底部框架顶层门刚的建模及计算总结

底部框架顶层门刚结构的建模及计算总结

（本文以PKPM为例，使用其他软件应自行解决相关问题，本文只做一个启发。）

建模方法：建议使用“门式刚架三维设计”建模，模型中建立各个刚架立面，下部框架可按夹层或直接绘制网格线建立。立面建完之后，将系杆建入（纵向框架梁可以按系杆输入），纵向的次梁不建。屋面水平支撑、柱间支撑可在此建模。

设计方法：三维建模完成后，加载荷载并计算，按设计结果调整截面至合适的截面。每一个立面都要进行设计，直到所有立面都完成。参数设置里面，设计规范应选择《钢结构规范》，结构类型可以选“门式刚架轻型房屋钢结构”（如果只有局部夹层的话）或者“多层钢结构厂房”（如果层数较多的话）。屋面梁建议设置为按门规验算并按压弯构件复核。

（题外话：关于规范和结构类型的选择，和结构本身的特点以及抗震均有关系，不能简单地认为按上面的说法设置一定是正确的，需要更加深入的探讨。）

框架补充建模：转到框架的“三维模型与荷载输入”，仍进入刚才的模型目录，可以看到程序自动生成了各个标准层，顶层的坡屋面也自动设置了“上节点高”。这也是我建议先使用门式刚架建模的原因，这样可以方便的生成顶层的斜梁及变截面梁。

（注：1、保留原模型，复制一个目录来进行以下步骤。2、使用其他的设计软件，可能更容易建立空间模型。总之大家可以适当选择设计软件和建模方法，不可拘泥于此。）

在这里，需要补充布置框架部分的纵向钢梁，以及尚未布置的支撑等必要构件。最后生成楼板和布置荷载。楼板和屋面板可按实际需要设置弹性板或刚性板。一般来说，我们不考虑楼板对钢梁的作用，建议不考虑面外刚度，可以选择刚性板或弹性膜。如果要考虑楼板对钢梁的作用，使用“钢与混凝土组合梁”会比较好。屋面板一般是使用彩色压型钢板，结构计算时，不考虑板的刚度。因此可以输入0厚度板来导荷载，同时不会对构件提供额外的刚度。但是这样做有个问题，顶层刚度相对于下部框架要小很多，振型及平动或扭转计算结果会比较糟糕，个人认为可以将屋面板设置为较小的厚度，比如10厚，有限地考虑屋面板的面内

刚度作用，结果会比较好。当然这样得到的计算结果和门式刚架模块的结果差异较大。

结构上布置的荷载，应该和门式刚架模块里设置的荷载相当。否则计算结果不具有可对比性。压型钢板楼盖，一般按单向板考虑，应设置导荷载方式为单向。

计算分析：补充建模完成后，使用SATWE分析即可（使用PMSAP也是可以的），各个参数的设置就不多说了，详见相关的资料。关键的几点：顶层的钢梁钢柱应设置为“门式钢梁”或“门式钢柱”，系杆设置为“两端铰接”。梁柱的刚接或铰接，也应该和门式刚架模块的设置相一致。坡屋面需要设置特殊风荷载。

使用SATWE分析后，下部框架模型应按设计结果，进行调整。一般问题可能集中在框架柱沿纵向的方向，因为之前的门刚设计时，是不考虑框架在纵向作用力下的反应。钢梁的设计结果，应该和门式刚架模块的结果相一致的，如果相差太大，应检查模型和荷载。

顶层门刚的分析结果，两个模块差异是比较大的，原因除了上文的原因，还在于门规和钢规对屋面斜梁的计算方式略有不同，而且SATWE计算时会将变截面梁简化为截面相当的等截面梁。顶层的设计，笔者建议仍然按照门式刚架模块的设计结果，比较准确。当然，应该在门刚模块中将下部框架按SATWE验算的结果重新修改后再计算、出图。

（注：这就是前面保留原门刚模型的作用，可以用来完成顶层门刚的设计。）

下面总结几个问题。

一、既然顶层的结果不准确，是否可以不建入模型中？

答：否。因为需要使用顶层结构对下部框架提供准确的结构刚度和荷载。如果不建，刚度不准确，且荷载设置麻烦（需要输入结构自重、恒荷载、屋面活荷载、雪荷载、风荷载等）。

二、有的资料中，在使用SATWE计算时，有修改顶层钢柱计算长度系数的步

骤，是否有必要？

答：可以不修改，毕竟顶层的结果对我们来说并不重要。而且据笔者已有的设计结果，在门刚平面内，柱的计算长度系数，在两个模块中相差并不大。在平面外，门刚模块默认为1.0，框架模块则按纵向刚度计算，实际上更加准确。如果认为需要修改，有的资料中是将顶层门刚放置到地面后计算柱的计算长度系数，但笔者建议直接按门刚三维模型里面的结果填入即可，因为底部框架的刚度，达不到地面的无限大刚度，对计算结果有一定影响。

（注：问题二中所说的“有的资料”指的是：PKPM CAD 工程部的朱伟、马恩成所著《框架上门式刚架结构整体设计》一文。另有类似的文章，皆可作为参考。）

三、水平支撑、柱间支撑的作用？是否可以不建？

答：在门式刚架中，支撑的作用是维持结构刚度，以及传递各种纵向作用力。笔者观点：框架部分的支撑，是需要建模的；门刚部分的支撑，能建模是最好的，它对结构的刚度有一定的贡献，不建模也是允许的。按照门式刚架轻型房屋的相关理论，门式刚架的整体刚度，主要由屋面板及墙板提供，支撑的主要作用还是体现在传递作用力方面。而顶层结构的计算结果，我们是不需要的，如果没有建立支撑构件，影响也不会太大（这里建议设计人员自行对比，可以有个更直观结论）。当然，实际工程中还是必须按照相关规定设置水平支撑和柱间支撑的。

以上简单总结了此类结构的设计方法，因笔者做此类结构数量有限，经验尚不丰富。对此类结构有心得的，可以和大家一起探讨。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/d2dh.html