浅析钢结构的优化设计.pdf

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1、量呈!堑鏖量叁鱼丝!竺墨』盛垫丝丝丝!鱼塞叁浅析钢结构的优化设计罗芝春(成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川成都610021)摘要：本文通过工程实例，对钢结构布置方案进行分析，说明结构布置方案在优化设计中所起到的重要作用。关键词：优化设计：结构布置方案；桁架吊架；粱与拉压杆(柱)组成的吊架中图分类号：TU391文献标识码：B文章编号：1672—4011(2012)04—0069—030前言一个工程项目的造价控制，设计阶段对工程造价的影响度非常之高，根据有关资料分析表明，在项目决策及方案设计阶段影响工程造价的

2、可能性为30—70％。国外认为设计阶段对工程造价的影响为75％。故优化设计至关重要。目前大多数设计者，在优化设计工作中，往往只注重对结构构件的材料强度利于上，如钢构件的应力比，混凝土构件的配筋率的控制；而对结构布置的合理性与否却较少做多方案的比较，从中选择最优方案。本文将通过喷煤管吊架设计实例，从两种不同结构布置方案进行探讨。1喷煤管吊架简介喷煤管吊架位于水泥厂窑系统的烧成车间，是喷煤管设备的支承结构；其形式如图1—2所示，荷载是沿轨道移动的动荷载。结构上纵向设计两榀吊架，悬吊于门式刚架或框架屋面梁上，两榀吊架

3、下弦设水平和竖向支撑，组成空间稳定结构，承担喷煤管设备的移动荷载。图1喷煤管及吊架立面示意图2结构布置方案一纵向吊架基本上是如图3所示的模型1桁架形式；其结构应力比计算结果如图4；施工图如图5所示。笔者收集了所在设计院多个项目的喷煤管吊架施工图，图21—1剖面．4250

4、I口4250L々々6000暑’{]；；}11HN3如训75．o兰1-量々‘r量量_暑2L舶x6lO_0●曼2I舯xtlo_oItN350x17，-0>似※聚X※暑：蚤●,21JlO。6。I㈨iL踯16’l伽虚／10x6,10-0．1750J．1

5、750．17501750图3模型1桁架计算简图监：‰。。并。“⋯：盎：黑?⋯，。⋯1：⋯一。糖r：⋯、”：=：∥鬈嚣鬈饕蒸篱钢结构应力比图说明：柱左：强度计算应力比；右上：平面内稳定应力比(对应长细比)右下：平面外稳定应力比(对应长细比)；粱左上：上翼缘受拉时截面最大应对比，右上：梁整体稳定应力比(o表示没有计算)；左下：下翼缘受拉时截面最大应力比，右下：剪应力比图4铜结构应力比包络图图5模型1桁架式喷煤管吊架施工图3方案一分析从图3结构模型1中可见，桁架节点与门式刚架的位置不重合。遵照PKPM用户手册，桁架模

6、型输入要求：桁架杆件应全部当成柱来输入，桁架的支座应在节点上；而该桁架节间尺寸必须满足喷煤管设备给定的连接点要求，通常难以与门式刚架的布置相吻合；故设梁GL一3与门式刚架连接，再与桁架节点连接。以适应桁架计算模型。支承桁架的钢梁GL一3如果按柱输人显然与实际受力状态不符，不可以作为桁架杆件。从图4可见，其上弦杆应力非常小，下弦及竖腹杆应力也很小，断面尺寸是长细比控制。所以笔者认为喷煤管吊架不必做成桁架形式。4结构布置方案二。优化设计对上述设计案例建立模型2(见图6)，以梁、柱(吊杆)组成平面体系，采用平面框架计

7、算软件PK建模，优化设计喷煤管吊架。图6模型2吊架计算简图C,L一3按梁输入，其余杆件按柱输入，交叉斜杆定义为单拉杆，除梁外其余各杆端均定义为铰接。此模型符合各杆件实际工作状态，立面体系是稳定的。计算结果见图7。0．02仉I)4⋯‘00．03(49l0．o,“98J＼0760．10旦’60760IO。／cb-卿．1淞话i／o．谶跚o．姗枷∞009黑㈥×o．2300．0lI／p(498；Co．2避黜$N帮tO))】’＼／⋯0060421＼⋯0．0441421⋯oo“1421＼图7按模型2设计的喷煤管吊架施工图如图

8、8所示。图8喷煤管吊架施工图5结构布置方案一与方案二比较从图6与图8比较不难看出：后者较前者少了许多杆件，省掉了图6桁架上弦杆、腹杆也减少了一半。并且因将交叉斜杆定义为单拉杆，充分发挥钢构件抗拉性能强的优点，减小了杆件断面。因整体杆件减少，自重减轻。从图5和图7两种模型计算结果比较：图7各斜杆的应力比，较图5斜腹杆高得多，斜杆不仅仅起到平面稳定的支撑作用，还发挥其材料强度分担一定的荷载。钢梁GL一3与门式刚架梁的下翼缘相连接，这样可减小吊架高度，且利于刚架梁的稳定；并采用螺栓连接，便于施工。(下转第81页)载组

9、合，各向的当量荷载只考虑单向作用。(2)偶然组合。由永久荷载、可变荷载、当量静力荷载的1／4与偶然荷载(电机短路力矩或地震作用)组合。‘验算地基承载力时，只考虑使用阶段的标准荷载基本组合。6设计压缩机基础时应注意的问题(1)机组的总重心与压缩机基础底面的形心应力要求位于同一条铅垂线上；当偏心不可避免时，其纵向和横向的偏心距不应超过相应方向底板边长的3％。计算机组总重心时，仅计算永久荷载