基于PKPM中STS模块的门式刚架内力分析

2010-08-13 06:30田兴运

水利与建筑工程学报 2010年6期

李森,田兴运

(西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌712100)

0 前言

PKPM中STS模块是中国建筑科学研究院开发的集平面空间于一体的功能强大的以钢结构计算为主导的建筑软件,是目前国内应用最广泛,被绝大多数设计院所认可的钢结构计算程序[1～3]。在毕业设计过程中,通过应用STS进行门式刚架设计,发现极大地提高了效率,因此熟练地掌握STS,对于从事钢结构设计的人来说是非常必要的。以下结合毕业设计,就PKPM中STS模块如何进行门式刚架内力分析展开论述。

1 设计条件

1.1 设计资料

该工程为宽18 m、长36 m的双坡单跨门式刚架厂房,标准柱距6 m,屋面坡度10%,檐口高度7.2 m,柱底标高-0.20 m,每跨设1台吊车,墙面1.2 m以下为砖墙,屋脊标高为8.1 m,屋面檩条以及墙梁采用冷弯C型钢,柱间设两道横向水平支撑。

1.2 设计参数[4,5]

地面粗糙度:B类

结构重要系数:γ0=1.0

基本风压:ω0=0.35 kN/m2

基本雪压:ζ0=0.3 kN/m2

屋面活载:

设计檩条q=0.5 kN/m2

设计刚架q=0.3 kN/m2

屋面恒载:g=4.02 kN/m2

屋面板:角驰Ⅲ型单层彩钢板

墙面板:820型双层彩钢板

吊车荷载:每跨均为1台A5级5 t桥式吊车

吊车参数如表1所示。

表1 吊车参数

2 模型的建立

2.1 两种建模方式

(1)快速建模;

(2)普通建模。

本设计采用快速建模。

点击桌面PKPM快捷方式,点选钢结构模块,进入STS门式刚架二维设计程序主界面,如图1所示。

点击图1中的【快捷建模】下拉菜单,如图 2所示。在弹出的下拉菜单中选择【门式刚架】,进入门式刚架快速建模截面,输入跨的信息,如图3所示。

图1 门式刚架二维设计程序主界面

图2 快速建模下拉菜单

图3 门式刚架快速建模界面

2.2 构件截面定义及布置

2.2.1 柱定义及布置

在进行柱布置之前,首先要进行柱截面定义,依次点取【柱布置】→【截面定义】,进入截面定义对话框,如图4所示。

图4 柱截面定义对话框

对于新建项目,点选【增加】,从系统截面库里选择截面类型,输入尺寸,如图5和图6所示。定义好截面以后,进行柱的布置:选择定义好的截面,点击图6中的【确定】按钮,进入柱布置截面,输入柱对轴线的偏心和柱截面的布置方式,如图6、图7所示①对于边柱,如果柱的中心线和轴线不在同一条线上,需输入偏心距,左偏为正,右偏为负。。

图5 柱截面类型

图6 柱截面参数对话框

参数解释:

材料:选择5—钢

轴压对Y轴截面分类:b类[2]

图7 柱对轴线的偏心及柱截面布置角度输入

2.2.2 梁定义及布置

步骤同柱的定义及布置,参考2.2.1中关于柱的定义及布置,此处不再赘述。柱截面尺寸为:H450×200×8×12(单位:mm)。

2.2.3 梁柱计算长度定义

2.2.3.1 梁平面内的计算长度

梁平面内的计算长度理论上应该取弯矩包络图两反弯点之间的距离,STS考虑的计算长度是梁在两柱之间的斜线长度,根据弯矩包络图可以看出这个值比反弯点之间的距离要长,所以STS是偏安全计算的。在确定梁平面内的计算长度时,在STS平面分析程序中,平面内计算长度的系数默认为-1,表示由程序自动确定计算长度系数[3]。本工程为单跨刚架,故采用系数-1。

2.2.3.2 梁平面外的计算长度

门式刚架结构中梁构件平面外的计算长度为其有效侧向支撑点间的距离,其主要依据是支撑点处一般为平面外失稳波形的反弯点,屋面檩条连接于梁的上翼缘,而梁的上、下翼缘都可能因为受压而产生侧向失稳。当梁截面高度不是很大,跨度较小时,可认为隅撑可以起到下翼缘平面外侧向支撑的作用,以3 m作为平面外计算长度来计算屋面梁的平面外稳定[3]。

2.2.3.3 柱平面内的计算长度

对于钢柱,程度可以根据梁柱线刚度比自动计算柱子的计算长度系数。

2.2.3.4 柱平面外的计算长度

对于单层吊车厂房柱,牛腿标高以下柱的长度作为下段柱的计算长度,牛腿标高到柱顶标高之间的距离作为上段柱的计算长度[3]。

2.2.4 设置梁柱接点

本工程所有节点均为刚接,所以不用设置铰接点,程序默认情况下,所有节点均为刚接,所以在此不用修改,默认即可。

2.2.5 恒载输入

程序提供3种恒载输入方式:节点荷载、柱间恒载、梁间恒载,如图8、图9和图10所示。

屋面恒载转化为线性荷载形式按照梁间恒载输入,本工程屋面恒载g=4.02 kN/m2,转化为线荷载g1=4.02×6=24.12 kN/m,在图10中输入,然后通过窗选方式选择所有梁单元。

图8 输入节点荷载

图9 柱间恒载输入

图10 梁间恒载输入

下面定义柱间恒载,作用在柱子上的恒载只有吊车梁的自重,故按节点恒载输入,如图8所示。该情况下只需考虑节点弯矩和节点竖向力,通过计算:M=6.2 kN◦m①注意输入弯矩时以顺时针为正,选择节点需在布置模式或窗口模式下进行。,V=8.2 kN。

2.2.6 活载输入

屋面活载取0.3 kN/m,按梁间活载方式输入,操作方法同恒载输入,此处不再赘述。

2.2.7 左风输入

程序提供4种左风荷载输入方式:节点左风、柱间左风、梁间左风及自动布置。一般对于不规则结构,采用人工干预方法,对于规则对称的门式刚架结构,最有效的是采取自动布置[3]。本工程采用自动布置,如图11所示。各数据输入后点击【确定】,完成左风荷载的自动布置。

图11 左风自动输入与修改对话框

参数:地面粗糙度取B类[4];

基本风压取0.35 kN/m[4];

调整系数取1.05[5]。

2.2.8 右风输入

方法同左风荷载布置,如图12所示。

图12 右风自动输入与修改对话框

2.2.9 吊车荷载输入

点击【吊车荷载】(图1),弹出如图13所示的界面。点击【吊车数据】进行吊车荷载定义,弹出吊车荷载定义截面,如图14所示。点击【增加】,程序弹出如图15所示的界面。点击按钮,进入吊车荷载输入向导如图16所示。点击【第一台吊车序号1】,弹出吊车数据输入对话框,如图17所示。将甲方提供的吊车数据或从吊车库中选择的已有吊车数据输入到各栏内,然后点击【增加】,再点击【确定】,返回图 16所示界面,点击【计算】得到吊车荷载计算结果,点击【直接导入】,返回到图15,刚才计算得到的吊车荷载自动导入到表格中,点击【确定】,弹出如图14所示界面,点击【存入用户吊车库】,将定义吊车荷载存入吊车库。

2.2.10 钢结构参数输入

点击【参数输入】(图1),进入【钢结构参数输入与修改】界面。

点选【结构类型参数】,输入各参数,如图18所示。

点选【总信息参数】,输入各参数,如图19所示。