力学与结构课件幻灯片T18

第18章

结构设计的计算机软件简介

目录.pptPKPM系列CAD软件整体介绍PMCAD简介GJ简介PK简介本章内容

教学要求：本章要求学生了解和初步掌握PKPM结构计算系列软件中的“PMCAD”（结构平面计算机辅助设计软件）、“GJ”(钢筋混凝土基本构件设计计算软件)、“PK”(钢筋混凝土框、排架、连续梁结构计算与施工图绘制软件)的功能和使用方法。近几年来，随着我国CAD应用工程的开展，已有不少国产的建筑结构CAD软件在设计院中得到普遍推广和应用，比如中国建筑科学研究院的PKPM、STS、TAT系列、TBSA、ABD，北京天正软件有限公司的天正系列等。这些软件已拥有很大的用户群，软件的功能越来越全，售后服务也越来越完善。PK是钢筋混凝土框、排架及连续梁结构计算与施工图绘制软件。它能以较高的自动化程度计算并生成各种框架、壁式框架、框排架、单跨及多跨排架和连续梁的结构施工图。PMCAD是结构平面CAD软件。该软件可以处理各种结构的平面施工图，并可进行砌体结构抗震分析和节点大样图绘制工作。PMCAD采用人机交互方式，引导用户逐层地布置各层平面和各层楼面，输入各层层高，进而建立起一套描述建筑物整体结构的数据。此外，PMCAD还具有较强的荷载统计和传导计算功能，除计算结构自重外，还自动完成从楼板到次梁、从次梁到主梁、从主梁到承重墙、柱，再从上部结构传到基础的全部计算。这些数据形成了PKPM系列软件的核心。TAT是PKPM系列软件中面向微机的高层建筑结构空间分析计算程序，它采用空间杆系、薄壁柱计算模型，可计算各种规则的或复杂体型的钢筋混凝土框架、框－剪、剪力墙、筒体结构。TAT还针对高层钢结构的特点，对水平支撑、垂直支撑、斜柱等均作了考虑，使该软件也可以用于高层钢结构的分析计算。STS是PKPM系列软件中面向微机的钢结构分析计算程序，它包括钢结构的模型输入、优化设计、结构计算、连接节点设计与施工图辅助设计。STS以PMCAD和PK模块为基础，扩展出相应钢结构功能后组合而成。STS主菜单包括两部分：第一部分STS—1是空间建模与导荷、按三维计算结果绘施工图部分，STS—1的建模数据可以接口TAT和SATWE，完成钢结构按三维空间杆系计算和应力验算、然后可以按三维计算结果进行框架、连梁的连接节点设计，绘制梁(连续梁)、柱、节点的施工图、结构平面布置图、全楼统计用钢量。第二部分STS—2是平面建模、计算、绘施工图部分，框架、桁架、门式钢架可以快速建模，可以进行单拉杆件的设计，可以进行平面杆系结构的内力计算和应力验算，自动进行节点设计，施工图包括框架梁、柱、节点施工图，钢桁架施工图，钢支架施工图，门式钢架施工图，钢排架柱施工图等，还可以设计钢吊车梁、檩条、墙梁等构件。本章重点介绍其中应用最广、用户最多的PKPM结构计算系列软件中的“PMCAD”(结构平面计算机辅助设计软件)、“GJ”(钢筋混凝土基本构件设计计算软件)、“PK”(钢筋混凝土框、排架、连续梁结构计算与施工图绘制软件)的功能和使用方法。PKPM系列CAD软件整体介绍PKPM系列CAD系统是一套集建筑设计、结构设计、设备设计、工程量统计和概预算报表等于一体的大型综合CAD系统，几乎概括了建筑结构设计所有的分支专业，本节首先对PKPM系列CAD系统软件的组成模块加以介绍。

一、PKPM系列CAD软件简介PKPM系列CAD系统软件是由中国建筑科学研究院研制开发的。该系统采用独特的人机交互输入方式，避免了填写繁琐的数据文件。输入时用鼠标或键盘在屏幕上勾画出整个建筑物。软件有详细的中文菜单指导用户操作，并提供了丰富的图形输入功能，有效地帮助输入。实践证明，这种方式设计人员容易掌握，而且比传统的方法可提高效率十几倍。图18.1所示是PKPM软件的主菜单。在主界面上方，对应着6个模块的选项卡。打开某张选项卡，就进入了某个模块的主菜单。PKPM各部分模块主菜单分别见图18.1～图18.6。图18.1结构模块主菜单图18.2特种结构模块主菜单PKPM系列CAD软件整体介绍图18.3建筑模块主菜单图18.4设备模块主菜单图18.5概预算模块主菜单图18.6钢结构模块主菜单PMCAD简介PMCAD模块是PKPM系列结构设计各软件的核心，它为各功能设计提供数据接口。本节将对其作简要介绍。PMCAD采用人机交互方式，引导用户逐层布置各层平面或各层楼面，再输入层高就建立起一套描述建筑物整体结构的数据。PMCAD具有较强的荷载统计和传导计算功能，除计算结构自重外，还自动完成从楼板到次梁，从次梁到主梁，从主梁到承重柱墙，再从上部结构传到基础的全部计算，加上局部的外加荷载，PMCAD可方便地建立整栋建筑的荷载数据。一、PKPM系列CAD软件简介PMCAD具有如下功能：(1)人机交互建立全楼结构模型。(2)自动导算荷载建立恒、活荷载库。(3)为各种计算模型提供计算所需数据文件。(4)为上部结构各绘制CAD模块提供结构构件的精确尺寸。(5)为基础设计CAD模块提供底层结构布置与轴线网格布置，还提供上部结构传来的恒、活荷载。(6)现浇钢筋混凝土楼板结构计算与配筋设计。

PMCAD简介(7)结构平面施工图辅助设计。(8)作砖混结构圈梁和构造柱布置，画砖混圈梁大样及构造柱大样图。(9)砌体结构和底层框架上砖混结构的抗震计算及受压、高厚比、局部承压计算。(10)统计结构工程量、以表格形式输出。二、主要结构建模步骤人机交互建模内容包括：(1)各层平面的轴线网格输入。(2)柱、梁、墙、洞口和斜柱支撑的截面数据输入。(3)柱、梁、墙、洞口和支撑在平面网格和节点上的布置。(4)各结构层主要设计参数输入，如楼板厚度、钢筋和混凝土强度等级等。(5)各层层高确定。(6)总层高，结构标准层数，荷载标准层数确定。(7)各荷载标准层上的楼面恒、活荷载输入。(8)抗震信息输入。1.人机交互建模PMCAD简简介(9)绘图参数确定定。(10)对上一步所建建模型进行检检查，发现错错误并提示用用户；根据上上、下层结构构布置状况作作上、下层构构件连接。各层楼板楼面面的详细布置置主要包括：：(1)各房间次梁布布置。(2)各房间预制板板布置。(3)楼板上开洞口口。(4)修改调整各房房间楼板厚度度。(5)修改墙体为混混凝土或砖墙墙材料。(6)设置现浇悬挑挑楼板。(7)设置层间梁。。(8)设置各房间错错层，这一步步是把前面建建模和后面各各设计CAD联系的一个必必要操作步骤骤。2.各层楼板楼面面的详细布置置PMCAD简简介(1)人机交互输入入和修改除外外加荷载，主主要有梁、柱柱、墙、节点点、次梁上的的荷载，也可可修改各房间间恒、活荷载载。(2)楼面荷载传导导计算，生成成各梁与墙及及各梁之间的的力。(3)结构自重计算算。(4)恒、活荷载向向底层基础的的传导计算。。3.生成荷载信息息4.各类荷载的显显示校核，打打印输出三、操作实例【例18.1】本例简单说明明PM的操作过程。。1.设置PMCAD工工作目录双击PKPM快捷方式，进进入PKPM主界面，选择择“结构”选选项卡，则显显示如图18.1所示的结构模模块主菜单。。选中菜单左左侧的PMCAD选项即进入PMCAD的操作界面。。PMCAD简简介在PKPM使用过程中，，每个工程文文件应存放在在独立的工作作目录下。因因此建模前，，应指定工程程的工作目录录。可直接在在“当前工作作目录为”文文本框中输入入，也可通过过单击“改变变目录”按钮钮在“改变工工作目录”对对话框中进行行选择，如图图18.7所示。图18.7改变工作目录录2.PMCAD交互式式数据输入PMCAD交互互式数数据输输入是是PMCAD操操作中中最重重要的的一步步。在在此步步中将将完成成各层层的轴轴线输输入，，网格格形成成，构构件、、荷载载和楼楼层的的定义义以及及楼层层组装装、设设计参参数修修改等等工作作。(1)创建或或打开开文件件：设置好好工作作目录录后，，选择择主菜菜单右右侧的的第一一项““PMCAD交互式式数据据输入入”，，再单单击““应用用”按按钮，，如图图18.8所示，，即进进入““PMCAD交互式式数据据输入入”的的启动动界面面，如如图18.9所示。。PMCAD简介介图18.8选择““PM交互式式数据据输入入”图18.9““PMCAD交互式式数据据输入入”启启动界界面屏幕提提示：：“请请输入入文件件名：：”。。此时时，输输入要要建立立的新新文件件或要要打开开的旧旧文件件的名名称，，如输输入““fram”，，然后后按Enter键。。屏幕幕显示示如图图18.10所所示。。在““旧旧文文件件/新文文件件(1/0)：””提提示示下下，，若若输输入入““1””，表表示示该该文文件件为为已已存存在在的的文文件件，，图图18.10中弹弹出出的的小小窗窗口口将将显显示示该该图图形形文文件件的的图图形形。。输输入入““0””，则则PMCAD开始始创创建建新新文文件件。。输入入““0””并按按Enter键后后，，屏屏幕幕弹弹出出““PMCAD交互互式式数数据据输输入入””操操作作界界面面。。屏屏幕幕上上部部的的下下拉拉菜菜单单区区控控制制了了文文件件、、显显示示、、工工作作状状态态管管理理及及图图素素编编辑辑工工具具。。右右侧侧一一列列菜菜单单是是PMCAD人机机交交互互输输入入的的主主菜菜单单。。屏屏幕幕下下部部为为提提示示区区，，在在操操作作时时，，要要经经常常注注意意下下部部的的提提示示。。PMCAD简简介介图18.10新建建或或打打开开文文件件PMCAD简简介介(2)交交互互式式输输入入过过程程：：单击击右右侧侧菜菜单单的的第第一一项项““轴轴线线输输入入””，，进进入入轴轴线线输输入入界界面面，，同同样样右右侧侧一一列列菜菜单单列列举举了了几几种种输输入入轴轴线线的的方方式式：：““节节点点””、、““两两点点直直线线””、、““平平行行直直线线””、、““折折线线””、、““矩矩形形””、、““辐辐射射线线””、、““圆圆弧弧.环环””、、““正正交交轴轴网网””、、““圆圆弧弧轴轴网网””。。本例例采采用用““平平行行直直线线””输输入入方方法法。。单单击击此此按按钮钮后后，，提提示示行行会会有有相相关关提提示示。。依依照照提提示示，，建建立立轴轴线线网网如如图图18.11所所示示。。图18.11建立立轴轴线线网网PMCAD简简介介单击击右右侧侧菜菜单单回回到到““主主菜菜单单””，，单单击击““构构件件定定义义””、、““柱柱定定义义””、、““梁梁定定义义””，，根根据据例例题题已已知知条条件件，，将将梁梁、、柱柱截截面面尺尺寸寸输输入入。。回至至主主菜菜单单，，单单击击““柱柱布布置置””、、““主主梁梁布布置置””，，将将梁梁和和柱柱布布置置在在相相应应的的网网格格上上。。单击击““换换标标准准层层””，，出出现现如如图图18.12所所示示的的界界面面，，将将本本层层信信息息通通过过修修改改参参数数输输入入后后，，单单击击确确定定。。图18.12标准准层层信信息息PMCAD简简介介本例例中中，，1～3层的的建建筑筑体体型型相相同同，，设设为为同同一一个个标标准准层层；；4～5层轴轴线线⑥⑥、、⑦⑦去去掉掉，，因因此此应应新新建建一一个个标标准准层层，，并并选选择择局局部部复复制制，，得得到到新新标标准准层层的的轴轴线线图图，，如如图图18.13所示示。。图18.13新建建标标准准层层轴轴线线图图PMCAD简简介介回““主主菜菜单单””，，单单击击““荷荷载载定定义义””，，方方法法与与梁梁、、柱柱截截面面定定义义相相同同。。本本例例中中1～～2层层的的荷荷载载大大小小相相同同，，定定义义为为第第一一荷荷载载标标准准层层；；3～～5层层的的荷荷载载大大小小相相同同，，定定义义为为第第二二荷荷载载标标准准层层。。回““主主菜菜单单””后后，，单单击击““楼楼层层组组装装””。。通通过过组组装装后后，，可可以以看看到到，，一一层层属属于于第第一一结结构构标标准准层层，，第第一一荷荷载载标标准准层层，，层层高高为为3600mm；；二二层层属属于于第第一一结结构构标标准准层层，，第第一一荷荷载载标标准准层层，，层层高高为为3600mm(与与第第一一层层的的信信息息相相同同)；；三三层层属属于于第第一一结结构构标标准准层层，，第第二二荷荷载载标标准准层层，，层层高高为为3300mm；；四四层层属属于于第第二二结结构构标标准准层层，，第第二二荷荷载载标标准准层层，，层层高高为为3300mm；；五五层层与与四四层层信信息息相相同同。。如如图图18.14所所示示。。图18.14楼层层组组装装结结果果PMCAD简简介介单击击““设设计计参参数数””，，修修改改相相关关参参数数后后，，保保存存文文件件。。(3)输输入入次次梁梁楼楼板板：：本例例采采用用现现浇浇板板，，在在主主菜菜单单中中单单击击““2输输入入次次梁梁楼楼板板””，，后后进进入入各各标标准准层层，，分分别别对对各各标标准准层层进进行行板板的的布布置置。。如如图图18.15所所示示。。图18.15第一一结结构构标标准准层层的的楼楼板板情情况况(0.08为楼板厚厚度，单单位为m)PMCAD简介介(4)输输入荷荷载信息息从“输入入次梁楼楼板”退退出后，，进入““3输输入荷载载信息””，单击击右侧相相应菜单单，输入入楼板荷荷载，并并可得到到楼板的的导荷方方式，如如图18.16所示。。图18.16楼板的导导荷方式式PMCAD简介介所有楼层层都输入入荷载完完毕后，，得到如如图18.17所示的界界面，将将以上所所输入的的数据直直接传至至基础，，并为后后续的结结构计算算做好数数据准备备。图18.17荷载导算算选择GJ简介介结构基本本构件辅辅助设计计软件(GJ)，是为为结构设设计人员员提供一一个用于于各种建建筑结构构构件设设计的辅辅助工具具，作为为PKPM系列列结构分分析及CAD软软件的一一个补充充。一、功能介绍绍如图18.18所示，，结构基基本构件件辅助设设计软件件(GJ)具有有如下功功能：(1)钢钢筋混混凝土构构件截面面设计计计算。(2)砖砖混结结构钢筋筋混凝土土构件辅辅助设计计，其中中包括雨雨篷、挑挑檐、阳阳台、墙墙梁、挑挑梁等。。平板设设计计算算，其中中包括矩矩形板和和任意异异形板。。(3)板板结构构设计计计算。(4)地地震区区的框架架梁、柱柱、节点点，以及及剪力墙墙、连系梁等等结构构构件进行行截面抗抗震设计计计算，，并在计计算中考虑虑构件的的抗震构构造要求求。图18.18结构基本本构件辅辅助设计计GJ简介介软件的计计算内容容包括以以下6个个方面(如图18.19所示示)：(1)梁梁构件件截面承承载力计计算。(2)梁梁构件件正常使使用计算算。(3)柱柱构件件截面承承载力计计算。(4)圆圆形截截面承载载力计算算。(5)剪剪力墙墙截面承承载力计计算。(6)节节点受受剪承载载力计算算。图18.19混凝土基基本构件件设计计计算主菜菜单二、操作实例例下面以梁梁的截面面设计为为例，说说明构件件的计算算方法。。在主菜单单“GJ”中单单击“钢钢筋砼基基本构件件截面计计算”。。出现图18.19所示示基本构构件计算算主菜单单，单击击第一项项菜单“梁构件件截面承承载力计计算”后后，进入入如图18.20所示示的界面面。图18.20梁构件计计算GJ简介介在此，选选择梁计计算的内内容，此此例对““梁的正正截面””和“梁梁的斜截截面”都都进行计计算。选选择完成成后，单单击“截截面尺寸寸”按钮钮，进入入如图18.21所示的界界面。图18.21截面尺寸寸此时在屏屏幕的右右方显示示一个截截面简图图，并示示意各几几何尺寸寸的位置置，此时时用光标标单击需需修改的的尺寸大大小，如如所设计计的梁截截面尺寸寸为，，跨度m，用用键盘将将以上数数据输入入，如图图18.21所所示。GJ简介介依次单击击“截面面内力””、“材材料及其其他参数数”，根根据提示示及设计计要求修修改相关关参数，，其截面面内力如如图18.22所示，，材料及及其他参参数如图图18.23所所示。图18.22截面内力力图18.23材料及其其他参数数GJ简介介单击如图图18.23所示界面面上的““确定””按钮，，即可得得到此梁梁的“计计算结果果”，如如图18.24所示。图18.24计算结果果显示GJ简介介若要进行行下一个个算题，，单击如如图18.25所示界界面右边边的“输输入参数数”按钮钮即可。。图18.25输入参数数按钮用光标单单击“记记入文件件”按钮钮，即可可将本次次连续计计算的全全部原始始数据和和计算结结果记入入一个文文件中，，并储存存在当前前目录下下。用光标单单击“重重新计算算”按钮钮，即可可对本次次连续计计算的所所有算题题进行重重新计算算。此时时，在屏屏幕的右右侧菜单单区将显显示所有有算题的的编号，，用光标标单击某某个编号号，即可可将原算算题的原原始数据据调出，，并可对对这些数数据进行行修改或或不进行行修改，，然后重重新计算算该题。。PK简介介利用PK可以计计算框架架、排架架、连续续梁。PK文件件可以有有两种生生产方式式，一种种是用结结构平面面PMCAD软软件可生生成任意意一轴线线框架或或任意连连续梁结结构的结结构计算算数据文文件，再再将此文文件导入入到PK；另一一种采用用人机交交互输入入方式，，由用户户进入PK的界界面后，，直接在在屏幕上上勾画框框架、连连续梁的的外形尺尺寸等形形成文本本数据文文件，直直接由PK交互互式菜单单生成，，再利用用PK进进行相关关的计算算。PK的操操作主要要分为三三个步骤骤：(1)计计算模模型输入入。(2)结结构计计算。(3)做做施工工图设计计。现以一榀榀框架的的计算为为例，来来说明PK的具具体操作作过程。。【例18.2】某二跨三三层框架架，混凝凝土强度度等级为为C20，采用HRB335级钢筋作为受受力钢筋，6度地震设防，，其立面图，，恒载图，活载载图，风载图图如图18.26所示。图18.26(a)立面图PK简介图18.26(b)恒载图图18.26(c)活载图图18.26(d)左风图图18.26(e)右风图PK简介操作过程：(1)建立立模型及荷载载输入打开PKPM软件后，单单击PK，得得到如图18.27所示示的界面。图18.27PK主菜单PK简介在屏幕的右边边有12个选项，选择择“1PK数据交互输入入和数检”进进入PK建模状态，如如图18.28所示。图18.2