主刚架的设计

   设计方法：承载能力极限状态和正常使用极限状态

   承载能力：强度、整体稳定、局部稳定。（计算时按设计值计算）

   正常使用：位移、挠度。（计算时按标准值计算）

   刚架设计主要依靠软件来完成，需要注意的几个小方面：1、屋面坡度变化率的限值；2、楔形构件的截面高度变化率；3、构件截面的自身构造要求；4、梁分段点的选择；5、不同功能构件的挠度或位移的限值要求的不同；6、构件计算长度的取值；7、构件单元的释放；8、柱计算长度系数的计算方法（有、无侧移）；9、吊车荷载的输入；10、地震效应参数的输入；12、荷载分项系数及组合的选用；13、荷载的正确取值等。

   以PKPM和3D3S软件为例，说明刚架的设计过程

   单榀-柱高6m-跨度24m-坡度10%

   PKPM

   这里均可按软件要求的参数信息输入。主要注意的梁分段：一般情况下根据弯矩最小点设置为分段点，在未开始计算时，一般根据经验判断大致在3:4:3的位置为弯矩最小点。但这里需要注意，柱顶处楔形梁有截面高度变化率的限制，所以为了最终的计算结果的经济性指标，可以适当加大第一段的分段长度。

   荷载：一般单层板恒载按0.25，双层板按0.30考虑；

   活载，当受荷投影面积大于60平米是，活载可取为0.3，其余情况取为0.5。

  雪载，根据荷载规范中的要求取值，雪载和活载不同时作用，取二者较大值。这里需要注意的是，荷载规范给出的是基本雪压，其与雪荷载是有区别的，不可直接将雪压值代如雪荷载值。

   风载，可根据门刚中的规定取值，也可根据荷载规范取值，具体的风荷载算法可对比轻钢规范和荷载规范，进一步的理解其取值及计算方法的特点，并理解其计算思路。

   受荷宽度：指两榀刚架间距，用于计算荷载作用于刚架上的线荷载。

   面外计算长度：一般指面外支承点的间距，在轻钢中一般根据隅撑布置间距，同时配合刚性系杆等的布置，取为面外计算长度。注意：仅檩条作用是不能达到面外支承点的作用的，要靠檩条和隅撑共同作用才可以。注意：中柱或者无面板围护的柱子一般不设置墙梁结构，此刻这类柱子应与边柱区分出来，其面外计算长度需按柱实际面外支承点长度来设置，一般为柱脚至系杆的距离（柱自身长度）。

   3D3S

   注意：分段比，左梁与右梁均按从左到右分段，不要直接复制，以免出现错误。其他同PKPM。

   荷载信息同PKPM，但其面外计算长度需在其他菜单中输入，且受荷宽度等也是。

  注意中间区与边缘区的区分，主要体现在风载计算时取的风荷载体型系数的不同，边缘区要大很多。计算时，边缘区在整个结构中占的范围较小，所以一般按中间区计算。

   并且，一般山墙跨受的荷载范围仅为中间跨的一半，但实际设计时，其截面等均与中间区相同（主要是为了方便，当然也可以设计成两种刚架截面），所以在这种情况下，即便风荷载体形系数变大，一般也不影响刚架的安全性，所以很多时候不再单独计算山墙跨的刚架。（如果有需要的时候，还是要计算的）

  建模完成后，其他设置均按软件菜单流程操作

   针对PKPM，柱布置主要是设置柱截面及截面类型；梁布置设置各段梁的截面及截面类型；计算长度，这里主要为面外计算长度的输入，当设置隅撑时，按隅撑间距来输入，当无隅撑时，按刚性系杆和支撑的布置来定义面外长度（一般钢梁设置为3000，为两个檩条间距设置一道隅撑；钢柱设置为4000，主要考虑由窗门等存在时，墙梁间距可能会加大），面内计算长度主要依靠软件自行计算，一般门刚按有侧移结构计算；铰接构件主要用于定义柱脚形式为铰接还是刚接；恒载、活载主要是校正建模时输入的荷载是否准确，有误差的需要在此修正为正确值；左风右风一般均为软件根据规范计算得出，当无法得出时，用户需自行根据规范的体形系数、高度系数等计算并输入模型中；吊车荷载，根据吊车台数，轮压等求出影响线，并计算反力传递至刚架，这里需要注意的是吊车梁的重量需要用户自行以集中力的方式添加至刚架上，或者将吊车反力按一定比例放大后施加。

   针对3D3S，构件单元荷载可在显示查询中查看。

   这里可以定义构件截面、材性，构件方位（放置方式）。可以定义构件计算长度，设置支座形式等。

   荷载编辑，可以修改刚架荷载（恒载、活载、风载），另可在此输入吊车荷载、地震荷载、稳定荷载。并可设置荷载组合。

   上述设置完成后，进入参数输入阶段

   针对PKPM

  用户根据实际情况选择结构类型，选择按哪本规范执行，及设计控制参数（按规范要求设置）。

   选择构件材质，这里需要指出的是一般情况如果结构属于应力控制状态（强度、稳定控制），则选择为Q345材质；如果处于挠度、变形控制状态（梁挠度、柱顶位移控制），则选择为Q235材质。

   对比两种材质，其价格Q345略高，约300元/吨，对整体造价影响不大。Q235较Q345强度低，但其自身构造控制要求较松，所以可以把截面做高，做宽（相对比345而言），更利于控制构件变形。所以可以得出在强度稳定起控制作用的时候尽量选择Q345钢，在变形控制时尽量选择Q235钢。

   自重放大系数，因软件计算时，自行计算自重并加入恒载中，此时并没有计算节点等重量，仅仅计算了构件重量，所以此处有自重放大系数，一般取为1.2也较合理。

   门刚一般均为有侧移结构。

   净截面与毛截面比值，一般当截面无开孔等措施时，此处可以输入为1。

   有地震作用时，按规范输入各项参数。

   按实际情况及规范要求，输入分项系数值及组合系数值。

   活载计算时，有的时候需要考虑其不利布置，一般为在楼层活载时，按不利布置考虑，以获得最大应力状态。但轻钢结构活载主要出现在屋面，且一般均为满布荷载，不会出现像楼面一样的人员荷载不利分布或者设备荷载不利分布等情况。所以此处可以不考虑不利布置。

   以上均设置完毕后，可以进行结构计算，并查看计算后构件强度、稳定、变形等相对应的结果是否满足要求，同时也需查看构件自身构造要求是否满足。（超限信息查询）

   针对3D3S

   按前文方法，均设置完成后，进行内力分析

   求解出构件内力、变形及支座反力等。之后选择适用规范（轻钢规范或其他）并设置验算参数

   这里需要注意的是，当柱脚铰接时采用查表法取计算长度，刚接时取用一阶分析法。

   之后进行设计验算。

   门刚为有侧移结构。验算后显示并查询各构件的应力及变形。看其是否满足要求。当不满足时，需调整构件截面并重新计算。

  上面主要是门刚计算中，PKPM与3D3S软件的应用。一般在门刚设计中，根据安全性和经济性指标，对构件应力及挠度需要达到一定的范围才是最优化的结构设计。

   一般情况下，要求钢梁的最大（强度或稳定）应力比一般达到0.95左右，钢柱一般达到0.85左右。挠度和位移需满足规范要求。这些是常规状态下，在出现特殊情况时，也可以适当调整。

   门刚设计中，一般钢柱在无吊车，无夹层，且高度不是很高的情况下，一般采用楔形柱，柱脚采用铰接形式。其他时一般采用刚接柱脚（吊车、夹层、高度很高等）。在此，还要考虑工程整体的经济性指标，例如铰接时，柱构件相对于刚接时截面较大，但其土建基础很小；当刚接时，柱构件用钢量可以变小，但是土建要配一个很大的基础来承担柱脚弯矩作用。所以此处需综合考虑，不可仅仅以钢结构部分的用钢量来衡量经济性。

   钢梁，一般分为三段，檐口及屋脊处一般设置为楔形梁，中间段一般为等截面H形钢梁。檐口处与柱连接，传递弯矩作用，所以梁设置成楔形是合理的。中间段的梁承受弯矩，但相对于梁端来说，弯矩较小，且弯矩出现在跨中左右的位置，所以设置成等截面梁较为合理。中间段梁楔形大头位于屋脊处，这样的截面有利于减少刚架的屋脊处的挠度，也有利于承担跨中弯矩。

   因为门刚基本固定于上述所说的截面设置规则。在设计过程中，要考虑钢梁运输的因素，可以根据适当的运输长度加以分段。例如屋脊处两段梁可以做成一个整体，这样即减少了节点数量又能使安装方便，且是在满足运输长度要求的前提下；还有中柱顶的两端钢梁也可以做成一根。

   另因钢梁分段，所以各段可根据自身的受力情况设置截面，包括截面宽度，板材厚度等，不过截面高度需相互协调。并且这里针对截面宽度也最好做成相同（不等宽也可以），这样结构美观大方且截面过渡均匀。

   结构构件计算完成后，利用PKPM和3D3S均可进行结构后处理，即计算节点等。这里需要正确选择参数来进行计算。并需对节点有一定的归并整理能力，以简化采购时的板材或零件的种类。设计是一个工程项目实施阶段的领头工作段，所以多为后期各工序考虑，也是一个高质量施工图设计的判别因素。