框门整体设计

1. 提出问题

近年来，轻钢结构逐渐出现多层框架形式，顶层采用门式刚架灯房结构。 其典型结构形式如图1所示。

2、结构特点

此类轻钢结构一般有2至3层。 下部采用等截面构件，梁、柱采用刚性连接或铰接连接，上部可采用变截面梁、柱。 地板采用压型钢板与混凝土复合地板； 屋顶一般采用压型钢板、拉杆和支撑连接； 墙体一般采用压型钢板轻质墙体。

该结构综合了框架结构和门式刚架结构的特点。 由于功能要求，下部结构按钢结构框架设计，楼板刚度较大。 上部结构仅承受屋盖荷载，跨度大，荷载轻。 为了节省钢材，按门式刚架的要求布置，并采用支撑系统来满足结构的整体刚度。 屋面系统采用压型钢板、檩条等。 屋顶的刚度相对较小。

对于这种结构，下部门式刚架和上部门式刚架的设计需要区别对待。 但必须考虑它们之间的相互作用和相互影响，需要作为一个整体进行分析和计算。

使用软件设计此类结构时，应注意以下问题。

(1)结构建模

建模时必须输入所有受力构件，包括重要的受力构件，如纵向柱支撑、屋顶水平支撑、拉杆等。这样，只有在整体分析时才能准确计算结构的刚度。 支撑件可按单个受拉构件设计。 整体分析软件目前不具备单个受拉杆件的设定功能，需进行补充计算。 上部门式刚架屋盖的刚度由刚架梁、屋面支撑系统、檩条、屋面板等组成，其面内刚度难以准确考虑。 您可以安全地忽略屋顶板的刚度，并将所有节点视为弹性节点，并且仅考虑刚性框架梁和屋顶支撑系统的影响。

(2)结构设计依据规范和程序。 为了节省钢材用量，设计者希望下部结构按照《钢结构设计标准》设计，上部门式刚架结构按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》设计。 同时，对钢结构节点的设计也提出了相应的要求。 由此产生了结构的风荷载计算、构件设计和整体变形控制等问题。

(3)风荷载计算

风荷载计算需要考虑上部结构屋顶风吸力的影响。 由于门式刚架规范对风荷载的计算有规定，如果采用门式刚架计算，则在软件的应用中需要考虑门式刚架的风荷载计算。

（4）总体结构控制和构件设计《钢结构设计标准》和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》对构件设计有不同的要求。 门式刚架零件的整体变形控制应如何确定？ 同时，门式刚架构件和框架构件的计算长度、截面高厚比、宽厚比控制等数值也存在问题。

3 PKPM软件设计计算

对于上述结构，设计者可根据实际情况按框架结构计算，也可下部按框架结构计算，上部按门式刚架结构计算。 PKPM软件针对下部框架结构、上部门式刚架结构的结构型式设计提供了一套三维整体分析设计方案。

1. 3D模型输入

需要根据实际模型输入设计结构的梁、柱、支撑构件，建立下部框架和上部门式刚架的整体模型。 除了梁、柱构件外，还需要准确输入支撑构件（柱支撑、屋顶支撑）。 结构楼层布局信息按照框架法输入下框架的楼板（包括组合楼板）。 对于顶光门式刚架屋面，当采用压型钢板轻型屋面时，楼板厚度可安全取0，不考虑楼板的作用。

2 结构分析计算

针对“框架+门式刚架”的特殊结构，SATWE增加了一些满足此类结构分析需求的特殊输入项。 还要注意以下问题：

(1)考虑到顶层门式刚架压型钢板轻质屋盖为非刚性楼盖，门式刚架梁必须按受弯构件进行设计。 不能选择“所有楼层的强制刚性楼板假设”选项，否则屋顶将是刚性的。 不会计算梁的轴向力。

(2) 在特殊构件中定义门式刚架梁、门式刚架柱、铰接柱等信息。 定义门式刚架梁和门式刚架柱后，将根据门式规范对定义的构件进行检查。

(3)门式刚架风荷载的定义和组合应考虑顶部门式刚架特殊的风荷载分布方式和风荷载类型系数的选择。 如果整个结构仍在门法规附录A的适用范围内，则可以根据门类型来确定。 规范附录A中的选型，顶部门式刚架部分的风荷载按门式刚架规范的要求专门确定，否则按荷载规范选取。

SATWE 提供了 5 组特殊风荷载的定义。 门式刚架结构一般需要4组风荷载：+X、-X、+Y、-Y方向风荷载，依次称为特殊风1～4。 在每组中输入相应的节点、梁风荷载和柱间风荷载。 屋面梁的风吸力（或压力）可以作为梁间均布荷载输入，向上为负值。

定义门式框架的特殊风荷载后，必须将该特殊风荷载与下面框架程序自动计算的风荷载结合起来。 使用“定制组合和工况”考虑底部框架和上部门式框架的常见风荷载。 功能，修改特殊风与“X向风”和“Y向风”的同时组合，即手动修改组合为（以特殊风1为例）：I.1.2常数+1.4X方向风+1.4特殊风1 二． 1.2 恒定+1.4 生命+0.84X 迎风+0.84 特殊风1 III.1.2 恒定+0.98 生命+1.4X 迎风+1.4 特殊风1 IV. 1.0 恒定 +1.4X 迎风 +1.4 特殊风 1 V。 1.0 恒定 +1.4 生命 +0.84X 迎风 +0.84 特殊风 1 VI. 1.0 恒定 +0.98 生命 +1.4X 迎风 +1.4 特殊风 1

根据该类型结构的特点，PKPM程序默认指定了4组特殊风荷载，将与软件的X、Y方向风荷载同时考虑，并自动修改组合值系数。符合规范要求。

(4)修改计算的杆件长度系数

SATWE程序根据钢结构规范线刚度比法，自动确定有或没有横向移动的框架的计算柱长度系数。 下框架柱的计算长度系数一般可以直接利用程序的线刚度比计算结果来计算。 计算出的顶层门架长度系数需要手动修改。 门式刚架柱在框架平面内的计算长度系数可由下式确定： 将其简化为直接放置在地面上的顶层单门式刚架。 采用二维门式刚架平面分析的方法确定，并根据下部结构适当调整上部柱的约束。 刚架柱、梁面外长度的计算方法与二维平面分析相同，均采用有效面外支撑间距。

4 计算结果分析

实例工程为2层结构，下部为等截面梁柱工字形焊接截面，上部为变截面梁柱截面，跨度为18m。 采用压型钢板与混凝土组合楼板、压型钢板屋盖、拉杆及支撑连接、压型钢板轻质墙体。 使用SATWE软件分析该门式刚架+框架组合结构时，为了对比，采用钢标准和门式规范进行计算。

计算结果表明，结构的质量与地震周期基本相同，地震产生的构件内力基本相同，结构在各种工况下的位移也基本相同。 这是因为结构计算中采用的计算方法和计算假设是一致的。 然而，结构在风荷载作用下的影响存在差异。 使用门规计算时，考虑了屋顶风荷载的吸力。 SATWE软件根据特殊风荷载的计算pkpm钢结构设计教程，计算出特殊风荷载的内力工况，即工况7～10（对应标准下特殊工况1～4）。 内力），产生特殊风荷载计算下对结构内力和位移的整体影响。

由于门式刚架轻型房屋对侧向位移要求较低，因此结构X方向最大层间位移角为1/226，按门户网站的规定。 层间相对位移极限为1/400，不能满足要求。

上部结构采用门式限距计算时，其计算长度应采用门式刚架计算方法计算。 上柱的计算长度与使用钢规的计算方法不同，导致结构构件验证结果不同。 同时，对于屋面梁，由于门规要求计算屋面梁的强度和稳定性（考虑轴压），因此在使用门规时，根据门规计算并输入平面内的计算长度，计算出的平面外长度可根据屋面角撑间距修改输入。 SATWE的计算结果中计算了门式刚架梁的强度和稳定性。 图2和图3分别为采用顶层门规和钢规计算的构件应力图。 从图中可以看出，各部件的受力差异较大。 柱的应力比一般采用门规为0.2~0.3，采用钢规为0.5以上。

由于目前的软件无法考虑单个受拉构件的计算，因此在整体结构分析时将屋顶支撑结构计算为受拉构件和受压构件。 因此，获得的应力是构件拉伸和压缩的结果，用户需要注意。 关于构件的高厚比和宽厚比，门规和钢材标准也有不同的规定。 程序根据组件的不同定义进行有针对性的计算。

5. 结论

对于框架上的门式刚架结构，PKPM软件提供了整体设计方法，可以分别使用门规和钢标准进行设计。 设计者在应用软件时应关注结构的性能和要求，合理使用软件提供的功能。 这种结构已经超出了门规规定的适用范围。 在实际应用中，必须考虑结构计算方法的合理适用范围。 此外，在结构变形控制方面，软件提供的整体分析方法可以准确计算楼板位移和梁挠度。 至于变形控制值pkpm钢结构设计教程，特别是顶层门式刚架，超出了门式规范的适用范围，按钢标准规定过于严格。 ，控制多少没有具体规定； 这个问题在构件长细比、板高厚比、宽厚比的控制上也存在，也存在是否按照抗震规范控制的问题。 这些都需要设计者的关注和考虑。