夜雨聆风
钢结构设计必看!3D3S软件操作指南(三)
第二章 厂房钢结构
2.1 刚架建模
2.1.1 生成轴网
点击【轴网】菜单，弹出轴线生成对话框，可输入标准轴线和非标准轴线，确定后屏幕显示生成的横轴线，供后面的刚架布置用。
✒️设计建议：
门刚常规情况下均可以按二维结构进行平面计算分析，故应尽量使柱距（即横向轴网间距）一致，避免各榀受力差异过大。
2.1.2 生成模板
点击【模板生成】菜单，弹出对话框，进行信息输入。
2.1.2.1 数据说明
【增加模板】：增加不同类型的刚架；
【删除模板】：删除在列表框中的刚架；
【增加单跨】：在当前刚架内增加单跨；
【删除单跨】：在当前刚架内删除单跨；
【跨形式】：一榀刚架内每跨的形式，其中双坡为形式一，单坡为形式二。任意门式刚架，除两端出现悬挑段外，都可以由形式一或二组合而成；
【跨度】：模型轴线间的水平距离；
➡规范索引
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》第5.2.2条
5.2.2 门式刚架的单跨跨度宜为12m~48m。当有根据时，可采用更大跨度。当边柱宽度不等时，其外侧应对齐。门式刚架的间距，即柱网轴线在纵向的距离宜为6m~9m，挑檐长度可根据使用要求确定，宜为0.5m~1.2m，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。
【左柱高】：左侧边檐口标高；
【右柱高】：右侧边檐口标高；
【左梁坡度】：指坡度值，如1/3输入0.33333；
➡规范索引
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》第5.2.3条
5.2.3 门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜取1/8~1/20，在雨水较多的地区宜取其中的较大值。
【右梁坡度】：同左梁坡度，但默认为与左梁反坡；
【牛腿标高】：该跨内有吊车时输入，具体为牛腿顶面的标高，无吊车输0；对软件来讲，输入牛腿标高唯一的作用就是在相应的柱单元上自动出现断点，只有在输入了吊车荷载后软件才能真正的进行吊车荷载的计算；
【屋面左梁各段投影长度比】：输入每段段长与整个左梁的长度比，也可以输入各段水平长度值。如左梁不分段，不输任何值；左梁跨度18m，输入0.25，0.5，0.25及4.5，9，4.5是等效的；
【屋面右梁分段后段长比】：同屋面左梁分段比，右梁分段长按从右至左输入的，如果结构是对称的，则左右分段比完全一样。
✒️设计建议：
单跨门刚常用的跨度有15m、18m、21m、24m、27m、30m、36m，超过36m时，建议采用多跨门刚，比较经济的跨度为21~27m。
对于单跨门刚，一侧门刚梁的分段原则及梁、柱是否采用变截面，可参考最新图集《23G518-1》以及运输要求确定，即：
（1）L≤15m时，刚架梁可不分段，刚架梁和刚架柱可均采用等截面；
（2）15m＜L≤24m时，刚架梁可不分段，刚架梁采用等截面，刚架柱采用变截面；
（3）24m＜L≤30m时，刚架梁可分为两段，分段点位置可按3：1~4：1的比例确定，刚架梁采用变截面，刚架柱采用变截面；
（4）L＞30m时，刚架梁可分为三段，分段点位置可按1：3：1~1：4：1的比例确定，刚架梁采用变截面，刚架柱采用变截面；
（5）刚架梁分段点位置尽量靠近内力较小处（如反弯点附近），同时需避开抗风柱、檩托等位置；
（6）考虑到运输因素，每段刚架梁的长度宜控制在12m以内。
2.1.2.2 双坡多跨刚架快捷生成
点击【双坡多跨刚架快捷生成】菜单，弹出对话框，进行信息输入。
【刚架形式】：分双坡两跨、双坡三跨、双坡四跨；
【选择左右坡是否对称】：对称则只需要填左柱高、左坡坡度、以及左梁分段比，这些参数具体意义详见前面模板生成对话框介绍。
2.1.2.3 夹层信息
【夹层标高】：夹层标高为夹层梁顶的标高；
【夹层柱间距】：根据选择的夹层形式，根据图示尺寸输入夹层柱间距尺寸，夹层柱间距用英文的“逗号”或“空格”间隔。
✒️设计建议：
对于带局部夹层的门刚，除了进行二维平面计算外，一般尚需根据局部夹层的布置、范围等判断是否需要进行三维计算，可将二维和三维的计算结果进行相互核对。
2.1.2.4 天窗参数
输入天窗半跨度L1，高度H1，则软件自动在该位置断开并添加荷载，点击确定修改参数。
2.1.2.5 悬挑参数
选择左悬挑或者由悬挑，然后选择悬挑形式，输入悬挑长度，如果和梁坡度一致，则直接勾选按梁坡度，坡度输负值表示向上悬挑。点击确定完成参数设置。
➡规范索引
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》第5.2.2条
5.2.2 挑檐长度可根据使用要求确定，宜为0.5m~1.2m，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。
2.1.2.6 抗风柱参数
当进行端榀刚架设计时，需进行抗风柱布置。
输入抗风柱间距，然后输入抗风柱平面外偏心值，偏心值以向外侧为正。若抗风柱承受竖向力，则勾选下方【抗风柱承受刚架传来的竖向力】。
✒️设计建议：
端榀刚架需设置抗风柱传递山墙面的风荷载，当考虑抗风柱承受刚架传来的竖向力时，屋面材料需能够适应较大变形，此时抗风柱顶与刚架梁为铰接连接，当不考虑抗风柱承受刚架传来的竖向力时，此时抗风柱顶与刚架梁应采用能够竖向滑动的连接方式（如螺栓连接采用竖向长圆孔）。
2.1.2.7 女儿墙参数
女儿墙参数选择是否左右对称，输入左右女儿墙柱高度，点击确定完成女儿墙柱的参数设置。
✒️设计建议：
当设置女儿墙时，需注意后续输入屋面雪荷载时，需考虑靠近女儿墙处雪荷载的堆积分布。
2.1.2.8 荷载与设计信息
✒️设计建议：
以上界面中，相关参数设置可参考以下建议：
（1）屋面恒载取值：主要包括压型钢板、保温、檩条、拉条、系杆、吊挂等自重，需要根据建筑面层做法等进行估算，一般不小于0.2kN/m2；
（2）屋面活荷载取值：根据《门规》第4.1.3条，对承受荷载水平投影面积大于60m2的刚架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3kN/m2。但是根据《工通规》第4.2.8条，可以确定不上人屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，且《工通规》并无屋面活荷载可以折减的相关条文，故进行刚架设计时，建议无论刚架承受荷载水平投影面积是否大于60m2，屋面活荷载均按0.5kN/m2输入，不考虑折减。
（3）系数β取值：根据《门规》第4.2.1要求，计算主刚架时，此系数不应小于1.1，根据《工通规》第4.6.5条第1款要求，计算主刚架时，风荷载放大系数不应小于1.2，故系数β的取值目前存在一定的争议，建议设计时按1.1×1.2=1.32取值。
（4）屋面梁平面外计算长度取值有三种方式：
①将隅撑作为钢梁的面外支撑点计算：可根据《门规》第7.1.6条第7款，计算出有隅撑支撑的梁的弹性屈曲临界弯矩Mcr，再将此值回代到《门规》第7.1.4条第2款，反算出梁的面外计算长度。此时，隅撑设置需满足《门规》第7.1.6条第4款的构造要求；
②将屋面水平刚性系杆作为钢梁的面外支撑点计算：刚性系杆的间距即为钢梁平面外计算长度；
③取上述①和②的较小值（包络设计）。
➡规范索引
①《工程结构通用规范》第4.6.5条
4.6.5 当采用风荷载放大系数的方法考虑风荷载脉动的增大效应时，风荷载放大系数应按下列规定采用：
1 主要受力结构的风荷载放大系数应根据地形特征、脉动风特性、结构周期、阻尼比等因素确定，其值不应小于1.2；
2 围护结构的风荷载放大系数应根据地形特征、脉动风特性和流场特征等因素确定，且不应小于，其中为风压高度变化系数。
②《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》第7.1.6条条文说明
7.1.6 屋面斜梁的平面外计算长度取两倍檩距，似乎已成了一个默认的选项，有设计人员因此而认为隅撑可以间隔布置，这是不对的。本条特别强调隅撑不能作为梁的固定的侧向支撑，不能充分地给梁提供侧向支撑，而仅仅是弹性支座。根据理论分析，隅撑支撑的梁的计算长度不小于2倍隅撑间距，梁下翼缘面积越大，则隅撑的支撑作用相对越弱，计算长度就越大。
按【单榀设计】按钮，弹出单榀信息对话框，输入榀间距和分区类型，直接进入单榀刚架设计的有限元模型。
2.1.3 布置刚架
点击“刚架布置”按钮，点击模板序号列表选择一种模板，点击“布置…”按钮，选择该类型的刚架所在的横轴线（可一次选择多个轴线，如果各刚架的模板类型相同则选择全部横轴线），直到全部轴线上均有刚架为止，点击“关闭”按钮，软件自动进行刚架分类，完成后屏幕按颜色显示分类完成后的各榀刚架，同一类刚架颜色相同。
在对话框中点击“查询…”按钮，选择需查询的一榀刚架，该刚架在模板中的序号在列表框中以深色条表示。
2.1.4 自动分类
按“刚架分类”菜单，软件提示刚架类型可能要变化，点“是”按钮进行自动分类。软件根据各榀刚架的有限元模型进行自动分类，分类的原则是按照节点、单元信息及其上的荷载进行的。由于分类时需要对工程目录下的文件进行拷贝及删除等操作，所以该命令不可“Undo”和“Redo”。
2.1.5 编辑
按“改变刚架类型”菜单，选择刚架改变其类型号。同一类型号的刚架只保存一组数据。
✒️设计建议：
改变刚架类型的时候要考虑荷载的情况，比如边榀的刚架荷载较小，改类型的时候，可以把边榀的类型改成和中间榀一样，但是不能把中间榀的刚架类型改成和边榀一样，如果把中间榀的刚架类型改成和边榀一样，那整个模型的荷载就会偏小。
2.2 刚架设计
2.2.1 单榀设计
点击“单榀设计”，在同一类型刚架中任选一榀刚架，进入二维设计界面。
注意：在完成了一榀刚架的设计后，按“返回三维模型”菜单，主界面上会再次出现刚架空间分布图，用户可以选择另外一榀重新进行设计工作。
如果用户在单榀设计过程中对一榀刚架进行了编辑，比如通过绘制构件增加了一根中柱，那么在重新回到三维模型菜单后，新增的那根构件也会出现在刚架空间分布图中，轴线标注更新。
✒️设计建议：
门式刚架进行风荷载计算时，分为端区和中间区，风荷载体型系数不同，故设计时，宜分别计算中间区刚架、端区刚架及端榀刚架，根据实际情况，可进行归并。
2.2.2.1 结构建模
基本命令可参见“基本分析”章节，需要注意的有以下几点：
（1）方位
定义楔形方位的快捷方法直接选择梁方位和柱方位定义。点击高级，跳出如下对话框。
软件已经自动完成了现成单元的方位定义，除非新增杆件，一般不需要修改。定义方位具体见基本模块菜单。
（2）偏心
输入偏心距离，梁向下偏心柱向右偏心为正，负值表示反方向，选择要定义的梁柱直接进行定义。点击高级按钮跳出如下对话框：
双击定义新的偏心，当然前面快捷定义的偏心也在偏心库中显示。
在出现不等截面的上下柱的情况下，为保证上下柱外边缘平齐，需要定义柱的偏心；定义完偏心可以通过显示截面进行观察是否定义的正确。
（3）修改支座
门刚支座类别分为无约束、固定支座、竖向约束水平自由、水平约束竖向自由、竖向水平都约束五类支座。
其中各个方向的平动转动可以是固定约束，也可以是弹性约束，对于抽柱门刚，软件可以通过导入托梁支座刚度按钮计算并导入支座刚度。
➡规范索引
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》第5.1.4条
5.1.4 门式刚架的柱脚宜按铰接支承设计。当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时，可将柱脚设计成刚接。
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