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門式鋼結構優化設計方法及步驟

发布时间:2019-03-13 01:52:04 浏覽次數:
      轻型门架钢结构具有造价低、重量轻、安装方便、施工周期短等优点,因此近几年来发展较快,在工业厂房中已得到了较广泛的应用。但是在实际工程设计中,由于钢结构杆件特别是门架钢结构变截面尺寸需要经过多次试算才能确定,加之目前设计人员对这种结构的设计经验还不丰富,因此设计效率不高,杆件截面尺寸的选择也不尽合理,容易造成整体结构各杆件应力不均,不仅经济指标不够理想,而且整体结构的安全度也不高,甚至一些工程会出现个别杆件应力过大,超过材料的设计强度。即使考虑钢结构材料塑变后的应力重分布,但仍有可能使整体结构存在某些安全隐患。 


優化目標在進行門架鋼結構設計時,應在確保結構安全的前提下,使結構的用鋼量更省、造價更低。這也就是我們采用優化設計方法的優化目標。而在實用設計中,門架鋼結構的用鋼量和造價又是由結構杆件的截面尺寸決定的。因此,我們的優化目標可以直接簡化爲如何選擇經濟合理的截面尺寸,使其在滿足強度、剛度、穩定性等要求的前提下,截面面積更小。

優化方法與網架鋼結構的優化方法相似,門架鋼結構的優化方法也采用漸近滿應力法,即門架鋼結構杆件通過多次計算分析選擇修改其截面尺寸,使其達到或盡量接近滿應力狀態,直到門架鋼結構的全部杆件的截面尺寸不需修改爲止,使門架鋼結構的用鋼量更小,以達到造價更低的優化目標。構件截面尺寸的修改,也就是截面尺寸的優化,其方法是選取的截面尺寸力求其在平面、出平面兩個方向的截面抗彎抵抗力矩更大,而其截面面積更小,即在外荷載作用下,截面尺寸的選擇既要能滿足強度、穩定驗算中構件材料的設計強度要求,又要使材料用量更省。具體優化方法這裏從略。

 

門架鋼結構優化分析步驟根據采用的優化方法和約束條件,門架鋼結構的優化分析步驟如下:第壹步:確定門架結構構件的初定截面尺寸,一般則軟件根據門架結構的跨確定,也可由設計人員確定;第二步:采用變截面杆件有限元進行各種工況下的門架結構力學分析、荷載組合,強度及穩定驗算;第三步:根據實際荷載效應,各種約束條件,采用滿應力截面優化方法重新優化選擇門架結構各杆件截面尺寸;以上第二步、第三步可反複循環進行,每循環一次即完成優化選擇,直到所選截面尺寸與上一次截面尺寸完全一致爲止。第四步:驗算門架結構梁、柱各點的變形及滿足有關規範的要求,如不滿足則按一定的比例參數參照截面滿應力優化方法優化調整截面尺寸,再重複第二、三步循環優化,直到門架鋼結構所有構件的各點變形滿足規定要求爲止。實現截面尺寸滿應力優化,其循環次數較多,一般在10次以上方可收斂,而實現門架剛度滿足變形要求的截面尺寸優化次數較少,一般1-3次即可滿足要求。