pkpm第三册

目录
钢结构设计软件STS 2005版本简要介绍 (1)
第一节门式刚架二维设计 (8)
第二节门式刚架三维设计 (17)
第三节底部框架+顶层门式刚架结构整体设计 (27)
第四节框架连接节点设计与施工图 (48)
第五节三维框架设计图 (51)
第六节PK交互输入与优化计算 (60)
第七节工具箱 (69)
钢结构设计软件STS 2005版本简要介绍
1、新的主菜单和人机交互界面
2、新的门式刚架二维设计
“门式刚架二维设计”将以前版本的交互输入，截面优化，结构计算，门式刚架施工图4个菜单集成在一个菜单中，用于完成单榀门式刚架模型输入，截面优化，结构计算，节点设计和施工图绘制。

该模块针对门式刚架结构的特点，可以采用快速建模方式自动布置刚架构件和荷载，考虑了带夹层门式刚架的快速建模。

增加抗风柱定义，抗风柱和门式刚架计算可以一次完成。

3、新的PK交互输入与优化计算
新版PK交互输入与修改将模型输入，截面优化，结构计算集成在一个菜单中；不退出菜单即可完成模型修改，优化和重复计算，界面如下图。

4、新的门式刚架三维建模与刚架设计方式
用于完成门式刚架三维建模和主刚架设计。

针对门式刚架结构的特点，可以快速输入平面网格轴线，结构设计信息；采用门式刚架二维设计的方式进行各轴线主刚架的模型输入，截面优化，结构计算和施工图绘制；可以进行立面复制，编辑，删除；可以输入纵向系杆；通过这些操作，可以建立门式刚架三维模型；并且快速生成用于屋面、墙面设计的数据。

新版屋面、墙面设计可以自动布置檩条；可以计算门形支撑等复杂支撑。

5、新的三维框架设计图
全新的三维框架设计图出图方式，按照构件端部进行归并，设计总说明，图纸目录，柱脚锚栓布置图，各楼层平面布置图，各轴线立面布置图，连接节点施工图，标准焊接大样图等施工图全部自动生成；节点施工图数量大大减少。

6、新增连续墙梁计算
7、新增钢管连接计算计算
8、新增钢结构连接计算与绘图工具
连接计算与专业画图工具分为连接计算、专业标注和专业画图三部分，包含了钢结构中主要类型的焊缝计算、螺栓计算、图形标注及标准型钢、自定义截面型钢以及多边形钢板的画图。

为用户在钢结构设计中的连接计算及画图提供了方便。

9、改进了吊车梁设计
提供3种变截面类型：圆弧式，直角式，梯形。

增加了变截面位置的强度计算和疲劳计算，截面优化也考虑了变截面位置的强度和疲劳应力校核。

吊车梁截面优化功能，截面优化可以输入最小，最大优化范围。

增加了3种变截面类型（圆弧式，直角式，梯形）吊车梁的施工图绘制。

10、底部框架+顶层门式刚架整体设计
针对多层框架的顶层为门式刚架轻型房屋结构的这种结构类型，下部框架与上部门式刚架的设计需要区别对待，然而它们之间的相互作用、相互影响又是必须考虑的，需要把它们作为一个整体来分析。

PKPM2005版软件中，为这种结构类型的设计，提供了一套三维整体分析，设计，施工图绘制的解决方案（必须有STS和S-1模块，或STS和S-2模块，或STS和S-3模块）。

可以对顶层门式刚架考虑屋面风荷载，构件按照门式刚架规程计算，可以完成框架部分节点按照框架连接设计，顶层门式刚架部分节点按照门式刚架连接设计，整体绘制施工图。

11、框架节点设计与施工图改进
改进了连接设计方法和归并方法；完成了埋入式柱脚，包脚式柱脚的设计与施工图；对节点域计算不满足，抗震承载力不满足时给出具体措施，并在施工图中自动绘制。

12、檩条，墙梁，简支梁，组合梁，基本构件计算工具改进。

简支檩条、墙梁计算增加了“净截面系数”参数，增加风吸力作用下檩条强度的验算。

连续檩条增加了连续檩条支座搭接长度的优化和檩条截面自动优化选择功能。

新版简支梁计算，对于焊接组合H截面的简支梁，当高厚比较大时，程序自动考虑屈曲后强度的计算。

新版组合梁计算中，使用阶段挠度计算叠加施工阶段的挠度时，增加使用阶段考虑的续加荷载选项；增加考虑部分抗剪组合梁的设计。

基本构件计算中的梁构件计算，当按钢结构规范验算时，增加可以选择是否考虑屈曲后强度，还可以设置加劲肋。

13、框架和其他结构中前4个菜单的改进说明见PKPM 2005版本改进第一部分S1、S4模块
改进相关说明。

14、STS 2005版本兼容以前程序版本的工程数据，在程序安装光盘中提供各种模型（包括塔
架，空间桁架等）的例题。

第一节门式刚架二维设计
“门式刚架二维设计”用于完成单榀门式刚架模型输入，截面优化，结构计算，节点设计和施工图绘制。

该模块针对门式刚架结构的特点，可以采用快速建模方式自动布置刚架构件和荷载，考虑了带夹层门式刚架的快速建模。

1.1、模型输入
1.2、快速建模
通过基本模型，可以快速输入单跨或者多跨刚架轴线；对于带夹层的门式刚架，可以通过输入夹层信息，建立各跨夹层部分的网格轴线。

1.3、自动布置构件截面和荷载
可以选择是否自动生成构件截面与铰接信息；是否自动生成屋面恒载、活荷载；是否自动导算风荷载；可以按照隅撑间距来修改所有梁构件的平面外计算长度。

快速建模完成后，可以立即生成刚架模型，包含构件截面，铰接构件，恒、活荷载，风荷载都可
以自动布置，可以直接进行截面优化或者结构计算。

1.4、定义抗风柱
如果设计边榀刚架，可以将抗风柱90度布置（强轴在刚架平面内），根据抗风柱与刚架梁的连接
形式，可以定义两种类型的抗风柱，同时可以定义抗风柱相对于刚架平面的偏心。

定义抗风柱后，布置在抗风柱上的风荷载，程序认为是垂直于刚架平面的，左风视为风压力，右风视为风吸力。

结构计算时将同时进行刚架计算和抗风柱计算；根据抗风柱类型分别按照垂至于刚架平面的受弯构件或者压弯构件计算。

详细说明请参考6.3节。

1.5、截面优化
模型输入完成后，可以立即进行截面优化；截面优化程序的改进说明请参考6.2节。

截面优化完成后，可以将优化结果导入到模型输入中，修改模型输入的截面，接着进行结构计算。

也可以使用“构件查询”菜单，查看所有构件截面或者单个构件的详细截面信息（如下图），可以将查询的信息保存为文本文件。

1.6、结构计算
结构计算完成后，可以查看计算结果，校核设计结果是否满足规范要求，查看基础设计文件；在计算结果满足规范要求的前提下，可以接着进行节点连接设计和绘制施工图。

这部分程序的改进，请参考6.3节。

1.7、绘制门式刚架施工图
门式刚架节点设计和施工图主要修改如下：
（1）节点设计，对柱翼缘与端板变厚度连接，增加连接大样图。

（2）修改了牛腿节点修改后图形不能刷新的问题。

（3）施工图改正了柱90度布置时，材料表中腹板规格有错误的问题。

（4）改进了钢材订货表统计方式，用户可以选择将翼缘、腹板、连接板等分类统计。

第二节门式刚架三维设计
2.1、门式刚架三维建模与刚架设计
用于完成门式刚架三维建模和主刚架设计。

针对门式刚架结构的特点，可以快速输入平面网格轴线，结构设计信息；采用门式刚架二维设计的方式进行各轴线主刚架的模型输入，截面优化，结构计算和施工图绘制；可以进行立面复制，编辑，删除；可以输入纵向系杆；通过这些操作，可以建立门式刚架三维模型；并且快速生成用于屋面、墙面设计的数据。

2.1.1.输入网格轴线和设计信息
2.1.2.立面编辑
点取网格轴线后，采用门式刚架二维设计的方式进行各轴线主刚架的模型输入，截面优化，结构计算和施工图绘制。

这部分程序的使用请参考第一节。

退出立面编辑时，即可生成三维数据。

2.1.
3.立面复制
相同刚架可以通过立面复制的方法进行复制，比较相似的刚架可以通过立面复制后再进行编辑修改。

2.1.4.立面删除
可以点取任意刚架的轴线删除所定义的刚架，删除后不能用Undo恢复。

2.1.5.刚性系杆
对单层门式刚架，可以在檐口和屋脊定义和布置刚性系杆；对于带夹层的门式刚架，可在夹层位置定义和布置纵向钢梁。

可以通过删除系杆将纵向构件删除掉。

2.1.6.保存数据，形成用于屋面、墙面设计的数据
点取回前菜单，保存当前建模数据，程序询问是否形成用于屋面、墙面设计的数据，选择是，即可形成数据，接下列就可以进行屋面、墙面设计和报价。

可以自动生成各层荷载传递到基础的数据，用户可以进行确认。

2.2、门式刚架屋面、墙面设计和报价
这部分程序的使用与以前版本基本相同。

主要修改有：
2.2.1.增加了屋面檩条自动布置功能
选择自动布置后，出现檩条自动布置信息对话框，输入相关数据后，程序自动布置屋面檩条，拉条，和斜拉条。

2.2.2.增加了门形支撑等复杂支撑计算功能
对门形支撑，双层支撑，可以完成荷载输入和计算。

第三节底部框架+顶层门式刚架结构整体设计
多层框架的顶层为门式刚架轻型房屋结构的这种结构类型，近年来使用较多，对于这种结构类型，其下部框架需要按框架进行设计，而顶层的门式刚架，根据门规CECS102:2002总则的条文说明，“其设计、制作和安装可参照本规程进行”。

因此，对于这种结构类型，下部框架与上部门式刚架的设计需要区别对待，然而它们之间的相互作用、相互影响又是必须考虑的，需要把它们作为一个整体来分析。

PKPM2005版软件中，为这种结构类型的设计，提供了一套三维整体分析设计的解决方案（必须有STS和S-1模块，或STS和S-2模块，或STS和S-3模块）。

下面介绍使用STS软件结合SATWE、TA T软件设计“框架+门式刚架”结构的操作流程、使用方法与需要注意的问题。

3.1、设计流程
运用STS软件进行“框架+门式刚架”结构的设计，基本流程见下页图。

3.2、各步骤操作方法与需要注意的问题
1.三维模型与荷载输入
三维设计模型的输入，需要按实际模型，真实的输入所设计结构的梁、柱、支撑构件，建立下部框架以及上部门式刚架的整体模型。

模型输入的具体操作方法详见STS用户手册。

其中需要注意以下问题：
1)顶层门式刚架坡屋面斜梁，可以在输入杆件时，指定两端高实现，也可以采用上节点高实现，
但是二者不要同时使用，建议采用上节点高实现；
2)要采用三维整体分析，除了梁、柱构件外，支撑构件（柱间支撑、屋面支撑）也需要在三维
建模时准确输入，才能使结构在三维分析时，反映真实的受力状态。

屋面支撑可以采用按节点方式输入斜杆进行输入（新版SATWE、TAT软件可以分析水平支撑）。

2.结构楼面布置信息
楼板输入的具体操作方法详见STS用户手册。

其中需要注意以下问题：
1)下部框架的楼板（含组合楼盖）输入，按框架方式输入，顶层轻型门式刚架屋面，当采用压
型钢板轻型屋面时，可以偏安全把楼板厚度取为0，不考虑楼板的作用。

“框架+门式刚架”结构类型三维设计
3. 楼面荷载传导与计算
荷载输入的具体操作方法详见STS用户手册。

其中需要注意以下问题：
1)下部框架的荷载输入仍按框架方式输入，顶层轻型门式刚架屋面，屋面均布荷载的导荷方式
要指定为以刚架梁为受力边的单向导荷。

4. 画结构平面图与钢材统计
画下部框架结构平面图、组合楼盖布置图、及全楼钢材料毛重统计在STS的“框架”模块的“画结构平面图与钢材统计”项完成。

具体操作方法详见STS用户手册的框架设计。

5. 屋面、墙面设计及报价
对轻型墙面、及顶层门式刚架的轻型屋面的设计在STS的“门式刚架”模块的“屋面、墙面设计及报价”项中完成。

具体操作方法详见STS用户手册的门式刚架设计。

6. 三维分析及计算结果查看
结构的三维整体分析可以选用SA TWE或TA T任一模块进行分析。

下面对“框架+门式刚架”类型采用这两个三维分析软件分析的方法分别加以介绍。

“框架+门式刚架”采用SATWE分析
SATWE的分析流程见下图。

SATWE的具体操作方法与参数的选取详见SATWE的用户手册，针对“框架+门式刚架”这种特殊的结构，新版SA TWE增加了适应这类结构分析需要的一些特殊的输入项，以及一些特殊需要注意的问题与参数输入。

1)接PM生成数据文件—前处理操作流程
SATWE前处理的操作界面与针对“框架+门式刚架”这种特殊的结构的操作流程见下图。

2)分析与设计参数补充定义
开始
分析与设计参数补充定义
(补充定义设计参数)
特殊构件补充定义
（定义铰接、门式刚架梁柱等）
特殊风荷载定义
（定义顶层门式刚架坡面梁间风）
分析与设计参数补充定义
(人工定义特殊风的荷载组合)
生成SATWE数据文件
数据检查
修改构件的计算长度系数
(修改梁的平面外计算长度与
柱的计算长度系数)
结束
各参数的意义与选取方法详见SA TWE的用户手册。

其中需要注意的选项有：
a）总信息页，考虑到顶层门式刚架的
压型钢板轻型屋面为非刚性楼面，
门式刚架梁要按压弯构件设计，不
能选取“对所有楼层强制采用刚性
楼板假定”选项，否则屋面刚架梁
将不能计算出轴力；
b）风荷载信息页，考虑顶层门式刚架
的特殊风荷载分布方式，对顶层门
式刚架部分可以不采用程序自动
计算的风荷载，采用在后面的特殊
风荷载方式手工输入。

因此这里可
以把顶层单独作为一个体型系数
分段，把其体型系数置为0；
3)特殊构件补充定义
对顶层的门式刚架梁柱构件、铰接构件的定义等就在这项菜单中完成，操作界面如下图示：
在特殊梁中定义门式刚架梁，定义成功后，在梁的示意图中，增加灰色的虚线段表示。

在特殊柱中定义门式刚架柱、铰接柱等信息，门式刚架柱定义成功后，在图形的柱简图上方表示有“MSGZ”表示。

定义了门式刚架梁、门式刚架柱后，被定义的构件将按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002进行验算。

4)特殊风荷载定义
用来定义顶层门式刚架特殊的墙面、斜坡屋面梁间风荷载，操作界面如下图示：
SATWE中提供5组特殊风荷载的定义，一般需要用到4组风荷载: +X、-X、+Y、-Y方向风荷载。

风荷载的体型系数的选取，如果对整个结构还在门规附录A的适用范围内，则可以按门规附录A选取，否则按荷载规范进行选取。

操作方法：首先选择组合，如选择第一组代表+X方向风载，再进入到需要输入特殊风荷载的楼层，这里进入到顶层门式刚架楼层，然后输入该方向风荷载作用的节点、梁间风荷载标准值。

这一方向风荷载输入完毕后，再进入下一组。

依照前面的操作，依次完成第二组（如代表-X方向风载）、第三组（如代表+Y方向风载）、第四组（如代表-Y方向风载）。

目前只能输入节点风荷载与梁间风荷载，对于柱间风荷载，根据柱的受风面积，计算出作用在这根柱子上的总的风荷载标准值，简化为作用在柱顶集中力（节点荷载）输入。

坡面梁的风吸力（或压力）可以按梁间均布荷载输入，向上为负。

5)人工定义特殊风荷载与程序自动计算风荷载的组合
定义弯特殊风荷载以后，要定义顶层门式刚架特殊风荷载与下面框架程序自动计算风荷载的组合需要返回到“分析与设计参数补充定义”中的荷载组合页面，操作界面如下图示：
点取“采用自定义组合及工况”，在选取“自定义”按钮，弹出荷载组合定义对话框：
在定义完特殊风以后，再选取自定义荷载组合，SA TWE程序会自动在原有组合的基础上，增加恒、活与每个特殊风的组合，为每组特殊风荷载增加以下组合：
○1 1.2恒+1.4特殊风；
○2 1.2恒+1.4活+0.84特殊风（注0.84=0.6×1.4）
○3 1.2恒+0.98活+1.4特殊风（注0.98=0.7×1.4）
○4 1.0恒+1.4特殊风；
○5 1.0恒+1.4活+0.84特殊风
○6 1.0恒+0.98活+1.4特殊风
对于这种“框架+门式刚架”结构，如果按前面介绍的方法，下部框架采用程序自动倒算风荷载的方式，上面门式刚架风荷载全部手工输入特殊风荷载，并且用特殊风1、特殊风2、特殊风3、特殊风4分别代表+X、-X、+Y、-Y方向顶层门式刚架风荷载作用，考虑到底部框架与上部门式刚架的风荷载作用肯定是同时发生的，因此需要考虑特殊风与程序自动生成风“X向风”、“Y向风”的同时组合：特殊风1（+X）要与+X向风组合；特殊风2（-X）要与-X向风组合；
特殊风3（+Y）要与+Y向风组合；特殊风4（-Y）要与-Y向风组合。

即要手工修改组合为（以特殊风1为例）：
○1 1.2恒+1.4 X向风+1.4特殊风1；
○2 1.2恒+1.4活+0.84X向风+0.84特殊风 1
○3 1.2恒+0.98活+1.4 X向风+1.4特殊风1
○4 1.0恒+1.4 X向风+1.4特殊风1；
○5 1.0恒+1.4活+0.84X向风+0.84特殊风1
○6 1.0恒+0.98活+1.4 X向风+1.4特殊风1
下图为修改完毕的特殊风1、特殊风2与程序自动计算的X向风的同时组合结果。

同理修改特殊风3、特殊风4与程序自动计算的Y向风的同时组合。

数值相同、符号相同
数值相同、符号相反
6)生成SATWE数据文件与数据检查
依次点取“生成SATWE数据文件”与“数据检查”，程序自动完成计算数据生成与数据检查，如果没有问题，就可以进行下一步。

7)修改构件的计算长度系数
在上一步操作过程中，SATWE程序会自动按照有侧移或无侧移框架，根据钢结构规范线刚度比方法，确定柱的计算长度系数。

点取第八项“8. 修改构件的计算长度”，即可以对程序确定的构件的计算长度进行查看与修改。

注意，对于柱、支撑构件修改的是长度系数，对于梁构件则是平面外计算长度。

对于这种“框架+门式刚架”结构，下部框架柱的计算长度系数一般可以直接采用程序按线刚度比的计算结果，顶层门式刚架的计算长度系数需要手工修改，刚架平面内的门式刚架柱的计算长度系数确定方法可以简化为顶层单榀门式刚架直接放在地上，采用二维门式刚架平面分析的方法确定。

刚架柱、梁的平面外计算长度取法同二维平面分析，均采用平面外有效支撑的间距。

注意！SATWE中修改完计算长度以后，如果需要再进行数
据检查，可以选择是否保留修改的结果，如果不选取，程序会重
新按线刚度比方法确定计算长度。

完成前面的操作以后，即完成SA TWE的前处理，可以退出
这项菜单，进入到下一步“结构分析与构件内力计算”菜单了。

8)结构内力、配筋计算
点取“结构内力、配筋计算”菜单，弹出计算控制参数选择菜单，如下图。

考虑到顶层门式刚架轻型屋面不考虑屋面板的作用，所有楼板厚度为0，地震作用分析方法应采用“算法2：总刚分析方法”。

9)分析结果图形与文本显示
点取“分析结果图形与文本显示”菜单，对验算结果进行查看。

对各项验算结果的查看方法详见SATWE说明书。

这里只说明一下门式刚架构件验算结果的查看：
构件验算应力图可以直接从第二项“混凝土构件配筋与钢构件验算简图”中查看。

应力图中各项的意义为：对于门式刚架柱，右侧三个数值，从上到下分别表示：强度应力比、X向稳定应力比、Y向稳定应力比；门式刚架梁上三个数值，前两个数分别代表按压弯构件验算的强度应力比、梁平面外稳定应力比，第三项没有意义为0。

还可以配筋文件来查看门式刚架构件的验算结果。

“框架+门式刚架”采用TAT分析
TA T的分析流程与使用方法详见TAT的用户手册。

这里主要介绍针对“框架+门式刚架”这种特殊的结构一些特殊操作。

1)TA T前处理—数据检查与图形检查的操作流程
TAT前处理的操作界面与针对“框架+门式刚架”这种特殊的结构的操作流程见下图。

开始
数据检查
(检查数据并生成必要的文件)
参数修正
(补充定义设计参数)
特殊梁柱支撑节点定义
（定义弹性节点、铰接、门式刚架梁
柱等）
特殊荷载查看与定义
（定义顶层门式刚架特殊风、吊车荷
载等）
检查和修改各层构件的计算长度系数
(修改梁的平面外计算长度与柱的计算
长度系数)
参数修正
(人工定义特殊风的荷载组合)
数据检查
(保留前面的定义，但不重新
计算长度系数)
结束
2)参数修正
各参数的意义与选取方法详见TAT的用户手册。

对风荷载的选取方法，参考前面SATWE 的处理方法。

3)弹性节点指定与门式刚架梁柱定义
这一项在第四项“特殊梁柱支撑节点定义”项中完成。

a）对于顶层门式刚架，一定要把所有的节点都定义为弹性节点（程序会自动保留一个非弹性节点），否则梁轴力分析不正确。

定义成弹性节点后，该节点以一个大的蓝点显示；
b）顶层门式刚架梁柱，需要在此定义门式刚架梁柱构件，对于定义为门式刚架的梁柱构件，程序在构件验算中，自动按门规进行验算；
4)顶层门式刚架特殊风荷载输入——特殊荷载查看与定义
这一项在第五项“特殊荷载查看与定义”项中完成。

操作界面如下图示：
特殊风载增加组数同前面SATWE分析，点取“特殊风载”菜单，弹出需要输入的总特殊风荷载组数与当前查看编辑的组号。

5)检查和修改各层构件的长度系数
在第一步数据检查中，可以选择让程序自动按照有侧移或无侧移框架，根据钢结构规范线刚度比方法，确定构件的计算长度系数。

在程序自动确定的计算长度基础上，可以通过本项菜单，对程序自动确定的柱、支撑的长度系数、梁的平面外计算长度进行查看与修改。

注意，对于柱、支撑构件修改的是长度系数，对于梁构件则是平面外计算长度。

对于下部框架部分一般可以直接采用程序计算的结果，而顶层的门式刚架柱的计算长度系数需要人工修改，修改的方法见前面SA TWE分析。

6)人工定义特殊风荷载与程序自动计算风荷载的组合
定义完特殊风荷载以后，要定义顶层门式刚架特殊风荷载与下部框架程序自动计算风荷载的组合，需要返回到“参数修正”中的设计信息页面，操作界面如下图示：
点取“采用”，在选取“查看和调整”按钮，弹出荷载组合定义对话框。

荷载组合的定义修改方式同前面SATWE分析。

7)数据检查
要使前面的参数修改、弹性节点、计算长度等修改内容传到后续计算中，在退出前处理之前，需要重新进行一遍数据检查，但是要保留修改的计算长度结果，不要选择“重新计算柱、支撑、梁的长度系数”，界面如下图示：
完成前面的操作以后，即完成TAT的前处理，可以退出这项菜单，进入到下一步“结构内力、配筋计算”菜单了。

8)结构内力、配筋计算
点取“结构内力、配筋计算”菜单，选取合适的计算控制参数选择菜单，程序自动完成结构。