門式鋼結構優(yōu)化設計方法及步驟

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　　輕型門架鋼結構具有造價低、重量輕、安裝方便、施工周期短等優(yōu)點，因此 近幾年來發(fā)展較快，在工業(yè)廠房中已得到了較廣泛的應用。但是在實際工程設計中，由于 鋼結構桿件特別是門架鋼結構變截面尺寸需要經過多次試算才能確定，加之目前設計人員 對這種結構的設計經驗還不豐富，因此設計效率不高，桿件截面尺寸的選擇也不盡合理， 容易造成整體結構各桿件應力不均，不僅經濟指標不夠理想，而且整體結構的安全度也不 高，甚至一些工程會出現(xiàn)個別桿件應力過大，超過材料的設計強度。 即使考慮鋼結構材料 塑變后的應力重分布，但仍有可能使整體結構存在某些安全隱患。

　　優(yōu)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，使結構的用鋼量最省、造 價最低。這也就是我們采用優(yōu)化設計方法的優(yōu)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桿件的截面尺寸決定，的。因此，我們的優(yōu)化目標可以直接簡化為如何 選擇經濟合理的截面尺寸，使其在滿足強度、剛度、穩(wěn)定性等要求的前提下，截面面積最 小。

　　優(yōu)化方法與網架鋼結構的優(yōu)化方法相似，門架鋼結構的優(yōu)化方法也采用漸近滿應力法，即門 架鋼結構桿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(tài)， 直到門架鋼結構的全部桿件的截面尺寸不需修改為止，使門架鋼結構的用鋼量最小，以達 到造價最低的優(yōu)化目標。構件截面尺寸的修改，也就是截面尺寸的優(yōu)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最大，而其截面面積最小， 即在外荷載作用下，截面尺寸的選擇既要能滿足強度、穩(wěn)定驗算中構件材料的設計強度要 求，又要使材料用量最省。具體優(yōu)化方法這里從略。

　　門架鋼結構優(yōu)化分析步驟根據采用的優(yōu)化方法和約束條件，門架鋼結構的優(yōu)化分析步驟如下：

　　第一步：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：采用變截面桿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(wěn)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(yōu)化方法重新優(yōu)化選擇門架結構各桿件截面 尺寸；以上第二步、第三步可反復循環(huán)進行，每循環(huán)一次即完成優(yōu)化選擇，直到所選截面 尺寸與上一次截面尺寸完全一致為止。

　　第四步：驗算門架結構梁、柱各點的變形及滿足有關規(guī)范 的要求，如不滿足則按一定的比例參數(shù)參照截面 滿應力優(yōu)化方法優(yōu)化調整截面尺寸，再重復第二、 三步循環(huán)優(yōu)化，直到門架鋼結構所有構件的各點 變形滿足規(guī)定要求為止。

　　實現(xiàn)截面尺寸滿應力優(yōu)化，其循環(huán)次數(shù)較多，一般在10次 以上方可收斂，而實現(xiàn)門架剛度滿足變形要求的截面尺寸優(yōu)化次數(shù)較少，一般1-3次即可 滿足要求。