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1、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
2、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
3、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1.1-8。 图1-2 AK立面图图1-3 KA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
4、，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）
5、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
6、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
7、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1/101/20。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。3、厂房跨度取决于功能、经济要求4
8、、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69m。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300280812，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1.2-8”所示
9、：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
10、偏为负。单位为mm。A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300700。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
11、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：1808，18010，2008，20010，22010，22012，24010，24012，25010，25012，26012，26014，27012，28012，30012，32014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300750，最大可到900，对8mm厚的腹
12、板高度范围一般从300900，最大可到1200。1.2.4布置梁本工程左半坡梁的截面尺寸具体是：350180610，（350550）180610，（550350）180610，350180610。（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）
13、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
14、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不变体系。柱脚采用铰接还
