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摘要：通过试验研究与计算分析的比较，指出刚架的实际内力和变形与计算值间的差异，提出观念及设计建议。
关键词：结构分析，铰接柱脚，静力试验研究，软件计算，安全空间
1．概 述
目前施行的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》2002版在某些方面不够完善，对刚架的节点连接只分析了刚接和铰接两种，未具体考虑梁柱节点半刚接的状况及蒙皮效应等其他因素的作用，导致刚架的计算分析与实际值不太一致，有必要对这个问题进行研究。
2．轻型门式刚架的体系介绍
轻钢结构主要是指以轻型冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、薄钢板和薄壁钢管及轻型热轧型钢为主要受力构件的低层和多层建筑，门式刚架属于轻型钢结构的一种类型，以门式刚架为承重结构，轻型檩条屋盖和墙梁墙面板为围护结构，以及相应的支撑系统所组成的结构体系。我国《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002以概率理论为基础，用分项系数表达式进行计算。它的承重构件按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计，前者确保安全可靠，后者保证美观适用。一般而言，设计师应首先选择截面，使结构满足承载能力极限状态的要求，然后校核其是否满足正常使用极限状态。
门式刚架中受压板件的最大宽厚比，不得大于现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018规定的宽厚比限值；用于檩条和墙梁的冷弯薄壁型钢，其壁厚不小于1.5mm；在钢结构的其他受力构件及其连接中，不应采用厚度小于4mm的钢板及角钢。
3.试验介绍
为模拟结构受力后的真实应力及变形，本试验以实际
厂房结构的缩尺比例模型进行试件设计。将跨度为9m的
两榀刚架通过支撑和刚性系杆联系成一个整体，刚架之间
柱距为2m，钢材选用Q235B,试验布置如右图所示。本试
验中施加的荷载为设计荷载，竖向荷载分两种工况按比例
加载，风荷载采用千斤顶施加水平集中力进行模拟，使刚
架在弹性范围内工作。每榀刚架在构件翼缘和腹板处布置
相應的应变片和位移计，用来测量该点处的应力及位移。
3.1竖向对称荷载下试验数据分析
在每榀刚架的五个加载点分9级进行加载，刚架在弹性工作范围内发生应力和变形。取二榀刚架平均值得到节点应力和合位移，如下表所示。
3.2 竖向与水平同时加载下试验数据分析
采用千斤顶对每榀刚架施加水平设计荷载2.576kN，竖向荷载分11步施加，取两榀的平均值得到刚架节点应力和合位移如下表所示。
4. 竖向荷载下的理论计算与试验比较
按照柱脚与基础的连接方式不同，可以按照柱脚铰接和柱脚固结两种类型进行分析。门式刚架的加载步骤及位置与第四章实验相同，分别使用有限元分析软件MIDAS/Gen和门式刚架通用设计软件STS对竖向荷载下的刚架进行计算分析，得出应力与位移值与试验测量值比较如下：
5. 竖向与水平同时加载下理论计算与试验比较
门式刚架的加载步骤及位置与实验相同，计算同4节，理论分析与试验测量值比较如下图所示：
6.结语
通过上述比较，可以得出下列结论：
1. 对称荷载作用下的试验结果与工程软件计算基本均呈对称状态，刚架梁柱的截面应力位移均随着荷载增大而对称增加。承受不对称荷载作用的左右两侧的刚架应力和位移明显不对称布置，除了直接承受水平荷载作用的左柱（节点四）位移外，其他节点的应力和位移都随竖向荷载的增加而增大，但增加的幅度及安全余量不对称，且受水平荷载的大小和作用位置影响；
2. 所有工况的荷载作用下工程软件计算的刚架位移均大于试验测量值，刚架的变形设计处于偏安全状态，故不必将正常使用极限状态作为设计的控制因素。本实验中刚架的柱脚通过两个螺栓与底座相连，符合当前门钢规范所定义的铰接柱脚节点，但是刚架的变形试验值较接近固结柱脚，说明该刚架能抵抗柱脚一定程度的变形，不应假设成完全的铰接连接。
参考文献
[1] 中国工程建设标准化协会.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102:2002.北京,中国计划出版社
[2]中华人民共和国建设部.建筑结构荷载规范 GB 50009-2001,中国建筑工业出版社，2002年
[3] 张其林.轻型门式刚架，山东科学技术出版社，2004年5月
[4] 沈祖炎.冷弯薄壁型钢檩条与强梁的设计，建筑结构，1998年8月
[5] 陈绍藩.钢结构，中国建筑工业出版社，2003年7月
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：结构分析，铰接柱脚，静力试验研究，软件计算，安全空间
1．概 述
目前施行的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》2002版在某些方面不够完善，对刚架的节点连接只分析了刚接和铰接两种，未具体考虑梁柱节点半刚接的状况及蒙皮效应等其他因素的作用，导致刚架的计算分析与实际值不太一致，有必要对这个问题进行研究。
2．轻型门式刚架的体系介绍
轻钢结构主要是指以轻型冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、薄钢板和薄壁钢管及轻型热轧型钢为主要受力构件的低层和多层建筑，门式刚架属于轻型钢结构的一种类型，以门式刚架为承重结构，轻型檩条屋盖和墙梁墙面板为围护结构，以及相应的支撑系统所组成的结构体系。我国《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002以概率理论为基础，用分项系数表达式进行计算。它的承重构件按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计，前者确保安全可靠，后者保证美观适用。一般而言，设计师应首先选择截面，使结构满足承载能力极限状态的要求，然后校核其是否满足正常使用极限状态。
门式刚架中受压板件的最大宽厚比，不得大于现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018规定的宽厚比限值；用于檩条和墙梁的冷弯薄壁型钢，其壁厚不小于1.5mm；在钢结构的其他受力构件及其连接中，不应采用厚度小于4mm的钢板及角钢。
3.试验介绍
为模拟结构受力后的真实应力及变形，本试验以实际
厂房结构的缩尺比例模型进行试件设计。将跨度为9m的
两榀刚架通过支撑和刚性系杆联系成一个整体，刚架之间
柱距为2m，钢材选用Q235B,试验布置如右图所示。本试
验中施加的荷载为设计荷载，竖向荷载分两种工况按比例
加载，风荷载采用千斤顶施加水平集中力进行模拟，使刚
架在弹性范围内工作。每榀刚架在构件翼缘和腹板处布置
相應的应变片和位移计，用来测量该点处的应力及位移。
3.1竖向对称荷载下试验数据分析
在每榀刚架的五个加载点分9级进行加载，刚架在弹性工作范围内发生应力和变形。取二榀刚架平均值得到节点应力和合位移，如下表所示。
3.2 竖向与水平同时加载下试验数据分析
采用千斤顶对每榀刚架施加水平设计荷载2.576kN，竖向荷载分11步施加，取两榀的平均值得到刚架节点应力和合位移如下表所示。
4. 竖向荷载下的理论计算与试验比较
按照柱脚与基础的连接方式不同，可以按照柱脚铰接和柱脚固结两种类型进行分析。门式刚架的加载步骤及位置与第四章实验相同，分别使用有限元分析软件MIDAS/Gen和门式刚架通用设计软件STS对竖向荷载下的刚架进行计算分析，得出应力与位移值与试验测量值比较如下：
5. 竖向与水平同时加载下理论计算与试验比较
门式刚架的加载步骤及位置与实验相同，计算同4节，理论分析与试验测量值比较如下图所示：
6.结语
通过上述比较，可以得出下列结论：
1. 对称荷载作用下的试验结果与工程软件计算基本均呈对称状态，刚架梁柱的截面应力位移均随着荷载增大而对称增加。承受不对称荷载作用的左右两侧的刚架应力和位移明显不对称布置，除了直接承受水平荷载作用的左柱（节点四）位移外，其他节点的应力和位移都随竖向荷载的增加而增大，但增加的幅度及安全余量不对称，且受水平荷载的大小和作用位置影响；
2. 所有工况的荷载作用下工程软件计算的刚架位移均大于试验测量值，刚架的变形设计处于偏安全状态，故不必将正常使用极限状态作为设计的控制因素。本实验中刚架的柱脚通过两个螺栓与底座相连，符合当前门钢规范所定义的铰接柱脚节点，但是刚架的变形试验值较接近固结柱脚，说明该刚架能抵抗柱脚一定程度的变形，不应假设成完全的铰接连接。
参考文献
[1] 中国工程建设标准化协会.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102:2002.北京,中国计划出版社
[2]中华人民共和国建设部.建筑结构荷载规范 GB 50009-2001,中国建筑工业出版社，2002年
[3] 张其林.轻型门式刚架，山东科学技术出版社，2004年5月
[4] 沈祖炎.冷弯薄壁型钢檩条与强梁的设计，建筑结构，1998年8月
[5] 陈绍藩.钢结构，中国建筑工业出版社，2003年7月
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。