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1、PKPM结构设计软件入门与应用实例PKP结构设计软件入门与应用实例钢结构前 言随着经济的高速发展,我国建筑钢结构发展迅速。结构形式的多样化和复杂化，设计周期的缩短,对结构分析与设计的效率和质量都提出了很高的要求,结构计算商用软件的出现和推广,是解决这一矛盾的有效途径。现在计算机辅助设计已经成为建筑结构设计领域工作的主流。对于有志于从事结构设计的即将毕业的土木工程专业学生来言，尽快的掌握结构计算软件已经成为一个基本技能。在众多的结构计算软件中，由中国建筑科学研究院KM工程部研发的PKP系列软件有着很高的市场占有率。该系列软件自17年的研发以来，经过不断开发,现在已非常成熟，并且由于其与我国规范很

2、接近，受到我国用户的青睐。无疑,掌握ST的使用对设计工作者是很重要的，尤其是对于初学者。对于刚毕业的学生来说，大家已经具有一定的力学和结构知识,但是对软件的使用还不够熟悉,对规范的了解也比较欠缺，设计经验也很不足。因此，在介绍软件应用的同时，也应对其它几个方面给予介绍。通过实例来讲解，对初学者来说,是一种好形式。考虑到这些因素，本书的写作基本是分开为三个模块，即软件部分、设计知识、规范部分,这三个方面都围绕实例展开。我们希望通过这种方式作到实例、设计原理、规范、软件的有机结合。这种编写方式是我们对于此类书籍的一种尝试。鉴于本书工具书的定位，我们对这四部分的内容处理原则为：软件部分侧重于讲解步骤

3、和例题用到的参数，对于软件的技术条件等请参看PKPM公司的用户手册或技术条件。设计知识部分侧重于讲解结构设计概念和设计经验，对于构造知识由于其内容广泛，本书也不多涉及，这些内容请参看相关构造手册和国标图集。规范链接部分指出与设计阶段相关的规范条款,限于篇幅，对于规范具体条款内容从略,实际上是用到条文的索引。同时，也希望这种方式能有效的帮助读者自己去查阅规范，以尽快的熟悉相关规范。本书的使用方法,我们推荐采用三阶段的学习：、软件部分的学习:读者先阅读设计条件,然后按照设计步骤，自己跟着软件操作一遍,在本阶段，主要是让初学者首先对软件的全局和基本的操作流程有个基本的了解。2、设计知识的学习:本部分

4、是作者简要统计的有关设计原理和设计经验,和作者自己在设计过程中的一些体会。结合例题阅读本文的设计知识部分,以便对于设计原理和常用经验作个熟悉。明白设计中的一些参数的来龙去脉，加深对软件的认识。 3、就是结合规范链接再把实例过一遍,明确规范都有那些要求，这样才能游刃有余。规范是设计的法规性文件,是必须遵守的,规范也是行业成熟经验的总结。对于结构的安全和经济都给予了总结。一个成熟的设计必须是符合现行规范的设计。刚接触结构设计的人，对规范是很不熟悉的。规范函盖面广，内容太多。运用软件独立的设计，是使用软件的终极目标。这需要不断的积累和提高，特别是对于概念设计、构造设计方面，是一个不懈努力学习的结果，

5、希望本书在这个过程中,能对读者有所帮助，我们就很欣慰了。特别需要提到的是：PPM工程部拥有该软件的最终解释权。程序的版本是不断更新的,我们采用的版本以25.4以后版本为准。PKPM公司对软件升级后，相关操作与本书不符的,以其解释为准。本书第一章、第三章由中国建筑技术集团有限公司设计七所王建编写，本书第二章由杭州浙华建筑设计事务所董卫平编写。本书在编写过程中,得到中华钢结构论坛(ww.okkorg)的大力帮助,论坛顾问钟志宪高工给予了审校，论坛万叶青教授级高工多次给予编写意见，吴稀政高工也多次参与讨论,中国建筑科学研究院PKM工程部对于书稿中程序的相关部分作了审定，中国建筑技术集团有限公司设计七

6、所所长白剑波给予了很多帮助,在此一并致谢。限于我们的水平，书中难免有不足之处，还请读者多赐教。编者200701目 录第一章门式刚架.1设计条件（工程实例）41.2平面建模91.3计算分析.341.设计成果判断.5.5施工图绘制.41.维护结构设计.571.7吊车梁设计 .6818支撑设计 .7819三维建模与刚架二维设计.6第一章 门式刚架门式刚架是目前应用较多的一种结构形式,PKP系列软件的SS模块能很好的完成该结构的分析与设计。下面就以一个具体实例,简单介绍PP软件在实际应用中的操作流程和对计算结果的判断方法。11设计条件（工程实例)某厂房位于北京郊区,该厂房长915m，宽45m,檐口高度

7、8.1m，女儿墙高0.m。屋面为双坡屋面,坡度1：15,室内外高差为0.米。厂房为三连跨,单跨跨度米,每跨有2台吊车,柱距7米。厂房端部有夹层。本工程建筑图具体见图.1-1、图1、图.、图1.-4、图1.1-5和图1.-。本厂房耐火等级二级,生产类别为戊类。结构类型：门式刚架屋面材料：采用压型钢板轻钢屋面墙面材料：0.0到1.200m采用页岩砖,1.m以上采用压型钢板。主体结构钢材：采用345-B，焊接材料采用系列。维护结构钢材:采用Q3冷弯薄壁型钢。结构的重要性：二类建筑物设计使用年限：0年本地设防烈度:8度，场地土类别II类基本风压：045kN/m2基本雪压：0.0 kN/m不上人屋面活荷

8、载:05 k/2夹层部分活荷载：2.0 kN/m楼梯间活荷载：35Nm2本工程的刚架布置图见图.1-,支撑布置图见图18。 图1-2 AK立面图图1 KA立面图图1-4 1-1剖面图 图.1-7 刚架布置图图1.1支撑布置图1.平面建模编者按：门式刚架的结构分析在设计中多以平面分析为主，相应的软件模型也为平面建模为主。本书重点介绍的就是门式刚架的平面建模。由本工程条件可知,门式刚架可分为5榀，现在以其典型的轴线刚架为例讲述ST的使用。121启动门式刚架平面设计启动PP软件ST模块后，进入用户界面，如图12-所示,图1.2-1门式刚架主界面在正式进行设计之前,需要为所分析工程建立一个独立的工作目

9、录,存放其模型和分析数据。这样做的优点是可以避免不同工程的数据发生冲突,发生错误。和有效利用设计成果,实际设计时,往往需要经过几次反复和调整,才能确定最终方案。每个方案就相当于一个独立的工程,需要为每个方案分别建立一个工作目录。这样就可以防止程序在执行调整方案后覆盖了原方案的数据，利于方案之间的比较和提高工作效率。建立工作目录的具体方法为:单击按钮，打开如图1.2-2所示的对话框:图.-2 改变工作目录对话框本工程所建工作目录定名为“6轴”。接下来,就可以正式进行建模了(下面就以1.节所述实例具体讲解）在选定的工作目录“6轴”下,双击“图1.”中的主菜单A后,打开如图1.2-所示界面。对于首次

10、设计，需要点选“新建文件”按钮，程序弹出输入工程名的对话框(如图1.-所示）,本工程命名为GJ，输入GJ-后，单击“确定按钮，进入平面建模的主界面,如图1.-5。图1.-4输入文件名称对话框.2轴网建立 轴网是PKPM建模的基础，所有的构件必须以此为基础进行布置。轴网的正确与否直接关系到结构模型是否正确。程序提供两种轴网输入方式，普通方式和快速建模方式。实际设计中多利用快速建模辅助一般建模方式的方法来完成。快速建模的方法为:打开快速建模页面,根据需要改写其中参数即可。有三种途径可以打开。1、单击“工具栏”中的按纽2、“网格生成”/“快速建模”门式刚架。3、“快速建模”下拉菜单图1.2- 门式刚

11、架P交互输入界面图1-5 门式刚架平面建模主页面本工程轴网建立步骤:单击“网格生成”“快速建模”“门式刚架”，弹出“图2-6”所示页面： 图6 门式刚架快速建模 图1.26b 门式刚架快速建模总跨数:按实际情况填写，各具体参数的取值如页面所示。当修改其中的参数后，模型会动态更新。当前跨：其余参数都是针对当前跨而言，通过改变当前跨,实现对整个模型的建立。柱高是从檐口到基础顶面（钢柱底面）的距离,本工程的基础顶面标高为-10m。中柱高度根据屋面坡度和边柱高度计算得出。梁的分段主要是考虑受力和运输要求。由于功能需要,此工程分为3跨，每跨跨度1米,柱距7米。规范链接:结构形式门规.1.跨度形式门规.1

12、2屋面坡度门规4.1.5屋面单元划分门规41.6跨度确定门规4.2.1第款高度门规4.2第2款轴线取法门规.2.第3款檐口高度、最大高度、宽度、长度门规4.1第款适用范围,经济跨度，高度，柱距,挑檐长度门规4.2.2设计知识：1、厂房的坡度和建筑排水、屋面材料类别密切相关。常用的坡度范围是/101/20。2、厂房的高度取决于使用条件和建筑要求，有吊车时还要满足吊车运行的净空要求。、厂房跨度取决于功能、经济要求4、刚架的间距应考虑使用功能、刚架跨度、檩条合理跨度、荷载大小等综合确定，一般多在9m。退出快速建模后，接下来可以为轴线命名。轴线命名后可以把命名的轴线数据传递到施工图绘制中。方法为:通过

13、网格轴线命名菜单完成，见图12-7。说明,程序提供单根轴线命名、连续轴线命名方式。现采用单根轴线方式为刚架依次命名轴线A、D、G。操作时注意按命令行的提示操作即可。图1.2-7 轴线命名1.23布置柱本工程柱采用采用等截面的焊接H型钢,边柱截面选用300801,中柱截面采用280280812。程序通过“柱布置”菜单完成柱的布置。具体步骤是:1、单击“柱布置”，弹出下级菜单,如“图1.2-”所示：2、接着点击“截面定义”,程序弹出“图1.-9”所示对话框。（完成需要布置的柱截面,）、首次设计,需要点击“增加”按钮,进行输入。此时，打开如“图.2-10”的对话框。4、选择“H型钢”类型，弹出“图2

14、11”界面。根据所选型钢依次修改各参数即可。5、建立了边柱截面后，通过“复制”按钮建立中柱截面。此时，只需把腹板高度由300修改为8即可。(这个功能对变截面梁更有效率,可以减少不少工作量）6、定义完成后,接下来的工作是布置柱，先从定义好的截面库中选中要布置的截面类型。然后布置，程序提供四种选择方式，此处按TA键转成轴线方式注意的是对于边柱考虑偏心的影响。程序规定左偏为正，右偏为负。单位为mm。轴边柱布置时候,输入10,轴边柱则输入10，中柱无偏心。图1.2-8 柱布置图.2-9 K-STS截面定义图1.210 柱截面类型图1.2-1 H型钢截面定义设计知识：门式刚架一般多采用变截面构件,当有吊

15、车时，柱多用等截面的。常用的柱截面高度一般为30070。截面定义时考虑的原则有：1、翼缘必须满足宽厚比要求,腹板满足高厚比要求,对于腹板,当不满足时，程序会按考虑屈曲强度计算。所以说,截面翼缘满足宽厚比，显的很重要。2、截面选择要考虑常用的板型,结合市场上常用的材料规格选择比较好,对于翼缘，常选用的规格有18,00,220，20等。3、选择截面还要考虑节点螺栓布置的实际情况，满足规范对于螺栓的容许距离要求，综合这些因素， 4、对于腹板截面,考虑的往往是制作问题,以及和翼缘截面厚度的协调问题，腹板厚度一般比翼缘小些为宜，其高厚比用到0左右比较合适，制作中的变形也比较小,板件厚度不宜低于mm厚，否

16、则易焊穿。常用的门式刚架翼缘截面一般为:808,180,2008,20010,2200，21,2410，4012，25010,25012,26012,2604,21,2012,300，32014等,常用的腹板截面为：一般为6m和mm厚的。对6m的其高度范围一般从0750，最大可到900,对8mm厚的腹板高度范围一般从3009，最大可到120。1.4布置梁本工程左半坡梁的截面尺寸具体是：0106,(3055）18010，（0350）0610，3018610。（右侧部分与之对称)梁的布置和设计知识参考柱的相关操作即可，在此不细述。 注意的是：选择“变截面梁”,布置时，连接点一定要连续。1.2.5检

17、查与修改计算长度单击“计算长度”弹出如“图12-12”所示界面。图1.212 计算长度界面接下来单击“平面外”菜单，出现对话框：图12-1 平面外计算长度输入3000回车后，按Tb键，应用轴线选择方式,用鼠标选择梁（把梁的平面外计算长度改为3000mm）本工程在牛腿设置通长系杆，柱子的面外计算长度不需要修改。当不设置面外支撑时,柱子的平面外计算长度需要修改，对边柱为8，对中柱为40,读者可以自己练习其修改和刚架设计,体会计算长度对设计的影响。程序约定:平面内的长度程序默认为-,一般情况下不需要改动。本工程不改。 平面外长度程度默认为杆件几何长度。一般根据实际情况修改。设计知识:梁的平面外计算长

18、度通常情况下对下翼缘取隅撑作为其侧向支撑点，计算长度取隅撑之间的距离。对于上翼缘，一般也可以取有隅撑的檩条之间的距离。檩距1.m，隅撑隔一个檩条布置。所以，梁的平面外计算长度取3m。 柱的平面外长度取决于其平面外支点的距离，本刚架在牛腿位置设置面外支撑,由于设置了吊车，程序在此把柱分为段,柱子平面外长度取各段柱实际长度即可。 对于平面内计算长度,通常情况下，不需要修改。但，有时平面内长度需要根据实际修改。如当有夹层时,对于按框架设计的柱的平面内计算长度需要修改。.26查改节点类型图1.21 铰接构件界面本菜单的主要功能是设置节点类型。程序默认所有的梁柱节点都是刚节点,所以,在有铰接点的时候,需

19、要通过该菜单修改。本工程有吊车，G1的节点按刚接考虑,不修改。如用户需要修改时，先选择布置柱铰,根据提示操作即可。设计知识：铰接构造相对刚接来说,简单很多,方便制作和安装,有条件时候,宜尽量采用。采用的节点形式,要保证结构形式为几何不变体系。柱脚采用铰接还是刚接，和自重较轻,柱高一般也不大，柱底弯矩不太大,一般采用柱底为铰接的形式。有吊车且吊车吨位较大时,采用刚接柱脚。多跨门架中,柱顶弯矩较小，常作成摇摆柱。还要看房屋的高度和风荷载的大小，当风荷载很大，即使没有吊车,也宜设成刚接柱脚，以控制侧移。铰接与否还应结合土质情况。刚接柱脚由于存在弯矩,基础尺寸会较大,使综合造价上升。1.7恒载输入单击

20、“恒载输入”,弹出如“图1.2-6”所示界面。图1.-15恒载输入程序提供三种类型的恒载，即节点恒载、柱间恒载、梁间恒载。首先完成屋面恒荷载的输入,单击“梁间恒载”,弹出如“图.2-17”所示梁间荷载定义界面。图1-1 梁间荷载定义此时可以选择第一种荷载类型,或是第二种荷载类型，在“荷载数据输入”栏填好参数,单击“确定”按钮，完成荷载定义。本例选择第二种,输入2.。按ab键,转成轴线选择对象方式，指定梁,即完成梁上恒载的输入。接下来完成吊车梁及轨道自重的输入。程序有两种方式:1、按节点恒载 2、按柱间恒载、使用节点恒载输入,需要输入一个集中力和弯矩。在节点恒载输入时,程序把荷载加在程序的网格线

21、上,对于边柱来说,没有加在柱的实际轴线，所以这与实际稍微有点不符,但一般情况下可满足工程精度的要求。2、按“柱间恒载”输入时，选择第五种荷载形式即可,只需要输入集中力和偏心距大小,以及作用点距柱底的距离即可。程序以构件的轴线为准。此处按第1种方式,集中力可以从后续吊车梁计算结果中计算得到。边跨吊车梁自重为6.8n,中间跨吊车梁自重为71kn，考虑吊车梁的轨道和其固定件等，乘以1.的增大系数,即边跨8.kn，中间跨为8.5kn。而纵向力作用位置可以参考的吊车位置信息得到。对于边跨边柱为0.6m，边跨内柱为0.m,中间跨为0.61m。最后计算数值见表.2-1。表12- 吊车梁对各柱的恒载A柱处柱处

22、G柱处K柱处集中力(k）821.71.78.2弯矩（kn*)56(顺时针)-0.1(逆时针）0.1（顺时针）-5.6（逆时针) 单击“节点恒载”,在弹出界面里输入集中力和弯矩，依次添加即可。设计知识:对于门式刚架来说,典型的恒载有：1、屋面恒荷载,用程序的“梁间荷载”布置。2、当有吊车时,对于吊车梁以及吊车轨道的自重,用“节点恒载”实现。3、对于墙面系统的自重,在需要时，用“节点恒载”实现。屋面恒载计算：0.mm厚压型钢板 00mm保温棉 02n/2.6厚压型钢板 檩条 0km2合计 0.kn/m12.8活载输入图17 活载输入活载的输入模式与方法和恒载相同，对其操作不赘述。活载输入的界面见“

23、图1217”。说明:两边跨活载为0. knm,中间跨的活载为取05 kn/m2。规范链接：活载取值：门规3.22设计知识:门式刚架的活荷载包括屋面活荷载、屋面雪荷载、屋面积灰荷载、悬挂荷载等。在施工过程中，还要考虑施工或检修集中荷载。本工程没有积灰荷载,屋面雪荷载标准值为04kn/m，边跨刚架梁1的服务面积为618=108m2602，中间跨刚架梁的服务面积为6954260m2边跨刚架梁1部分的屋面活河载为.3k/m0.k/m,取0. n/m2.9左风输入程序提供3种类型的风载形式，即节点左风、柱间左风、梁间左风（如图“1.2-18”)。在人工布置时,需要注意风荷载的正负。程序规定:对于风载，水

24、平荷载向右为正,竖向荷载向下为正。对于典型的门式刚架，程序还提供“自动布置”功能，快速完成风荷载的输入。本刚架是典型的两坡屋架,满足门规要求，可以使用“自动布置”功能。单击“左风输入”“自动布置”，打开如“图1219”所示的风荷载输入与修改对话框。根据实际填写其中参数即可。 然后，主要的工作就是通过左侧“构件风荷载信息”核对一下构件自动布置的结果是否正确。如不对，可以通过右下侧“构件x风荷载修改”，完成对构件的荷载修改。经核对,本工程无误,单击“确定”按钮，完成了风荷载的自动布置。本工程有.6m高的女儿墙,这部分的风荷载在自动布置里没有输入。本工程的女儿墙较低,荷载较小,对设计基本没影响。为了

25、说明这种荷载的考虑方法，下面介绍如何输入该部分的风荷载。偏安全的考虑,可以按节点荷载计入。具体可以用程序的“节点左风”实现,也可以用“柱间左风”实现。读者可自己比较一下该部分风荷载考虑与否对结果的影响情况。图1.2-18 左风输入单击“节点左风”,弹出如图12-0的对话框。在“屋面坡度”中输入一个很大的数，如1000,即可输入水平风荷载。单击“柱间左风”，弹出如图1.20的对话框。选择第4种荷载类型,即可输入水平风载。图1.- 自动输入风荷载规范链接：地面粗糙度:建筑结构荷载规范（B000-201）7.2.1条。基本风压：建筑结构荷载规范(GB50009-001)附录表D。调整系数:门规附录A

26、.1条文说明。刚架位置：门规附录A设计知识:门式刚架结构与一般厂房结构不同,其高度一般都不太，但其跨度和长度都比较大,这类房屋的风荷载体形系数有自己的特点,必须按门规中规定执行。但当以下情况时，宜用建筑结构荷载规范来确定风荷载的体形系数。1、房屋高度很大2、有大吨位的吊车3、跨度很大图1.20 节点左风图12-21 柱间左风12.右风输入（同左风）右风输入与左风输入操作相同，不赘述。121吊车荷载单击“吊车荷载”弹出如“图2-2” 所示的吊车荷载页面。(首先进行吊车荷载的定义）。单击“吊车数据”弹出如“图1.-23”吊车荷载定义的页面。第一个吊车数据需要首先选择“增加按钮”,打开“图1.-24

27、”的对话框。(现在通过程序的辅助工具实现“图1-24”中“吊车荷载值”栏目参数的输入。）单击 ，打开“图1.2-2”的“吊车荷载输入向导”对话框。首先单击“第一台吊车序号”按钮,输入吊车资料,页面如“图2-2”所示。接着按相同方法，布好第台吊车。(说明:对边跨来说,吊车相同，对中间跨则不同)点“图1.225”中的“计算”按钮,程序自动计算，并把计算值显示在该图右侧“吊车荷载计算结果”里。这时,可以判断结果的正确与否,正确则点该图中的“直接导入”按钮，程序自动把计算结果传到“图1.2-”中的“吊车荷载值”栏内。下一步是填写“图224”中的吊车位置信息，就是吊车荷载作用点与节点的距离。这些参数不仅

28、仅影响到刚架的内力计算，也影响后续的牛腿节点设计和施工图的绘制，必须按实际情况输入。具体的计算方法如下:图2-27 吊车位置信息计算简图式中:S:厂房名义跨度，单位mmSd:吊车跨度，单位mmA：吊车竖向荷载与左节点的偏心距,单位mB：吊车竖向荷载与右节点的偏心距，单位mmh1:左边柱柱截面高度,单位mm2：右柱柱截面高度,单位mm各参数具体含义见“图.2-27”。说明：左边跨、右边跨与中间跨的数值不同，需分别定义，相应的，吊车荷载有3组。本工程吊车为单层，不勾选“双层吊车”按钮。这样就完成了吊车荷载的定义。依次完成所有3组吊车荷载定义即可。下面就可以进行吊车荷载布置了。单击“吊车荷载”“布置吊车”,选择吊车数据,按照命令行提示完成布置即可。如布置错了，可随时用“删除吊车”删除后，再重新布置。最后说明一点:以上输入的吊车荷载没有考虑吊车梁自重。对于吊车梁自重是按照偏心荷载考虑的，具体添加办法有3种：1、先计算吊车梁,然