[PKPM] 桁架、支架、排架建模设计

• 确定计算长度方法可按“无侧移”考虑，建议可 以按照前面的确定规则，手动修改计算长度或长 度系数。
桁架结构的优化
• 结构类型选择桁架 • 桁架的杆件都以轴力为主，所以如果为了达到用 钢量最小，在分组时可以参考内力情况来分组。
上下弦可分别单设一组，腹杆按内力相近情况可 分多组进行优化。 • 优化以当前截面的类型的最大尺寸为上限，如果
较小，可以用槽钢或角钢组合等截面。 • 阶型上柱由于轴力较小，截面不大，可以使用实 腹截面。
轴线的输入，柱距的确定
• 轴线的确定应该以吊车的跨度为准，应该以能正确布置 下吊车为宜。 • 为了保证吊车的安装（一般吊车梁中心应该和柱的吊车 肢型心一致），建议在布置柱时，应满足左侧吊车肢型 心到右侧吊车肢型心的距离=吊车梁跨度。
- 对屋架而言，由于考虑的柱的约束作用，求得的屋架挠度值相对 更加真实。
• 注意屋架和主体结构的柱顶连接形式，当屋架跨度比较大 时，需要注意屋架变形对柱的推力，此时可设滑动支座。
• 注意如果整体按无侧移确定计算长度时，对支座柱的计算 长度确定会产生影响，部分情况下需要手动修改柱的计算 长度系数。
不同支座高度屋架模型对比
• 节点设计的差别，不同转角下，连接的构造是不 同的。
工字型立 柱0度布置 时：
工字型立 柱90度布 置时：
支座反力的合成与基础设计
• 在基础节点上由于出现了杆件的汇交，需要将汇 交杆件的内力分解并合成。最后合成的内力可以 在基础计算文件中查到。 • 在节点设计时，也采用了合成以后的内力进行设 计。
排架的建模和计算
模型概况：
单跨单层吊车，上部使用轻钢屋面，梁柱固接
如何选择截面？何时需要使用格构柱？
• 对于吊车吨位比较小的厂房，一般使用工字型实 腹截面即能满足 • 格构截面从构造上看，分肢间距大，因而具有较 大的截面模量，而且中间使用缀条连接，保证了
分肢的平面内的稳定。 • 格构柱一般分为吊车肢和屋盖肢，吊车肢以承受 吊车荷载为主，相对截面较大；屋盖肢一般轴力
荷载简图
柱构件与梁构件的区别
模型1（构件按柱输入）
模型2（构件按梁输入）
弯矩图 剪力图
是否有必要将桁架节点都设置为铰接？如何考虑节点 的次弯矩？
• 传统的计算模型将桁架设为铰接主要是为了手算方便。实 际用节点板时更接近于半刚接。但是由于输入的杆件截面 模量比较小，变形导致的节点次弯矩也较小，所以按铰接 计算时，差别不是太大。
桁架上恒活荷载的输入
• 程序中对于柱的，只记录两个端点的内力，所以，对于柱 间的等量竖向荷载，两个端点的剪力都是一样的，特别是
铰接时，按照柱间均布荷载和节点荷载输入完全是等效的。 为了简化输入，可以直接按均布荷载输入
• 注意均布荷载的类型选择。
桁架上风荷载的输入
• 两种布置方式：自动布置和手动节点布置 - 对于规则的桁架模型，可以采用自动布置，程序会自动 判断体型系数，并按垂直杆件的方向布置均布风荷载。 （注意桁架的高度，应按实际桁架的高度输入，会影响 风压高度变化系数）
• 由于节点板的转动约束，实际的腹杆平面内的计算长度系 数都偏小，规范中认为可以按0.8取值 • 由于节点板平面外基本没有刚度，腹杆平面外的计算长度 可按原长（节点之间的距离）取，而对于上下弦杆来说， 则是平面外的支撑点间距离。
设计参数的正确选择
• 设计规范应按钢结构规范 • 控制长细比按照钢结构规范的表5.3.8和表5.3.9选 取，一般可按150/350控制。
• 普通屋架的连接形式一般为铰接；轻型屋面梁由 于本身刚度较小，适合采用梁柱固接形式（常见
的有门式刚架的端版连接和框架梁柱连接）。
如何确定排架厂房柱的计算长度系数？
• 带吊车的排架厂房柱应属于阶型柱，程序按照规 范的表D3到D6确定其计算长度 • 程序用有无吊车荷载来判断该柱是否阶型柱，， 只要存在节点吊车荷载，即使上下柱截面一致，
• 由于活动支架本身只有自重荷载，迎风面也很小， 可以不考虑自身风荷载。 • 主要的恒活荷载来自上部的设备荷载，可以作为 节点荷载加到支架顶端。 • 如果上部设备有比较大的挡风面积，还需要将设 备的风荷载作为节点风荷载加到支架的柱顶。
单拉杆的设置
• 单拉杆的工作原理就是在受拉状态下提供强度， 但是在受压情况下退出工作。由于只考虑受拉， 可以按拉杆的长细比要求控制
08版对斜柱的 柱间风荷载自 动处理
作用力不垂直于构件 表面，需要转化为节 点风荷载输入
作用力垂直于构件表 面，无需调整
桁架上下弦及腹杆的平面内外计算长度的选取
• 默认情况下，程序的计算长度系数都为-1，即由程序自动 确定，确定的原则由“参数输入”-“总信息参数”-“钢柱 计算长度系数方法”控制，桁架可按无侧移控制。
- 如果存在部分斜度较大的杆件，可能会超出程序的识别 范围
- 对于程序无法自动识别的体系，需要手动进行布置。注 意通过节点风荷载布置时，程序可以按x,y向分解。输入 时注意方向，向→为正，向←为负。或者08版中直接可 以按柱间均布风荷载输入。
05版程序到08版程序的变动
05版对斜柱的 柱间风荷载自 动处理
• 挠度的控制：按桁架下弦中心点的位移量/桁架的 跨度来确定桁架的整体挠度。
• 如果使用了铰接立柱作为支座，则桁架的水平位 移没有参考意义
施工图和节点设计
• 注意程序对上下弦杆和腹杆的识别是否正确 • 使用快速建模时选择的支座腹杆可以在施工图中 进行调整，但注意不要偏移过大。
• 节点设计按照钢结构规范条文说明中的表10，由 支撑的轴力，直接决定后面施工图的节点板厚度。
在杆件的端部形成一个反向的作用力。 当跨度较大时，端部的水平力就会很
大，对桁架的支座来说，这么大的水平力 集中力是非常危险的（比如混凝土柱就会 造成柱头被推坏）。所以一般厂房都会做 成能释放水平变形的滑动支座。
短柱的作用就是模拟水平变形释放的 滑动支座，必须设置成两端铰接。
不同端部约束的弦杆轴力对比
• 单拉杆布置可能会造成结构在某些情况下出现机 构，特别是地震分析时。所以布置时必须谨慎。 交叉杆输入时，建议取消中间的交叉节点。
截面布置角度对设计的影响
• 长细比验算的差别：新的钢结构规范中对单轴对 称截面绕对称轴的平面外长细比要考虑扭转以后 的换算长细比 • 强度验算的差别：不同构件的X、Y轴的模量是不 同的，角度布置的差别会导致平面内和平面外稳 定和强度的差别。
上下弦的截面的选择和计算长度确定
• 由于上弦杆的压力比较大，需要选择面积较大的 截面，同时还要考虑稳定问题。由于还有较大的
端部弯矩，截面也要有一定的抗弯刚度。 • 上弦杆由于相互间的支持作用，实际平面内计算 长度小于1.0，可以偏安全取1.0。 • 下弦杆以受拉为主，程序会自动判断是否为纯拉 杆，并自动按拉杆控制。 • 平面外的计算长度还是按照支撑点间距取。
• 传统的排架工业厂房的屋面体系一般都选择刚性 屋架并铺设大型屋面板，但是相对而言，重量较 大，水平地震力也较大。
• 用轻钢屋面梁的形式在目前比较常见，成本和重 量都相对较小。但是带来的问题是梁的刚度较小， 挠度较大；同时梁柱连接情况和规范中表D给出 的条件有一定差异，也给计算长度系数的确定带 来了困难。
• 墙面体系一般不应作为排架柱的平面外支撑点， 特别是当柱轴力较大，或截面刚度较大时，更不 应作为平面外的支撑点。
• 由于桁架的杆件都是以轴力为主，应按照柱输入。按梁输 入是不正确的，因为梁是按纯弯构件进行验算的。
• 一般杆件选择使用角钢或角钢组合，不同的角钢组合形式 的几何参数不同，因根据组合的特性，确定杆件的布置。
• 注意输入时，对型钢组合截面，肢间距必须留出节点板的 厚度。
• 注意布置时的截面转角，当存在次弯矩时，会对计算结果 造成影响。
桁架、支架、排架
桁架建模设计 支架建模设计 排架建模设计
桁架的建模和计算
常见的桁架样式：
三角形桁架
wenku.baidu.com
梯形桁架 空间桁架
桁架下部的短柱是否有意义？
• 由于桁架中的杆件属于轴心受力构件，所 以必然有一定的轴向变形，当桁架的跨度 增大以后，这种变形的累积也就越大。如 果这种变形的累积得不到释放的话，就会
• 立柱的平面外计算长度应取支撑间距，如果如本 题没有支撑，考虑到设备与排架柱顶为铰接，则 可以偏安全的按两端铰接柱1.0取。
• 立柱的平面内计算长度可以参考桁架的取值，建 议偏安全的按1.0取。 • 交叉腹杆的平面内计算长度可以按从交叉点到端 点的距离取，平面外还应按通长考虑。
如何输入恒、活、风荷载
焊缝的设计按照支撑轴力计算 • 节点板绘制偏大时，可以修改出图的比例。
构件不同钢号的节点设计
设计原则：
•在节点上，节点板的钢号 应是采用该节点上，所有 构件钢号中最小的做为节 点板钢号。
•施工图中如果弦杆各段采 上图节点板钢号采用Q235，焊缝按照 用 了 不 同 的 钢 号 ， 会 自 动 Q235计算； 设 置 拼 接 ， 并 在 材 料 表 中 构件缀板钢号采用总信息钢号Q235 统计材料上分别统计。
支架建模和计算
适用范围： 单片活动支架，主要承担设备荷载
立柱、腹杆截面的选用与布置
• 一般活动支架以承受竖向力为主，同时也要考虑 上部的设备水平荷载，立杆应有一定的抗弯刚度， 一般可以选择工字钢或槽钢。
• 腹杆以轴心受力为主，可以选择角钢或者角钢组 合
立柱、腹杆计算长度的确定
• 支架和桁架相类似，在设置铰接上也可以参考桁 架的要求。
仍无法满足应力比和长细比要求，可以修改截面 类型
桁架计算结果的查看与控制
• 应力比和长细比
- 一般桁架构件都是按轴心受压构件进行强度验算，所 以如果截面强度不满足时，增大截面一般都能满足； 如果在稳定方面存在不满足的情况，可以根据不满足 的方向，减小该方向的长细比。 - 长细比可以通过增加截面的回转半径来减小。 - 角钢等单轴对称截面还要考虑绕u轴的稳定
• 为了考虑次弯矩，可以按固接输入。铰接只是输入习惯问 题，使用计算机设计时，完全可以都按固接处理（支座杆 除外）
• 规范中8.4.5条中对于可不考虑次弯矩的情况作了规定，主 要出发点就是转动刚度越小，次弯矩就越小。
上弦杆线刚度较大时次弯矩的影响
不考虑次弯 矩影响，上 部弦杆的弯 矩为0
考虑次弯矩 影响，上部 弦杆的弯矩 较大
不做端部变形 约束
对端部做水平 约束
• 支座杆都设置成铰接了，是否是机构？ 程序在处理上，对铰接节点做了特殊处理，使结构依然有 解。计算结果中的支座位移不用处理。
• 替代方案：滑动支座 新增加的支座形式，建议使用。但需要注意不能将两个支 座端部都加上滑动支座，否则即为机构。
杆件截面的选择，输入截面时需要注意的事项
偏心的原则，如何实现柱对齐
• 对于边列的阶型柱，考虑到墙面的布置和连接，应尽量 做到柱子的边皮对齐。程序中提供了偏心对齐的功能。
• 程序内对于偏心给出三种处理方式：中心对齐即形心对 齐，而左右边对齐则是搜索截面最边侧外皮对齐。
• 对于某些截面程序不能很好对齐的，可以通过查看截面 数据来手算处理。
屋面体系的选择以及和柱的连接
也认为是阶型柱。
• 程序对两种柱顶连接形式做了判断，但是对于采 用轻型门式刚架梁的情况，由于柱顶刚接，程序 会按照柱顶有转动约束的情况处理长度系数，这 是不安全的，建议偏安全的按铰接排架处理。
• 一般处理流程：
• 新的替代方案：
直接勾选该项就可以按照铰接排架确定计算长度，但不 修改模型
• 平面外的计算长度应按实际支撑间的距离取
•填板统一采用总信息钢号。
连接节点的设置，构件刚接对次弯矩的影响
• 由于弦杆的截面高度较大，在受力上接近于连续 梁，应全部刚接连续处理。 • 当弦杆的转动刚度较大时，由于变形引起的次弯 矩就不可忽略了。
屋架和主体结构的整体建模计算
• 从设计上说，整体计算要好于局部分析
- 对柱而言，可以真实反映屋架对柱的反力，如果柱本身就是屋架 的一部分，就更应一体计算，否则会有荷载丢失。
结构模型对比
下柱柱身剪力对比
桁架端部节点位移对 比（恒+活）
钢管桁架输入时需要注意的
• 铰接设置的条件不同于普通桁架，应按规范 10.1.4条处理，也可直接按固接处理。
• 程序只能处理平面钢管桁架体系，对于空间三角、 四边形的桁架结构，建议采用STS中的空间复杂 结构模块分析。
节点设计
• 对于管桁架，一个节点最多允许5管相交汇，其中 两根弦杆，三根腹杆。