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1、门式空间结构整体分析与设计摘要近年来，门式刚架结构类型越趋复杂，越来越多的结构类型被应用到实际工程中，例如框架上门式 刚架、局部夹层复杂支撑等。利用MTS程序对门式空间结构的整体分析与设计进行研究探讨。一结构特点由于实际工程的需求，传统的简单的门 式刚架结构体系已经不能满足许多用户的 需求，大量的复杂门式空间结构被应用到实 际工程中。其中有两类复杂门式空间结构应 用最为广泛。一类是框架与门式刚架结合的结构，如图1。这类结构通常层数不多，在2-3层，下部为框架结构，上部为门式刚架结构。图1框架上门式刚架结构图这类结构的上部门式刚架只承当屋面 荷载，荷载轻跨度大，应该按门式刚架的要 求进行布置以节
2、省钢材。 同时为了满足结构 整体刚度，应布置支撑系统。对于这类结构， 下部框架与上部门式刚架的设计应区别对 待，为了节约用钢量，通常希望将下部结构 依据钢结构设计标准设计，而上部门式刚架 结构依据门式刚架设计规程设计。这类结构需要将其作为一个整体来分析计算，不能忽略下部框架与上部门式刚架的相互作用，不能忽略局部夹层对结构整体性能的影响。同时应考虑纵向柱间支撑、 屋面水平支撑、系 杆等重要受力构件对结构整体刚度的影响。另一类是局部有夹层的门式刚架结构, 如图2所示。图2局部有夹层门式刚架结构这类结构也需要将其作为一个整体来分析计算，不能忽略局部夹层对结构整体性 能的影响。同时应考虑纵向柱间支撑、
3、屋面水平支撑、系杆等重要受力构件对结构整体 刚度的影响。二. MTS软件的设计计算对上述两类结构， MTS软件提供了三 维整体分析计算的解决方案。 能够合理的反 映实际结构的整体作用， 并且具有以下几个 鲜明的特点。1.三维模型输入利用MTS软件的空间厂房一门式刚架 模块可以快速建立三维实际模型。设计人员不但可以输入整体三维模型的梁、柱构件， 还可以输入柱间支撑、屋面支撑、系杆。为了方便设计人员快速建立整体三维 模型，MTS提供快捷生成单榀刚架，而后 用户可以通过复制、 添加删除构件来快速生 成整体三维模型。2.可以自选择不同规程进行设计对上述两类结构，往往出于节约用钢 量，希望可以弹性选择设
4、计标准进行合计。 例如对于下部框架或者夹层可以依据钢 结构设计标准设计；而对于上部门式刚架结 构依据门式刚架设计规程设计。在MTS软件中，设计人员只需在后处理模块中，选中所要设计验算的构件，再选择相应的所需的 标准，MTS程序即可按照所选择的标准对 设计人员选择的构件进行验算设计。整个操作过程十分简单明了。3 提供只拉构件的设定对于这两类结构，需要布置较多的支撑 提供必要的刚度，以保证结构整体的协调作 用。这类支撑往往采用柔性支撑，如果采用拉压杆来计算，不能真实的反响支撑的实际 工作性态。MTS软件在整体分析中支持只 拉杆件的设定，可以更为合理的考虑支撑的 作用。4.从三维模型中提取二维模型建
5、立三维模型可以更为精确的符合实 际结构的受力工作情况，但目前MTS的空间厂房模块在附属构件设计檩条、抗风柱等、以及出图功能上有待进一步的完善。 为了满足设计人员在这方面使用的需求，以及为了方便设计人员对三维和相应的二维 模型有个比拟，MTS软件在后处理模块里， 可以导出轴线平面结构。 选择所要导出的单 榀模型，可以生成相应二维结构模型包含 了截面、荷载信息，设计人员可以对导出 生成的二维模型进行计算、设计。三计算结果分析纵向体系主要是为了承当纵向力，而纵 向体系的设计主要是支撑和系杆的设置。下文将针对图1的结构，对支撑采用只 拉杆件和采用拉压杆件的不同情况进行分 析比拟。图3和图4分别是将支撑
6、设定为只 拉杆件和拉压杆件时在纵向荷载下的内力图4支撑为拉压杆件表1给出了与最右边支撑相邻处的柱、 夹层梁、系杆的内力比拟结果。表1内力比拟柱夹层梁支撑系杆只拉杆件1.41-63.1155.35-60.63拉压杆件32.06-45.5628.72-29.19根据两个图形和表 1的比拟可以看出， 只拉杆件可以更好的反映柔性支撑。当采用拉压杆件代替只拉杆件时，纵向体系杆件的 内力有加大的差异。由于拉压杆件考虑了两 个支撑一拉一压的作用，因此计算得到 的拉杆的内力要比采用只拉杆件计算的到 的拉力小得多，这使得支撑的设计偏于不安 全。同时拉压杆件模型下系杆、夹层梁的内 力也远低于只拉杆件模型，因此拉压
7、杆件模型下的系杆、夹层梁设计也将是偏于不平安 的。四利用导出轴线平面结构功能转化 成二维问题MTS软件可以对复杂门式刚架结果进 行建模和计算，软件提供了只拉杆件单元， 可以更为精确的模拟支撑。这样对于复杂门 式刚架，可以通过三维模型对纵向体系进行 计算设计。对于较规那么的复杂门式刚架如图1，在考虑横向体系时，设计人员往往可 以采用二维模型来进行计算分析，这样有利于简化操作。因此MTS软件在后处理模块里，可以 导出轴线平面结构。 选择所要导出的单榀模 型，可以生成相应二维结构模型包含了截 面、荷载信息。这样对于较有规那么的复杂 门式刚架如图1，设计人员可以通过三维 分析对纵向体系进行计算设计，
8、对于横向体 系可以通过二维模型对各个单榀进行计算设计通过导出轴线平面结构功能， 导出图1 的单榀模型，如图 5所示。i厂-2.000fl jo'I-15.000-15 MM块里可查询、显示模型结果，可对构件按照 设计人员选定的标准进行验算，可进行变形和抗火验算，并可对吊车梁、檩条、抗风柱 和屋面支撑进行设计， 同时对任一构件可提 供详细的计算书，并可输出计算书；节点模 块里可对节点进行设计，并支持独立设计， 能生成并输出节点详细计算书；根底模块里 可对门式刚架根底进行设计和生成输出详 细计算书；出图模块里可满足设计人员对门 式刚架布置图、节点图、结果图和根底图的 需求；根据MTS程序提
9、供的平面门式刚架模 块，设计人员可以完整的实现单榀门式刚架 的计算与设计。五结论由于门式刚架结构类型越趋复杂，需要对结构提供合理的整体分析、验算方案。利 用MTS程序可以对门式空间结构进行整体 分析。MTS软件提供三维模型输入、对不 同杆件按不同标准进行验算、支持只拉杆件 单元以及导出轴线平面结构等功能，能够满足设计人员对复杂门式刚架结构的设计需 求。“1&<K)0-15.aDD! Lt TH闸極U齐去¥粒图5单榀模型同时MTS具有完整成熟的平面门式刚 架功能，能帮助设计人员实现单榀门式刚架 完整的计算设计需求。从图5可以看出，导出的单榀模型包含 了通过三维模型导算得到的荷载。MTS软件的平面门式刚架模块提供了完 整的门式刚架二维模型计算与设计功能。前 处理模块提供了模型建立、各种荷载输入功 能；计算模块可对模型进行计算； 后处理模