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【鋼結構設計】輕型鋼結構設計需要體現輕的特點

2022-03-30 10:03:32

  輕鋼結構門式剛架在工業廠房、公路(鐵路)倉庫、倉庫、機庫、集貿市場、體育場館、機場、商業建筑中越來越受到人們的青睞。


  輕鋼結構的輕有兩個含義,一是采用輕材料,二是鋼材消耗低。在門框中,采用輕焊接截面工形柱和分段截面工形梁,利用腹板屈曲強度,是降低鋼材消耗量的有效措施,但使結構分析和構件計算復雜化。因此,輕鋼結構計算機分析、優化設計、性能評價和繪圖系統的研發將極大地促進輕鋼結構的進一步發展。目前,PKPM系列軟件的STS模塊已經能夠分析計算輕鋼結構門框、截面優化設計、節點設計和施工圖。本文討論了其輕鋼結構門框的截面優化方法和軟件的功能和應用。


  門式剛架截面優化方法。


  實現截面優化有兩種方法。一是用優化理論解決,將問題歸結為單目標規劃問題。優化的目標函數是鋼材消耗少或成本低。結構反應(應力、位移等)等各種設計條件的允許范圍可以作為約束條件,用數學規劃理論尋求優或滿意的解決方案。另一種方法是窮辦法,即計算比較各種合理的構件截面形式,在滿足設計要求的情況下,以鋼材消耗少或成本低為控制條件,獲得滿意的截面尺寸。


  門式剛架通常采用變化構件的截面來適應彎矩的變化,以節省鋼材。除腹板高度變化外,厚度也可根據需要變化;上下翼緣可采用不同截面;相鄰單元的翼緣也可采用不同截面。因此,影響整個剛架鋼量的因素包括上翼緣的寬度和厚度;下翼緣的寬度和厚度;腹板的厚度;構件的大頭和小頭的高度;這些因素也相互影響,相互不獨立。從形式上看,工程設計是一個基于嚴格的力學和數學規律的準確操作過程;事實上,結構設計中起著重要作用的不是那些操作方法和數學處理,而是一系列難以通過準確計算解決的具有主觀色彩的決策問題。因此,完全采用優化理論來實現截面優化設計具有一定的復雜性,需要進一步的理論研究。此外,用窮舉法解決截面優化問題時,多因素決定了隨著構件數量的增加而增加的計算次數和指數關系。因此,當剛架構件較多時,需要進一步的理論研究。


  當設計師確定結構形式時,截面優化相對簡單易行的方法是根據構件的內力調整截面尺寸,并試圖確定重量小的截面。該方法不僅計算次數少,而且可以手動干預截面優化范圍,快速獲得理想的截面尺寸。


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