PKPM结构设计软件入门与应用实例—钢结构目 录第一章 门式刚架1.1设计条件（工程实例）……………………………………………41.2平面建模……………………………………………………………91.3计算分析…………………………………………………………..341.4设计成果判断……………………………………………………..351.5施工图绘制………………………………………………………..491.6维护结构设计……………………………………………………..571.7吊车梁设计 ……………………………………………………....681.8支撑设计 ……………..…………………………………………..781.9三维建模与刚架二维设计………………………………..………86 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，PKPM系列软件的STS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PKPM软件在实际应用中的操作流程和对计算结果的判断方法1.1设计条件（工程实例）某厂房位于北京郊区，该厂房长91.5m，宽54.5m，檐口高度8.1m，女儿墙高0.6m屋面为双坡屋面，坡度1：15，室内外高差为0.3米。
厂房为三连跨，单跨跨度18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1.1-1、图1.1-2、图1.1-3、图1.1-4、图1.1-5和图1.1-6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：±0.000到1.200m采用页岩砖，1.2m以上采用压型钢板主体结构钢材：采用Q345-B，焊接材料采用E50系列维护结构钢材：采用Q235冷弯薄壁型钢结构的重要性：二类建筑物设计使用年限：50年本地设防烈度：8度，场地土类别II类基本风压：0.45kN/m2基本雪压：0.40 kN/m2不上人屋面活荷载：0.5 kN/m2夹层部分活荷载：2.0 kN/m2楼梯间活荷载：3.5 kN/m2本工程的刚架布置图见图1.1-7，支撑布置图见图1.1-8113 图1-2 A~K立面图图1-3 K~A立面图图1-4 1-1剖面图 图1.1-7 刚架布置图图1.1-8 支撑布置图1.2平面建模L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6轴线刚架为例讲述STS的使用1.2.1启动门式刚架平面设计启动PKPM软件STS模块后，进入用户界面，如图1.2-1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1.2-2 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1.1节所述实例具体讲解）在选定的工作目录“6轴”下，双击“图1.2-1”中的主菜单A后，打开如图1.2-3所示界面对于首次设计，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1.2-4所示），本工程命名为GJ-1，输入GJ-1后，单击“确定按钮，进入平面建模的主界面，如图1.2-5。
图1.2-4 输入文件名称对话框1.2.2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1.2-3 门式刚架PK交互输入界面图1.2-5 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1.2-6”所示页面： 图1.2-6a 门式刚架快速建模 图1.2-6b 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-0.100m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18米，柱距7米。
规范链接：结构形式——《门规》4.1.1跨度形式——《门规》4.1.2屋面坡度——《门规》4.1.5屋面单元划分——《门规》4.1.6跨度确定——《门规》4.2.1第1款高度——《门规》4.2.1第2款轴线取法——《门规》4.2.1第3款檐口高度、最大高度、宽度、长度——《门规》4.2.1第4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1/10~1/202、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3、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6~9m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[网格]\[轴线命名]菜单完成，见图1.2-7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、K、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1.2.3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300×280×8×12，中柱截面采用280×280×8×12。
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1.2-8”所示：2、接着点击“截面定义”，程序弹出“图1.2-9”所示对话框完成需要布置的柱截面，）3、首次设计，需要点击“增加”按钮，进行输入此时，打开如“图1.2-10”的对话框4、选择“H型钢”类型，弹出“图1.2-11”界面根据所选H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280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TAB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mmA轴边柱布置时候，输入-150，K轴边柱则输入150，中柱无偏心图1.2-8 柱布置图1.2-9 PK-STS截面定义图1.2-10 柱截面类型图1.2-11 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，当有吊车时，柱多用等截面的常用的柱截面高度一般为300~700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180，200，220，250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150左右比较合适，制作中的变形也比较小，板件厚度不宜低于6mm厚，否则易焊穿常用的门式刚架翼缘截面一般为：180×8，180×10，200×8，200×10，220×10，220×12，240×10，240×12，250×10，250×12，260×12，260×14，270×12，280×12，300×12，320×14等，常用的腹板截面为：一般为6mm和8mm厚的对6mm的其高度范围一般从300~750，最大可到900，对8mm厚的腹板高度范围一般从300~900，最大可到12001.2.4布置梁本工程左半坡梁的截面尺寸具体是：350×180×6×10，（350~550）×180×6×10，（550~350）×180×6×10，350×180×6×10。
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检查与修改计算长度单击“计算长度”弹出如“图1.2-12”所示界面图1.2-12 计算长度界面接下来单击“平面外”菜单，出现对话框：图1.2-13 平面外计算长度输入3000回车后，按Tab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8200，对中柱为9400，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-1，一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1.5m，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2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1.2.6查改节点类型图1.2-14 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，需要通过该菜单修改本工程有吊车，GJ-1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。