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1、第7章 PKPM钢结构辅助设计软件STS7.1 STS软件概述1. STS软件的介绍PKPM软件的STS模块是专门应用于钢结构分析与设计的CAD软件。STS即可进行结构二维分析，又可与PKPM的其他模块配合进行结构三维分析。二维分析即平面杆系钢结构的计算，可解决门式刚架、桁架、排架、框架、支架等平面结构的分析与设计问题。三维分析功能可实现多高层钢框架、门式刚架等结构的三维模型建立、整体结构分析与构件设计。应用过程中可接力PKPM系列软件的TAT、SATWE、PMSAP模块进行空间计算与构件验算，亦可接力JCCAD模块进行基础设计。7.1 STS软件概述2. STS软件的安装7.1 STS软件概
2、述3. STS软件的主要功能STS软件可以完成钢结构的模型输入、截面优化、结构分析、构件验算、节点设计与施工图绘制，适用于门式刚架、多高层框架、桁架、支架、框排架、空间杆系钢结构（如塔架、网架、空间桁架）等结构类型，并且提供了专业工具用于檩条、墙梁、隅撑、抗风柱、组合梁、柱间支撑、屋面支撑、吊车梁等基本构件的计算和绘图。STS软件可以独立运行，亦可与PKPM系列其他软件数据共享，配合使用，基本可满足一般钢结构工程设计的需要7.1 STS软件概述3. STS软件的主要功能STS主要有以下7模块：门式刚架、框架、桁架、支架、框排架、工具箱，以及空间结构。对应要设计的结构类型，一般只需在相应的子菜单
3、中按照菜单顺序进行操作，即可完成建模、计算和施工图绘制的工作，除接力其他分析模块外，基本无需跳转菜单，设计便捷。各结构模块的菜单中，有些子项的名称相同，代表调用相同的程序，但不同结构模块调用时，程序提供的初始设定不同。软件可兼容旧版本的工程数据。7.1 STS软件概述3. STS软件的主要功能1）门式刚架模块完成门式刚架结构的二维与三维分析及设计7.1 STS软件概述3. STS软件的主要功能2）框架模块完成多高层钢框架结构的三维模型输入，并接力SATWE、TAT、PMSAP等进行空间结构分析，完成全楼的梁柱连接、主次梁连接、拼接连接、支撑连接、柱脚连接、以及钢梁和混凝土柱或剪力墙等节点的自动
4、设计和归并，绘制三维框架设计图，平面、立面布置图，节点施工图，梁、柱、支撑构件施工详图等设计图纸。提供的三维模型图可以从任意角度观察节点实际模型。此外，软件可对全楼高强度螺栓用量和钢材用量进行统计，绘制钢材订货表。7.1 STS软件概述3. STS软件的主要功能2）框架模块对于平面框架结构，软件可完成结构计算、构件截面优化、以及各种形式的连接节点的设计，并绘制施工图，同时可提供计算书。节点设计提供多种连接形式，由用户根据需要选用。软件绘制的施工图有构件详图和节点图，可以达到施工详图的深度。7.1 STS软件概述3. STS软件的主要功能3）桁架模块可完成各类桁架结构的二维模型输入、结构计算、截
5、面优化设计、节点设计和施工图绘制的工作，并可采用人机交互的方式绘制屋架竖向支撑与水平支撑施工详图。7.1 STS软件概述3. STS软件的主要功能4）支架模块可进行支架结构的二维模型输入、结构计算、截面优化设计、节点设计和施工图绘制，能够在接力二维计算的基础上完成单片支架的施工图设计。此外模块还具有输出钢材订货表、材料表交互编辑、节点板详图绘制等功能。7.1 STS软件概述3. STS软件的主要功能5）框排架模块可完成排架、框排架结构的二维模型输入、结构计算与截面优化。同时系统提供了多种截面供设计选择，并可进行实腹式组合截面、格构式组合截面、钢管混凝土截面等复杂情况的计算分析。7.1 STS软
6、件概述3. STS软件的主要功能6）工具箱模块提供基本构件和连接节点的计算和绘图工具。7.1 STS软件概述3. STS软件的主要功能7）空间结构模块完成空间杆系钢结构的模型输入、内力分析，构件验算，并可实现塔架、空间桁架、网架、网壳的快速建模。此外，还可导入AUTOCAD的网格模型。7.1 STS软件概述4. STS软件的适用范围1）当采用二维模型输入、节点设计和绘制施工图时，设计模型的限制条件为： 总节点数目（包括支座节点）1000 柱数目1000 梁数目1000 支座约束数目100 地震计算时合并的节点数目100 吊车跨数（每跨可为双层吊车）157.1 STS软件概述4. STS软件的适
7、用范围2）塔架、空间桁架、网架等空间杆系钢结构的三维结构分析与构件设计可采用STS软件独立完成，而钢框架结构的三维整体分析和构件设计须与TAT、SATWE、PMSAP等模块配合完成。7.1 STS软件概述4. STS软件的适用范围3）当采用三维模型输入、节点设计与绘制施工图时，计算模型须满足以下条件： 结构整体信息：层数190；结构标准层数190； 网格信息：正交网格，纵横向均100；斜交网格，斜交网格条数5000；网格节点总数8000； 截面类型：标准柱截面300；标准梁截面300；标准墙体洞口240；标准楼板洞口80；标准墙截面80；标准斜杆截面200； 7.1 STS软件概述4. STS
8、软件的适用范围3）当采用三维模型输入、节点设计与绘制施工图时，计算模型须满足以下条件： 荷载类型：标准荷载数6000； 构件数目：每层柱根数3000；每层梁根数8000；每层墙数2500；每层房间总数3600；每层次梁总根数1200；每个房间周围最多可容纳的梁墙数150；每个节点周围不重叠的梁墙数6；每层房间次梁布置的种类数40；每层房间预制板布置的种类数40；每层房间楼板开洞的种类数40；每个房间楼板开洞数7；每个房间次梁布置数16。7.2 STS软件设计流程1. 基本设计条件1）主要设计依据对于普通钢结构，如桁架、排架、框架、支架、吊车梁、屋面支撑、柱间支撑，程序默认按钢结构设计规范（GB
9、 50017-2003）计算。对于冷弯薄壁型钢结构，按冷弯薄壁型钢结构设计规范（GB 50018）计算。对于轻钢门式刚架，可以按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）、上海市标准轻型钢结构设计规程（DBJ08-68-97）或钢结构设计规范（GB 50017-2003）计算，且系统提供了相关参数供选择。7.2 STS软件设计流程1. 基本设计条件1）主要设计依据对于檩条、墙梁，可分别按照冷弯薄壁型钢结构设计规范（GB 50018）和门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）计算。对于钢管混凝土或钢管混凝土组合截面，按照钢管混凝土结构设计与施工规程（CECS28
10、/90）计算。7.2 STS软件设计流程1. 基本设计条件2）钢材的物理性能指标对于普通钢结构的设计，可选用Q235、Q345、Q390、Q420四种牌号的钢材，钢材的强度设计值依据钢材厚度（或直径）按钢结构设计规范（GB 50017-2003）取值。对于轻型门式刚架和冷弯薄壁型钢结构的设计，可选用Q235、Q345两种牌号的钢材，钢材的强度设计值分别根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）与冷弯薄壁型钢结构设计规范（GB 50018）取值。钢材密度和弹性模量按7850kg/m3与2.06105MPa取值。7.2 STS软件设计流程1. 基本设计条件3）构件截面类型STS
11、程序可计算的构件截面类型达100余种。各种通用型钢及其相关参数由程序的数据库管理，选用时，程序自动调用其截面特性参数；而其他异型截面和组合截面，给定基本参数后，程序自动计算其截面特性参数，以供分析使用。7.2 STS软件设计流程2. 平面杆系结构的一般设计流程7.2 STS软件设计流程2. 平面杆系结构的一般设计流程1）网格输入网格输入是结构建模的准备工作。任意平面杆系网格均可采用坐标方式输入，程序自定在网格线的交叉处形成网点，如不需要可用“取消节点”功能予以删除。对于一些形式规则的结构还可采用快速建模的方式，快速建模的主要功能有分割线段、门式刚架快速建模、钢框架快速建模、桁架快速建模和弧线快
12、速建模等。7.2 STS软件设计流程2. 平面杆系结构的一般设计流程2）标准截面定义提供“选择截面库”、“增加”、“删除”、“修改”、“复制”、“存入用户截面库”、“截面属性”等功能。“增加”用于定义新的截面，“删除”用于删除标准截面，“修改”分为截面参数修改与截面类型修改两方面，“复制”可复制已定义的截面进行修改，“存入用户截面库”用于将所有显示在标准截面定义列表中的数据存入用户定义的标准截面库文件中，“截面属性”可用于查看已定义标准截面的特性参数7.2 STS软件设计流程2. 平面杆系结构的一般设计流程2）标准截面定义7.2 STS软件设计流程2. 平面杆系结构的一般设计流程3）梁柱布置根
13、据定义的标准截面进行梁柱构件的布置。需要指出的是，杆件当作柱或梁输入并不影响内力计算结果。但应力验算时，按柱输入，混凝土构件按偏拉偏压杆件验算，钢构件按压弯杆件进行承载力和稳定性计算，承载力验算取两端截面；按梁输入，混凝土构件按受弯杆件计算，钢构件进行上下翼缘的正应力、剪应力计算和构件挠度计算，应力分别验算跨中13个截面。7.2 STS软件设计流程2. 平面杆系结构的一般设计流程4）构件特殊定义与修改主要包括杆件计算长度定义、铰接构件定义、单拉杆件定义，以及构件修改、支座修改。构件计算长度定义分为平面内计算长度系数和平面外计算长度，平面内计算长度系数默认值为-1，即结构计算时取程序自动计算结果
14、，平面外计算长度默认值为杆件实际长度。铰接构件定义用于定义构件两端的约束情况。单拉构件定义位于“梁 布置”和“柱 布置”子菜单内，用于定义只承受拉力，一旦受压则退出计算的杆件，程序中单拉杆件显示为粉红色。7.2 STS软件设计流程2. 平面杆系结构的一般设计流程4）构件特殊定义与修改7.2 STS软件设计流程2. 平面杆系结构的一般设计流程5）荷载输入输入节点、梁间、柱间的恒荷载、活荷载以及风荷载。可以点取相应的菜单，输入荷载参数，用光标，轴线，窗口等方式来布置、修改与删除荷载。此外还可根据需要布置吊车荷载。STS-PK程序中规定水平荷载向右为正，竖向荷载向下为正，弯矩顺时针方向为正、反之为负
15、。6）补充数据交互式输入、修改与删除基础计算数据、附加重量7.2 STS软件设计流程2. 平面杆系结构的一般设计流程7）参数输入用于定义结构分析的各项参数，包含“结构类型参数”、“总信息参数”、“地震计算参数”、“荷载分项及组合系数”四个选项卡。具体参数信息应根据工程实际情况与规范、规程要求填写。7.2 STS软件设计流程2. 平面杆系结构的一般设计流程8）截面优化实现构件截面的优化功能。程序中截面优化的过程分优化控制参数定义、截面分组、确定优化范围、进行优化计算与查询分析结果5个步骤。9）结构计算完成PK结构模型输入后即可进行二维分析计算，程序即对用户所建模型进行内力分析、杆件强度、稳定验算
16、及结构变形验算等。计算结果可以图形方式或文本方式进行查看。10）绘制施工图7.2 STS软件设计流程2. 平面杆系结构的一般设计流程7.2 STS软件设计流程3. 平面桁架设计的注意事项1）建模与计算过程 桁架结构须设支座杆件，支座节点常存在偏心； 桁架中的杆件一般为压弯或轴心拉压杆件，应全部按柱输入。 需根据具体情况确定构件端部的铰接情况； 杆件计算长度，特别是平面外计算长度的定义应予以重视。 杆件按柱输入，软件只记录端截面内力，并验算截面强度和构件稳定性。因此，当存在节间荷载时，构件设计结果可能偏小，建议在荷载作用点增加节点，但须同时修改杆件的计算长度。7.2 STS软件设计流程3. 平面
17、桁架设计的注意事项2）施工图绘制过程分为一般桁架施工图和管桁架施工图两部分。“桁架施工图”子菜单适用于角钢、双角钢组合、槽钢、双槽钢组合截面的梯形、三角形、平行弦桁架；“管桁架施工图”子菜单适用于自定义圆管、自定义矩形管、焊接薄壁钢管、热轧无缝钢管，相关节点形式可采用T-Y型，X型，K-N型、K-T型。7.2 STS软件设计流程4. 门式刚架三维设计的一般流程STS门式刚架三维设计采用“三维建模，二维计算”的设计模式，即通过立面编辑的方式建立门式刚架、支撑系统的三维模型，通过吊车平面布置的方法自动生成各榀刚架的吊车荷载；通过屋面、墙面实现维护结构的三维建模。模型建立后，软件自动完成主刚架、柱间
18、支撑、屋面支撑的内力分析与截面设计，并生成刚架与围护结构施工图，输出钢材订货表。门式刚架的三维设计分为三维模型建立，屋面、墙面布置，结构分析与验算，以及绘制施工图四大步骤。7.2 STS软件设计流程4. 门式刚架三维设计的一般流程1）三维模型建立首先输入平面网格，确定平面网格和立面数量；然后定义标准榀，进行立面编辑，输入横向立面模型，布置纵向立面构件，形成三维模型的基本数据。网格输入：设置厂房总信息、设计信息以及平面网格参数设标准榀：进行厂房标准榀设置。立面编辑设计时，一个标准榀只需设计一次。需要注意：标准榀定义仅针对横向立面，纵向立面不能设置标准榀。7.2 STS软件设计流程4. 门式刚架三
19、维设计的一般流程1）三维模型建立7.2 STS软件设计流程4. 门式刚架三维设计的一般流程1）三维模型建立立面编辑：依次点取“模型输入”“立面编辑”，选择平面上的横向或纵向轴线，转入二维模型输入界面，如图7-22。横向立面编辑主要是主刚架的建立与修改，纵向立面编辑主要是系杆与柱间支撑的布置等。值得注意的是，纵向立面的网格、横轴位置的柱构件以及荷载，由软件根据三维模型自动形成，纵向立面二维编辑仅用于输入和修改非横向立面的构件。程序还提供“立面复制”、“立面导入”、“立面平移”和“立面删除”的功能，用于立面的快速编辑。7.2 STS软件设计流程4. 门式刚架三维设计的一般流程1）三维模型建立7.2
20、 STS软件设计流程4. 门式刚架三维设计的一般流程1）三维模型建立吊车布置：在吊车运行所在标高的平面图中，定义吊车运行范围。点击“吊车布置”选择吊车运行平面的标高，确认后进入选定的平面图进行吊车定义与布置。吊车布置完成后，自动形成横向框架承担的吊车荷载。7.2 STS软件设计流程4. 门式刚架三维设计的一般流程2）屋面、墙面布置交互的布置屋面、墙面构件，并进行验算与绘图。其中屋面构件包括支撑、檩条、隅撑、拉条、斜拉条等，墙面构件包括墙架梁、墙架柱、隅撑、柱间支撑、抗风柱、拉条等。“围护构件”菜单栏如图，“交互布置”用于围护构件的布置与修改，“檩条墙梁”、“支 撑”、“抗风柱”用于构件的验算与
21、绘图。7.2 STS软件设计流程4. 门式刚架三维设计的一般流程3）结构分析与验算采用“三维建模，二维计算”的方式实现整体模型的分析，其特点是：由二维模型组装形成三维模型，三维模型中进行二维模型的编辑与计算；根据三维模型自动生成纵向立面的计算荷载；根据荷载传递路径，自动确定计算顺序，实现纵横向立面的计算；根据吊车平面布置情况，自动生成各刚架的吊车荷载。结构分析验算的子菜单如图。其一般步骤是：“形成数据”“自动计算”“查询计算结果。”7.2 STS软件设计流程4. 门式刚架三维设计的一般流程4）绘制施工图门式刚架三维设计的施工图绘制菜单如图所示。程序可对梁拼接节点、柱类型、节点参数等进行设置，并
22、自动完成各榀刚架的施工图绘制、生成设计总说明、柱脚螺栓布置图等。施工图绘制的一般流程是“刚架绘图”“设梁拼接”“绘施工图” “图纸查看、编辑”。此外，门式刚架三维设计程序还提供了三维模型查看、效果图渲染等功能，可更为直观的对结构外形与布置情况进行观察。7.2 STS软件设计流程5. 框架三维设计的一般流程钢框架三维设计主要包括三维模型输入结构整体计算分析全楼节点设计施工图绘制几个过程。其中三维模型输入与PMCAD模块类似，结构整体计算需接力SATWE、PMSAP等，这里不再重复介绍。本节将重点对全楼节点设计与施工图绘制的过程进行说明。7.2 STS软件设计流程5. 框架三维设计的一般流程1）节
23、点设计原则钢框架节点连接设计与施工绘制应在钢框架三维结构分析（TAT、SATWE或PMSAP）完成并满足要求后进行。节点设计按下列原则进行： 梁的拼接节点、柱的拼接节点采用等强度设计方法，并考虑腹板承担弯矩； 次梁两端与主梁铰接时，连接计算中忽略主梁的扭转影响，只考虑次梁端部与主梁连接之间的剪力作用，计算连接螺栓与焊缝时，还要考虑由于偏心所产生的附加弯矩。次梁两端与主梁刚接时，连接节点按梁拼接连接的要求确定。7.2 STS软件设计流程5. 框架三维设计的一般流程1）节点设计原则 梁与柱为铰接时，当采用连接板与柱的连接为双面角焊缝，与梁腹板的连接为高强螺栓摩擦型连接时，焊缝与螺栓计算除考虑梁端剪
24、力，还需考虑由于偏心所产生的附加弯矩。 梁与柱刚接连接通常采用柱为贯通的连接形式，具体可分为三类：全部采用焊缝连接，梁翼缘与柱采用焊缝连接、梁腹板与柱采用高强螺栓摩擦型连接，采用普通T形连接件的高强度螺栓连接。 软件在设计埋入式柱脚和外包式柱脚时，仅考虑了柱脚的底板尺寸、栓钉设置和埋入深度。7.2 STS软件设计流程5. 框架三维设计的一般流程2）全楼节点设计7.2 STS软件设计流程5. 框架三维设计的一般流程2）全楼节点设计设计参数定义7.2 STS软件设计流程5. 框架三维设计的一般流程2）全楼节点设计设计参数定义“施工图参数”用于设置施工图比例和图纸尺寸，其中“柱脚标高”为底层柱的柱底
25、标高，用于程序自动在施工图中标注各楼层的标高值。“抗震调整参数”用于设置承载力抗震调整系数，系统默认按建筑抗震设计规范取用。“连接板厚度”用于指定节点设计所采用的板材厚度，避免板类型过多。设计时若个别节点厚度超过指定的最大厚度则采用程序的计算结果。7.2 STS软件设计流程5. 框架三维设计的一般流程2）全楼节点设计设计参数定义“连接设计参数”包含总设计方法、连接设计信息、梁柱连接参数、梁拼接连接、柱拼接连接、加劲肋参数、柱脚参数和节点域加强板参数。总信息用于设置焊缝类型、焊缝、螺栓强度折减系数等；连接设计信息用于设置高强螺栓和普通螺栓的直径、等级等信息；其他几项用于设置具体的节点和连接设计参
26、数，可根据具体的工程需要与规范要求进行设置，这里不予详细介绍。7.2 STS软件设计流程5. 框架三维设计的一般流程2）全楼节点设计设计参数修改与验算：可对个别节点的连接类型、设计参数等进行修改，修改完成后，程序会对修改的节点重新进行设计与归并。查询设计结果：可对个别节点的连接类型、设计参数等进行修改，修改完成后，程序会对修改的节点重新进行设计与归并。查看设计结果文件：可查看节点连接设计的文本文件，提供设计计算书。7.2 STS软件设计流程5. 框架三维设计的一般流程3）节点施工图7.2 STS软件设计流程5. 框架三维设计的一般流程4）三维钢框架施工图双击“画三维框架构件施工图”进入如图所示
27、框架施工图绘制菜单。菜单中第3项用于自动绘图，48项用于人机交互式绘图，第9项为绘制三维模型图，第10项为生成构件表。第7章 PKPM钢结构辅助设计软件STS7.3 7.3 平面桁架设计实例（平面桁架设计实例（略）略） 7.4 7.4 门式刚架三维设计门式刚架三维设计实例实例（略）（略）7.5 7.5 框架框架三维设计三维设计实例实例（略）（略）注：设计案例注：设计案例PKPMPKPM工程文件见光盘内压缩包工程文件见光盘内压缩包本章小结本章小结本章对专门应用于钢结构分析与设计的本章对专门应用于钢结构分析与设计的PKPM-PKPM-STSSTS模块进行了简要的介绍，并且通过平面桁架设模块进行了简
28、要的介绍，并且通过平面桁架设计实例、门式刚架设计实例以及钢框架结构办公楼计实例、门式刚架设计实例以及钢框架结构办公楼的设计实例，对这款软件的具体应用进行了的设计实例，对这款软件的具体应用进行了解析。解析。复习题复习题1. 1. 总结总结STSSTS软件进行平面桁架设计、门式刚架设计软件进行平面桁架设计、门式刚架设计和钢框架结构设计的主要步骤。和钢框架结构设计的主要步骤。2. 2. 总结总结STSSTS软件建立网格的方式。软件建立网格的方式。3. 3. 钢桁架结构杆件的平面内与平面外计算长度如何钢桁架结构杆件的平面内与平面外计算长度如何确定？确定？4. 4. 按本章第按本章第7.37.3节节7.57.5节提供的设计资料及过程，自节提供的设计资料及过程，自行完成三个工程案例的设计与绘图工作。行完成三个工程案例的设计与绘图工作。The End谢谢观赏
