土木工程CAD与BIM建模 课件 第6章 PKPM基础设计与制图

第6章PKPM基础设计与制图2026年1月5日土木工程CAD与BIM建模本章简介第5章介绍了PKPM结构设计软件中建立结构模型、完成结构计算及绘制施工图的主要功能和操作。在此基础上，JCCAD基础辅助设计模块可接力上部结构计算结果进行地基基础建模、计算及绘图。为此，本章继续介绍PKPM软件中JCCAD模块的主要功能与操作，主要包括地质模型输入、基础模型输入、基础分析与设计、结果查看及生成施工图。结合第6~7章的内容，掌握PKPM软件完成一般房屋建筑结构设计与制图的基本方法与步骤。6.1基础设计模块概况6.1.1界面环境6.1基础设计模块概况6.1.2主要功能（1）适应多种类型基础：可设计倒锥型独立基础、阶梯型独立基础、预制杯口基础、双（多）柱联合基础、墙下条形基础、筏板基础、桩基础等。（2）接力上部结构模型：接力上部结构完成基础建模，基础定位轴线、参照柱、墙等均从与基础连接的上部楼层结构模型中自动读入。（3）接力上部结构计算生成的荷载：自动读取上部结构传来的单工况荷载标准值，可读入平面建模导算的荷载、SATWE荷载、PMSAP荷载、PK荷载等。自动读取的上部荷载可与交互输入的基础荷载同工况叠加。（4）自动完成荷载效应组合：计算地基或桩基承载力时采用标准组合；基础抗冲切、抗剪、抗弯、局部承压计算时采用基本组合；沉降计算时采用准永久组合，正常使用极限状态的挠度、裂缝计算时采用标准组合和准永久组合。软件自动判断荷载效应组合是否适合当前的计算内容。（5）地质资料的输入：提供人机交互方式输入地质资料，完成基础沉降和桩基计算等内容。此外，软件提供读取并转换AutoCAD图形文件的功能，方便作为设计参照。6.1基础设计模块概况6.1.2主要功能（6）考虑上部结构、基础与地基的共同作用：对地基梁、筏板、桩筏等整体基础，可采用上部结构刚度凝聚法、上部结构刚度无穷大的倒楼盖法、上部结构等代刚度法等方法考虑上部结构对基础的影响。（7）提供多样化计算功能：依据相关规范、标准，提供多种基础类型的承载力、配筋、沉降、冲切抗剪及局部承压计算等功能。（8）设计功能自动化：对于独立基础、条形基础、桩承台等，软件可按规范要求和用户设置的参数自动完成设计；对于整体基础，软件可自动调整交叉地基梁的翼缘宽度、自动确定筏板基础中梁翼缘宽度等。在软件生成的设计结果基础上，可采用人机交互方式进行修改与完善。（9）施工图辅助设计：完成基础施工图设计，包括平面图、详图及剖面图等。提供了多种基础施工图表达方法，以及参数化绘制各类常用标准大样图的功能。6.1基础设计模块概况6.1.3操作流程6.2地质模型输入6.2.1基本要求（1）执行“岩土参数”命令，设置不同土层物理力学指标的默认值。（2）执行“标准孔点”命令，根据地质勘测报告设置各土层的深度与性能指标参数。（3）执行“孔点编辑”子菜单的相关命令，将“标准孔点”布置到平面图上。（4）执行“土层编辑”子菜单的相关命令，对各孔点的土层分布与指标参数进行调整。（5）通过“孔点剖面”“线段剖面”和“等高线”等命令，检查地质资料输入结果。6.2地质模型输入6.2.2岩土参数定义6.2地质模型输入6.2.3孔点输入与编辑1.标准孔点用于生成土层参数表描述场地地基的总体土层信息，作为生成各孔点数据的模板。6.2地质模型输入6.2.3孔点输入与编辑2.孔点编辑（1）单点输入：执行该命令，绘图区移动光标至适当位置，然后单击鼠标左键完成孔点布置。软件会按“标准孔点”设置孔点的默认土层参数。（2）复制孔点：复制已布置的孔点生成新孔点。执行该命令，按命令行提示点取已有孔点，然后指定新孔点的布置位置完成复制操作。（3）删除孔点：删除布置的孔点。（4）平移：执行命令，弹出“对位参数”对话框，用于设置结构物坐标系原点在地质资料坐标系中的偏心和转角。（5）拖动：执行命令，选择结构物坐标基点和平移目标点，实现结构物坐标系的平面移动。（6）导入DWG图：若地质勘测报告提供了“*.dwg”格式的钻孔平面图，可通过“导入DWG图”命令直接导入孔点位置。6.2地质模型输入6.2.3孔点输入与编辑3.土层编辑（1）孔点编辑执行“孔点编辑”命令，点选要编辑的孔点，弹出“孔点土层参数表”对话框，可对孔口标高、探孔水头标高、孔口坐标，以及各土层标高和参数进行编辑。6.2地质模型输入6.2.3孔点输入与编辑3.土层编辑（2）剖面编辑执行“剖面编辑”命令，连续点选所有要编辑的孔点，单击鼠标右键完成选择并指定剖面图插入位置后，软件自动绘制土层剖面并弹出“孔点编辑”对话框。对话框中，选择“剖面编辑”的相关命令后，将光标移动到某一土层上时，该土层会高亮显示。此时单击鼠标左键可进行土层的编辑操作，包括修改标高、添加土层、删除土层、修改土层等。6.2地质模型输入6.2.4土层查看1.孔点剖面执行“孔点剖面”命令，连续选择要查看剖面的孔点位置，单击鼠标右键并指定插入位置，软件自动绘制点柱状图。2.线段剖面操作方式与“孔点剖面”命令类似。6.2地质模型输入6.2.4土层查看3.等高线用于查看地表、选定土层或水头的等高线图。执行“等高线”命令弹出“查看等高线”对话框，选择图层并设置【第一条等值线值】【相邻等值线差值】参数，单击【应用】按钮完成绘制6.3基础模型输入用于接力上部结构与基础相连的柱墙布置和荷载信息，补充输入基础荷载或附加柱墙荷载，交互输入基础模型数据等信息。执行“基础模型”菜单的相关命令前，需先输入上部结构的模型和荷载数据。首次进入基础设计模块，软件会自动读取上部结构模型和荷载信息。若上部结构发生变更，可执行“更新上部”命令，重新读取数据。软件会在保留已有基础模型的同时，更新上部结构信息（包括构件、网格节点、荷载等）。6.3基础模型输入6.3.1参数设置6.3基础模型输入6.3.2荷载定义1.上部荷载显示2.上部荷载编辑3.附加墙柱荷载编辑6.3基础模型输入6.3.3基础布置1.独基布置（1）人工布置：执行“独基”命令，弹出“独基布置”集成面板，用于人工布置独基。布置独基前，需对其类型与设计参数进行定义。如果执行过“自动独基”命令，列表中会添加软件自动生成的独基类型。（2）自动生成执行“自动独基”→“独基自动布置”命令，弹出“自动分组布置”对话框，设置参数后绘图区选择要布置独基的构件，软件自动计算并生成独基，支持单柱、双柱和多柱独基多种形式。需注意，基础底标高采用相对标高。采用“相对于柱底”时，实际基础底标高为“输入的基底标高+柱底标高”；采用“相对于正负0”时，输入的基底标高即为实际基础底标高。6.3基础模型输入6.3.3基础布置2.桩基承台布置（1）人工布置：执行“承台”命令，弹出“承台布置”集成面板，用于人工布置桩基承台，其操作方式与独基人工布置类似。软件对人工布置的桩基承台会自动进行竖向承载力、冲切及剪切验算，并将验算结果显示的平面布置图上，供设计参考。（2）自动布置6.3基础模型输入6.3.3基础布置3.桩布置（1）单桩布置桩基础分类输入参数预制方桩单桩承载力、桩边长水下冲（钻）孔桩单桩承载力、桩直径沉管灌注桩单桩承载力、桩直径干作业钻（挖）孔桩单桩承载力、桩直径、扩大头直径、扩大头上段长、扩大头中段长、扩大头下段长预制混凝土管桩单桩承载力、桩直径、壁厚钢管桩单桩承载力、桩直径、壁厚双圆桩单桩承载力、右圆半径、左圆半径、圆心距6.3基础模型输入6.3.3基础布置3.桩布置（2）群桩布置梁下布桩、墙下布桩筏板布桩两点布桩6.3基础模型输入6.3.3基础布置3.桩布置（3）桩计算①桩长修改：执行“桩计算”→“桩长修改”命令，弹出“桩长修改”对话框，提供了“按指定桩长修改”或“按试算桩长修改”两种方式。“试算桩长”可根据桩位地质资料与单桩承载力计算桩长，软件提供“按桩承载力试算桩长”和“按桩进入持力层深度试算桩长”两类桩长试算方式。②桩承载力试算：执行“桩计算”→“桩承载力试算”命令，弹出“承载力试算”对话框，提供已布置桩的“桩承载力计算”“桩身承载力计算”和“负摩阻下拉荷载计算”功能。③桩重心校核：执行“桩计算”→“桩重心校核”命令，绘图区围取若干桩后，显示围区内荷载的合力作用点位置与合力值、桩群形心坐标与总抗力、桩群形心相对于荷载合力作用点的偏心距。6.3基础模型输入6.3.3基础布置3.桩布置（3）桩计算④桩数估算：执行“桩计算”→“桩数估算”命令，弹出“桩数量”面板，可用于查看任意标准组合下的桩数量需求分布图。⑤桩数统计与检查：执行“桩计算”→“桩数统计与检查”命令，可检查所围区域内布置的桩总数与间距是否满足规范要求。⑥桩承载率估算：执行“桩计算”→“桩承载率估算”命令，绘图区选择桩筏基础，可显示桩承载率。桩承载率是指将筏板视为刚性板时，按上部荷载标准值计算的桩反力值与单桩承载力的比值，用于初步判断桩的利用率。6.3基础模型输入6.3.3基础布置3.桩布置（4）桩编辑①复制：复制已有单桩（锚杆）或群桩（锚杆），布置到其他位置。执行“桩编辑”→“复制”命令，选取要复制的桩并点取复制基点和目标点，完成复制。②替换：将已布置的桩替换为其他桩类型。执行“桩编辑”→“替换”命令，弹出“桩定义”对话框。列表中选择桩类型，然后绘图区选择要替换的桩，完成替换。③移动：移动已布置的桩位置，可通过光标、窗口、围栏等捕捉方式进行操作。④镜像：通过镜像方式布置桩。⑤删除：删除已布置的桩。6.3基础模型输入6.3.4构件编辑1.复制与删除（1）删除：删除基础构件。（2）复制：复制已布置的基础构件。2.构件转换基础建模计算时，部分基础构件可用不同的基础类型来模拟，如复杂承台需采用有限元分析方法，可将其转换为筏板。3.统一修改（1）改覆土重：修改已布置基础的覆土重。（2）修标高：修改基础底标高和顶标高。（3）改承载力：修改地基承载力特征值和用于深度修正的基础埋深。（4）改厚度：修改独基或承台的一阶高度。（5）改偏心：修改砌体条基、地基梁、拉梁的偏心布置。6.3基础模型输入6.3.4构件编辑4.节点网格用于增加、编辑上部结构传入的平面网格、轴线和节点，以满足基础布置的需要。（1）加节点：在基础平面网格上增加节点，可在命令行中输入节点坐标，或利用已有节点定位。（3）删节点：删除节点，并同时删除或合并与该点相关的网格。（6）删除网格：删除不需要的网格。（7）网格延伸：将网格线延伸到指定位置。6.4分析与设计6.4.1基本功能（1）生成设计模型：读取基础建模数据生成设计模型，并提供设计模型的查看与修改功能。（2）生成分析模型：基于设计模型划分网格，生成有限元分析所需数据。（3）分析模型查看与处理：查看分析模型的单元、节点、荷载，以及桩土刚度等。（4）有限元计算：进行地基基础有限元分析，计算位移、内力、桩土反力、沉降等。（5）基础设计：按规范提供的方法或有限元分析结果完成基础设计。6.4分析与设计6.4.2设计模型1.模型信息执行“模型信息”命令，可查看基础模型的类型、尺寸、材料、承载力等信息。2.构件设计方法执行“构件设计方法”命令，弹出“独基承台柱墩设计方法”对话框。对于单柱下独基或桩承台，软件默认按规范算法计算和设计，即独基或桩承台视为刚体，荷载作用下自身不发生变形。对于多柱墙下独基或桩承台，刚体假定可能不成立，按有限元计算更为合理。通过该命令可指定独基或桩承台按规范算法或有限元算法计算。6.4分析与设计6.4.3分析模型1.生成数据“生成数据”命令的核心功能是为基础划分网格、生成桩土刚度和有限元分析模型。软件提供了“铺砌法”与“Delaunay拟合法”两种网格划分方式，并可根据用户选项自动生成弹性地基模型、倒楼盖模型、防水板模型，供后续计算与设计使用。2.分析模型执行“生成数据”命令后，软件会生成分析模型。再执行“分析模型”命令，弹出“分析模型”面板，可查看以下模型信息：（1）有限元网格信息：查看有限元网格划分，包括节点编号、单元编号和网格线。（2）单元信息：查看每个单元的厚度、材料、布筋方向和人防等级。3.单元查改用于修改单元厚度、承载力、材料强度和配筋率，并可选择按单元或构件类型修改。4.补充定义（1）布筋方向：修改软件默认的配筋方向。（2）约束定义：增加支座或修改支座属性。6.4分析与设计6.4.4桩土刚度1.基床系数执行“基床系数”命令，弹出“基床系数”面板，可用于查看、定义或修改基础基床系数。修改基床系数的操作如下：面板中输入“基床系数”，单击【添加】按钮。在列表中选择添加的基床系数，并设置布置方式后，绘图区选择有限元单元或构件进行布置。2.桩刚度执行“桩刚度”命令，弹出“桩刚度”面板，可用于查看和修改桩刚度、群桩放大系数等。以修改桩刚度为例，主要操作如下：面板中输入“抗压刚度”“抗拔刚度”和“弯曲刚度”，单击【添加】按钮。列表中选择添加的桩刚度，绘图区框选桩进行修改。6.4分析与设计6.4.5荷载1.荷载查看执行“荷载查看”命令，弹出“荷载简图”面板，可用于查看基础模型的荷载是否读取正确。其中，“设计模型”会根据用户选择显示所有上部构件的荷载、自重等信息，“分析模型”会显示每个单元网格和单元节点的荷载信息。2.板荷编辑执行“板荷编辑”命令，弹出“单元荷载编辑”对话框，可查看和编辑基础底板上的板面荷载。仅支持修改利用“基础模型”→“筏板荷载”命令输入的荷载，荷载类型包括板面恒载、板面活载、永久堆积物、覆土荷载、水浮力-抗浮水位、水浮力-常规和人防底板等效静荷载。6.4分析与设计6.4.6数据生成与计算执行“计算设计”命令，可实现柱下独立基础、墙下条形基础、弹性地基梁基础、带肋筏板基础、柱下平板基础、墙下筏板基础、柱下独立桩基承台基础、桩筏基础及大型混合基础等的分析与设计。主要操作步骤包括整体刚度组装、有限元位移计算、有限元内力计算、沉降计算、承载力验算、有限元配筋设计，以及独基和承台的规范方法设计。6.5结果查看6.5.1分析结果查看1.位移查看所有单工况与荷载组合下的基础位移图，判断基础变形是否合理。2.反力图查看所有单工况与荷载组合下的基础底部反力。对于水平力较大的荷载组合，可查看基础底部是否有零应力区；对于抗浮验算，可查看基础底部水浮力是否大于上部荷载。3.弯矩查看所有单工况与荷载组合下的基础弯矩。可查看单元平均弯矩或单元节点弯矩。对于筏板，弯矩方向按板底受拉为正、板顶受拉为负确定。4.剪力查看所有单工况与荷载组合下的基础剪力。可查看单元平均剪力或单元节点剪力。6.5结果查看6.5.2设计结果查看1.承载力校核查看地基土与桩承载力验算结果、桩身承载力验算结果等。2.设计内力查看起控制作用的基础内力，包括板单元最大弯矩、梁设计内力等，支持等值线、云图等多种方式。3.配筋查看基础配筋，包括板单元配筋和构造配筋等。4.沉降查看沉降计算结果与相关信息，主要包括：（1）构件中心点沉降。根据用户选定的计算方法，以构件为单位计算沉降。（2）构件底附加压力。构件底准永久组合下的附加压力值。（3）单元沉降。根据用户选定的计算方法，以单元为单位计算的沉降量。（4）单元底附加压力。准永久荷载组合下单元的附加压力。（5）两点沉降差。基础任意两点的沉降差和倾斜值。6.5结果查看6.5.2设计结果查看5.冲切剪切验算查看基础的冲切、剪切、局压验算结果，以校核基础的厚度是否满足规范要求。如果布置了柱墩，还可验算柱墩加筏板的厚度是否满足要求，以及柱墩本身对筏板冲切、剪切是否满足要求。6.实配钢筋软件采取分区均匀配筋方式对计算配筋进行处理，并给出实配钢筋。执行“实配裂缝”命令，弹出“实配钢筋”面板，可查看配筋与裂缝验算结果，或修改配筋。7.构件信息根据用户选定的构件，输出构件基本信息、配筋结果、冲切剪切结果、承载力验算结果等。6.5结果查看6.5.3文本结果“文本结果”子菜单提供“文本查看”“计算书”和“工程量统计”等功能，可采用文本方式输出所有计算过程和结果。计算书包括设计依据、计算软件信息、计算参数、模型概况、工况和组合、材料、结果简图（模型基本简图、板面荷载简图、承载力计算结果、配筋计算结果、沉降图、冲剪局压图）等内容，可导出为“*.docx”“*.pdf”或“*.txt”格式的文档。6.6基础施工图6.6.1参数设置执行“参数设置”命令，弹出“基础施工图参数”对话框，用于设置不同类型基础的施工图绘制内容与绘图参数。（1）总图设置：设置基础施工图绘制的总体信息，包括绘图比例、编号顺序，以及桩位图、独基、承台、地基梁的画法等；（2）独基设置：设置独立基础的选筋归并和级配参数、独基名称、尺寸标注方式等；（3）地基梁与拉梁：设置梁选筋归并和级配参数、架立筋和纵向分布筋、裂缝宽度限值等；（4）筏板设置：设置筏板选筋级配、配筋和标注方式、裂缝验算等；（5）柱墩设置：设置柱墩归并系数、下钢筋级配和构造、尺寸标注方式等；（6）灌注桩设置：设置选筋归并和级配参数、灌注桩名称等。6.6基础施工图6.6.2底图1.绘新图重新绘制基础施工图，有旧图时会覆盖旧图。2.增量更新工程有局部变化时，可执行“增量更新”命令实现基础施工图的局部更新。进入“施工图”菜单后，软件会自动判断基础平面或计算结果是否有变化。有变化时，“增量更新”命令可用，否则，该命令置灰。6.6.3标注1.轴线标注标注轴线间距、轴号、角度等，提供“自动标注”和“交互标注”等方式。2.尺寸标注标注基础构件的尺寸与位置，执行“尺寸标注”命令，光标点取构件完成标注。3.图框图名在基础施工图中插入图框、图名及标高。6.6基础施工图6.6.4平法执行“平法”子菜单的相关命令，软件自动根据标准图集和用户参数设置，完成相应类型基础构件的平法施工图绘制。进入“施工图”菜单时，软件自动判断模型中包含的基础类型，未包含时，相应的平法绘图命令置灰。基础构件标注的具体含义可参考图集《22G101-3混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（独立基础、条形基础、筏形基础、桩基础)》。6.6.5编辑1.移动标注移动平法标注内容的位置。执行命令，点选平法标注，光标移动到适当位置单击鼠标。2.标注换位同类型基础间，将集中标注和原位标注切换至其他基础位置显示，标注内容不变。3.修改标注修改平法集中标注的配筋。点选要修改的标注内容，软件自动识别基础类型，并弹出相应的“修改标注”对话框。修改配筋后，可选择是否重新归并基础类型；选择重新归并时，已有基础类型和编号可能发生变化。6.6基础施工图6.6.5编辑4.区域补强对筏板补强钢筋。筏板配置通长筋时，对于计算钢筋面积大于通长筋面积的区域，需配置补强钢筋。软件可自动生成补强区域并绘制补强钢筋，用户可双击修改或通过“修改标注”命令修改。5.连续梁支座修改地基梁和连梁的连续梁支座。6.编号重排用于独基、地基梁、承台、拉梁、柱墩及灌注桩编号的重新排序，解决人工修改后编号不连续的问题。7.钢筋刷将尺寸相同但配筋不同的基础钢筋修改为相同钢筋，可选择直接复制或取二者的较大值。6.7地基基础分析与设计操作实例6.7.1地质模型（1）接力第5章工程实例的结构模型和分析计算结果。执行“标准孔点”命令，根据工程地质条件设置标准孔点。6.7地基基础分析与设计操作实例6.7.1地质模型（2）采用“单点输入”和“复制”命令，布置8个孔点。6.7地基基础分析与设计操作实例6.7.1地质模型（3）执行“孔点编辑”命令，图747修改8个孔点的土层厚度，完成地质模型输入。6.7地基基础分析与设计操作实例6.7.2基础模型切换至“基础模型”菜单，按以下主要步骤进行基础建模：（1）参数设置：执行“参数”命令，设置基础模型参数。本例中，对话框的“总信息”页面中，勾选【自动按楼层折减活荷载】，【柱底弯矩放大系数】选择“适用三级框架”，【室外地面标高】改为“﹣0.3”；“地基承载力”页面中，勾选【采用地质资料承载力参数】；“承台参数”页面中，勾选【桩承载力按共同作用调整】。“设计参数”页面中，【板单元内设计弯矩统计依据】选择“平均值”。其他参数采用软件默认值。（2）定义桩：执行“桩”命令，弹出“桩布置”集成面板，单击【添加】按钮弹出“[基桩/锚杆]定义”对