论门式刚架轻钢结构支撑体系

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1、论门式刚架轻钢结构支撑体系论门式刚架轻钢结构支撑体系摘要:门式刚架轻钢结构的支撑体系对结构的整体稳定性起着重要的作用。实际结构中支撑体系为空间受力体系,而一般在支撑体系设计计算中通常采用简化模式,这与结构实际受力存在较大差异。根据门式刚架轻钢结构支撑体系的实际受力特点,结合具体实例讨论了采用通用有限元软件ANSYS进行支撑体系计算的空间建模过程,通过与平面模型及简化模式得到的支撑构件内力的对比分析,找出了现行设计计算中存在的问题,并给出了相应的合理化建议。　　　　门式刚架轻钢结构是由门式刚架、支撑系统及其他次要构件构成的一种结构体系。支撑系统对门式

2、刚架结构的整体稳定性起着重要的作用,直接关系着整个建筑的安全。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102BXX)中提出:对于斜梁上横向水平支撑的内力,应根据纵向风荷载按支撑于柱顶的水平桁架计算;柱间支撑的内力,应根据所受纵向风荷载按支撑于柱脚基础上的竖向悬臂桁架计算;对于交叉支撑可不计压杆的受力。显然“门规”中的这种计算方法,是将门式刚架结构体系简化为平面系统,没有考虑横向水平支撑和柱间支撑的整体作用及相互影响。在设计中,通常也是将多道水平支撑按均匀受力考虑。这种方法与支撑系统的实际受力是有一定差距的,但现行的其他规范也没有给出计算空间结构

3、中支撑内力及变形的简化方法。对于如何建立空间模型、空间结构中支撑内力与平面结构及简化模式中支撑内力有多大差别,目前还未见文献报道。本文采用通用有限元软件ANSYS按空间模型计算单层单跨门式刚架结构体系,研究其在一般荷载作用下的受力特点,同时按平面模型及简化模式计算,对支撑杆件内力进行分析,比较三种情况的主要差别。　　1、结构几何尺寸及荷载选取　　根据门式刚架轻钢结构体系的主要受力特点,本文只以单层单跨无吊车门式刚架结构作为研究对象,采用梁与柱刚接、柱脚铰接的形式,以此建立门式刚架结构空间模型,包括门式刚架、支撑及系杆。作为典型实例,本文选用工程中较

4、常见的门式刚架结构,几何尺寸为:檐口高6m,柱距6m,跨度24m。横向水平支撑的设置,按“门规”规定:当无吊车时,支撑间纵向间距宜取30~45m,本文计算时采用每30m设置一道支撑,柱间支撑与水平支撑同开间设置。对于门式刚架轻钢结构体系,其横向荷载主要由门式刚架承担,而纵向作用(包括风荷载和水平地震作用)主要通过支撑系统来承担。由于平面结构及简化计算模式无法考虑横向风载、恒载、活载及其组合,只能计算纵向风载作用情况。为了使以上3种模型具有可对比性,本文仅计算纵向风载单独作用下支撑杆件的内力。荷载取值为:恒载标准值/m2,活载标准值/m2,基本风压/

5、m2,地面粗糙度为C类,荷载计算及各参数取值按“门规”及《建筑结构荷载规范》(GB50009-XX)142(以下简称“荷载规范”)规定进行。　　2、支撑形式及杆件的选取　　常见的支撑形式有十字交叉支撑、门式支撑、角撑支撑及人字支撑等,在一般情况下,多采用十字交叉支撑152。因此,本文的计算模型也采用这种常用的十字交叉支撑。　　3、支撑系统的有限元模型　　(1)支撑系统空间有限元模型　　对于角钢支撑,杆件的内力可以是压力也可以是拉力,但这种情况下结构是超静定的,如果用手工计算,是较麻烦的。在实际工程应用时,也有按压杆退出工作,只有拉杆受力进行计算。对

6、于圆钢支撑,不考虑圆钢承受压力,按只拉杆考虑。本文计算模型中,十字交叉支撑杆按圆钢设置,所有支撑仅考虑拉杆作用,受压时退出工作。　　(2)支撑系统平面有限元模型　　本文建立了应用有限元分析的平面模型。平面模型分别包括水平支撑平面模型和柱间支撑平面模型:梁及柱都采用杆单元Link8,水平支撑平面在受到柱间支撑约束位置处,按铰支座考虑;柱间支撑平面在柱脚加上约束(铰接);约束所有节点的平面外位移,使其成为平面桁架结构。将折算后的纵向风载施加在水平支撑模型相应节点处,把水平支撑模型的支座反力施加在柱间支撑模型上,分别进行计算。　　(3)简化模式　　简化模

7、式就是不考虑风荷载传递途径,将整个水平支撑系统和柱间支撑系统简化为一道桁架来计算。水平支撑系统考虑建筑两端所受的风荷载,按所设水平支撑数量平均分配"本计算实例中折算到各节点的荷载值。柱间支撑承受水平支撑传来的作用力。腹杆按只拉杆考虑,用手算计算各杆内力(由于手算各道内力相同,故只标出第一道杆件号)。　　1、计算结果　　由于空间模型受力接近实际情况,因此其支撑杆件的内力和实际内力比较接近。本文将简化模式及平面模型的支撑内力均与空间模型的支撑内力对比,来说明这两种模型存在的问题。从计算结果可以看出:　　(1)简化模式的结果和空间模型的结果相比较,整体差

8、别很大,尤其对于起控制设计的杆件内力,简化模式的结果偏小,可见用于设计是偏于不安全的。对于两道支撑房屋,水平支撑中控制设计