绍兴某六跨门式刚架结构设计及有限元分析

《绍兴某六跨门式刚架结构设计及有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、绍兴某六跨门式刚架结构设计及有限元分析1.绪论1.1前言随着国家经济水平的迅速提高，为满足人们日益提高的生活环境和工作环境的需求，我国建筑领域的发展取得了辉煌的成就[1]。一方面，建筑技术的发展十分迅速，建筑造型日新月异，结构体系复杂多样，于此同时更在发展中取得了许多先进、成熟的科技成果；另一方面，建筑规模日益扩大，全国各式各样高楼大厦、多层和高层的居民住宅、公用建筑及工业厂房拔地而起，展现了国家基础建设的巨大成功。钢结构是现有工业建筑中应用较广的一种建筑结构种类，其比木结构、钢筋混凝土结构等其他建筑结构有很多不可替代的优点。钢结构强度高，钢构件虽密度较高，其强度比木材、

2、混凝土结构强得多，特别是钢构件抗拉强度更远超于木材和混凝土结构；钢结构建筑自重轻，当结构需要达到一定强度的时候，其所需设计总重比钢筋混凝土所需设计总重少，值得一提的是由于钢材自重轻的优点，钢结构建筑能够节省地下基础的成本；钢结构更适合标准化生产，在上个世纪八十年代美国、日本等发达国家已经建立一套较为完整的钢结构质量标准体系，这为钢结构标准化设计及施工带来很多便利，我国钢结构虽起步相对较晚，但在建立一套钢结构标准体系后，钢结构发展便推向另一个高潮；钢结构韧性较好，其构件即使在承受较大荷载情况下亦能使构架产生较大变形且不至破坏；钢结构能够在使用后回收循环再利用，这有效的节约资

3、源，更有利于环境的保护；钢结构运用灵活，近几年美国、日本等发达国家研究应用CES(ConcreteEncasedSteel)组合构造结构，其主要构成为钢结构外包由钢纤维辅强的混凝土组合构件，其强度、稳定性、刚度等力学性能比单个混凝土结构强得多[2]。我国现阶段钢结构产业已经进入极大发展阶段，中国钢结构企业众多。1.2轻型门式刚架简介轻型门式刚架（图1.1）最早起源于美国，后又传入英国、日本等发达国家被广泛应用。我国对于门式刚架应用相对较晚，由上世纪80年代从国外引入中国，随后便在我国应用并发展。轻型门式刚架由于自身特点，特别符合工业厂房生产使用的需要，在工业建筑中应用十分

4、广泛。轻型门式刚架按结构构成可分为横向承重结构、纵向排架结构、支撑系统、围护结构、基础及其他相关辅助结构六个部分。横向承重结构承受刚架上恒载、活载、风载等荷载作用，并把荷载传递给底下基础，是门式刚架的主要承重结构。纵向排架结构主要由纵向柱网、柱间支撑、系杆等构件组成[3]。由于纵向结构承受山墙面的风载、地震水平荷载及附加荷载作用，结构计算时需验算刚架水平刚度。支撑系统包括刚架水平支撑、柱子支撑及系空杆等，结构上主要作用为增加刚架的间纵向刚度，提高承重构件的稳定性。围护结构包括檩条、墙梁等构件，其承担屋面（墙面）上的荷载并对刚架表面起围护作用。基础是门式刚架的地下承重构件，

5、其承担上部刚架柱及地梁的荷载作用，并向下传递荷载给地基。.2.某六跨轻型门式刚架设计计算2.1建筑部分简要说明建筑设计是一项非常复杂的工作。建筑设计过程中，建筑设计师不仅要通过关联建筑用途、平立面、建筑构造、设备环境等要件对建筑作出设计方案同时，还要考虑建筑物在造型上、经济上、技术上、施工上的技术问题[10]。由于建筑设计非本文主要内容，本小节就结合建筑施工图，对该六跨轻型门式刚架建筑设计部分做简要介绍。本工业厂房坐落于浙江绍兴，建筑面积约为8280平方米，总跨度为120米，长度为69米，主体采用是单层多跨轻型门式刚架结构。刚架分为六跨，其中两跨有两台起重量为2吨的电动单

6、梁起重机，其余四跨均不含吊车。该工业厂房主要用途为企业产品储存，由于储存的产品对建筑结构不具有危害性，建筑上不需采用特殊保护措施。建筑的火灾危险性戊类，耐火等级二级，屋面防水等级为二级，屋面坡度为0.05，绍兴地区抗震防烈度为六度，厂房设计使用年限为50年。根据相关规定，当纵向区段超过300米或者横向区段超过150米时厂房必须设置温度区段，故本工程不设温度区段。2.2结构设计部分工业建筑结构设计是结构工程师根据工业建筑设计及生产工艺等要求确定建筑结构体系从而进一步确定工业建筑地上和地下构件的几何尺寸和强度等级的工作[15]。在结构设计过程中，结构工程师一般应先要根据建筑设

7、计要求和生产工艺要求对整个建筑的布置有系统的认识，而后初步分析本建筑工程应选择的计算模型，构件选用的相关材料及截面大小等问题，接下来运用PKPM、3D3S、MST等结构分析相关软件进行建模并输入荷载进行内力分析及验算。鉴于建筑结构安全性、经济性及建筑工艺上相关需求，在对建筑进行结构设计计算过程中，需根据建筑受力特性对构件的布置和截面尺寸不断进行优化，从而使设计建筑在安全可靠前提下能够做到经济实用。轻型门式刚架体系中存在较大蒙皮效应。所谓蒙皮效应即是屋面板对整个轻型门式刚架体系刚度与强度的增大效应。在对轻型门式刚架进行结构设计计