刚架结构设计论文范文1
关键词：轻型门式刚架；支撑系统；常见
中图分类号：C35文献标识码： A
引言：
轻型门式刚架房屋结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期，以其质量轻、柱网布置比较灵活、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高等特点，近年来得到迅速的发展，已广泛应用于轻型的厂房、仓库、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等工程。但因忽视支撑设置以及安装质量不规范等因素，导致质量事故甚至失稳破坏的案例时有发生，因此，本文针对轻型门式钢架支撑系统的种类、布置和作用，以及该体系常见问题作一系统归纳与分析。
1、轻型门式刚架结构的特点
1.1、质量轻
轻型门式刚架结构的围护结构一般都采用轻型材料，屋檩和墙檩一般采用冷弯C形钢或Z形钢，屋面板和墙面板多采用压型金属板，因而结构自重较轻。即使是在工业厂房中，因为《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(2012年版)》(CECS102:2002)中规定轻型门式刚架结构中仅可设置起重量不大于20t的A1－A5工作级别的桥式吊车或3t的悬挂式起重机，结构所承受的总荷载相对也较小。根据国内工程实例统计，单层轻型门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为10～30kg/m2，自重约为同等条件下钢筋混凝土结构的1/20～1/30。由于荷载较小，基础所用材料也较少，地基处理难度相应降低，结构地震反应也较小。
1.2、工业化程度高，施工周期短
轻型门式刚架结构的主要构件和配件均为工厂制作，质量更能够保证。将构件运到施工现场后，构件间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。
1.3、结构布置灵活，不受模数限制
传统的钢筋混凝土结构由于受屋面板等尺寸限制，柱距多为6m，当采用12m或其他柱距时，需设置托架等，较为麻烦。而轻型门式刚架结构的维护体系采用压型金属板，故柱网布置灵活，一般仅需考虑使用要求和用钢量。
1.4、综合经济效益高
轻型门式刚架结构设计周期短，原材料种类单一，构件采用自动化设备成批量生产，单位价格相对较低，且门式刚架结构施工周期短，资金周转率高，发挥投资效益快。
2、轻型门式钢支撑系统概述
2.1、支撑布置及作用
横向水平支撑一般设置在房屋两端或横向温度伸缩缝区段两端的第一柱间的屋盖系统上，有时也可设在第二个柱间；一般由十字交叉斜腹杆（拉杆）和竖腹杆（压杆）组成；横向支撑的间距不宜大于60m。所以，当温度区段较长时，在区段中间尚应增设横向水平支撑作用以承受地震荷载或由山墙传来的纵向风荷载，保证屋盖系统的整体性，提高空间刚度，是构成空间稳定结构体系的基础之一。
2.2、柱间支撑
2.2.1、布置
设置部位同横向水平支撑，一般与横向水平支撑对应地布置在同一柱间距内；可分为柔性（圆钢）和刚性（型钢）两种，当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，应采用刚性柱间支撑；当钢柱高度相对于柱距较大或设有吊车时，柱间支撑应分层设置。
2.2.2、作用
它的主要作用是与横向水平支撑共同形成稳定的空间结构体系，提高厂房纵向刚度和稳定性，可承受和传递厂房纵向的各种荷载与作用。
2.3、刚性系杆
布置刚性系杆一般设置在刚架转折处(边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶)，应沿房屋全长设置；当端部横向水平支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置也应设置刚性系杆。刚性系杆一般采用钢管或型钢。
作用主要有两个方面：①承受山墙传递到屋面上的水平荷载（风载或地震荷载）；②形成一个稳定空间结构体系的重要支撑之一。
3、轻型门式刚架结构设计中需注意的问题
由于轻钢结构自身的特点与普通钢结构有较大区别，设计中应采取一些有针对性的措施，以保证结构的受力性能。已有许多专家、学者和工程技术人员对此问题进行过分析研究，因此，本文仅对一些设计中常出现的问题进行总结。
3.1、应合理设置支撑体系
单榀门式刚架在刚架平面内刚度较大，能有效抵抗水平荷载，但是在刚架平面内刚度则较差，需通过设置支撑来保证纵向水平荷载的传递。支撑设置时需注意将屋面横向水平支撑和柱间支撑布置在同一跨间，以构成稳定的空间结构体系，既可承受和传递房屋纵向的各种荷载和作用，又便于结构的施工和安装。在房屋的各温度区段内，均需设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。屋面横向水平支撑一般布置在温度区段端部第一开间，也可以布置在第二开间，但此时需在第一开间相应于屋面横向水平支撑竖腹杆位置布置刚性系杆。屋面横向水平支撑的竖腹杆需按刚性压杆设计，才能组成几何不变体系。屋面横向水平支撑的节点应与抗风柱布置相协调，将节点布置在抗风柱处，以直接传递抗风柱柱顶反力，避免刚架斜梁受扭。在刚架转折处，如边柱柱顶、屋脊处、多跨房屋中间柱柱顶等位置，需沿房屋纵向全长设置刚性系杆，既可承受和传递纵向水平荷载，还能在安装过程中增加刚架的侧向刚度，保证结构安全。支撑的常见布置见图1。
图1支撑布置
3.2、柱脚
柱脚部分未采用混凝土包裹防护，容易钢材锈蚀而产生安全隐患；柱脚锚栓未采用双螺帽；柱脚与基础顶面二次灌浆未采用灌浆料填实。
3.3、 梁柱节点常见问题有：①摩擦面涂漆；②顶紧接触面积偏小（小于75%）；③边缘最大间隙过大（大于0.8mm）；④高强螺栓丝扣未外露；⑤端板厚度偏小（小于16mm）。上述存在问题可能会导致节点不能有效形成刚性连接而产生安全隐患。
3.4、屋面
为钢结构斜梁、立柱为混凝土排架结构该结构体系与门式刚架不同；由于主钢架斜梁与混凝土柱很难形成刚接，立柱存在水平推力，可能导致结构严重不安全。
3.5、隅撑缺失
主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内侧翼缘未设置与檩条或墙梁相连接的隅撑，可能会导致钢梁平面外失稳。钢梁变截面处钢梁在翼缘转折处（变截面处）未设置横向加劲肋；由于该处应力复杂，设置横向加劲肋主要对腹板予以加强。
3.6、锚栓不铅直
锚栓不铅直会严重影响房屋的外观。由于框架柱柱脚的水平度差锚栓又不够铅直经常使柱子安装后东倒西歪不在一条直线上。影响外观的同时还容易造成安全隐患使房屋经不住长时间的考验。最近国对轻钢施工的验收规程进行了讨论许多专家都强调了一种比较严谨的方法。就是在安装锚栓时坚持先将底板用下部调整螺栓调平再用无收缩砂浆二次灌浆填实。这种方法的应用将明显减少锚栓不铅直对房屋构架的影响。25门式刚架的安装。有些刚架在大风时柱子被拔起因此在风荷载较大的地区刚柱受拉时在柱脚更应考虑抗拔构造例如锚栓端部设锚板等。另外预埋地脚螺栓与混凝土短柱边距离过近在刚架吊装时经常不可避免的会人为产生一些侧向外力而将柱顶部混凝土拉碎或拉崩。在预埋螺栓时钢柱侧边螺栓不能过于靠边应与柱边留有足够的距离。同时混凝土短柱要保证达到设计强度后方可组织刚架的吊装工作。另外施工时遗忘抗剪槽的留置和抗剪件的设置柱脚螺栓按承受拉力设计计算时不考虑螺栓承受水平力。若未设置抗剪件所有由侧向风荷载水平地震荷载吊车水平荷载等产生的柱底剪力几乎都由柱脚螺栓承担从而破坏柱脚螺栓。有些工程地脚螺栓位置不准确为了方便刚架吊装就位在现场对地板进行二次打孔汪意切割造成柱脚底板开孔过大使得柱脚固定不牢螺栓最小边距不能满足规范要求。
3.7、模条计算不安全
《冷弯薄壁型钢构件技术规程》中提到有些设计软件并没有考虑到与檀条相关的有效宽度理论。因此在进行设计时不能单纯依赖软件软件没有考虑到的内容要自己考虑。如檀条特有构件应采用有效宽度理论计算强度,这就需要自己熟悉理解规范结合规范和软件做出正确判断后在计算。《规程》封7条规定结构构件的受拉强度应按净截面计算受压强度应按有效截面计算稳定性应按有效截面计算变形和各种稳定系数均可按毛截面计算。而实际设计中常常会忽略掉应用净截面计算强度如果不用净截面进行计算,实际应力将高于计算值。也容易忽略针孔减弱。而当这种减弱达到6%一巧%时就会对对小截面窄翼缘的梁产生较大影响。14钢柱换硷柱。为了节省钢材降低造价肩少数单位在设计门式刚架时将钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成斜梁用竖放式端板与硷柱中的预埋螺栓相连形成刚接。但厂房中符合设计的框架的梁柱不能用刚接只能用铰接。因混凝土是一种脆性的材料抗拉、抗冲切的陛能很差在外力作用下容易出现松动和破坏。在实际施工中采用硷柱加钢梁作成排架是可以的但由于连接不同构件内力不同可能造成工程斜梁过细安全隐患增加可见将刚架的钢柱换成硷柱而钢梁不变是不可以的。
3.8、注意风吸力的影响
轻型门式刚架结构由于采用了轻型屋面材料，自重较轻，当屋面坡度在一定范围时，风荷载的作用方向会向上，即为风吸力。在普通钢结构中，风吸力会抵消部分重力荷载，起有利作用，因而不考虑。但对于轻型门式刚架结构来说，风吸力的大小可能超过屋面结构自重，叠加后产生向上作用的荷载，使结构构件中产生反向内力，如不考虑风吸力，可能导致结构不安全。2.4不得随意改变结构材料和体系部分设计人员在设计门式刚架结构时，根据业主要求或其他考虑，将刚架柱改为钢筋混凝土柱，刚架斜梁仍为钢梁，仍按照门式刚架结构体系进行设计，这样做可能会产生工程事故。因为门式刚架结构中刚架斜梁与刚架柱必须做成刚接，而钢结构斜梁与钢筋混凝土柱较难实现刚接，做出来更接近与排架结构，与刚架结构是完全不同的两种结构体系，这样设计出来的结构可能会严重不安全。
4、结论
①应充分重视支撑系统的设置，合理完善的支撑系统是形成稳定的空间结构体系的重要保证。②应严格按照规范标准精心施工，以消除因细节重视不够而导致工程质量事故的发生。
参考文献：
[1]张亚江.门式钢刚架火灾升降温作用全过程响应分析[D].长安大学,2012.
[2]杨晋,王超.浅析门式钢架结构在池窑拉丝厂中的应用[J].玻璃纤维,2014,03:43-46.
刚架结构设计论文范文2
关键词：铁路；刚架式棚洞； 危岩落石；边坡；荷载结构法
Pick to: in the six lines within a certain tunnel, outer wall basement strata greater difference between hard and soft, half cutting lateral topographic characteristics of narrow, rigid frame shed hole structure is an effective engineering measures to solve this problem, the rigid frame tents are used ZhuangBanQiang and hole wall, the pile structure, roof beam mainly adopts prefabricated type "T" beam. The structure calculation model used for Ming hole design load - load model structure, the structure can effectively eliminate the inlet and outlet of the existing railway along the mountain road section of tunnel, a small amount of landslide or dangerous rock falling rocks of upward slope in diseases.
Key words: railway; The rigid frame tents hole; Dangerous rock falling rocks. Slope; Load structure method
中图分类号：TB482.2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
0引言
既有铁路沿河傍山路段隧道进、出口边、仰坡出现的少量塌方或危岩落石病害现象十分普遍。棚洞结构型式可最大限度地适应原始地形,减少运营期间地质灾害的发生,保护自然生态环境和铁路运营安全。针对内六线某隧道出口边、仰坡有危岩落石，并且内、外墙基底地层软硬差别较大、半路堑外侧地形狭窄的特点，刚架式棚洞结构是解决这一问题的有效措施，刚架式棚洞内墙采用桩板墙，外墙采用桩柱式结构，顶梁主要采用预制“T”型梁。本文将从以下1、2、3三方面进行论述。
1刚架式棚洞设计思路及受力分析
1.1 刚架式棚洞结构及其计算模型分析
刚架式棚洞由纵梁、立柱和顶横梁等构件构成空间结构。理论计算可将刚架分成由纵梁与立柱组成的平面纵向刚架以及由顶横梁与立柱组成的平面横向刚架（见图1）分别进行计算。纵向和横向刚架根据立柱基础埋置深度分为单层或双层刚架。单立柱基础埋深在路基面以下超过3m时，立柱之间及立柱与内墙之间应设置纵撑与横撑，刚架设为双层。本项目根据地质、地形条件采用双层刚架。
刚架式棚洞结构设计中所采用的结构计算模型沿用了明洞设计荷载的计算方法,当基底围岩对构件变形有约束作用时，亦考虑弹性反力的影响。
图1纵、横向刚架示意图
1.2 设计思路
刚架式棚洞的结构形式和构件截面尺寸，应根据地形、地质和荷载等情况，经结构验算确定。刚架式棚洞的内墙受力情况类似挡土墙的构件，按容许应力法计算其强度和稳定性，其余构件按概率极限状态法计算其强度和抗裂要求，刚架式棚洞桩基按《铁路桥涵设计规范》（TB 10002.1-2005）有关规定办理，该结构为静不定结构，应考虑混凝土收缩和温度变化的影响。
针对内六线某隧道进出口段的地形地质、地貌、植被情况，结合铁路建设规模及标准，本设计采用刚架式棚洞结构型式，线路内侧设置桩板墙（靠山侧），桩外侧挂挡土板，桩顶纵向设置纵梁，桩中部设置横撑与外墙桩顶相连形成整体；线路外侧设置桩柱式结构，柱顶设置纵梁，外墙桩顶部设置纵撑将外墙间桩相互连接，使外墙桩柱形成整体；内、外墙纵梁顶之间设置横顶梁，横顶梁与内外墙纵梁整体浇注，同步施工,以增强内外墙刚架的整体刚度和稳定性，“T”型顶梁提前预制，安装在横顶梁与内外侧纵梁顶之间。
1.3力学行为分析
刚架式棚洞设计荷载主要考虑结构自重、内墙背主动土压力、顶部回填土石（含规定的塌方储备）重力及其主动土压力、混凝土收缩力，附加荷载为温度引起的应力。
混凝土收缩徐变：棚洞内外侧纵梁及横顶梁采用现浇施作，根据《铁路桥涵设计基本规范》，按整体灌注的钢筋混凝土考虑，相当于降低温度15℃。
纵向刚架主要荷载包括顶梁传来的竖直土压力（恒载）与塌方荷载（活载），结构自重与混凝土收缩力。竖向土压力为顶梁上部实际填土时支座反力换算的均布荷载，满布与纵梁上。顶梁上塌方产生的支座反力换算的均布荷载按顶梁上部设计填土和实际填土两种情况的支座反力的差值。计算时不计塌方的冲击力，并假定顶梁上塌方产生的支座反力换算的均布荷载按约1/4跨度分布以计算所产生之最大内力。
2刚架式棚洞结构的荷载计算方法
2.1 相关力学参数设定
隧道计算采用荷载结构模型，结合有限元分析软件，除考虑垂直土压力和侧向土压力外，对于埋入土体的构件单元用弹簧（只能受压）模拟结构变形的约束作用产生的形变压力。应用荷载组合效应，考虑结构荷载的最不利组合，及所受各类荷载同时存在的可能性，分别组合为标准组合与基本组合两类，荷载组合系数按参考文献[4]取值。
棚洞内外墙纵向刚架及横向刚架按空间超静定结构进行内力计算，并对纵横撑、外墙桩柱、内外侧纵梁、横顶梁按偏心受压构件进行检算。内侧桩板墙桩按下部锚入地层一定深度的悬臂弹性地基梁计算；挡土板按简支梁计算，其所受土压力按库仑主动土压力计算，荷载分布宽度按板的计算跨度计算，荷载取最下块挡土板的土压力，将有关力学参数如表1:
表1材料物理力学参数
2.2 荷载计算
目前棚洞结构设计中主要考虑结构自重、内墙背主动土压力、顶部回填土石（含规定的塌方储备）重力及其主动土压力、砼收缩力。附加荷载为温度引起的应力，荷载计算沿用了明洞设计荷载的计算方法[6]。
2.2.1 刚架顶部竖向土压力： （1）
式中： ——围岩垂直压力（KPa）
——围岩重度（KN/m3）
——隧道埋深，指隧道顶至地面的距离（m）
2.2.2 侧向土压力： （2）
式中： ——任意点处侧压力（KPa）
——墙背回填土石重度（KN/m3）
——侧压力的计算土柱高（m）
——侧压力系数
填土坡面向上倾斜： （3）
（4）
式中：——设计填土面坡度角（°）
——墙背回填土石计算摩擦角（°）
——拱背回填土石重度（KN/m3）
——墙背回填土石重度（KN/m3）
2.2.3 侧向集中力：
（5）
式中：——主动土压力（KN/m）
——填土内摩擦角（°）
——墙后填土重度（KN/m3）
——墙高（m）
2.2.4 纵横向刚架的温度收缩力：
（KN）可化为相当温度变化所引起的应力，用降低温度的方法计算。
（1）（6）
式中：——刚架材料的弹性模量（KPa）
——温度变化值（℃）；
——材料的线膨胀系数。
3刚架式棚洞荷载-结构模型的建立
3.1 边界条件设置
荷载结构模型中，分析的对象是整体棚洞结构。建模时将棚洞结构离散为有限个梁单元构件，并将弹性支撑以铰接的方式连接内外侧桩、纵横撑与岩体之间，弹性支撑采用弹簧单元，它们不承受弯矩，只有受压方向的轴力，桩的弹性支撑沿棚洞结构轴线的x（+）、x（-）、y（+）、y（-）方向设置，纵、横撑的弹性支撑沿棚洞结构轴线的法向方向设置。刚架式棚洞结构的“荷载结构”计算模型如图1。
3.2 棚洞结构的计算模型
3.2.1计算原则与方法
(1)根据参考文献[1][2]对结构进行检算，裂缝宽度不大于0.2mm。
(2)作用于棚洞上的填土荷载（土石容重r、计算内摩擦角）。实际填土坡线和设计填土坡线间的坍方体（以下简称坍方体）均按活载计算，不考虑坍方体的冲击力影响。
(3)棚洞“T”型顶梁按简支梁计算，其回填土坡率采用1:3工况模拟计算。
(4)棚洞内外墙纵向刚架及横向刚架按空间超静定结构进行内力计算，并对纵横撑、外墙桩柱、内外侧纵梁、横顶梁按偏心受压构件进行检算。
(5)内侧桩板墙桩按下部锚入地层一定深度的悬臂弹性地基梁计算，挡土板按简支梁计算，其所受土压力按库仑主动土压力计算，荷载分布宽度按板的计算跨度计算，荷载取最下块挡土板的土压力。
3.2.2计算模型
结合1.2力学行为分析，为了快捷方便设计，应用结构分析软件，采用荷载结构模型、空间杆系有限元位移法，建立三维模型（见图2），
图2刚架式棚洞模型
3.3 计算结果分析
棚洞设计遵循安全、经济、合理的原则。在遵守设计规范的同时，以工程类比法为主进行设计，采用有限元程序分析验算，确保安全经济。结合表1的相关数据，按照2.2中的相关公式计算出棚洞结构所受的外部荷载，将其分解为水平和竖直方向作用在棚洞结构各构件单元上上，计算结果如图3、4所示。
图3刚架式棚洞弯矩图（X、Y、Z）
图4刚架式棚洞轴力、剪力图（X、Y、Z）
根据数值计算结果，找出棚洞结构各构件单元最不利组合位置，查出相应位置的弯矩、轴力、剪力，根据组合效应，采用概率极限状态法对各构件进行正截面承载能力验算、斜截面承载力验算以及裂缝验算，该模型的结构内力及其相应的结构验算结果和配筋见表2。
表2刚架式棚洞配筋验算结果表
3.4 结构设计及实施
（1）钢筋混凝土采用线弹性模型，棚洞内外墙纵向刚架及横向刚架按空间超静定结构进行内力计算。
(2) 刚架式棚洞“T”型顶梁按纯弯构件验算，根据最不利内力计算值，验算构件的正截面承载力、斜正截面承载力及裂缝。
(3) 刚架式棚洞的内外侧桩、立柱、顶横梁、纵横撑、内外侧纵梁均按偏心受压构件验算, 根据各构件最不利内力计算值，验算构件的正截面承载力、斜正截面承载力及裂缝。
4结论
通过以上分析可得出以下结论
（1）通过对刚架式棚洞结构内力状况进行分析后发现，刚架式棚洞结构顶横梁与内外侧纵梁交界处，以及横撑与内外侧桩柱连接处为最危险截面，在设计时要着重考虑以上各处的受力及配筋情况。另外，在设计时尽量将横撑埋入地面以下一定深度，增大轨面与横撑间的空间距离（土层厚度），减小列车动荷载对横撑的反复作用。
（2）由立柱、纵梁和顶横梁，并通过横向拉杆与内墙连接组成立体空间刚架结构。当立柱基础埋于路基面以下超过3m时，尚须设置立柱纵横撑。立柱基础基础易埋置于岩层风化线以下，同一榀刚架立柱基础应置于同一类型或地层弹性抗力接近的岩层上。
参考文献：
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[8] 张志刚, 刘洪洲 , 黄伦海 , 黄俊. 基于地层结构法的傍山路段棚洞结构设计. [J]. 隧道建设, 2008.10. 第28卷第5期.553-569.
the mechanical behavior analysis and structural design based on the load structure method
liubaolin
（China Railway Eryuan Engineering Group Co.Ltd.，chongqing 400023）
Abstract: The frame-type shed tunnel is an effective engineering meature to tackle the problem of the outlet of a certain tunnel at Neijiang-Liupanshui Railway which is characterized with the soft basal formation roadbed of the internal and external wall, and the narrow landform of the halfway cutting. The sheet pile wall and pile structure is used respectively for the internal and external wall of the frame-type shed tunnel. And T-pipe beam is mainly employed for the top beam structure. The hole design load model is applied in the calculation of the structure.It can effectively eliminate the dangers of landslides and the stone falling of the inlets,outlets and the slopes along both the waterfront road section of the existing railway mountain.
刚架结构设计论文范文3
【关键词】大跨度；工业厂房；悬挂吊车；门式刚架；应用
自我国《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》颁布和实施以来，大跨度的门式刚架结构在众多工业厂房中得到广泛应用。其平面布置灵活多变，不受模数限制，跨度大，自重轻，不仅抗震性能好，而且施工简便，安全度高，有效提高了工业化程度以及企业的综合经济效益。历经多年改革和发展，门式刚架结构也凭借其独有优势，在工业厂房等众多领域得到了广泛运用。然而，在实际使用过程中，由于大多数大跨度厂房建设中悬挂吊车所需的门式刚架跨度超过了传统规程中建议的适宜的最大跨度，超规程大跨度工业厂房建设中的门式钢架如何设计和构建，成为众多企业在建设大跨度厂房时所遇到的难题。因此，研究大跨度工业厂房中悬挂吊车的门式刚架如何应用这个问题是非常有必要的。本论文将从门式刚架的结构选型和布置，结合算例分析，陈列计算结果，以及此结构的节点设计和施工安装方式等几个方面逐一进行以下陈述。
1 结构选型和布置
我国门式刚架结构应用大约从20世纪80年代初期开始，历时二十多发展，门式刚架结构凭借自身显著的适用性与优越性，在众多刚架结构中脱颖而出。在大跨度工业厂房建设中，由于钢屋架要直接承受吊车的荷载，并且跨度一般都较大，因此门式刚架结构的选型非常重要，因为它直接关系到整个结构的安全和稳定，以及企业的综合经济效益。
1.1 结构选型
由于门式刚架结构的空间刚度和整体性能好，在成熟的理论支撑下，其安全度高，在满足抗震要求的同时，空间系统结构还能协调工作。在大跨度工业厂房中建设中，在满足安全构建，经济合理等原则条件外，一般以节约钢材为最主要参考依据。从结构设计方案来讲，一般是采用混凝土柱和短钢柱相结合的设计理念。这种设计方式，可以增强整个结构的刚度，还可以有效减小门式刚架的扰度以及刚截面的高度，从而节省用钢量。同时，因受混凝土柱较高的影响，一般在钢柱脚和混凝土柱间采用铰接方式连接，而在钢梁和钢柱间采用刚接方式连接，从而可以有效节省空间，同时减小柱截面，简化工程。
1.2 结构布置
在结构布置方面，在大跨度工业厂房中采用的门式刚架结构的跨度大，而且梁截面也高，因此为了增强门式钢架平面外的刚度，将吊车产生的水平刹车力等其他水平外力，以最短的途径传给基础，一般在房梁屋脊，钢梁两端以及吊杆处钢梁等位置设置H型钢刚性系杆促进支撑，从而缓解梁上直接承受的动力荷载；钢梁的平面外侧，则利用隅撑作为支撑，从而减小钢梁平面外的计算长度；在屋面、伸缩处、屋脊处设计中，采用封闭式圆钢水平作为支撑，而在屋面以及短钢柱所在的墙面则采用Z型冷弯薄壁型钢檀条的彩色压型钢板体系进行支撑；在边跨以及伸缩缝等地，要设置钢管所制的柱间支撑，来维持整个构架的平衡和稳定。
2 计算和分析
为避免门式刚架结构中的钢梁出现塑性铰，一般情况下，钢柱采用变截面H钢，钢梁采用等截面焊接H钢， 吊车水平力由吊杆之间的纵横垂直的刚架支撑和承受，因此在计算时，主要是考虑吊车产生在竖直方向直接承受吊车的动力荷载，利用SSDD软件进行有限元分析计算以及复核。根据不同柱距时的刚架、檩条、墙梁及支撑的含钢量，可计算得到不同柱距时的结构体系总用钢量，如下图所示：
从上述图表可以看出：随着门式刚架中柱距的增大，整体用钢量比率逐渐呈现递降趋势，并且随着柱距的增加，用钢量下降量幅度逐渐趋向于水平。此外，随着柱距的增加，墙梁、檩条、柱间支撑、屋面支撑等方面的用钢量也会增加，并且檀条用钢量增加的幅度是其中最大的一项。
对于整个厂房的门式刚架的钢结构体系来说，柱距的高度还是整个钢结构体系总用钢量的关键因素，当柱距较小时，总用钢量可以得到一等程度的节省，并且这时候包括墙梁、檩条、柱间支撑、屋面支撑在内的其他各个方面的用钢量只是相对较少的一部分。对于整个工业厂房的上部结构来说，墙梁、檩条、柱间支撑、屋面支撑等用钢量总体呈现先增加后减少的，而后增加的趋势，因此存在一个最优柱距，从图上可以看出，一般情况下最佳柱距为8M，但是也会根据具体情况以及结构体系要求作相应的调整和改变。
3 节点设计和施工安装
在大跨度厂房中悬挂吊车的大跨度门式刚架的设计过程中，由于扰度控制对整个结构起主导作用，因此在节点设计以及施工安装方面必须考结构形式的刚度以及扰度的大小。
3.1 “强节点，弱构件”的设计原则
节点设计是钢结构设计的重要环节和步骤，门式钢架中各个构件之间的内力是依靠节点来传递的。在整个构架中，节点设计合理性至关重要，因为它关系到整个结构的承载力，可靠性，以及整个刚架结构的可行性，甚至是安全性。
在门式刚架结构中，一般遵从“强节点，弱构件”的设计原则，最常用的节点连接方式为刚接，比如刚架主梁和刚架柱，以及刚架主梁和主梁之间，都是使用高强度的螺栓进行刚接，同时，吊杆与刚架主梁之间的节点连接方式也是一样，只是一般采用摩擦型高强螺栓进行刚接。在连接之前，还需要结合高强螺栓的总体使用数量，验算节点以及刚架结构的承载能力，一般以“四面焊接”的方式来增强节点的承受能力。
除了刚架主梁与刚架和主梁之间采用刚接方式外，在钢柱与混凝土之间则一般采用铰接方式连接，在大跨度工业厂房悬挂吊车门式刚架结构中，因受钢柱和混凝土本身属性和质地等因素影响，需要进一步增强节点的设计，一般采用8M至39M地脚螺栓进行强化连接。这种连接方式不仅使得整个门式刚架结构传力作用明确，结构体系更加安全可靠，而且还使施工更为方便。
3.2 施工安装
在大跨度工业厂房中，由于钢梁的截面高度一般都较高，因此，在门式刚架结构安装时，除保证整个安装过程简便而易于操作外，还需要确保刚架平面外稳定性。在吊装过程中，需要进行多次检查和校正，确保每一步骤的明确度和精准度。
在钢柱吊装完成后，还需要以简易的平面外施工支撑作为整个刚架结构的第二道防护。此外，为了保证整个门式刚架结构形成刚度较大的结构体系，待两榀刚架吊装工作以及校正工作完成之后，需要及时安装柱间支撑，屋面刚性系杆以及水平支撑部分并条，从而进一步保证整个刚架结构中各个部件的稳定以及整个施工过程的质量和安全。
经济的发展促进了我国大跨度工业厂房的发展，作为我国工业建筑中最为主要的结构形式，门式钢架结构体系也凭借其适用性、经济性等优势成为众多大跨度工业厂房中刚架结构应用的首选。总而言之，在大跨度工业厂房悬挂吊车的门式刚架设计中，前期的策划与理论设计是非常有必要的，而合理的结构选型是整个结构体系能否正常发挥其优势的关键。在大跨度门式刚架结构设计过程中，要尽量去减小扰度，在保持平面外稳定的同时，选用刚度较大的结构形式，才能使得整个门式刚架结构发挥其最佳工作状态。
参考文献：
[1]夏汉强.钢结构设计规范[J].中国计划出版社，2003.
刚架结构设计论文范文4
【关键词】门式刚架；时域分析；AR模型法；竖向风振；风振系数；
1.引言
风荷载是柔性结构的重要设计荷载，它可造成工程结构损伤和破坏，可给人民生命财产带来重大的损失。据统计，受2011年第9号热带气旋“梅花”影响，8月4日以来，辽宁、上海、江苏、浙江、山东部分地区遭受大风和强降雨袭击，导致5省（直辖市）29市183个县（区、市）360余万人不同程度受灾，截至8月8日16时，364.98万人受灾，135.3万人紧急转移安置，房屋倒塌600余间，损坏4800余间，直接经济损失31.28亿元。因而风灾是给人类生命财产带来巨大损失的自然灾害。
门式刚架轻钢结构厂房因其用钢量省、施工方便快捷、结构自重轻、抗震性能好，近些年被广泛应用。但其安全性和可靠性也备受关注。门式刚架轻钢结构厂房跨度越来越大，高度越来越高，导致结构的柔性很大，自振周期较长。这类结构对于风荷载这种卓越周期较长的荷载就十分敏感。而我国现行的《GB50009-2001建筑结构荷载规范》规定：对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋和基本自振周期大于0.25的各种高耸结构以及大跨度屋盖结构，应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响，对于门式刚架轻钢结构厂房而言，只考虑平均风作用。由于近些年风灾较为频繁，门式刚架轻钢结构厂房破坏十分严重，本文采用时域分析法对此类结构进行脉动风分析，并且与平均风荷载作用相比较，得出其风振系数。
2.脉动风荷载的时域分析法
2.1 脉动风分析方法概述
结构的风振响应分析一般在时域和频域两方面进行，基于线性叠加的频域法相对概念清晰，计算简便，在风振研究中应用较为广泛。
随着随机振动理论和计算机技术的发展，用时程分析法对结构进行随机振动分析已成为可能，时程分析也称为瞬态分析，通过时程分析确定结构随时间变化的位移、速度、加速度、变形等，可以较为直接的观察结构的动力响应。
2.2 AR法模拟风荷载时程曲线
作用在结构上的风荷载主要分为平均风和脉动风，而风荷载的模拟主要是对脉动风进行模拟。应用AR模型模拟风速时程，时间取200s，时间间隔为1s，高度取距地面高10m。得到脉动风速时程曲线以及风荷载曲线。
3.算例分析
3.1 有限元分析模型
本工程结构形式为柱脚铰接的单跨变截面双坡门式刚架单层工业厂房结构。地貌类别为B类，地面粗糙度系数K为0.00215，恒荷载0.3KN/㎡，活荷载0.5KN/㎡，风荷载0.5KN/㎡。柱距为6米，跨度为30米，檐口高9米，屋面坡度为1：10。弹性模量E=2.06×105Mpa，泊松比为0.3，梁柱单元采用beam189，质量单元采用Mass21。屋面板、檩条及围护结构的质量简化后施加在相应的节点，刚架自重由程序自动计算。数据分析以门式刚架梁的轴线所在方向为X轴，以刚架梁中间节点为坐标原点，以指向刚架柱背风面一侧为X轴正方向。
3.2 结构受脉动风作用的时程分析
利用有限元软件中的完全full法对结构进行瞬态分析，把脉动风加载到有限元结构模型上，得出只考虑结构受平均风作用时和考虑脉动风作用时其竖向位移响应云图如下：
4.结论
（1）利用时域法分析结构的风振响应过程能够直接清楚的观察结构的某一节点在一段时间内的风振响应，通过观察节点的位移响应时程曲线可以看出，由于脉动风的影响，个别时刻节点的位移响应明显增加，但都在峰值因子2.2之内，风振系数基本在1.22左右。
（2）按照我国现行荷载规范和门式刚架轻型房屋钢结构规程，不考虑风的动力响应对门式刚架的影响是偏于不安全的，因此，在设计此类结构房屋时，可考虑对风荷载乘以适当的放大系数，本文建议竖向风荷载风振系数取1.2较为合理。
参考文献：
[1]张相庭.工程结构风荷载理论和抗风计算手册[M].上海：同济大学出版社，1985.
[2]彭刚.时域分析法风载时程模拟[D].广东工业大学，2010.
[3]梁德志，宋小娟.水平风振对门式刚架轻钢厂房的影响[J].防灾减灾工程学报，2010，9，30：89-92.
刚架结构设计论文范文5
关键词：摇摆柱 轴心受压构件 稳定应力 合理
中图分类号：TU22 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）001-007-03
门式刚架钢结构房屋现被广泛应用于工业建筑厂房、仓库，得益于国家行业标准《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的制定与推广，也得益于计算机辅助设计软件PKPM之STS门式刚架模块、3D3S门式刚架模块的使用方便，为设计者提供了高效的工具。然而一些参考书籍、程序，在进行门式刚架设计时，基本上将门式刚架钢结构的柱构件局限于H形截面钢柱，笔者认为对于门式刚架结构的摇摆柱，是不适宜的。
门式刚架摇摆柱在门式刚架榀中的位置如图1所示。
显然，门式刚架的摇摆柱，除了山墙面上（可能受风横力作用）的之外，因为两端铰接，为轴心受压构件。轴心受压构件，主要受稳定应力控制。它与构件的长细比成正比，计算公式为：=，其中，叫做轴心受压构件的稳定系数，取截面主轴稳定系数中的较小者，是与长细比相关的函数，愈大， 愈小（见钢结构设计规范附表C）。一般双轴对称构件，=l x0/ix0，= l y0/iy0 。显然，当构件的长度l相同时，构件的回转半径愈大，愈小，意味着可以得到较大的稳定系数。对于同等延米重量的截面，H形截面构件，较之钢管截面构件，其弱轴线的回转半径要小得多。具体计算就不在此处赘述了，举例说明如表1。
由表1可知，同等重量两种截面，圆钢管截面的回转半径差不多大两倍。换言之，同等回转半径，圆钢管截面重量仅为H形截面的一半。
当采用H形截面材料作为摇摆柱时，为了解决弱轴向稳定性的问题，一般在柱间沿高度向设置柱间支撑，形式如图2。
这样做相较单纯加大H形柱截面，可以降低用钢量，比较经济一些，但是一个是增加了施工工作量，二是在车间内因刚性系杆的设置，大大降低了车间交通使用高度，有时这个显得很重要。
即使按上述方法设置支撑，当摇摆柱截面为H形截面时，结构整体经济性仍较采用钢管截面柱作为摇摆柱的方案差。下面以一个工程的两个结构方案进行比较，结论很清楚。
该工程项目属于昆钢集团耐火材料厂，为一个工业厂房，厂房跨度（总跨度）60m，长度150m，檐口高度8m，屋面坡度0.12，屋架榀间距6m。其实际设计摇摆柱采用H形截面柱，门式刚架榀截面、摇摆柱纵向支撑设置分别如图3、图4所示。
当摇摆柱设置为圆钢管截面时，柱间不用设置柱间支撑，门式刚架榀截面如图5。
两种方案中，H形截面摇摆柱使用H220X150X6X6；钢管截面摇摆柱使用203X4.0，结构计算结果分别如图6、图7所示。
由图6、图7可见，此时两方案摇摆柱的稳定应力（控制应力）分别为0.77、0.78，非常接近。
（以上计算使用PKPM程序，STS门式刚架模块计算，输入参数为：荷载标准值：恒载：0.2，活载：0.3，风载：0.3，雪载：0.3，采用轻钢规范，勾选钢梁还需按压弯构件计算稳定性）
摇摆柱柱列两方案用钢量比较列表如表2。
由表2可看出，采用钢管做摇摆柱的方案可节省用钢量7.6吨。
可能有人会说，采用钢管柱，与H形截面屋面斜梁的铰接节点不好做。笔者认为这个并不复杂，根据钢管的受力特点，此节点形式可以采用图8、图9两种形式。
综上所述，采用钢管作为摇摆柱，较之用H型钢做摇摆柱，更为合理，体现在以下几个方面：
（1）用钢量更少，直接体现了经济性。
刚架结构设计论文范文6
关键词： 前副车架； 动刚度； NVH
中图分类号： U463.324文献标志码： B
0引言
副车架是汽车底盘的关键零部件，支承车桥、悬挂的支架，使车桥和悬挂通过其与车架相连.发动机、转向系通过悬置固定在副车架上，当发动机燃烧、转向系运动以及路面激励时，都会产生动态作用力直接传递到车架上，引起整车的振动，并通过结构辐射噪声到车内.
副车架的作用是减小路面和发动机振动的传入，并隔绝路面和发动机振动，带来良好的舒适性，提高悬挂系统的连接刚度，因此，装有副车架的车驾驶起来会感觉底盘非常扎实、紧凑.
动刚度表征结构在动载荷作用下抵抗变形的能力，动刚度不足会对车身疲劳寿命和整车乘坐舒适性非常不利.为满足车辆运行需求，副车架的一些部位需要满足局部动刚度的要求.在其结构设计中，一些关键点（包括发动机悬置点、副车架安装点等）是向车身传递振动的主要来源，对车身的振动和疲劳破坏有重要影响，因此，分析这些关键点的动刚度具有重要意义[1].
本文对参考车的前副车架进行改动设计，将该副车架的前横梁由原来的液压成型结构变更为冲压成型结构，现分别对上述2种结构方案的接附点（见图1）
2副车架有限元模型的建立和分析
2.1建立有限元模型
前副车架总成包括左右纵梁总成、后梁上下体总成和前梁等零件构成.在HyperMesh中对该前副车架的2种结构建立有限元模型，对该模型采用壳单元和实体单元进行网格划分.在该副车架中，一些关键点（包括发动机悬置点、副车架安装点和拖曳臂安装点等）都是向车身传递的主要来源，对车身的振动和疲劳破坏有重要影响，上述这些点通过RBE 2单元与孔周围的节点相连.前副车架总成有限元模型[2]见图2.
2.2分析方法
运用基于MSC Nastran的模态频率响应方法（求解器为MSC Nastran SOL 111）可以查看前副车架结构对整车在中低频NVH性能的影响，并可以改进整车NVH性能的底盘结构优化措施，在设计阶段解决潜在的NVH问题.
4结束语
用MSC Nastran对2种结构的动刚度进行虚拟仿真测试，得出2种结构的动刚度值，有利于降低产品开发周期，降低开发成本，提高工作效率.
参考文献：
[1]孙长任， 杜家政， 彭细荣. MSC Nastran有限元动力分析与优化设计实用教程[M]. 北京： 科学出版社， 2004.
