门式刚架是轻钢结构体系的典型代表,广泛应用于单层工业厂房和民用建筑中。目前,门式刚架是按照节点连接为刚性的假定进行设计,没有考虑端板连接的半刚性对其性能的影响,半刚性连接不但对结构的内力及位移产生影响,而且对结构的稳定、动力特性也产生影响;目前的研究仅对这些问题提出了一些合理性建议,但在结构设计中如何合理的把半刚性连接对结构性能的影响考虑进去,这些建议不够全面。围绕这一问题,本文对门式刚架结构的特点进行了深入的探讨和研究。 系统地归纳了国内外轻钢结构的发展概况及其优缺点,介绍了门式刚架的结构形式、受力特点、平面内稳定、抗震分析以及基础设计等特点;在门式刚架的参数优化中,本文选取了常用门式刚架的建筑尺寸和梁柱形状,在满足规范对门式刚架强度、刚度和稳定的约束下,以单位面积用钢量最小为优化目标,对影响刚架用钢量的主要离散参数进行了优化分析和设计,提出了结构的最优布置及诸参数的建议取值。 探讨了门式刚架端板连接的半刚性特性,确定了节点刚接、铰接和半刚性划分的标准;介绍了端板螺栓连接和拼接的形式与构造;对节点弯矩—转角曲线关系、端板厚度和螺栓受力特点进行了分析;对增大节点刚度提出了建议。 采用有限单元法,研究了节点刚度、梁柱线刚度的变化对半刚性单跨门式刚架内力、位移、稳定和周期的影响,提出了相应的设计建议和供参考的计算表格。 通过试验对比和工程应用,本文指出应该把半刚性连接对门式刚架的影响考虑到结构的设计中去,使结构设计更合理并与结构实际状态更相符。