PKPM结构设计软件应用实例

1、PKPM结构设计软件入门与应用实例一钢结构目 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 .865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

2、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1.2 -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：土 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

3、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/m 2夹层部分活荷载：2.0 kN/m2楼梯间活荷载：3.5 kN/m 2本工程的刚架布置图见图1.1-7,支撑布置图见图1.1-8。有初彩辆板S E 画 面 S S 曲山 S M M E S吊吊丽和同uiin用用用口用品iiimHUil一JJillK；防墙涂料图1-2 AK立面图彩钢板rnnnETmiBIIIHrmrnK4 J曲I闻 超 tiffil tdi .外墙涂料1jTrrn nron mm nrrni inm： mrin gtrhi htrtn brntn.图1-3 KA立面图彩钢

4、板图11-5 1T4立面图影铜板LUilJ解EEEEBE9：9:s：E3壬子BJ9BB!LkSW 0田图1“。14-1立面图D1gW-5 / /1-1r3/r&M r(kk1 r r-&JMrCJ-1/GM, CJ-3 ff05/V 也Q 言1* F 1rI7000 17DCO1i70001.用co, 7D00,TODOX)00.TWO,7(W.丁口M J,TOTOk图1.1-7刚架布置图70GO7000l 7-000l fm70QQL 7M ：.，兀100 T,70Q07项700070DQII I1 I1,I,由亚I 通3D . 6CC2Ii.VgXLzsXX / X? z X船c f-XX

5、 X侬r1VkXXX kXo O w七XXXXXsVX x x 60m2,中间跨刚架梁2的服务面积为6X 9=54m2v60m2边跨刚架梁1部分的屋面活河载为0.3kn/m2v 0.4 kn/m2,取0.4 kn/m2中间跨刚架梁2部分的屋面活河载为 0.5kn/m20.4 kn/m2,取0.5 kn/m21.2.9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

6、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1.2-19”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 x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0.6m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

7、”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1.2-20的对话框。在“屋面坡度”中输入一个很大的数，如拘件风荷载信息用荷载售人与修改构件号UsUz10 2s1.0050.251.0)9-1.0Dtoo10-1.00i 0012-1.001.0014-1.001 0016-1.001.0016-0.651.00IT-0.651 0015-0.651 00过直规范.门式刚架规程 荷载规范K 3 3 3 3 3 1 1 1&O,7Tm-3.-3-2-2.K100000,即可输入水平风荷载。单击“柱间左风

8、”，弹出如图1.2-20的对话框。选择第4种荷载类型，即可输入水平风载。地面粗糙度叵3封闭落式i封闭式三刚架位置I中间区3迎风宽度LfT?DOm基本风压V。|0-45kN/超调整系数V。：i-D5柱底标高：WX曲构件1风荀羲修改体型系数Vs |ol5风压高度变化系数Vr fToO风荷载标准值tfk(0.33kH/m确定取消图1.2-19自动输入风荷载规范链接：地面粗糙度：建筑结构荷载规范(GB50009-2001 ) 7.2.1条。基本风压：建筑结构荷载规范(GB50009-2001 )附录表D-4。调整系数：门规附录A.0.1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

9、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1.2-20 节点左风图1.2-21 柱间左风1.2.10 右风输入（同左风）右风输入与左风输入操作相同，不赘述。1.2.11 吊车荷载单击“吊车荷载”弹出如“图 1.2-22”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 1.2-23”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1.2-24”的对话框。(现在通过程序的辅助工

10、具实现“图1-24”中“吊车荷载值”栏目参数的输入。)单击 号工D吧上吧土巴丝壮 ,打开“图1225”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 1.2-26”所示。接着按相同方法，布好第 2台吊车。(说明：对边跨来说，吊车相同，对中间跨则不同)点“图1.2-25”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1.2-24”中的“吊车荷载值”栏内。下一步是填写“图1.2-24”中的吊车位置信息，就是吊车荷载作用点与节点的距

11、离。这些参 数不仅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：A _ (S - h1 - h2 / 2) - Sd hL 22(S-h1 - h2 / 2)- Sd h2B = -22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 mmB:吊车竖向荷载与右节点的偏心距，单位 mmhi：左边柱柱截面高度，单位 mmh2：右柱柱截面高度，单位 mm各参数具体含义见“图 1.2-27”。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

12、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，然后把它当作偏心恒载输入，本书采用这种方法，具体见“恒载部分”2、在轮压上考虑一个放大系数，具体可以取1.021.04;3、可以在吊车总重上考虑一个放大系数，在STS桥架总重里面加上吊车梁自重 ，或者加到厂家资料上的吊车总重上。图1

13、.2-22吊车荷载图1.2-23吊车荷载定义图1.2-24定义吊车数据说明：1、吊车荷载值有3种方法可以得到，第一种是通过影响线手算；第2种是通过STS工具箱首先计算吊车梁，从中得到；第3种是通过程序提供的辅助工具，即本书所述方法实现。2、程序输入的是 Dmax和Dmin ,不是Pmax和Pmin。3、吊车位置信息：需要根据实际填写。这些信息影响到吊车分组的确定。即使是相同的吊车荷载值，如位置信息不同，也算是两组，需要分别定义。图1.2-25吊车荷载输入向导说明：吊车数据：需要根据实际填写。图1.2-26第一台吊车数据说明：1、本工程的吊车程序的吊车库中没有，需要人工输入吊车的具体参数。2、

14、“当前数据入库”按纽很有用，可以简化输入。3、吊车的各种设计参数一般甲方会选定，设计沟通好后，确认资料即可。4、本工程采用LD型电动单梁起重机，吊车的具体参数见“表 1.2-2表1.2-2吊车参数数起疝4工作 级别吊车跨度（m）总重 （t）Pmax(t)Pmin (t)宽B(mm)轮距W(mm)5tA316.54.203.760.93000250010tA316.55.556.030.98300025001.2.12 参数输入单击“参数输入”菜单，弹出“钢结构参数输入与修改”页面，有4个选项卡，分别为:结构类型参数（图1.2-28a）,总信息参数（图1.2-28b）,地震计算参数（图1.2-2

15、8c）,荷载 分项及组合系数（图1.2-28d）。图1-28a结构类型参数选项卡本工程各参数取值如上图所示。规范链接：结构类型门规1.0.2柱顶位移设计值限彳1门规3.4.2，门规表3.4.2-1受压构件长细比限值一一门规表 3.5.2-1受拉构件长细比限值门规表 3.5.2-2挠度限值一一门规表 3.4.2-2多台吊车组合时的吊车荷载折减系数一一建筑结构荷载规范GB50009-2001表5.2.2设计知识：关于验算规范的选择，所考虑结构必须满足“门规”的适用范围，如果超出，应该选择 其他标准。设计时不仅仅要关注强度指标，刚度也不能忽视，相应的刚度限值的合理取值就很关键, 结合规范和使用经验是

16、可行的方法。门式刚架屋面的坡度一般很小，屋面梁的轴力一般不会太大，按受弯构件考虑即可，不 勾选此按钮也无妨，但勾选总是对的。摇摆柱指的是上下都为校接的柱，它对刚架的抗侧刚度无贡献，但可以为刚梁提供支撑, 减小梁的跨度和面内计算长度。图1.2-28b总信息参数选项卡钢材钢号：程序提供 Q235、Q345、Q390、Q420等4种，先选 Q345。自重计算放大系数：取默认值1.2钢柱计算长度系数计算方法：分有侧移和无侧移两种，选有侧移净截面与毛截面比值：取默认值结构重要性系数：有 0.9、0.95、1、1.1等4种选择，先选1。梁柱自重计算信息：程序提供“0不算”、“1算柱”、“ 2算梁柱” 3种

17、类型，先选“ 2算梁柱”。基础计算信息：当布置基础后，被激活。程序提供2种选择，用户可根据情况选择考虑恒载下柱轴向变形：分不考虑和考虑2种类型。混凝土构件参数中只有梁惯性矩增大系数对钢结构也起作用，其余参数不起作用。结果文件输出格式：分宽行和窄行2种，任选一种即可。结果文件中包含内力：一般全选即可。规范链接：钢材选材一一门规 3.3.1第1款结构重要性系数门规3.1.331设计知识：钢材钢号的选择，Q345相对于Q235来说强度是其1.44倍，而现在市场价格两者差距 有限，Q345的性价比相比较高，现在设计中一般采用Q345。对于焊接结构来说，由于 A级钢不保证含碳量，设计时候一般不采用。自重

18、计算放大系数主要是考虑节点板、焊缝、螺栓等对结构自重部分的增大。净截面与毛截面比值：钢结构的强度计算用到的是净截面的几何数据，而稳定计算用毛 截面几何参数，程序通过该比值近似考虑这个因素。门式刚架一般都是通过有端板的节点构 造，由于支撑等构造开孔的影响较小，在有可靠根据时，这个数据可以改，取为 0.9以上。对于钢结构来说，需要考虑轴向变形对与结构内力的影响。图1.2-28C地震计算参数选项卡规范链接：阻尼比一一门规 3.1.6设计知识：地震烈度、场地土类别、设计地震分组一一一般由勘察报告提供抗震等级一一规范对中钢结构没有抗震等级的说法。一般情况下，地震烈度 8度时，地震作用的组合对刚架设计有影

19、响了，必须考虑。的笔相券费占人与修改结构类叁参数I费信层参数)盅震厂复参数发至用顼登姐台军数育教组合米赞恒袤活瑚0.7活载凤裁凤武品手地需地宸也用祖=即洁荷载提言亲口与用二B节虐活荷载盘不利布置痛定取消图 1-28d这些参数一般取默认即可，不需要改动。荷载分项及组合系数选项卡规范链接：恒载分项系数 活载分项系数一一 风载分项系数一一 地震作用分项系数 吊车荷载分项系数建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB500092001)(GB500092001)(GB500092001)3.2.5第1款3.2.5第2款3.2.5第2款建筑抗震设计规范(GB5000112001)表5.4.1

20、建筑结构荷载规范(GB50009 2001) 3.2.5第2款活荷载组合系数一一建筑结构荷载规范(GB50009 2001)表4.1.1,表4.3.1风载分项系数一一建筑结构荷载规范(GB50009 2001) 7.1.4条吊车荷载分项系数一一建筑结构荷载规范(GB50009 2001)表5.4.1地震作用组合时活荷载组合系数一一建筑抗震设计规范(GB5000112001)表5.1.31.2.13 计算简图计算简图部分分别是几何简图，各种荷载简图等，用户需要依次检查。正确的模型，是 正确计算的前提，检查计算简图是保证计算模型正确输入的有效方式。希望大家都养成检查 的好习惯。33 |1.3 计算

21、分析单击“结构计算”菜单，程序自动完成计算。图1.3-1结构计算接着程序弹出下图，可以自己输入文件名，一般取默认即可。点“确定”按钮即可生成计算 书等计算结果。图1.3-2 文件名1.4 设计成果判断编者按：许多初学者往往只关注于应力比的指标，这是很不好的。因为结构设计是一个 整体问题，一定要有大局观，不要仅盯住一个指标，就构件而言，它除强度外，还有稳定性、 挠度、变形和长细比等指标。设计时要学会全面分析问题，综合考虑各方面的因素。一个好 的结构设计的应该是结构体系非常合理，同时各项指标也非常均衡。本部分就结合1.1实例的结果进行讲解，重点谈一下设计结果如何查，如何分析。程序执行完毕计算后，自

22、动给出结果查看界面，如“图 1.4-1”，图1.4-1 PK内力计算结果图形输出首先说一下，检查计算结果的基本原则和步骤是：首要的是保证内力和位移的正确性， 在此基础上通过应力比简单判断应力结果是否满足要求，必要时候，可以通过分析计算结果 文本详细判断结果的合理性。这些计算结果经检查正确后，可以作为计算书存档。在各项指标都满足设计要求的情况下，需要比较方案的经济性，以便确定出技术经济都 合理的方案作为设计结果。对于简单的门式刚架来说，设计中的步骤和上面说的略有差别，下面按设计中的顺序给 予介绍。1.4.1 查看超限信息（简单明了）查看方法：单击“显示计算记过文件”，打开“图 1.4-2 ”页面

23、。单击“超限信息输出”，就可以打开文本文件。可查看的具体超限信息种类有：长细比, 宽厚比，挠度，应力，特别是关于刚度指标的超限。通过这项可以简单明了的快速检查超限 信息。# |计算结果文件记事本打井计算结果 = , , , , 4 , , , 浏览器打开计篁结果基础计曾文件输出讨菖长度信息超限信息输出S图1.4-2 结果文件例题中，没有超限信息。图1.4-3 超限信息1.4.2 查看配筋包络和钢结构应力图查看方法：在“ PK内力计算结果图形输出”页面，单击按钮“3”men) o.附附次刖059图1.4-4 配筋包络与钢结构应力图用PKPMSTS设计的门式刚架，应力比控制取多少合适的问题，需要综

24、合考虑，厂房 的重要性、跨度等，一般情况下，不大于1.0就可以。柱的控制一般严于梁。本工程中梁柱的应力比已经比较比较合理了，当然，还可以进一步优化。读者可以进行 相关练习。1.4.4查看内力图首要的是判断内力图的正确与否，只有在内力正确的前提下，其它结果才有意义。一般 的门式刚架都是比较简单的，从杆件数量，尺度等说都不太多。程序的结果一般是没有问题 的。那是否意味着不用检查呢？显然不能，原因有二：1、程序开发者多次郑重声明，并且规范也明文规定了设计者必须对所用软件的计算结 果作出判断，2、只有熟悉了常用的判断方法，才能在遇到特殊结构的时候有效率的作出判断。仅仅 从锻炼的角度来说，初学者认真的进

25、行这个工作是很应该的。学会独立的思考和判断才不至 于过分依赖程序。判断的方法主要是利用结构力学知识判断。一般做定性判断即可，确有必要时，可以做 定量判断。常用的定性判别方法：1、利用对称性。门式刚架多具有对称性，其荷载也多为正对称和反对称荷载，对称的 结构，在正对称的荷载作用下，其内力也是正对称的，在反对称的荷载作用下其内力也是反 对称的。2、如有钱接点，利用该点弯矩为零的特点判别。3、利用弯矩、剪力、荷载集度之间的微分关系进行判断。门式刚架的二维模型是结构力学中经典的例题，对于其内力图形在常见各种荷载作用下 的变化趋势通过一定的练习，完全可以掌握。本工程的内力图主要有：恒载内力图（见图1.4

26、-6）,活载内力图（见图1.4-7）,风载内力图（图1.4-8）,地震作用的内力图（图1.4-9）对于恒载内力图和活载内力图都需要先打开图1.4-5页面，勾选相应项目即得到对应的内力图。请选择内力独类r轴力图r剪力图I 确定 - I图1.4-5 内力种类依次勾选要查看的项目，即可显示相应的内力图。图1.4-6b 恒载轴力图41图1.4-7b活载轴力包络图图147c 活载剪力包络图 查看水平荷载作用的下的内力图：TsftJE图1.4-8a左风载弯矩图图1.4-8b右风载弯矩图图1.4-9b右地震弯矩图1.4.4 查看内力包络图内力包络图主要有：弯矩包络图、轴力包络图和剪力包络图，对梁来说，主要是

27、查看 弯矩包络图，是梁的分段依据和设置隅撑的重要依据。对于柱子来说，主要的是弯矩包络图 和轴力包络图。其检查方法同内力，可参考前面内容。GJ-1内力包络图如下：图1.4-10C 剪力包络图1.4.5 检查刚度（查看挠度图和节点位移图）和内力图一样，对于结构的变形，同样要判断程序结果的正确与否。常见的定性判断方法:并把15图1.4-12a 钢梁（恒+活）绝对挠度图图1.4-12d 钢梁（活）相对挠度图39 |1、利用结构的对称性，对称刚架在正对称荷载作用下，其变形也是正对称的，在反对 称荷载作用下，其变形也是反对称的。2、支座刚接点（柱脚）只有转角，没有节点位移;请选择要查看的钢梁变泥圉钢梁f恒

28、+活计腑拷度圉 r 碑（活）地对滨度图 钢梁（活相对携度图斜梁话篁坡度图图1.4-11钢梁变形图选项本工程的主要挠度图如下：取消图1.4-12b 钢梁（恒+活）相对挠度图图1.4-12C 钢梁（活）绝对挠度图I请选择J-IAE图1.4-12e钢梁计算坡度图在变形图形正确的基础上，从刚度的角度来评价是否符合规范要求，是否比较经济。图1.4-13节点位移本工程的节点位移如下：图1.4-15b 活载节点位移图43图1.4-15C 恒载+活载节点位移图图1.4-15e 右风节点位移图。-鼻 % (1/1252)&，L !0.1图1.4-15g左地震作用节点位移图图1.4-15h右地震作用节点位移图1.

29、4.6查看计算文件（详细的计算信息，人工优化调整的重要依据）详细的计算文件即 PK11.OUT文件，这个文件含有平面计算中的几乎所有信息，可以 作为计算书存档。内容包括结构的基本信息，梁、柱、节点统计，荷载统计，荷载组合统计， 对于每个构件的采取的所有荷载组合结果，以及截面计算时信息，最后给出主要的刚度指标 和统计的用钢量，可简单判断方案的经济性。可以为方案的调整提供最详实的方向。对于梁的计算，下面以构件梁 1为例说明PK11.OUT中关于构件的计算：钢梁1截回类型=16;布置角度-0；计算长度：Lx= 17.89,Ly= 3.00构件长度=11.88;计算长度系数:Ux=1.51Uy：=0.

30、2510, T2=10利回空双：B1= 180, B2= 180, H=轴压截回分类：X轴:b类，Y轴:c类 验算规范：门规CECS102:2002350, IW= 6, 11 =组合上MNVMNV1-33.02-1.38-12.66-12.463.90-5.002-42.45-3.61-16.84-15.745.71-7.0435.95-5.531.623.828.05-0.034-3.49-7.75-2.570.549.86-2.075138.8730.7058.8364.49-24.5924.806129.4428.4754.6561.21-22.7822.757121.2827.165

31、1.8453.50-21.8122.56842.1610.8021.88-6.27-8.7315.62932.728.5717.70-9.55-6.9213.581053.5813.2325.983.97-10.7116.141185.0921.8636.1845.21-15.7514.451275.6519.6332.0041.94-13.9512.4113108.4719.3744.7454.98-13.2617.431499.0317.1440.5651.71-11.4615.3915-11.631.96-0.77-25.550.115.2816-21.06-0.27-4.95-28.8

32、31.923.231711.75-0.537.79-15.782.608.26182.31-2.763.61-19.064.416.221924.5610.7610.9618.91-5.733.792015.128.546.7715.64-3.931.742163.526.6125.2335.20-1.588.762242 154.084.3921.0531.920.226.7223-43.14-3.1724-52.58-5.3925-4.18-7.3226-13.62-9.5427121.1326.6528105.8223.182921.176.393012.774.3531132.6328.3432123.1926.1233116.9125.513448.4013.153538.9710.923657.9514.883778.8419.513869.4117.2839102.2217.024092.7814.7941-5.384.3142-14.822.084318.001.82448.56-0.404520.199.124610.756.894759.154.974849.712.7449-38.77