新钢结构CAD软件STS门式刚架设计

PKPM钢结构设计CAD软件STS中主要参数的设置郑远林在钢结构设计工作中，目前普遍利用PKPM的STS/SATWE或同济大学的3D3S等软件进行。

这些软件都需要合理地设置各种参数，方能进行正确的计算，做出安全、经济、合理的设计。

如果先了解了各个参数的含义，熟悉规范在相关方面的规定，就能作出合理的设置。

本文以应用比较普遍的STS为例，总结一些该软件中部分参数设置的经验，说明与其相关的规范条文，并提出一些建议值，希望可以设计人员参考。

部分建议来源于PKPM工程部的书籍，在此一并采纳，方便读者查阅。

一：结构类型参数图1结构类型和设计规范的选项钢结构常用的结构形式主要有：框架、门式刚架、排架、桁架等。

门式刚架是一种应用比较广泛的结构类型。

这里有一个误区，并非《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102:2002）》（以下简称《门规》）第1.0.2条中规定的结构才是门式刚架。

不能简单地认为只要是门式刚架，就可以归类为“门式刚架轻型房屋钢结构”；也不能认为只要不满足《门规》的规定，就不能采用门式刚架。

事实上，大多数单层钢结构厂房，都是门式刚架结构。

图1为STS中提供的结构类型和设计规范。

若结构为满足《门规》第1.0.2条规定的轻钢结构，则可以选择“2-门式刚架轻型房屋钢结构”，若为不满足此规定的结构，应按实际工程类型选择“1-单层钢结构厂房”、“3-多层钢结构厂房”或“4-钢框架结构”。

设计规范应根据各个规范的适用范围和实际工程的类型作出选择。

一般来说，满足《门规》适用范围的结构，选择“1-按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）计算”，其他结构可选择“0-按《钢结构设计规范》（GB50017:2003）计算”。

对于采用冷弯薄壁型钢作为主构件的钢结构房屋，也可选择“2-按《冷弯薄壁型钢结构设计规范》（GB50018）计算”。

结构类型选择“门式刚架轻型房屋钢结构”，体现了轻型房屋钢结构的特点：通过次构件、檩条、金属屋面板和墙面板与主结构的连接，结构具有较强的蒙皮刚度。

钢结构设计软件《STS》日期:2011-4-29点击: STS软件可以完成钢结构的模型输入,截面优化,结构分析与构件验算,节点设计与施工图绘制。

适用于门式刚架,多、高层框架,桁架,支架,框排架,空间杆系钢结构(如塔架、网架、空间桁架)等结构类型。

还提供专业工具用于檩条、墙梁、隅撑、抗风柱、组合梁、柱间支撑、屋面支撑、吊车梁等基本构件的计算与绘图。

STS软件可以独立运行,也可以与PKPM系列其她软件数据共享,配合使用。

STS三维模型数据可以接口SATWE、TAT、或PMSAP 来完成钢结构的空间计算与构件验算,可以接口JCCAD完成基础设计。

STS二维模型数据也可以接口JCCAD完成独立基础设计。

STS软件可以用三维方法与二维方法建立结构模型。

软件提供70多种常用截面类型,以及用户自绘制的任意形状截面,构件可以就是钢材料,也可以就是混凝土材料;因此软件适用于钢结构以及钢与混凝土混合结构的设计。

常用钢截面包括各类型的热轧型钢截面,冷弯薄壁型钢截面,焊接组合截面(含变截面),实腹式组合截面,格构式组合截面等类型。

程序自带型钢库,用户可以对型钢库进行编辑与扩充。

STS的二维设计程序“PK交互输入与优化计算”用于门式刚架、平面框架、框排架、排架、桁架、支架等结构的设计。

可以计算“单拉杆件”;可以定义互斥活荷载;进行风荷载自动布置;吊车荷载包括桥式吊车荷载、双层吊车荷载、悬挂吊车荷载;可以考虑构件采用不同钢号;通过定义杆端约束实现滑动支座的设计;通过定义弹性支座实现托梁刚度的模拟;通过定义基础数据实现独立基础设计。

内力分析采用平面杆系有限元方法;可以考虑活荷载不利布置;自动计算地震作用(包括水平地震与竖向地震);荷载效应自动组合。

可以选择钢结构设计规范、门式刚架规程、冷弯薄壁型钢设计规范等标准进行构件强度与稳定性计算。

输出各种内力图、位移图、钢构件应力图与混凝土构件配筋图,输出超限信息文件、基础设计文件、详细的计算书等文档。

PKPM--STS钢结构设计经验之门式钢架门式刚架二维建模适用范围：吊车吨位在20T以下（含20T）,悬挂吊车3T以下，跨度宜18~36米，高度宜4~9米，柱距6~9米。

定义构件：截面分类中轴心受压构件对Y轴截面分类中B类截面翼缘为火焰切割，截面稳定系数大于c类截面，截面稳定承载能力高于c类截面。

C类翼缘为轧制或剪切边。

长细比相同时，修改截面分类要有根据，如果选b类，要在施工图中对材料进行明确说明。

抗风柱：分两种问题：1：只承担山墙风荷载，不承担屋面竖向荷载；2：即承担山墙风荷载，又承担屋面竖向荷载。

解决1：在抗风柱翼缘上开长椭圆孔，椭圆孔的大小应根据KFZ 对梁产生的上下位移来确定。

解决2：抗风柱不承担稳定性，设置多的话会增大边柱长度系数，降低刚架整体稳定。

当跨度较大时，抗风柱间隔布置。

计算长度：门式刚架平面内软件自动识别计算长度。

平面外计算长度常要修改，原则是：有效的侧向支撑点，上翼缘受压，当屋面板与檩条有可靠连接时取檩条间距，下翼缘取隅撑间距，两者取较大值为计算长度；当屋面板与檩条无可靠连接时取屋面水平支撑，下翼缘取隅撑间距，两者取较大值为计算长度，另檐口受压要设置隅撑。

荷载输入：1）将屋面活荷载由0.3kN/m2提高到0.5 kN/m2。

对于受荷载水平投影面积大于60m2的构件可取不小于0.3 kN/m2 ，一般计算的工程荷载水平投影面积均大于60，所以一般取值为0.3，檩条取0.5，活荷载与雪荷载不同时计算，输入大的数值作为活荷载。

2）风荷载：门式刚架规范适用于（房屋高度不大于 18米，房屋高宽比不大于1 ,屋面坡度不大于10度），门规中的基本风压为调整后的基本风压=荷载规范里的基本风压*1.05.围护结构受荷面积大于10，可以不考虑阵风系数。

3）柱间风荷载：荷载规范大于门规；梁间风荷载：门规大于荷载规范。

所以，柱迎风面大取荷载规范，柱迎风面小取门规。

吊车荷载：STS中Ec的尺寸为吊车梁中心线至下柱型心的距离，水平横向力的距离为轨道高和吊车梁支座距离。

目前钢结构设计软件的比较！鉴于论坛的钢结构太冷清，我特地转载了一些其他网友的帖子供大家参考，希望大家积极讨论，能把钢结构的板块做的更好！声明：此贴是载自幸福兄的幸福小屋，供大家学习和借鉴！因为科技不断发展~软件不断更新 以下内容仅限参考目前版本相互比较！本人并非某公司枪手·如果得罪之处还望海涵！！！纵观国内钢结构类设计软件，常用的大致有以下几种：1，建研院PKPM系列软件（STS、STXT、STPJ）以及MSGS空间网格软件，PKPM最新版本2007年04月，官方网站2，同济大学3D3S系列空间钢结构软件，最新版本9.0，官方网站3，同济大学MTS系列钢结构软件（MTS、MTSTool），MTS最新版5.6，MTSTool最新版本1.9，官方网站4，同济大学STRAT系列有限元建筑通用设计软件，最新版本3.2，官方网站 5，中国冶建总院SS2000、PS2000系列钢结构软件，PS2000最新版本R6.70，官方网站6，北京云光设计咨询中心SFCAD，无官方网站7，浙江大学空间结构研究中心MST2006，最新版本2006，官方网站 8，上海交通大学结构工程研究所TWCAD、STCAD、SMCAD系列钢结构软件，官方网站9，阿依艾工程软件大连有限公司STAADCHINA系列软件，最新版本2006，官方网站目前国内用户最多当属建研院的PKPM系列软件以及同济大学3D3S系列空间钢结构软件；1，PKPM系列软件（STS、STXT、STPJ）钢结构方面的功能：   1）门式刚架结构   2）平面屋架、桁架结构   3）钢支架结构   4）空间钢框架、框－支撑结构   PKPM－STS系列作为建研院开发多年的钢结构软件，在国内各地设计院拥有相当大的用户，其优点是紧扣规范，参数详尽，规则结构上设计效率比较高，后处理节点设计类型比较全面，带支撑柱脚节点设计混乱是STS的一个缺憾；最近推出的重钢设计软件STPJ填补了国内重钢设计以及后处理这方面的空白；缺点是不规则结构建模不便，计算误差大，后处理出图还有所欠缺，尽管一直在改善；钢屋架设计中风荷载添加麻烦，不准确，但钢屋架后处理出图是目前所有同类软件中最好的；     屋主小评：STS在门式刚架设计以及规则多高层框架结构设计上比较有效率，后处理节点设计以及出图都不错，但是在带夹层门式刚架后处理节点设计上，不能在2维模型中很好处理；对复杂的三维空间框架模型，程序无法很好的模拟，风荷载误差比较大，后处理节点设计也无法达到要求。

浅谈钢结构CAD软件STS的功能和应用摘要 CAD技术的发展和成功推广表明，借助计算机辅助设计软件来完成钢结构的计算机分析、优化设计和绘图工作，一方面可以给工程设计提供精确的计算和绘图工具，提高设计效率，使设计更加安全经济，另一方面也必将对钢结构的进一步发展起到很大的促进作用。

关键词钢结构 CAD软件 STS随着我国钢产量的逐年增加，建筑钢结构的优点也越来越突出。

CAD技术的发展和成功推广表明，借助计算机辅助设计软件来完成钢结构的计算机分析、优化设计和绘图工作，一方面可以给工程设计提供精确的计算和绘图工具，提高设计效率，使设计更加安全经济，另一方面也必将对钢结构的进一步发展起到很大的促进作用。

一、STS软件基本功能特点钢结构CAD软件STS是PKPM系列的一个功能模块，既能独立运行，又可与PKPM其他模块数据共享。

可以完成钢结构的模型输入、优化设计、结构计算、连接节点设计与施工图辅助设计。

具有如下特点：1．专业钢结构一体化CAD软件，可以完成钢结构的模型输入、结构计算、强度和稳定性验算、节点设计，以及绘制施工图。

2．可以设计多、高层钢结构框架、轻钢门式钢架、钢桁架、钢支架、钢排架，以及钢一混凝土混合结构。

软件自动化程度高，易学易用。

3．施工图包括多、高层钢结构框架、轻钢门式刚架、钢桁架、钢支架、钢排架柱、吊车梁等，节点丰富，全部可以自动设计。

4．构件截面类型有70多种，包括型钢截面、焊接截面、实腹式组合截面、格构式组合截面等类型。

程序自带型钢库包含了世界各国的标准型钢。

5．空间建模可以接口TAT、SATWE或PMSAP完成钢结构空间计算和应力验算，也可以由空间建模数据形成平面框架、连接数据文件进行钢结构平面计算和应力验算。

6．轻钢门式刚架、钢桁架的截面优化设计，以结构重量最轻为目标函数。

7.STS工具箱提供了常用的一些钢结构基本构件的设计与施工图。

二、STS软件模型输入STS的模型输入可以采用三维方法和二维方法。

PKPM STS 门式刚架设计步骤与要点序号内容步骤操作图例规范标准要求注意事项1快速建模1、屋面坡度设置：排水坡度：1/20~1/8；根据所在地区雨量大小确定2、荷载取值：一般取0.25 kN/m2永久荷载：结构自重；屋面；吊挂荷载等屋面活荷：刚架：标准值0.5kN/m2; (A>60m2时，0.3 kN/m2);屋面檩条：0.5kN/m2施工或检修集中荷载：设计屋面板和檩条时，1.0 kN风荷载：德州取0.45kN/m2雪荷载：德州取0.35kN/m2，刚架活荷载按此控制。

设置女儿墙时，应考虑女儿墙内侧积雪1 坡度分段：非等分12 1 最后按分段弯矩调整。

2、钢梁平面外计算长度按3000 mm控制。

3、地面粗糙度按B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇。

4、有女儿墙时雪荷载屋面不均匀系数5、门式钢架轻型房屋钢结构技术规程--CECS 102 2002 中风荷载只适应单屋脊厂房，其余应根据情况选择荷载规范。

k s zw w=μμ2 截面初选1、梁、柱板件的宽厚比限值工字形截面构件受压翼缘板的宽厚比工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比：1.无吊车刚架边跨柱可采用楔形变截面截面，有吊车柱只能采用等截面。

2.初选截面可参照：07SG518-4《多跨门式刚架轻型房屋钢结构(无吊车).》、04SG518-3《多跨门式刚架轻型房屋钢结构(有吊车)、02SG518-1《门式刚架轻型房屋钢结构》3 柱脚设置柱脚分刚接柱脚和铰接柱脚两类，当设有起重量≥5吨桥式吊车时应考虑设置刚性柱脚。

yftb235151≤ywwfth235250≤4 参数设置1、刚架柱顶位移设置限制2、受弯构件的挠度与跨度比限值表中L对单坡房屋为斜梁跨度, 对双坡房屋为一个坡面斜梁的长度3、构件长细比应符合下列规定受压构件的长细比限值受拉构件的长细比限值5 计算分析与调整6 边跨刚架设计7 支撑体系设置8 檩条、吊车梁构件设计9 柱下基础设计10 三维刚架建模与出图。

PKPM-STS做钢结构的经验集萃1、优化设计并非是把别人的设计拿过来，按照原设计思路死扣用钢量（俗称“蚊子腿上剔精肉”），因为这样通常大幅度降低了原设计的安全度，“荷载优化”是选取适当的荷载，应当兼顾业主对结构小幅改动的可能性，比如吊挂灯具、功能分区重新布局。

把恒载取得很小，用钢量没有减小太多，功能限制则限制太死。

优化首先考虑变化方案，简化结构传力模式和传力途径，做到大处节省，具体到杆件节点则要放宽。

如果原结构各部件安全储备相差严重时，可以选择一个合适的安全储备标准来调整各构件型号，该加大的加大，该减小的减小。

结构安全是整体安全，个别杆件强大没啥用。

2、《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）5.0.6条：检测单位鉴定达不到要求时，经原设计单位核算认为满足安全时可以验收。

一级建造师《项目管理》中讲：检测单位鉴定达不到要求时，经原设计单位核算认为满足安全时可以验收。

对未达要求的行为承担“违约责任”。

3、网架焊接球如果采用压制钢板制作，钢板厚度公差接近±2.5mm，《强规》规定偏差不大于13%和1.5mm。

怎么办呢？制作时可以把钢板加厚1mm就可以避质检找麻烦了。

4、设置20吨以上的吊车的厂房在国不允许按《门式刚架规程》设计，主要在于国吊车梁安装偏差和吊车轨道安装偏差造成卡规，使水平力增加4－5倍，导致厂房剧烈晃动，没常使用。

总之，任何先进的设计方法都无法超越实际施工水平来实现，要求符合国情（或者“公司加工实力”）。

比如对20吨驾操吊车的门架按美国规控制柱头位移为H/240(国H/400)，晃动得没人愿意驾操，省那一点点钢材和厂房适用性相比就显“设计扣到家”有多么可笑了。

5、什么样的维护系统需要考虑阵风系数？（1）、对脆性材料。

如玻璃幕墙，必须采用阵风系数。

（2）、对阵风作用下，对荷载临时提高能够承受的钢材等，不需要考虑阵风系数。

（3）、不该考虑阵风系数的维护系统考虑了阵风系数，安全度比主结构高出一倍，不利于主体安全。