PKPM结构设计软件应用实例 - 图文

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）……………………………………………4 1.2平面建模……………………………………………………………9 1.3计算分析…………………………………………………………..34 1.4设计成果判断……………………………………………………..35 1.5施工图绘制………………………………………………………..49 1.6维护结构设计……………………………………………………..57 1.7吊车梁设计 ……………………………………………………....68 1.8支撑设计 ……………..…………………………………………..78 1.9三维建模与刚架二维设计………………………………..………86

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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 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。

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图1-2 A~K立面图

图1-3 K~A立面图

图1-4 1-1剖面图

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图1.1-7 刚架布置图

图1.1-8 支撑布置图

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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，

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：

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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）

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

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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：

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图1.2-6a 门式刚架快速建模

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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度和边柱高度计算得出。

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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1/10~1/20。 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、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6~9m。

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。

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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300×280×8×12，中柱截面采用280×280×8×12。

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：

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。

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图1.2-8 柱布置

图1.2-9 PK-STS截面定义

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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300~700。

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，

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常选用的规格有180，200，220，250等。

3、选择截面还要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：180×8，180×10，200×8，200×10，220×10，220×12，240×10，240×12，250×10，250×12，260×12，260×14，270×12，280×12，300×12，320×14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300~750，最大可到900，对8mm厚的腹板高度范围一般从300~900，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：350×180×6×10，（350~550）×180×6×10，（550~350）×180×6×10，350×180×6×10。（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：

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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）

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

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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。柱脚采用铰接还是刚接，和自重较轻，柱高一般也不大，柱底弯矩不太大，一般采用柱底为铰接的形式。有吊车且吊车吨位较大时，采用刚接柱脚。多跨门架中，柱顶弯矩较小，常作成摇摆柱。

还要看房屋的高度和风荷载的大小，当风荷载很大，即使没有吊车，也宜设成刚接柱脚，以控制侧移。

铰接与否还应结合土质情况。刚接柱脚由于存在弯矩，基础尺寸会较大，使综合造价上升。

1.2.7恒载输入

单击“恒载输入”，弹出如“图1.2-16”所示界面。

图1.2-15 恒载输入

程序提供三种类型的恒载，即节点恒载、柱间恒载、梁间恒载。

首先完成屋面恒荷载的输入，单击“梁间恒载”，弹出如“图1.2-17”所示梁间荷载定义界面。

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图1-16 梁间荷载定义

此时可以选择第一种荷载类型，或是第二种荷载类型，在“荷载数据输入”栏填好参数，单击“确定”按钮，完成荷载定义。本例选择第二种，输入2.1。

按Tab键，转成轴线选择对象方式，指定梁，即完成梁上恒载的输入。

接下来完成吊车梁及轨道自重的输入。程序有两种方式：1、按节点恒载 2、按柱间恒载

1、使用节点恒载输入，需要输入一个集中力和弯矩。在节点恒载输入时，程序把荷载加在程序的网格线上，对于边柱来说，没有加在柱的实际轴线，所以这与实际稍微有点不符，但一般情况下可满足工程精度的要求。

2、按“柱间恒载”输入时，选择第五种荷载形式即可，只需要输入集中力和偏心距大小，以及作用点距柱底的距离即可。程序以构件的轴线为准。

此处按第1种方式，集中力可以从后续吊车梁计算结果中计算得到。边跨吊车梁自重为6.8kn，中间跨吊车梁自重为7.1kn，考虑吊车梁的轨道和其固定件等，乘以1.2的增大系数，即边跨8.2kn，中间跨为8.5 kn。而纵向力作用位置可以参考的吊车位置信息得到。对于边跨边柱为0.68m，边跨内柱为0.67m，中间跨为0.61m。最后计算数值见表1.2-1。

表1.2-1 吊车梁对各柱的恒载

集中力（kn） 弯矩（kn*m） A柱处 8.2 5.6（顺时针） D柱处 16.7 G柱处 16.7 K柱处 8.2 -5.6（逆时针） -0.31（逆时针） 0.31（顺时针）

单击“节点恒载”，在弹出界面里输入集中力和弯矩，依次添加即可。

设计知识：

对于门式刚架来说，典型的恒载有：1、屋面恒荷载，用程序的“梁间荷载”布置。2、当有吊车时，对于吊车梁以及吊车轨道的自重，用“节点恒载”实现。3、对于墙面系统的

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自重，在需要时，用“节点恒载”实现。

屋面恒载计算：

0.8mm厚压型钢板

100mm保温棉 0.2kn/m2 0.6厚压型钢板

檩条 0.1kn/m2

合计 0.3 kn/m2 1.2.8活载输入

图1.2-17 活载输入

活载的输入模式与方法和恒载相同，对其操作不赘述。活载输入的界面见“图1.2-17”。 说明：两边跨活载为0.4 kn/m2，中间跨的活载为取0.5 kn/m2。 规范链接： 活载取值：《门规》3.2.2

设计知识：

门式刚架的活荷载包括屋面活荷载、屋面雪荷载、屋面积灰荷载、悬挂荷载等。在施工过程中，还要考虑施工或检修集中荷载。

本工程没有积灰荷载，屋面雪荷载标准值为0.4kn/m2， 边跨刚架梁1的服务面积为6×18=108m2＞60m2， 中间跨刚架梁2的服务面积为6×9=54m2＜60m2

边跨刚架梁1部分的屋面活河载为0.3kn/m2＜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/m2＞0.4 kn/m2，取0.5 kn/m2

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1.2.9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”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100000，

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即可输入水平风荷载。

单击“柱间左风” ，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。

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

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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）。

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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具实现“图1-24”中“吊车荷载值”栏目参数的输入。） 单击

，打开“图1.2-25”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：

图1.2-27 吊车位置信息计算简图

A?(S?h1?h2/2)?Sdh1?

22(S?h1?h2/2)?Sdh2?

22B?

式中：

S：厂房名义跨度，单位mm Sd：吊车跨度，单位mm

A：吊车竖向荷载与左节点的偏心距，单位mm

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B：吊车竖向荷载与右节点的偏心距，单位mm h1：左边柱柱截面高度，单位mm h2：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1.02～1.04；

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1.2-22 吊车荷载

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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。

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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、 “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”。

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表1.2-2 吊车参数

参数 起重量 5t 10t 工作 级别 A3 A3 吊车跨度 （m） 16.5 16.5 总重 （t） 4.20 5.55 Pmax （t） 3.76 6.03 Pmin （t） 0.9 0.98 宽B （mm） 3000 3000 轮距W （mm） 2500 2500

1.2.12参数输入

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1.2-28c），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

柱顶位移设计值限值——《门规》3.4.2，《门规》表3.4.2-1 受压构件长细比限值——《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——《门规》表3.4.2-2

多台吊车组合时的吊车荷载折减系数——《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

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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铰接的柱，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——《门规》3.3.1第1款 结构重要性系数——《门规》3.1.3

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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——《门规》3.1.6 设计知识：

地震烈度、场地土类别、设计地震分组——一般由勘察报告提供 抗震等级——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响了，必须考虑。

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图1-28d 荷载分项及组合系数选项卡

这些参数一般取默认即可，不需要改动。 规范链接：

恒载分项系数——《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）3.2.5第1款 活载分项系数——《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）3.2.5第2款 风载分项系数——《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）3.2.5第2款 地震作用分项系数—— 《建筑抗震设计规范》（GB500011—2001）表5.4.1 吊车荷载分项系数——《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）3.2.5第2款 活荷载组合系数——《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）表4.1.1，表4.3.1 风载分项系数——《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）7.1.4条 吊车荷载分项系数——《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——《建筑抗震设计规范》（GB500011—2001）表5.1.3 1.2.13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。

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1.3计算分析

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

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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。 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。

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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”

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图1.4-4 配筋包络与钢结构应力图

用PKPM—STS设计的门式刚架，应力比控制取多少合适的问题，需要综合考虑，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、如有铰接点，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1.4-6），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。

35

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1.4-6a 恒载弯矩图

图1.4-6b 恒载轴力图

图1.4-6c 恒载剪力图

活载

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图1.4-7a 活载弯矩包络图

图1.4-7b 活载轴力包络图

图1.4-7c 活载剪力包络图

查看水平荷载作用的下的内力图:

图1.4-8a 左风载弯矩图

图1.4-8b 右风载弯矩图

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图1.4-9a 左地震弯矩图

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1.4-10a 弯矩包络图

图1.4-10b 轴力包络图

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：

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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；

图1.4-11 钢梁变形图选项

本工程的主要挠度图如下：

图1.4-12a 钢梁（恒+活）绝对挠度图

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

图1.4-12d 钢梁（活）相对挠度图

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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1.4-15a 恒载节点位移图

图1.4-15b 活载节点位移图

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图1.4-15c 恒载+活载节点位移图

图1.4-15d 左风节点位移图

图1.4-15e 右风节点位移图

图1.4-15f 吊车水平荷载节点位移图

图1.4-15g 左地震作用节点位移图

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图1.4-15h 右地震作用节点位移图

1.4.6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

截面类型= 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= 1.51 Uy= 0.25

截面参数: B1= 180, B2= 180, H= 350, Tw= 6, T1= 10, T2= 10 轴压截面分类:X轴:b类, Y轴:c类

验算规范: 门规CECS102:2002

组合号 M N V M N V 1 -33.02 -1.38 -12.66 -12.46 3.90 -5.00 2 -42.45 -3.61 -16.84 -15.74 5.71 -7.04 3 5.95 -5.53 1.62 3.82 8.05 -0.03 4 -3.49 -7.75 -2.57 0.54 9.86 -2.07 5 138.87 30.70 58.83 64.49 -24.59 24.80 6 129.44 28.47 54.65 61.21 -22.78 22.75 7 121.28 27.16 51.84 53.50 -21.81 22.56 8 42.16 10.80 21.88 -6.27 -8.73 15.62 9 32.72 8.57 17.70 -9.55 -6.92 13.58 10 53.58 13.23 25.98 3.97 -10.71 16.14 11 85.09 21.86 36.18 45.21 -15.75 14.45 12 75.65 19.63 32.00 41.94 -13.95 12.41 13 108.47 19.37 44.74 54.98 -13.26 17.43 14 99.03 17.14 40.56 51.71 -11.46 15.39 15 -11.63 1.96 -0.77 -25.55 0.11 5.28 16 -21.06 -0.27 -4.95 -28.83 1.92 3.23 17 11.75 -0.53 7.79 -15.78 2.60 8.26 18 2.31 -2.76 3.61 -19.06 4.41 6.22 19 24.56 10.76 10.96 18.91 -5.73 3.79 20 15.12 8.54 6.77 15.64 -3.93 1.74 21 63.52 6.61 25.23 35.20 -1.58 8.76 22 54.08 4.39 21.05 31.92 0.22 6.72 42

23 -43.14 -3.17 -14.91 -30.62 5.37 -2.64 24 -52.58 -5.39 -19.09 -33.90 7.18 -4.68 25 -4.18 -7.32 -0.63 -14.34 9.52 2.34 26 -13.62 -9.54 -4.82 -17.61 11.33 0.30 27 121.13 26.65 42.63 46.15 -22.59 14.55 28 105.82 23.18 36.03 39.67 -19.80 11.61 29 21.17 6.39 20.64 1.28 -4.06 16.77 30 12.77 4.35 16.69 -0.15 -2.41 14.48 31 132.63 28.34 58.15 60.46 -22.69 25.64 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 43

123.19 26.12 116.91 25.51 48.40 13.15 38.97 10.92 57.95 14.88 78.84 19.51 69.41 17.28 102.22 17.02 92.78 14.79 -5.38 4.31 -14.82 2.08 18.00 1.82 8.56 -0.40 20.19 9.12 10.75 6.89 59.15 4.97 49.71 2.74 -38.77 -1.52 -48.21 -3.75 0.19 -5.67 -9.25 -7.90 59.95 13.91 45.08 10.62 82.36 19.13 73.51 16.92 83.31 23.52 73.87 21.30 26.98 17.61 17.54 15.38 140.88 35.67 131.44 33.44 140.88 35.67 131.44 33.44 -36.93 15.82 -46.37 13.59 53.97 57.18 51.37 50.68 22.56 -2.24 18.37 -5.51 26.45 6.79 35.50 41.18 31.32 37.90 44.07 50.95 39.88 47.67 -0.10 -21.51 -4.28 -24.79 8.47 -11.74 4.29 -15.02 10.48 16.09 6.30 12.81 24.76 32.37 20.58 29.09 -14.43 -27.80 -18.62 -31.07 -0.16 -11.51 -4.34 -14.79 36.19 29.88 29.64 23.68 27.08 17.55 23.08 15.84 27.91 27.95 23.73 24.68 22.22 12.77 18.04 9.49 51.53 59.33 47.35 56.05 51.53 59.33 47.35 56.05 -2.68 -24.67 -6.86 -27.94 -20.88 -20.48 -10.63 -8.82 -12.04 -13.85 -12.04 -11.36 -9.56 -1.79 0.02 0.70 2.51 -4.40 -2.60 -0.25 1.55 4.04 5.85 8.19 10.00 -10.05 -7.39 -16.61 -14.82 -19.98 -18.17 -16.76 -14.96 -29.61 -27.80 -29.61 -27.80 -15.29 -13.48 23.60 23.15 14.78 12.74 15.55 15.29 13.25 18.27 16.23 4.43 2.39 7.42 5.38 4.37 2.33 9.35 7.31 -3.23 -5.27 1.75 -0.29 21.06 18.06 10.26 8.04 9.46 7.42 15.06 13.02 7.90 5.86 10.89 8.84 17.43 15.39

67 -13.56 15.82 5.89 -14.90 -15.29 17.43 68 -22.99 13.59 1.70 -18.17 -13.48 15.39 69 43.23 17.88 12.93 24.72 -12.13 1.84 70 33.80 15.66 8.75 21.44 -10.33 -0.20 71 82.20 13.73 27.21 41.00 -7.98 6.81 72 72.76 11.51 23.03 37.72 -6.18 4.77 73 -63.90 -0.19 -16.92 -35.45 1.22 -0.66 74 -73.33 -2.41 -21.10 -38.73 3.03 -2.70 75 -24.93 -4.34 -2.64 -19.17 5.37 4.31 76 -34.37 -6.56 -6.82 -22.44 7.17 2.27 77 157.55 37.82 60.81 70.29 -30.99 22.85 78 148.11 35.59 56.62 67.02 -29.19 20.81 79 157.55 37.82 60.81 70.29 -30.99 22.85 80 148.11 35.59 56.62 67.02 -29.19 20.81 81 -32.38 4.94 -2.78 -30.38 -4.04 17.60 82 -41.82 2.71 -6.96 -33.66 -2.24 15.56 83 -9.00 2.45 5.78 -20.61 -1.55 17.60 84 -18.44 0.22 1.60 -23.89 0.25 15.56 85 74.13 19.33 37.70 35.22 -14.84 19.49 86 56.91 15.14 30.91 28.15 -11.39 16.75 87 8.54 8.27 19.42 -1.61 -6.66 17.96 88 2.26 5.92 15.68 -2.55 -4.58 15.48 89 132.49 30.95 43.82 49.64 -26.46 13.37 90 115.27 26.76 37.03 42.57 -23.01 10.63 91 66.90 19.89 25.55 12.80 -18.28 11.84 92 60.61 17.54 21.80 11.87 -16.20 9.36

--- 梁的弯矩包络 --- 梁下部受拉:

截面 1 2 3 4 5 6 7 弯矩 -73.33 -15.30 -45.54 -88.31 -106.67 -97.38 -70.29

梁上部受拉:

截面 1 2 3 4 5 6 7 弯矩 157.55 34.91 9.73 26.89 36.16 37.56 38.73

考虑屈曲后强度强度计算应力比 = 0.877 抗剪强度计算应力比 = 0.171

平面内稳定最大应力 (N/mm*mm) = 251.06 平面内稳定计算最大应力比 = 0.810

平面外稳定最大应力(N/mm*mm) = 256.32 平面外稳定计算最大应力比 = 0.827

考虑屈曲后强度计算应力比 = 0.877 < 1.0 44

抗剪强度计算应力比 = 0.171 < 1.0 平面内稳定最大应力 < f= 310.00 平面外稳定最大应力 < f= 310.00

腹板高厚比 H0/TW= 55.00 < [H0/TW]= 206.33 (CECS102:2002) 翼缘宽厚比 B/T = 8.70 < [B/T] = 12.38

--- (恒+活)梁的相对挠度 (mm) ---

截面 1 2 3 4 5 6 7 挠度值 0.00 20.60 45.27 65.25 75.05 72.51 58.78 最大挠度值 = 75.33 最大挠度/梁跨度 = 1/ 237. 斜梁坡度初始值: 1/ 14.81

变形后斜梁坡度最小值: 1/ 18.22 变形后斜梁坡度改变率 = 0.187 < 1/3

构件重量 (Kg)= 520.25

构件的核对可以手工进行，也可以借助STS的工具箱。具体可参考第二章内容，不同的是验算规范需要选择门式刚架规程，构件类别选择门式刚架构件即可。如下图：

图1.4-16 构件计算

45

在PK11.OUT文件的最后部分，是一些总结性的信息，如下图所示：

本工程用钢量为：4895÷54÷7＝12.95Kg/m2，可以。

通过点击“F结构立面简图”可以输出结构的计算简图，作为计算书存档。

通过点击“E图形拼接”按钮对上面所述各图形进行整理，点击后打开图1.4-17所示，填入规格即可。

图1.4-17 输入图纸规格

接着进入操作界面，菜单如右图所示，可以通过插图比例菜单改变输出图形的比例。

选择好合适的比例后，可以顺次把右图菜单栏各个图形依次布置在图面上。

布满一张后，单击“退出”按钮后出现，选择 “继续“，程序首先自动把刚布置好的图形输出， 此时可以通过提供的编辑工具对图面进行处理， 处理完成后， 单击“退出“

程序又提示输入图纸规格 按照上述步骤重复执行即可。

46

1.5施工图绘制

一般来说设计方案经计算分析比较后，一旦确定下来,计算的工作就算完成了，接下来的就是绘制施工图了。

现有的PKPM版本中，用STS设计钢结构和混凝土有个很大不同之处，这个也是和手工计算绘图不同的地方。那就是，STS在施工图绘制菜单完成节点部分的设计，然后才能进入最后的绘图。初学者很容易犯的一个错误就是柱梁计算都满足，而节点设计由于所选柱梁截面不合理而无法设计或设计的不合理，螺栓布不开等。

只有在节点设计中证明梁柱尺寸合理后，才能认为前面的工作是有效的。对于门架来说，由于相对简单很多，即使节点不合理，需要调整方案，工作量还是比较少的，对于多高层，则工作量会大很多。

单击“绘施工图”，打开施工图绘制工作界面，如图1.5-1。

图1.5-1 施工图绘制界面

1.5.1设置参数必须首先执行，单击“设置参数”打开“图1.5-2对话框”，一般取默认即可，点击确定按钮。

47

图1.5-2 施工图比例

1.5.2拼接、檩托菜单 该菜单的主要功能有：

1、检查程序自动生成的拼接点是否正确，是否符合要求，可以根据需要增加或删除。 2、完成布置梁上的檩托和柱子的檩托。

3、需要说明的是，如此处布置了檩托，则施工图中会出现。否则，程序不绘出。 1.5.3节点设计

点击节点设计，打开“输入或修改设计参数界面”，包括4个选项卡，如以下图所示

图1.5-3a 连接节点形式界面

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规范链接：

梁柱刚性节点——《门规》7.2.1

连接节点形式选项卡完成节点类型的选择，程序提供如下几种节点类型。 梁柱刚性节点：4种，即端板竖放、端板平放、端板斜放、端板加腋。 屋脊刚性节点：2种，即端板两端带加劲肋和一端带加紧肋，选类型2。 中间梁柱节点：2种，柱子贯通和梁贯通。选类型2。

设计知识：

门式刚架的梁柱节点一般是通过端板借助于高强螺栓实现其连接的。 几种不同梁柱连接形式的区别：

端板平放可以减小节点的设计剪力，端板竖放，和斜放都能增加力臂，但斜放对加工和安装都有较高要求，一般很少采用。

图1.5-3b 连接节点形式界面

程序根据前面计算模型选择的柱脚自动把未用到的柱脚变成不可选状态。 柱脚类型：铰接2种，刚接2种。

规范链接： 柱脚类型：《门规》7.2.17 柱脚锚栓钢号：《门规》7.2.18

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柱脚锚栓直径D：《门规》7.2.18 柱脚底板锚栓孔径（比直径增大值）：《门规》8.2.7 柱下端与底板连接焊缝形式：《门规》7.2.19，《门规》7.2.20，

图1.5-3c 连接节点设计参数界面

本菜单主要是解决螺栓计算，门式刚架的刚节点一般用高强螺栓的连接形式实现。

规范链接：

高强螺栓（摩擦型和承压型）（等级有8.8级，和10.9级）：《门规》7.2.3 连接处构件接触面处理方法：《钢结构设计规范》表7.2.2-1 构件翼缘和腹板与端板连接焊缝的形式：《门规》7.2.10

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