门式钢结构优化设计方法及步骤

轻型门架钢结构具有造价低、重量轻、安装方便、施工周期短等优点，因此近几年来发展较快，在工业厂房中已得到了较广泛的应用。但是在实际工程设计中，由于钢结构杆件特别是门架钢结构变截面尺寸需要经过多次试算才能确定，加之目前设计人员对这种结构的设计经验还不丰富，因此设计效率不高，杆件截面尺寸的选择也不尽合理， 容易造成整体结构各杆件应力不均，不仅经济指标不够理想，而且整体结构的安全度也不高，甚至一些工程会出现个别杆件应力过大，超过材料的设计强度。 即使考虑钢结构材料塑变后的应力重分布，但仍有可能使整体结构存在某些安全隐患。

优化目标 在进行门架钢结构设计时，应在确保结构安全的前提下，使结构的用钢量最省、造价最低。这也就是我们采用优化设计方法的优化目标。而在实用设计中，门架钢结构的用钢量和造价又是由结构杆件的截面尺寸决定,的。因此,我们的优化目标可以直接简化为如何选择经济合理的截面尺寸，使其在满足强度、刚度、稳定性等要求的前提下，截面面积最小。

优化方法 与网架钢结构的优化方法相似，门架钢结构的优化方法也采用渐近满应力法，即门架钢结构杆件通过多次计算分析选择修改其截面尺寸，使其达到或尽量接近满应力状态，直到门架钢结构的全部杆件的截面尺寸不需修改为止，使门架钢结构的用钢量最小，以达到造价最低的优化目标。构件截面尺寸的修改，也就是截面尺寸的优化，其方法是选取的截面尺寸力求其在平面、出平面两个方向的截面抗弯抵抗力矩最大，而其截面面积最小，即在外荷载作用下，截面尺寸的选择既要能满足强度、稳定验算中构件材料的设计强度要求，又要使材料用量最省。具体优化方法这里从略。

门架钢结构优化分析步骤 根据采用的优化方法和约束条件，门架钢结构的优化分析步骤如下：
第一步：确定门架结构构件的初定截面尺寸，一般则软件根据门架结构的跨确定，也可由设计人员确定；
第二步：采用变截面杆件有限元进行各种工况下的门架结 构力学分析、荷载组合，强度及稳定验算；
第三步：根据实际荷载效应，各种约束条件，采用满应力 截面优化方法重新优化选择门架结构各杆件截面尺寸；
以上第二步、第三步可反复循环进行，每循环一次即完成优化选择，直到所选截面尺寸与上一次截面尺寸完全一致为止。
第四步：验算门架结构梁、柱各点的变形及满足有关规范的要求，如不满足则按一定的比例参数参照截面 满应力优化方法优化调整截面尺寸，再重复第二、三步循环优化，直到门架钢结构所有构件的各点 变形满足规定要求为止。

实现截面尺寸满应力优化，其循环次数较多，一般在10次以上方可收敛，而实现门架刚度满足变形要求的截面尺寸优化次数较少，一般1-3次即可满足要求。