基于PKPM中STS模塊的門式剛架內力分析

2010-08-13 06:30:48田興運

水利與建筑工程學報 2010年6期

李森,田興運

(西北農林科技大學水利與建筑工程學院,陜西楊凌712100)

0 前言

PKPM中STS模塊是中國建筑科學研究院開發的集平面空間于一體的功能強大的以鋼結構計算為主導的建筑軟件,是目前國內應用最廣泛,被絕大多數設計院所認可的鋼結構計算程序[1～3]。在畢業設計過程中,通過應用STS進行門式剛架設計,發現極大地提高了效率,因此熟練地掌握STS,對于從事鋼結構設計的人來說是非常必要的。以下結合畢業設計,就PKPM中STS模塊如何進行門式剛架內力分析展開論述。

1 設計條件

1.1 設計資料

該工程為寬18 m、長36 m的雙坡單跨門式剛架廠房,標準柱距6 m,屋面坡度10%,檐口高度7.2 m,柱底標高-0.20 m,每跨設1臺吊車,墻面1.2 m以下為磚墻,屋脊標高為8.1 m,屋面檁條以及墻梁采用冷彎C型鋼,柱間設兩道橫向水平支撐。

1.2 設計參數[4,5]

地面粗糙度:B類

結構重要系數:γ0=1.0

基本風壓:ω0=0.35 kN/m2

基本雪壓:ζ0=0.3 kN/m2

屋面活載:

設計檁條q=0.5 kN/m2

設計剛架q=0.3 kN/m2

屋面恒載:g=4.02 kN/m2

屋面板:角馳Ⅲ型單層彩鋼板

墻面板:820型雙層彩鋼板

吊車荷載:每跨均為1臺A5級5 t橋式吊車

吊車參數如表1所示。

表1 吊車參數

2 模型的建立

2.1 兩種建模方式

(1)快速建模;

(2)普通建模。

本設計采用快速建模。

點擊桌面PKPM快捷方式,點選鋼結構模塊,進入STS門式剛架二維設計程序主界面,如圖1所示。

點擊圖1中的【快捷建模】下拉菜單,如圖 2所示。在彈出的下拉菜單中選擇【門式剛架】,進入門式剛架快速建模截面,輸入跨的信息,如圖3所示。

圖1 門式剛架二維設計程序主界面

圖2 快速建模下拉菜單

圖3 門式剛架快速建模界面

2.2 構件截面定義及布置

2.2.1 柱定義及布置

在進行柱布置之前,首先要進行柱截面定義,依次點取【柱布置】→【截面定義】,進入截面定義對話框,如圖4所示。

圖4 柱截面定義對話框

對于新建項目,點選【增加】,從系統截面庫里選擇截面類型,輸入尺寸,如圖5和圖6所示。定義好截面以后,進行柱的布置:選擇定義好的截面,點擊圖6中的【確定】按鈕,進入柱布置截面,輸入柱對軸線的偏心和柱截面的布置方式,如圖6、圖7所示①對于邊柱,如果柱的中心線和軸線不在同一條線上,需輸入偏心距,左偏為正,右偏為負。。

圖5 柱截面類型

圖6 柱截面參數對話框

參數解釋:

材料:選擇5—鋼

軸壓對Y軸截面分類:b類[2]

圖7 柱對軸線的偏心及柱截面布置角度輸入

2.2.2 梁定義及布置

步驟同柱的定義及布置,參考2.2.1中關于柱的定義及布置,此處不再贅述。柱截面尺寸為:H450×200×8×12(單位:mm)。

2.2.3 梁柱計算長度定義

2.2.3.1 梁平面內的計算長度

梁平面內的計算長度理論上應該取彎矩包絡圖兩反彎點之間的距離,STS考慮的計算長度是梁在兩柱之間的斜線長度,根據彎矩包絡圖可以看出這個值比反彎點之間的距離要長,所以STS是偏安全計算的。在確定梁平面內的計算長度時,在STS平面分析程序中,平面內計算長度的系數默認為-1,表示由程序自動確定計算長度系數[3]。本工程為單跨剛架,故采用系數-1。

2.2.3.2 梁平面外的計算長度

門式剛架結構中梁構件平面外的計算長度為其有效側向支撐點間的距離,其主要依據是支撐點處一般為平面外失穩波形的反彎點,屋面檁條連接于梁的上翼緣,而梁的上、下翼緣都可能因為受壓而產生側向失穩。當梁截面高度不是很大,跨度較小時,可認為隅撐可以起到下翼緣平面外側向支撐的作用,以3 m作為平面外計算長度來計算屋面梁的平面外穩定[3]。

2.2.3.3 柱平面內的計算長度

對于鋼柱,程度可以根據梁柱線剛度比自動計算柱子的計算長度系數。

2.2.3.4 柱平面外的計算長度

對于單層吊車廠房柱,牛腿標高以下柱的長度作為下段柱的計算長度,牛腿標高到柱頂標高之間的距離作為上段柱的計算長度[3]。

2.2.4 設置梁柱接點

本工程所有節點均為剛接,所以不用設置鉸接點,程序默認情況下,所有節點均為剛接,所以在此不用修改,默認即可。

2.2.5 恒載輸入

程序提供3種恒載輸入方式:節點荷載、柱間恒載、梁間恒載,如圖8、圖9和圖10所示。

屋面恒載轉化為線性荷載形式按照梁間恒載輸入,本工程屋面恒載g=4.02 kN/m2,轉化為線荷載g1=4.02×6=24.12 kN/m,在圖10中輸入,然后通過窗選方式選擇所有梁單元。

圖8 輸入節點荷載

圖9 柱間恒載輸入

圖10 梁間恒載輸入

下面定義柱間恒載,作用在柱子上的恒載只有吊車梁的自重,故按節點恒載輸入,如圖8所示。該情況下只需考慮節點彎矩和節點豎向力,通過計算:M=6.2 kN?m①注意輸入彎矩時以順時針為正,選擇節點需在布置模式或窗口模式下進行。,V=8.2 kN。

2.2.6 活載輸入

屋面活載取0.3 kN/m,按梁間活載方式輸入,操作方法同恒載輸入,此處不再贅述。

2.2.7 左風輸入

程序提供4種左風荷載輸入方式:節點左風、柱間左風、梁間左風及自動布置。一般對于不規則結構,采用人工干預方法,對于規則對稱的門式剛架結構,最有效的是采取自動布置[3]。本工程采用自動布置,如圖11所示。各數據輸入后點擊【確定】,完成左風荷載的自動布置。

圖11 左風自動輸入與修改對話框

參數:地面粗糙度取B類[4];

基本風壓取0.35 kN/m[4];

調整系數取1.05[5]。

2.2.8 右風輸入

方法同左風荷載布置,如圖12所示。

圖12 右風自動輸入與修改對話框

2.2.9 吊車荷載輸入

點擊【吊車荷載】(圖1),彈出如圖13所示的界面。點擊【吊車數據】進行吊車荷載定義,彈出吊車荷載定義截面,如圖14所示。點擊【增加】,程序彈出如圖15所示的界面。點擊按鈕,進入吊車荷載輸入向導如圖16所示。點擊【第一臺吊車序號1】,彈出吊車數據輸入對話框,如圖17所示。將甲方提供的吊車數據或從吊車庫中選擇的已有吊車數據輸入到各欄內,然后點擊【增加】,再點擊【確定】,返回圖 16所示界面,點擊【計算】得到吊車荷載計算結果,點擊【直接導入】,返回到圖15,剛才計算得到的吊車荷載自動導入到表格中,點擊【確定】,彈出如圖14所示界面,點擊【存入用戶吊車庫】,將定義吊車荷載存入吊車庫。

2.2.10 鋼結構參數輸入

點擊【參數輸入】(圖1),進入【鋼結構參數輸入與修改】界面。

點選【結構類型參數】,輸入各參數,如圖18所示。

點選【總信息參數】,輸入各參數,如圖19所示。