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輕型鋼結構設計要素要體現“輕的特點”
日期:2020-07-28 人氣:31 收藏

輕型鋼結構門式剛架在工業廠房、公路(鐵路)庫、倉庫、飛機庫、集貿市場、體育場館、航空港、商業建筑中越來越得到人們的青睞。

        輕型鋼結構的“輕”有兩個含義,一是采用輕型材料,二是鋼材消耗量低。在門式剛架中,采用輕型焊接變截面工形柱和分段變截面工形梁并利用腹板屈曲后強度,是降低其用鋼量的有效措施,但這就使得結構分析和構件計算變得復雜化。因此,研究和開發輕鋼結構計算機分析、優化設計、性能評估和繪圖系統,必將對輕鋼結構的進一步發展起到非常大的促進作用。目前,PKPM系列軟件的STS模塊已經能進行輕型鋼結構門式剛架的分析計算、截面優化設計、節點設計和施工圖繪制。本文論述了其輕型鋼結構門式剛架的截面優化方法以及軟件的功能和應用。 

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      門式剛架截面優化方法 

     截面優化的實現方法有二種。一是用最優化理論來解決,把問題歸結為一個單目標規劃問題,優化的目標函數是用鋼量最少或造價最低,各種設計條件如結構反應(應力、位移等)的允許范圍等都可作為約束條件,用數學規劃的理論來尋求最優解或最滿意解。另一種方法是窮舉法,即把各種合理的構件截面形式都進行計算比較,在滿足設計要求的情況下,以用鋼量最少或造價最低為控制條件,得到滿意的截面尺寸。  

        門式剛架常采用變化構件的截面來適應彎矩變化以達到節約鋼材的目的。除腹板高度變化外,厚度也可根據需要變化;上下翼緣可用不同截面 ;相鄰單元的翼緣也可采用不同截面。因此,影響整個剛架用鋼量的因素有上翼緣的寬度、厚度 ;下翼緣的寬度、厚度;腹板的厚度;構件大頭、小頭的高度 ;而且這些因素之間也互相影響,互相不獨立。工程設計從形式上看,是一種基于嚴格的力學和數學法則的精確運算過程;實際上,結構設計中起重要作用的并不是那些運算方法和數學處理,而是一系列難以用精確的計算解決的,具有主觀色彩的決策問題,所以,完全用最優化理論來實現截面優化設計有一定的復雜性,還需要進一步的理論研究。另外,用窮舉法解決截面優化問題時,多因素決定了計算次數隨構件數增加而呈指數關系增加,故當剛架構件較多時,要花費很長的計算時間。  

       當設計者確定了結構形式后,截面優化比較簡單易行的方法是按照構件的內力來調整截面尺寸,經過試算確定重量最小的截面。這種方法不但計算次數少,而且可以人工干預截面優化范圍,快速的得到比較理想的截面尺寸。


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