在轻型房屋钢结构体系中,门式刚架结构在施工周期、结构适用性上与传统建筑产品相比,具备明显的优势。同时,因其节省钢材而被广泛使用,已成为轻型化结构的主要形式,其中尤以变截面门式刚架应用最广。但是不合理的建筑尺寸往往会导致结构用钢量的增加,所以结构的合理轻型化对该类建筑结构系统有着重要的意义。 本文系统地论述了轻型钢结构的特点,详细的介绍了门式刚架轻型钢结构的优化设计方法。借助ANSYS有限元软件,APDL参数化编程进行了门式刚架结构优化设计,以用钢量最少为目标函数,同时满足各构件规范要求的整体稳定、局部稳定、强度、刚度及截面几何尺寸等各个约束条件,对结构的截面尺寸进行优化计算分析,得出了结构优化次数、优化方法、结构用钢量及截面尺寸的关系,并比较优化所得结果与一般设计结果,使各杆件的承载能力得以充分发挥,以此来达到结构最轻的目的,并根据分析结果提出了合理优化设计的建议。 根据精确有限元理论,提出了刚架优化设计全面的设计变量—以变截面刚架梁柱的腹板高、厚及翼缘宽、厚,以及刚架的坡度、柱高、跨度、柱距共14设计变量,利用自编的结构优化程序portal opt.对刚架进行了优化设计;讨论了门式刚架在永久荷载、可变荷载不同工况组合效应下的受力情况,对不同坡度、柱高、跨度及不同柱距的门式刚架结构进行优化分析,选出变形和用钢量两个指标都较好的结构形式,从而进行了结构型式的优选,得出各设计参数间的关系,并根据大量计算数据推出了用钢量的回归公式,为类似工程应用提供依据和参考。