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1、第18章 结构设计的计算机软件简介,返回总目录,PKPM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
2、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PK
3、PM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STS1是空间建模与导荷、按三维计算结果绘施工图部分，STS1的建模数据
4、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STS2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)、
5、“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
6、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
7、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
8、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
9、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简介,(9)绘图参数确定。(10)对上一步所建模型进行检查，发现错误并提示用户；根据上、下层结构布置状况作上、下层构件连接。,各层楼板楼面的详细布置主要包括：(1)各房间次梁布置。(2)各房间预制板布置。(3)楼板上开洞口。(4)修改调整各房间楼板厚度。(5)修改墙体为混凝土或砖墙材料。(6)设置现浇悬挑楼板。(7)设置层间梁。(8)设置各房间错层，这一步是把前面建模和后面各设计CAD联系的一个必要操作步骤。,2.各层楼板楼面的详细布置,PMCAD简介,(1)人机交互输入和
10、修改除外加荷载，主要有梁、柱、墙、节点、次梁上的荷载，也可修改各房间恒、活荷载。(2)楼面荷载传导计算，生成各梁与墙及各梁之间的力。(3)结构自重计算。(4)恒、活荷载向底层基础的传导计算。,3.生成荷载信息,4.各类荷载的显示校核，打印输出,三、操作实例,【例18.1】本例简单说明PM的操作过程。,1.设置PMCAD工作目录,双击PKPM快捷方式，进入PKPM主界面，选择“结构”选项卡，则显示如图18.1所示的结构模块主菜单。选中菜单左侧的PMCAD选项即进入PMCAD的操作界面。,PMCAD简介,在PKPM使用过程中，每个工程文件应存放在独立的工作目录下。因此建模前，应指定工程的工作目录。
11、可直接在“当前工作目录为”文本框中输入，也可通过单击“改变目录”按钮在“改变工作目录”对话框中进行选择，如图18.7所示。,图18.7 改变工作目录,2.PMCAD交互式数据输入,PMCAD交互式数据输入是PMCAD操作中最重要的一步。在此步中将完成各层的轴线输入，网格形成，构件、荷载和楼层的定义以及楼层组装、设计参数修改等工作。(1)创建或打开文件：设置好工作目录后，选择主菜单右侧的第一项“PMCAD交互式数据输入”，再单击“应用”按钮，如图18.8所示，即进入“PMCAD交互式数据输入”的启动界面，如图18.9所示。,PMCAD简介,图18.8 选择“PM交互式数据输入”,图18.9“PM
12、CAD交互式数据输入”启动界面,屏幕提示：“请输入文件名：”。此时，输入要建立的新文件或要打开的旧文件的名称，如输入“fram”，然后按Enter键。屏幕显示如图18.10所示。在“旧文件/新文件(1/0)：”提示下，若输入“1”，表示该文件为已存在的文件，图18.10中弹出的小窗口将显示该图形文件的图形。输入“0”，则PMCAD开始创建新文件。输入“0”并按Enter键后，屏幕弹出“PMCAD交互式数据输入”操作界面。屏幕上部的下拉菜单区控制了文件、显示、工作状态管理及图素编辑工具。右侧一列菜单是PMCAD人机交互输入的主菜单。屏幕下部为提示区，在操作时，要经常注意下部的提示。,PMCAD简
13、介,图18.10 新建或打开文件,PMCAD简介,(2)交互式输入过程：单击右侧菜单的第一项“轴线输入”，进入轴线输入界面，同样右侧一列菜单列举了几种输入轴线的方式：“节点”、“两点直线”、“平行直线”、“折线”、“矩形”、“辐射线”、“圆弧.环”、“正交轴网”、“圆弧轴网”。本例采用“平行直线”输入方法。单击此按钮后，提示行会有相关提示。依照提示，建立轴线网如图18.11所示。,图18.11 建立轴线网,PMCAD简介,单击右侧菜单回到“主菜单”，单击“构件定义”、“柱定义”、“梁定义”，根据例题已知条件，将梁、柱截面尺寸输入。回至主菜单，单击“柱布置”、“主梁布置”，将梁和柱布置在相应的网
14、格上。单击“换标准层”，出现如图18.12所示的界面，将本层信息通过修改参数输入后，单击确定。,图18.12 标准层信息,PMCAD简介,本例中，13层的建筑体型相同，设为同一个标准层；45层轴线、去掉，因此应新建一个标准层，并选择局部复制，得到新标准层的轴线图，如图18.13所示。,图18.13 新建标准层轴线图,PMCAD简介,回“主菜单”，单击“荷载定义”，方法与梁、柱截面定义相同。本例中12层的荷载大小相同，定义为第一荷载标准层；35层的荷载大小相同，定义为第二荷载标准层。回“主菜单”后，单击“楼层组装”。通过组装后，可以看到，一层属于第一结构标准层，第一荷载标准层，层高为3600mm
15、；二层属于第一结构标准层，第一荷载标准层，层高为3600mm(与第一层的信息相同)；三层属于第一结构标准层，第二荷载标准层，层高为3300mm；四层属于第二结构标准层，第二荷载标准层，层高为3300mm；五层与四层信息相同。如图18.14所示。,图18.14 楼层组装结果,PMCAD简介,单击“设计参数”，修改相关参数后，保存文件。(3)输入次梁楼板：本例采用现浇板，在主菜单中单击“2输入次梁楼板”，后进入各标准层，分别对各标准层进行板的布置。如图18.15所示。,图18.15 第一结构标准层的楼板情况(0.08为楼板厚度，单位为m),PMCAD简介,(4)输入荷载信息 从“输入次梁楼板”退出
16、后，进入“3 输入荷载信息”，单击右侧相应菜单，输入楼板荷载，并可得到楼板的导荷方式，如图18.16所示。,图18.16 楼板的导荷方式,PMCAD简介,所有楼层都输入荷载完毕后，得到如图18.17所示的界面，将以上所输入的数据直接传至基础，并为后续的结构计算做好数据准备。,图18.17 荷载导算选择,GJ简介,结构基本构件辅助设计软件(GJ)，是为结构设计人员提供一个用于各种建筑结构构件设计的辅助工具，作为PKPM系列结构分析及CAD软件的一个补充。,一、功能介绍,如图18.18所示，结构基本构件辅助设计软件(GJ)具有如下功能：(1)钢筋混凝土构件截面设计计算。(2)砖混结构钢筋混凝土构件
17、辅助设计，其中包括雨篷、挑檐、阳台、墙梁、挑梁等。平板设计计算，其中包括矩形板和任意异形板。(3)板结构设计计算。(4)地震区的框架梁、柱、节点，以及剪力墙、连系梁等结构构件进行截面抗震设计计算，并在计算中考虑构件的抗震构造要求。,图18.18 结构基本构件辅助设计,GJ简介,软件的计算内容包括以下6个方面(如图18.19所示)：(1)梁构件截面承载力计算。(2)梁构件正常使用计算。(3)柱构件截面承载力计算。(4)圆形截面承载力计算。(5)剪力墙截面承载力计算。(6)节点受剪承载力计算。,图18.19 混凝土基本构件设计计算主菜单,二、操作实例,下面以梁的截面设计为例，说明构件的计算方法。在
18、主菜单“GJ”中单击“钢筋砼基本构件截面计算”。出现图18.19所示基本构件计算主菜单，单击第一项菜单“梁构件截面承载力计算”后，进入如图18.20所示的界面。,图18.20 梁构件计算,GJ简介,在此，选择梁计算的内容，此例对“梁的正截面”和“梁的斜截面”都进行计算。选择完成后，单击“截面尺寸”按钮，进入如图18.21所示的界面。,图18.21 截面尺寸,此时在屏幕的右方显示一个截面简图，并示意各几何尺寸的位置，此时用光标单击需修改的尺寸大小，如所设计的梁截面尺寸为，跨度 m，用键盘将以上数据输入，如图18.21所示。,GJ简介,依次单击“截面内力”、“材料及其他参数”，根据提示及设计要求修
19、改相关参数，其截面内力如图18.22所示，材料及其他参数如图18.23所示。,图18.22 截面内力,图18.23 材料及其他参数,GJ简介,单击如图18.23所示界面上的“确定”按钮，即可得到此梁的“计算结果”，如图18.24所示。,图18.24 计算结果显示,GJ简介,若要进行下一个算题，单击如图18.25所示界面右边的“输入参数”按钮即可。,图18.25 输入参数按钮,用光标单击“记入文件”按钮，即可将本次连续计算的全部原始数据和计算结果记入一个文件中，并储存在当前目录下。用光标单击“重新计算”按钮，即可对本次连续计算的所有算题进行重新计算。此时，在屏幕的右侧菜单区将显示所有算题的编号，
20、用光标单击某个编号，即可将原算题的原始数据调出，并可对这些数据进行修改或不进行修改，然后重新计算该题。,PK简介,利用PK可以计算框架、排架、连续梁。PK文件可以有两种生产方式，一种是用结构平面PMCAD软件可生成任意一轴线框架或任意连续梁结构的结构计算数据文件，再将此文件导入到PK；另一种采用人机交互输入方式，由用户进入PK的界面后，直接在屏幕上勾画框架、连续梁的外形尺寸等形成文本数据文件，直接由PK交互式菜单生成，再利用PK进行相关的计算。PK的操作主要分为三个步骤：(1)计算模型输入。(2)结构计算。(3)做施工图设计。现以一榀框架的计算为例，来说明PK的具体操作过程。【例18.2】某二
21、跨三层框架，混凝土强度等级为C20，采用HRB335级钢筋作为受力钢筋，6度地震设防，其立面图，恒载图，活载图，风载图如图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)建立模型及荷载输入 打开PKPM软件后，单击PK，得到如图18.27所示的界面。,图18.27 PK主菜单,PK简介,在屏幕的右边有12个选项，选择“1 PK数据交互输入和数检”进入PK建模状态，如图18.28所示。,图18.28 PK建模状态,在图18.28所示的屏幕上，共有四个按钮，分别为
22、：“新建文件”利用PK直接输入数据，建立新的数据文件。“打开已有交互文件”将结构平面PMCAD的数据导入PK中，建立新的数据文件。,PK简介,“打开已有数据文件”打开一个已经存在的数据文件。“退出”退出此界面。对于本例我们单击“新建文件”，输入文件名“KJ”，单击“确定”按钮，进入“PK平面杆系人机交互建模”，如图18.29所示。,图18.29 PK平面杆系人机交互建模,此后，依次按照屏幕右边菜单区中的各菜单进行建模，以本例来讲，首先单击“网格生成”，根据已知条件得到本榀框架的几何尺寸图形。而后进行梁和柱的布置，布置前首先选取梁及柱的截面，采用方法是分别单击“柱布置”和“梁布置”，按本例的已知
23、条件输入梁和柱的截面尺寸，得到如图18.30所示的框架模型。,PK简介,图18.30(a)恒载图,图18.30(b)活载图,PK简介,图18.30(c)左风图,图18.30(d)右风图,而后在此屏幕上单击“恒载输入”，根据荷载作用位置的不同，分别单击屏幕右边的“节点恒载”、“梁间恒载”、“柱间恒载”，进行该操作后，再单击“回主菜单”。同样，再单击“活载输入”，根据已知条件，输入活荷载，和恒载输入时一样，要注意荷载的作用形式和位置。采用同样的方法，可输入风荷载，如图18.30所示。将荷载输入完毕后，存盘，回到“主菜单”，单击“退出程序”。(2)框架计算 单击“框、排架结构计算”，输入文件名“KJ”，单击“确定”按钮，进入如图18.31所示的界面。,PK简介,图18.31 内力计算结果图形输出,此时单击屏幕上任何一个按钮，都会得到相应的计算结果，如想得到本例题的恒载内力图，单击“6 恒载内力图”就进入如图18.32所示的界面。,PK简介,图18.32 恒载内力图,单击“退出”按钮，回到如图18.27所示的界面，单击“3框架绘图”，即可得到本榀框架的配筋图，如图18.33所示。,PK简介,图18.33 钢筋混凝土梁柱配筋图,
