pkpm门式刚架设计讲义

（10版）钢结构CAD软件STS门式刚架设计中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司设计软件事业部主要内容STS的模型输入方法三维模型方法二维模型方法门式刚架设计门式刚架二维设计门式刚架三维设计工具箱相关部分1STS的模型输入方法三维模型方法门式刚架（框排架）三维建模（以标准榀方式建立）框架三维建模（以标准层方式建立）空间结构建模（建模任意、灵活）1STS的模型输入方法二维模型方法PK交互输入屋面支撑、柱间支撑、檩条墙梁、吊车梁等分别计算，通过工具箱实现2门式刚架二维设计主要内容：2.1二维建模2.2截面优化与结构计算，结果查询2.3节点设计和施工图绘制2.4门式刚架二维中常见结构模型建立2.510版中门式刚架二维设计改进2.6门式刚架二维设计常见问题例题：三跨双坡门式刚架（mj3.sj），总跨度62m，檐口高度4m，屋面坡度1/10，刚架柱距6米。钢材采用Q235。恒荷载0.3kN/m2，活荷载（取屋面活荷载和雪荷载中较大值）0.3kN/m2，基本风压0.5kN/m2。（STS应用讲解例题2）2门式刚架二维设计2.1二维建模模型文件建立及读取网格生成与快速建模网格输入是建模的第一步主要是形成计算模型的网格线软件提供两点直线、平行直线、分隔线段等方式输入网格，并提供相应的网格、节点编辑功能针对形式较有规律的结构，如框架、桁架、门式刚架提供快速建模功能（在门式刚架快速建模时，软件能够自动为所建模型生成杆件截面与铰接信息，并根据荷载信息，自动生成屋面恒、活、风荷载）2门式刚架二维设计2.1二维建模截面定义与杆件布置截面定义杆件布置柱构件布置时可输入偏心和布置角度（可处理轴线和构件中心不重合、抗风柱主惯性轴在刚架面外等问题）2门式刚架二维设计2.1二维建模轴心受压构件对Y轴截面分类截面分类由软件根据GB50017自动确定，当存在多个选择时，一般取低的（偏安全）只有少数截面用户可以干预，例如焊接H形截面用于确定轴心受压构件的稳定系数长细比相同时，b类截面稳定系数大于c类截面，即b类截面稳定承载能力高于c类截面。2门式刚架二维设计2.1二维建模铰接构件与计算长度计算长度（1）平面内设置平面内计算长度系数；软件默认为-1，即计算长度系数由软件自动确定用程序自动计算结果（2）平面外设置构件平面外的计算长度；原则为侧向支撑点间的距离；屋面和檩条对上翼缘的作用；取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离（隅撑间距）用户应根据平面外支撑的设置情况来修改。2门式刚架二维设计2.1二维建模铰接构件与计算长度铰接构件（1）设置杆件两端的约束情况，如两端刚接、一端铰接一端刚接、两端铰接等；（2）[定义约束]：设置杆端不同的约束情况含义：没定义约束的杆端为完全约束情况，节点处的所有杆件，不会发生相对位移；定义杆端“水平向自由滑动”为杆端水平向约束完全释放，不传递水平剪力；定义杆端“约束水平相对位移差”是限制水平相对滑移量不超过给定的最大相对位移差。应用：混凝土柱屋面梁为钢梁情况。2门式刚架二维设计2.1二维建模荷载输入（恒荷载、活荷载、风荷载）恒、活荷载输入活载分为相容活荷和互斥活荷。互斥活荷即几组活荷不同时发生。风荷载输入注意：（1）针对门式刚架结构，软件提供风荷载自动布置功能，依据门式刚架规程或荷载规范确定构件体型系数，自动计算构件风荷载标准值；（2）自动布置不能适应所有模型，结构形式的限制请参考相关规范；（3）当提示不能自动布置时，请交互布置；（4）荷载方向：水平荷载向右为正，竖向荷载向下为正，反之为负。2门式刚架二维设计2.1二维建模分析与设计参数定义定义结构分析与设计相关的参数，由5个页面分别设置。结构类型（用于确定地震计算阻尼比）验算规范根据所计算的结构适用那本规范采用，综合考虑。控制参数，门式刚架不按抗震规范控制高厚比，长细比。斜梁计算仅按压弯构件计算强度，和平面外稳定；按压弯构件计算强度，和平面内、平面外稳定；有侧移，无侧移框架GB50017无支撑，弱支撑，强支撑框架门式刚架按有侧移结构净截面和毛截面比值活荷载不利布置2门式刚架二维设计2.1二维建模构件修改•指定构件验算规范•指定构件钢号•指定H形构件横向加劲肋的设置•指定构件抗震等级•恢复缺省值（同设计参数）•构件查询•构件修改构件修改——构件验算规范参数输入中，构件修改中，都可以指定验算规范，要明确二者的关系•参数输入：设计规范（1）确定构件计算长度系数确定方法•钢结构设计规范方法•门式刚架规程方法（2）确定构件验算规范缺省值•构件修改：验算规范（1）指定构件强度、稳定性计算要采用的设计规范（2）不影响计算长度系数的确定方法2门式刚架二维设计2.1二维建模支座修改软件在所有柱底自动设置固定支座支座形式（1）新增三类弹性支座形式（2）当弹性支座为托梁支座，软件提供“导入托梁支座刚度”工具，可自动导入托梁提供的支座刚度2门式刚架二维设计2.1二维建模附加重量与基础布置附加重量（1）作用：正常使用阶段没有直接作用在结构上，而地震力计算的时候，需要考虑这一部分地震力作用时，需要把这部分重量当作附加重量输入到地震力计算时质点集中的节点上（2）应用：如围护用砖墙基础布置（1）作用：当需要计算基础时，可在此处定义和布置基础（2）适用范围：STS二维设计程序只能完成独立基础的布置和计算（3）10版软件对基础设计做了改进2门式刚架二维设计2.2截面优化与结构计算，结果查询截面优化优化原理按照强度、稳定、长细比、挠度及位移限值，进行多次迭代计算，最后得到用钢量最小的截面。优化结构类型优化根据结构类型，采取不同的优化方式。分三类：轻型门式刚架、桁架、其他（框排架、支架等）。注意：轻型门式刚架结构类型限制构件截面，仅能为H形截面，其他两类型对截面没限制优化实现定义优化参数，设置优化分组，确定优化范围后软件自动完成结构模型优化。优化后可直接将优化结果导入到模型中。2门式刚架二维设计2.2截面优化与结构计算，结果查询二维结构计算功能：软件自动完成模型的内力分析、杆件强度、稳定验算及结构变形验算、基础设计等。计算结果查看（查看配筋包络及钢结构应力、内力包络、钢梁挠度、节点位移等）。主要查看内容：计算结果文件配筋包络和钢结构应力图注意：应力比是计算应力与强度设计值的比值应力比超过1，即超限，以红色表示内力包络及各荷载工况下的内力图2门式刚架二维设计2.2截面优化与结构计算，结果查询钢梁挠度图（显示钢梁的变形）（1）绝对挠度图（2）相对挠度图（3）坡度改变率（4）注意：相对挠度和绝对挠度值的区别；程序对两种挠度的挠跨比都进行了控制；设计人员需根据工程实际选择控制。节点位移图显示各工况下的节点位移图可查看柱顶水平位移是否超出容许限值2门式刚架二维设计2.3节点设计和施工图绘制软件适用截面实腹焊接H形截面、标准H型钢截面梁、柱；两端铰接的圆管柱。节点设计（参数设置、节点类型设置、节点修改、结果文件查看）参数设置参数“局部采用无比例绘图”的含义：选中后，施工图不是按照统一比例绘制的，局部采用夸张画法，如板厚；不选中，则整个钢架施工图按1：1方式绘图。拼接、檩托（1）设置或取消拼接信息（2）布置梁、柱檩托（3）设置边柱2门式刚架二维设计2.3节点设计和施工图绘制节点设计（参数设置、节点类型设置、节点修改、结果文件查看）节点设计（1）输入或修改设计参数：参数设置对所有节点起作用（2）节点类型：可修改单个节点的连接类型应用：左右梁柱连接采用不同连接形式（3）悬挂吊车：根据建模信息交互指定悬挂吊车节点节点修改：修改单个节点的连接参数，修改后可选择是否由程序自动校核结果文件查看：查看节点设计结果文件，包括各梁柱节点、梁梁拼接点、柱脚节点、牛腿节点等的设计结果2门式刚架二维设计2.3节点设计和施工图绘制施工图绘制（整体施工图、构件施工图、节点施工图绘制）整体施工图自动绘制施工图，包括刚架立面图、各节点剖面图、材料表。构件施工图可绘制构件详图，适用与构件加工单位。节点施工图可绘制选中的节点详图，包括节点索引图，各节点施工详图。2门式刚架二维设计2.3节点设计和施工图绘制统计整榀刚架材料精确统计整榀刚架构件，连接板，加劲肋的准确用量钢板按厚度统计重量2门式刚架二维设计2.4门式刚架二维中常见结构模型建立带吊车的门式刚架结构吊车荷载（桥式吊车）作用分两部分：吊车梁的作用：以恒载输入吊车工作的作用：吊车荷载考虑最不利情况2门式刚架二维设计2.4门式刚架二维中常见结构模型建立带吊车的门式刚架结构吊车荷载输入时部分参数含义：Dmax、Dmin：是根据影响线求得的最大轮压、最小轮压对柱子的反力；是软件提供的自动影响线计算工具。WT：是大桥架和小车重量。仅是一质量，重力荷载代表值统计用，主要用在计算地震水平力作用；EC1：相对下柱形心；Lt：吊车梁高+轨道高；属于双层吊车：适用同一跨内有上下双层吊车情况；输入时上下层同单层吊车一样输入。调整系数：是抗震规范附录J要求，对混凝土排架柱起作用，钢结构填1.0即可；参数定义中折减系数：参考荷载规范表5.2.2选取。两台、四台系数实际是一跨、两跨吊车组合折减系数。2门式刚架二维设计2.4门式刚架二维中常见结构模型建立带吊车的门式刚架结构吊车荷载（悬挂吊车）双轨悬挂吊车：荷载和桥式吊车一样；单轨悬挂吊车：最大轮压=电葫芦重+额定起重量。悬挂吊车只考虑轮压，不考虑刹车力。2门式刚架二维设计2.4门式刚架二维中常见结构模型建立带抗风柱的门式刚架结构形式一：只承担山墙风荷载，不承担屋面竖向荷载；形式二：不但承担山墙风荷载，还承担屋面竖向荷载（兼作摇摆柱）应将抗风柱传递给刚架梁的力，传递给屋面支撑系统，避免刚架梁受扭。2门式刚架二维设计2.4门式刚架二维中常见结构模型建立带夹层的门式刚架结构带女儿墙的门式刚架结构结构单拉杆设置是只能受拉，不能受压的柔性杆件，如图例一旦受压，立即退出工作，重新形成刚度矩阵取消节点的作用单拉杆应用：•混凝土柱托钢梁结构中拉杆设置（柱顶设置单拉杆抵抗梁对柱顶的推力作用）•圆钢支撑等柔性支撑的定义分析：屋面支撑：一般按拉杆设计，长细比按拉杆要求控制；柱间支撑：门规规定当设有吊车起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型钢支撑，建议按压杆设计；无吊车时可以按拉杆设计。2门式刚架二维设计2.510版中门式刚架二维设计改进改进交互输入时网格、节点变化后，构件、荷载信息丢失问题平移节点后，当相连网格两端节点没有变化，保留网格上的构件、荷载等信息；取消节点后，当相连网格构件截面相同时，保留截面信息；网格打断后，保留构件、以及构件上的均布和集中荷载；变截面构件，中间增加节点后，程序自动进行截面拟合，即根据原先的变截面和分段点自动计算各分段的标准截面。2门式刚架二维设计2.510版中门式刚架二维设计改进钢结构参数输入与修改，按10新抗规做了调整结构类型调整增加程序自动判断容许长细比选项增加按“低延性、高弹性承载力”性能设计荷载组合钢结构增加抗震等级参数增加“端点拖动”功能增加Undo、Redo功能增加导入dxf网格功能增加了批量修改荷载功能增加实体模型查看功能取消了模型数据文件，即后缀为.sj的文本文件增加女儿墙的连接设计……….2门式刚架二维设计2.6门式刚架二维设计常见问题带夹层门式刚架柱平面内长细比确定门式刚架构件腹板高厚比控制吊车吨位超过20吨的门式刚架形式单层厂房设计混凝土柱实腹钢梁单层厂房设计门式刚架结构中抽柱吊车、龙门吊荷载输入软件自动确定的平面内计算长度异常处理2门式刚架二维设计2.6门式刚架二维设计常见问题门式刚架构件腹板高厚比控制2门式刚架二维设计2.6门式刚架二维设计常见问题吊车吨位超过20吨的门式刚架形式单层厂房设计已经超出了门规的适用范围，应该按照钢结构设计规范来进行设计和控制结构类型选择“单层钢结构厂房”