门架结构构件的初定截面尺寸，一般则软件根据门架结构的跨确定，也可由设计职员确定;第二步：采用变截面杆件有限元进行各种工况下的门架结构力学分析、荷载组合，强度及不乱验算;第三步：根据实际荷载效应，各种约束前提，采用满应力截面优化方法重新优化选择门架结构各杆件截面尺寸;以上第二步、第三步可反复轮回进行，每轮回一次即完成优化选择，直到所选截面尺寸与上一次截面尺寸完全一致为止。
这也就是我们采用优化设计方法的优化目标。
轻型门架钢结构具有造价低、重量轻、安装利便、施工周期短等长处，因此近几年来发展较快，在产业厂房中已得到了较广泛的应用。
因此,我们的优化目标可以直接简化为如何选择经济公道的截面尺寸，使其在知足强度、刚度、不乱性等要求的条件下，截面面积最小。
而在实用设计中，门架钢结构的用钢量和造价又是由结构杆件的截面尺寸决定的。
构件截面尺寸的修改，也就是截面尺寸的优化，其方法是选取的截面尺寸力求其在平面、出平面两个方向的截面抗弯抵挡力矩最大，而其截面面积最小，即在外荷载作用下，截面尺寸的选择既要能知足强度、不乱验算中构件材料的设计强度要求，又要使材料用量最省。
实现截面尺寸满应力优化，其轮回次数较多，一般在10次以上方可收敛，而实现门架刚度知足变形要求的截面尺寸优化次数较少，一般1-3次即可知足要求。
优化方法与网架钢结构的优化方法相似，门架钢结构的优化方法也采用渐近满应力法，即门架钢结构杆件通过多次计算分析选择修改其截面尺寸，使其达到或尽量接近满应力状态，直到门架钢结构的全部杆件的截面尺寸不需修改为止，使门架钢结构的用钢量最小，以达到造价最低的优化目标。
优化目标在进行门架钢结构设计时，应在确保结构安全的条件下，使结构的用钢量最省、造价最低。
第四步：验算门架结构梁、柱各点的变形及知足有关规范的要求，如不知足则按一定的比例参数参照截面满应力优化方法优化调整截面尺寸，再重复第二、三步轮回优化，直到门架钢结构所有构件的各点变形知足划定要求为止。
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。
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 ｝Ｇ ｆ７０ ｑ 规定 的Ｑ ３ Ｂ （ Ｂ ０ ）￣ ２ ５ 钢和《 低合金 高强 度结构
钢｝Ｇ ／１９ ） （ Ｂｌ５ １中规定的Ｑ ４ Ｂ ＇ 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 １ ６ ：
、Hale Waihona Puke 概 述 的结构含钢量要低 于Ｑ ３ Ｂ ２ ５ 钢设计 的结构含钢量 ， ３ ５ 钢的 但Ｑ ４ Ｂ 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Ｑ ３ Ｂ ０ 元到３ ０ 比较两种钢材的市场价 ２ ５ 钢２ ０ ０ 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 ， Ｓ Ｏ Ｓ 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。
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 ；Ａ ＹＳ ＮＳ
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
２ ３ 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 Ｐ ２ ０ 、Ｐ Ｐ Ｓ ０ ０ Ｋ Ｍ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。
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。
浅谈门式刚架优化设计
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。
门式刚架轻型钢结构的优化设计
截 面粱 。
４ ． 围护 结构 的优化
正确 的构 件设 计 和构 造 对 保 证整 体 结 构 的安 全 、 节 省 用钢 量 、 控 制 造价 有着 十 分重 要 的 意义 ， 而作 为围 护 结 构 的屋 面檩 条 、 墙 面 檩 条 和拉 条 因 其使 用覆 盖 的面 积较 大 ， 其 用 钢量 一般 占总用 钢量 的 ２ ５ ％－ －３ ０ ％， 因此 应 注意 合 理 选形 和 布置 。 首先 ， 设计 时 采 用连 续 檩条 会 比用 简 支檩 条 节 省钢 材 约 １ ０ ％左 右。 檩 条 常用 截 面形式 有 实腹 式 和桁 架式 两 种 。而实 腹式 檩 条最 常用 的有冷
建 筑 构
曰匠可口
门式 刚架轻型钢结构 的优化 设计
杨 琦
广 西 工 业 建 筑 设 计 研 究 院
摘要 ： 为适 应 钢结 构行 业 的迅 猛 发展 ， 通 过对 门式 刚架 轻 钢 结构 设 计 中的 结构 平 面布 置 、 荷载 选 取 、 结 构 形 式及 形状 、 围护 结构 系统 及 支撑 体 系 、 材 料及 结构 计 算分 析 等方 面对 结 构 设计 优 化 问题 进 行 了阐述 ， 并根 据 分析 结论 提 出合理 化 建 议 ， 使 设 计成 果 更加
５ ． 系杆 及 支撑 体 系的优 化
、
结构计 算 模型 优化
１结构 平 面布 置 的优 化及 荷 载选 取 。
对 于 门式 刚架 轻 钢结 构 体 系 ， 其横 向荷 载 主要 由门 式 刚架 承 担 ， 而 纵 向 荷载 （ 包 括 风 荷载 和水 平地 震 作用 ） 主要 通过 支 撑 系统来 完 成 ， 为 了保 证 结构
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。
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２ 优 化设计 ２ １ 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
一
． 应 用 中 国 建筑 科 学 研 究 院 开 发 的 Ｐ Ｐ Ｓ Ｓ软 件 进 行 钢 结 构 的设 ２ ２ 选 择 材 质 Ｋ Ｍ—Ｔ 现行 国 家 标 准 Ｃ ／ ０ Ｂ Ｔ ７ ０碳 素 结 构 钢 中 规 定 的 Ｑ ３ Ｂ钢 和 ２５ 计 ， 在 结 合 多 年 施 工 现 场 的工 作 经 历 和 设 计 感 受 ， ｒ 式 刚 架 现 把 Ｊ Ｇ ／ ５ １ 合 金 高 强 度 结 构 钢 中 规 定 的 Ｑ ４ Ｂ 钢 足 门 式 刚 架 Ｂ １９ 低 Ｔ ３５ 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
・
３ ・ ８
第３ ７卷 第 ６期 ２０１ １年 ２月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖ０ ＿ ７ Ｎｏ． ｌ３ ６ Ｆｅ ２ ｂ． ０１ｌ
文章 编 号 ：０ ９ ６２ （０ ）６ ０ ３ —２ １０ —８ ５ ２ １ ０ —０ ８０ １
中 图分 类 号 ：Ｕ ２ Ｔ ３８ 文 献标 识 码 ： Ａ 为 主， 腹板 以抗 剪 为 主 ， 据 本 人 验 算 比较 ， 用 变 截 面 钢 梁 较 为 根 采
１ 概 述
８ｍ及 以上 。 钢 结 构 因 其 自重轻 、 工 周 期 短 、 震 能 力 强 、 回收 等 优 势 合适 的双坡屋面的跨度应在 １ 施 抗 可 ３ Ｈ型钢构件选用有 两种 ， ） 一种是热 轧国标 Ｈ型钢 ， 另一种 和特点被人们广泛应用 。改革开放 以来 ， 国已建 成 了大量 的轻 我
优 化 设 计 门 式 刚 架
何
摘
锐
要： 结合多年工作 实践 ， 门式刚架轻钢结构优化设计相 关事 项进 行 了探讨 ， 对 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 ， 期 为 钢 结 构 设计 人 员提 供 指 寻 。 以 关键 词 ： 门式 刚 架 ， 钢 结 构 ， 化 设 计 ， 面形 式 轻 优 截
表 １ 钢 材 的强 度 设 计 值
ｌ钢材牌号 ｌ厚度 ｍ ／ｍ
Ｑ４ 钢 Ｉ ≤１ ３５ ６