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【摘要】目前，我们使用的PKPM系列软件中的STS模块已经在轻型钢结构门式刚架分析计算、节点分析、图纸绘制等方面发挥着积极的作用。本文主要针对轻型钢结构门式刚架优化设计进行探讨、分析，使将来的门式刚架更加标准、规范、经济、通用。
【关键词】轻型钢结构；门式刚架体系；优化设计；探讨分析
所谓的轻型钢结构是指当下以冷弯薄壁型钢材、轻型的焊接型钢材、轻型热压型钢材等各种轻型材料进行构建的拼接与整合所形成的构件集合。轻型钢结构门式刚架是轻型钢结构的主体部分，凭借着刚度比较大、重量相对比较轻、施工灵活性强、扩建方式多等优点得到了广泛的应用。主要施工于各种多层的工业性厂房、大型的超级市场、人口比较密集的车站候车室、比较大型的港口码头。在实际的施工作业时，我们经常会受到工作量度与施工工期的限制，这就要求我们在进行钢结构门式刚架的设计中做到最优化，克服必要的因素，发挥钢结构门式刚架的最大效能。
一、轻型钢结构门式刚架的优化设计分析
（一）根据结构形式与跨度，确定最佳的钢材用量
门式刚架分多种结构形式，比较常见的就有单跨式、多跨式与双跨式。根据屋脊数又可以分为多脊双坡度与单屋脊双坡度等两种形式。多屋脊双破一般通过内天沟的形式进行排水，而这种排水方式又存在着钢材用量比较大、排水系统设置比较繁琐、后期阴雨天滴漏现象严重等弊端，因此建议在施工时选择门式刚架的外挂彩板天沟进行积水的排放。房屋具体的高度要结合具体的使用要求与现有的生产条件进行分析确定。房屋的高度对应一定的跨度。一般情况下，在柱高与承载力一定的条件下，跨度与用钢量没有明显的影响关系，并不是当跨度加大，钢材的用量就会增加，但是反过来说，当跨度适当增加后多出了更多的有效使用空间，整个工程的造价也比较低。通过特有的跨度计算公式，我们发现在进行跨度设计时要考虑两种情况，一种是无吊车的轻型门式刚架，其用钢材量与跨度之间存在正比关系，一种是有吊车的门式刚架很难单一的说正比或者是反比关系，要具体情况具体分析，每个跨度都对应一个确定的钢材用量。
（二）门式刚架之间距离的确定
在进行门式刚架的施工与安装时需要进行门式刚架间隔距离的前期计算。这些间隔距离影响到门式刚架的设计优劣。我们应当明确耗钢量是评价门式刚架设计优劣的第一指标，因此我们要尽量将柱子间的距离控制在一个合理的范围内。在屋面材料的选择上我们尽量选择那种轻质型的屋面材料，墙面材料同样以轻质为主，轻质材料的选择一方面方便运输与施工，一方面可以减少造价。在进行门式刚架的柱间距离确定时一定要综合考虑钢架的跨度，屋面的最大承载力等。柱子间距的增大，跨度也会相应的加大，钢材用量也会递增。大量的实验数据表明，门式刚架的最佳柱距是6——9m，其中7.5m可以实现最好的经济与建筑效果。
（三）轻型钢结构门式刚架的连接方式确定
在进行门式刚架的柱脚与基础焊接时选择铰接，采用铰接可以减少基础变形，在没有吊车的情况下，铰接的柱脚比刚接的柱脚更为牢固、安全。在多跨度的门式刚架中选择铰接的方式可以简化基础设计，在简化的同时保持经济实惠性。在轻型钢结构的门式刚架中纵向的压力是比较小的，因此能够承受的弯矩也是比较大的，这样使得钢结构的上部分产生较大的偏心距离，弱化了弯矩的影响，基础部分只承受轴力，基础设计相应变小，节约成本。但是有一种情况是不适合铰接的，那就是针对柱子高度在12m以上的门式刚架，此时如果依然采用铰接，梁与柱的截面就会产生比较大的挠度，需要调整截面才能保证柱顶的位移在极限以内，这样的情况下选择刚接是比较经济的。
（四）截面的最优化确定
门式刚架采用的是实心的梁和柱，截面经常会随着内力的变化产生移动，而截面尺寸的确定主要依据梁和柱产生的挠度。无吊车的轻型钢结构房屋可以通过调整截面关系来实现成本的降低，当变形直接作用于钢架的截面，我们通过调整横梁连接截面与架子相接的地方，进行最小钢材量的计算。我们用到数学上的穷竭法进行截面最优化的计算。采用这种办法可以减少整体的计算量，可以干预截面的范围，可以确定截面的最佳面积，在将构建设计成比较窄高的截面时，跨度要改为截面高度的45——60倍作用，截面的高度是宽度的3倍，这样通过数学方法完成了截面的最优化面积确定。
（五）梁与柱之间节点的最优化控制
轻型钢结构门式刚架在梁与柱子之间存在着诸多的节点，这些节点一般采用端板进行彼此连接。端板分为竖放、斜放与平放三种摆放方式，我们在进行梁与柱之间节点优化设计时要运用力学上的相关知识，通过一定的受力分析，考虑到端板之间的平齐式连接刚度是最小的，这样的情况是很难满足节点的安全设计需要的，如果采用竖放，产生较大的内力，节点处的剪力与弯矩就会比较大，变形的可能性增加，相比较说来，平放产生的压力大，剪力小，对于节点的牢固是十分有好处的。因此在实际的施工中，我们要尽可能的选择端板的竖放外伸与端板平放形式，能最大限度的减少结构的变形。
结束语：通过本文的分析，实现轻型钢结构门式刚架的优化设计是一项比较复杂的工程，但是在实际的施工中依然总结出很多经验性的施工方式与注意事项，对于今后的门式刚架结构施工具有很好的借鉴意义。轻型钢结构的门式刚架的优化设计分析涉及的方面很广，除了整体造价的控制外，我们还需要充分考虑到其他现实存在的客观制约因素，对于这些因素在施工初期，我们就要进行疑难的对症下药，提出切实性的施工建议，作为轻型钢结构门式刚架的分析、研究人员，应该在总结分析现有钢结构门式刚架施工经验的基础上，学会总结，积极创新思路，推动我国轻型钢结构门式刚架应用技术的改造，服务于我国的施工建设。
参考文献：
[1] 魏震南，宝金良.浅谈钢结构设计的步骤[J].民营科技.2010（02）.
[2] 张顺，杨媛媛.多层钢框架厂房柱截面形式选取的探讨[J].山西建筑，2009（09）.
[3] 石明刚.轻型钢结构门式刚架设计探讨[J].科技风.2008（11）.
作者简介：吴健秋（1981.08.02 ），男，汉族，四川省射洪县人，研究生学历，硕士学位，现为工程师，主要研究：工业与民用建筑设计，结构工程专业。
【关键词】轻型钢结构；门式刚架体系；优化设计；探讨分析
所谓的轻型钢结构是指当下以冷弯薄壁型钢材、轻型的焊接型钢材、轻型热压型钢材等各种轻型材料进行构建的拼接与整合所形成的构件集合。轻型钢结构门式刚架是轻型钢结构的主体部分，凭借着刚度比较大、重量相对比较轻、施工灵活性强、扩建方式多等优点得到了广泛的应用。主要施工于各种多层的工业性厂房、大型的超级市场、人口比较密集的车站候车室、比较大型的港口码头。在实际的施工作业时，我们经常会受到工作量度与施工工期的限制，这就要求我们在进行钢结构门式刚架的设计中做到最优化，克服必要的因素，发挥钢结构门式刚架的最大效能。
一、轻型钢结构门式刚架的优化设计分析
（一）根据结构形式与跨度，确定最佳的钢材用量
门式刚架分多种结构形式，比较常见的就有单跨式、多跨式与双跨式。根据屋脊数又可以分为多脊双坡度与单屋脊双坡度等两种形式。多屋脊双破一般通过内天沟的形式进行排水，而这种排水方式又存在着钢材用量比较大、排水系统设置比较繁琐、后期阴雨天滴漏现象严重等弊端，因此建议在施工时选择门式刚架的外挂彩板天沟进行积水的排放。房屋具体的高度要结合具体的使用要求与现有的生产条件进行分析确定。房屋的高度对应一定的跨度。一般情况下，在柱高与承载力一定的条件下，跨度与用钢量没有明显的影响关系，并不是当跨度加大，钢材的用量就会增加，但是反过来说，当跨度适当增加后多出了更多的有效使用空间，整个工程的造价也比较低。通过特有的跨度计算公式，我们发现在进行跨度设计时要考虑两种情况，一种是无吊车的轻型门式刚架，其用钢材量与跨度之间存在正比关系，一种是有吊车的门式刚架很难单一的说正比或者是反比关系，要具体情况具体分析，每个跨度都对应一个确定的钢材用量。
（二）门式刚架之间距离的确定
在进行门式刚架的施工与安装时需要进行门式刚架间隔距离的前期计算。这些间隔距离影响到门式刚架的设计优劣。我们应当明确耗钢量是评价门式刚架设计优劣的第一指标，因此我们要尽量将柱子间的距离控制在一个合理的范围内。在屋面材料的选择上我们尽量选择那种轻质型的屋面材料，墙面材料同样以轻质为主，轻质材料的选择一方面方便运输与施工，一方面可以减少造价。在进行门式刚架的柱间距离确定时一定要综合考虑钢架的跨度，屋面的最大承载力等。柱子间距的增大，跨度也会相应的加大，钢材用量也会递增。大量的实验数据表明，门式刚架的最佳柱距是6——9m，其中7.5m可以实现最好的经济与建筑效果。
（三）轻型钢结构门式刚架的连接方式确定
在进行门式刚架的柱脚与基础焊接时选择铰接，采用铰接可以减少基础变形，在没有吊车的情况下，铰接的柱脚比刚接的柱脚更为牢固、安全。在多跨度的门式刚架中选择铰接的方式可以简化基础设计，在简化的同时保持经济实惠性。在轻型钢结构的门式刚架中纵向的压力是比较小的，因此能够承受的弯矩也是比较大的，这样使得钢结构的上部分产生较大的偏心距离，弱化了弯矩的影响，基础部分只承受轴力，基础设计相应变小，节约成本。但是有一种情况是不适合铰接的，那就是针对柱子高度在12m以上的门式刚架，此时如果依然采用铰接，梁与柱的截面就会产生比较大的挠度，需要调整截面才能保证柱顶的位移在极限以内，这样的情况下选择刚接是比较经济的。
（四）截面的最优化确定
门式刚架采用的是实心的梁和柱，截面经常会随着内力的变化产生移动，而截面尺寸的确定主要依据梁和柱产生的挠度。无吊车的轻型钢结构房屋可以通过调整截面关系来实现成本的降低，当变形直接作用于钢架的截面，我们通过调整横梁连接截面与架子相接的地方，进行最小钢材量的计算。我们用到数学上的穷竭法进行截面最优化的计算。采用这种办法可以减少整体的计算量，可以干预截面的范围，可以确定截面的最佳面积，在将构建设计成比较窄高的截面时，跨度要改为截面高度的45——60倍作用，截面的高度是宽度的3倍，这样通过数学方法完成了截面的最优化面积确定。
（五）梁与柱之间节点的最优化控制
轻型钢结构门式刚架在梁与柱子之间存在着诸多的节点，这些节点一般采用端板进行彼此连接。端板分为竖放、斜放与平放三种摆放方式，我们在进行梁与柱之间节点优化设计时要运用力学上的相关知识，通过一定的受力分析，考虑到端板之间的平齐式连接刚度是最小的，这样的情况是很难满足节点的安全设计需要的，如果采用竖放，产生较大的内力，节点处的剪力与弯矩就会比较大，变形的可能性增加，相比较说来，平放产生的压力大，剪力小，对于节点的牢固是十分有好处的。因此在实际的施工中，我们要尽可能的选择端板的竖放外伸与端板平放形式，能最大限度的减少结构的变形。
结束语：通过本文的分析，实现轻型钢结构门式刚架的优化设计是一项比较复杂的工程，但是在实际的施工中依然总结出很多经验性的施工方式与注意事项，对于今后的门式刚架结构施工具有很好的借鉴意义。轻型钢结构的门式刚架的优化设计分析涉及的方面很广，除了整体造价的控制外，我们还需要充分考虑到其他现实存在的客观制约因素，对于这些因素在施工初期，我们就要进行疑难的对症下药，提出切实性的施工建议，作为轻型钢结构门式刚架的分析、研究人员，应该在总结分析现有钢结构门式刚架施工经验的基础上，学会总结，积极创新思路，推动我国轻型钢结构门式刚架应用技术的改造，服务于我国的施工建设。
参考文献：
[1] 魏震南，宝金良.浅谈钢结构设计的步骤[J].民营科技.2010（02）.
[2] 张顺，杨媛媛.多层钢框架厂房柱截面形式选取的探讨[J].山西建筑，2009（09）.
[3] 石明刚.轻型钢结构门式刚架设计探讨[J].科技风.2008（11）.
作者简介：吴健秋（1981.08.02 ），男，汉族，四川省射洪县人，研究生学历，硕士学位，现为工程师，主要研究：工业与民用建筑设计，结构工程专业。