PKPM钢结构计算实例

pkpm结构软件应用与设计实例
一、应用
PKPM结构软件主要用于建筑、地下结构、大型工业厂房、大跨度钢结构、建筑结构的抗震设计、石油化工及重型机械厂房抗震设计等领域。

PKPM结构软件还可进行可视化分析、非线性分析、风振分析、地震动分析等计算，具有较强的扩展性和灵活性。

二、设计实例
1、层间位移分析
在一座高层建筑的结构分析过程中，需要进行层间位移分析。

首先，用户需要输入结
构参数和边界条件，然后进行分析。

分析结果显示，该建筑结构在地震作用下的层间位移
满足设计要求，具有较好的稳定性和抗震性能。

2、桥梁抗震设计
PKPM结构软件可用于桥梁结构的抗震设计。

用户需要输入桥梁结构的参数和地震作用参数，然后进行分析。

分析结果显示，该桥梁结构在地震作用下具有较好的稳定性和抗震
性能。

此外，软件还可按照规范要求进行桥梁结构的疲劳寿命分析，更加全面地评估桥梁
结构的抗震性能。

3、基础承载力计算
PKPM结构软件也可用于建筑基础的承载力计算。

用户需要输入建筑基础的几何尺寸参数和土壤参数，然后进行分析。

分析结果显示，该建筑基础具有足够的承载力，满足设计
要求。

此外，软件还可对基础和土壤的非线性特性进行分析，更加准确地评估基础的承载
能力。

4、大型机械厂房抗震设计
总之，PKPM结构软件具有广泛的应用领域和丰富的设计实例。

在工程结构设计过程中，设计师可以使用PKPM结构软件对工程结构进行全面、准确的分析和评估，从而确保工程结构在设计、建造和使用过程中的安全和稳定。

编号：本科毕业设计市龙源防水材料加工车间施工图院系：建筑工程学院姓名：学号：1137120218专业：土木工程年级：2011级指导教师：职称：教授完成日期：2015.5.1中文摘要本工程为某轻型钢结构门式刚架设计。

根据毕业设计任务书的要求，分建筑与结构两部分进行设计。

建筑部分，通过查阅《钢结构设计规范GB50017-2003》、《简明钢结构设计手册》、《建筑抗震设计规范GB 50011--2001》等相关资料，将门式刚架厂房设计为15跨，总的建筑面积为1246.9m2。

该单层门式刚架结构是以轻型焊接H型钢（变截面）作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（C型）做檩条、墙梁；以压型钢板做屋面、墙面。

结构部分，根据已形成的建筑图及其相关要求，查阅《建筑结构荷载规范GB50009-2001》、《冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002》、《钢结构连接节点设计手册》、《房屋建筑钢结构设计》等相关规范和一定量的实际工程设计图，对每榀刚架的最不利荷载进行计算，利用PKPM软件完成刚架的合理截面计算，然后通过设计规范的相关要求，对刚架梁、柱、支撑、檩条、系杆、隅撑等构件进行稳定性计算，结合天正2014及AUTOCAD2007分别绘制出设计图。

最后，整理计算书并出图。

关键词轻型钢结构门式刚架建筑结构规范设计图AbstractThis project is a light steel portal frame design. Under the graduation requirements of the task book, divided into two parts building and structure design。

Building part, by access to the 《Steel Structure Design Specification GB50017-2003》、《Concise Steel Structure Design Manua》、《code for seismic design of buildings》and other relevant information, the gabled designed to 13 across each cross-a 30m, total construction area for 1246.9m2. The single-storey gabled structure is to light welding h-shaped steel (uniform) as the main load bearing frame, with cold-formed steel (type c) do Purlin beams and walls; to steel do roofing, wall; a 80mm glass wool as an insulation material and appropriate settings supported a light house in architecture.Structural elements, according to the established building plans and related requirements, consult the《Building Structure Load Code GB50009-2001》、《cold-formed steel structures specification GB50018-2002》、《steel structure connection node design manual》、《the housing construction steel structure design》and other related specifications and a certain amount of actual engineering design, each truss pin of the most unfavorable load calculations, use PKPM software complete the rigid frame of reasonable section, and then through the design specifications of requirements on the rigid frame beams and columns, such as support, purlins, component for stability with Tianzheng2014 and AUTOCAD2007respectively out design. Finally, a finishing account book and plot.Key Words:Lightweight gabledBuildingStructureSpecificationDesign Sketch目录一、工程概况 (6)(一)气象条件 (6)(二)活荷载 (6)(三)建筑用材 (6)二、荷载取值 (6)(四)恒载（沿水平投影面的标准值） (6)(五)活荷载（标准值） (6)(六)积灰荷载（标准值） (7)(七)风荷载（标准值） (7)(八)施工及检修荷载 (7)三、荷载组合 (7)(九)荷载计算 (7)(十)荷载组合（设计值） (9)内力计算 (10)(十一)设计总信息 (10)(十二)标准截面特性 (11)(十三)恒荷载标准值作用计算结果 (12)(十四)柱内力 (12)(十五)梁内力 (12)(十六)荷载计算 (13)(十七)风荷载计算 (13)(十八)吊车荷载计算 (15)(十九)地震计算 (18)1.左震动标准值作用计算结果 (18)2.右震动标准值作用计算结果 (20)荷载效应组合计算 (23)(二十)荷载效应组合及强度、稳定、配筋计算 (23)3.钢柱 1 (23)4.钢柱 2 (29)5.钢柱 3 (36)6.钢柱 4 (42)7.钢梁 1 、4 (49)8.钢梁 2 、3 (52)五、内力包络图 (57)六、截面计算 (66)(一)选择截面 (66)（二）截面信息 (66)(二)梁构件设计 (68)七、节点设计 (70)(三)1边柱与斜梁连接高强螺栓强度验算 (70)(四)2斜梁与斜梁拼接节点 (71)(五)3屋脊梁梁拼接节点 (71)(六)4钢柱柱脚设计 (72)八、檩条设计与计算 (74)(七)1设计资料 (74)(八)2荷载情况 (74)(九)3内力计算 (74)(十)4截面特性 (75)(十一)5有效截面计算 (75)(十二)6强度计算 (75)(十三)7挠度计算 (76)九、墙梁设计与计算 (76)(十四)1设计资料 (76)(十五)2荷载情况 (77)(十六)3内力计算 (77)(十七)4截面选择及截面几何特性 (77)(十八)5强度计算 (77)(十九)6挠度计算 (77)十、隅撑设计与计算 (78)十一、支撑设计与计算 (78)十二、吊车梁计算 (79)(二十)简支焊接工字型钢吊车梁设计计算 (79)9.（一）设计信息 (79)10.（二）计算结果 (80)11.设计满足 (83)十三、基础计算 (84)(二十一)基础计算数据 (84)(二十二)基础反力 (84)(二十三)柱下基础设计信息 (89)(二十四)基础各截面验算结果 (89)十四、抗风柱设计计算 (90)(二十五)设计信息 (90)(二十六)设计依据 (90)(二十七)抗风柱设计 (90)12.1、截面特性计算 (90)13.2、风载计算 (91)14.3、柱上各断面内力计算结果 (91)15.4、抗风柱强度验算结果 (92)16.5、抗风柱平面内稳定验算结果 (92)17.6、抗风柱平面外稳定验算结果 (92)18.7、局部稳定验算 (93)19.8、挠度验算 (93)十五、致谢语 (93)一、工程概况漯河市龙源防水材料加工车间轻型门式刚架厂房。

一、结构模型概况
1.楼层信息
(一)楼层表
2.材料信息
(一)材料表
(二)配筋信息
(1) 梁、柱、支撑
(2) 剪力墙
3.风荷载信息
基本风压：0.55(kN/m2)
地面粗糙度：D
风压高度变化修正系数η：1.00
风荷载计算用阻尼比：0.02 4.工况和组合
（一）工况表
（二）组合表
二、分析结果
1.地震作用下的基底总反力
2.结构周期及振型方向
3.各地震方向参与振型的有效质量系数
4.竖向构件的倾覆力矩及百分比
(1) X向规定水平力
(2) Y向规定水平力
5.竖向构件地震剪力及百分比
6.规定水平作用下的位移比验算
(1) X向规定水平力
(2) Y向规定水平力
7.地震作用下的楼层位移和位移角验算
(1) 单向地震力作用
结构的最大层间位移为1/1707(塔1的第2F层)
7.弹塑性层间位移角
8.抗倾覆验算
【结论】整体抗倾覆能力足够，零应力区面积满足规范要求。

9.整体稳定刚重比验算
该结构ΣN/ΣH/250 > 0.1,应考虑重力二阶效应
塔1刚重比验算
【结论】该结构刚重比Di*Hi/Gi ≥ 5,能够通过高钢规(6.1.7)的整体稳定验算
三、时程分析包络结果
1.结构底部地震剪力包络结果
2.楼层剪力包络结果
3.楼层位移角包络结果
4.楼层位移包络结果
5.层间位移包络结果。

钢结构PKPM模型设计初探摘要：本文简要介绍了PKPM模型设计前处理问题等提出了一些粗浅的见解。

关键词：钢结构框架实际工程PKPM软件前处理注意问题钢结构是目前发展很快的结构，与以前采用的钢筋混凝土结构有许多相同之处，也有不同之处。

下面简单介绍PKPM软件在钢结构设计实际应用中的操作流程一、工程实例（一）工程概况,某公司值班楼，地上2层，底层层高3.8米，2层层高3.2米，总高7米。

地上建筑面积404平米。

建筑1~2层平面图及1~2层结构布置图如下。

（二）设计要求：本工程耐火等级2级，建筑类别为3类，建筑物使用年限50年。

 结构类型：钢框架结构。

  本地设防烈度6度，场地土类别二类。

 楼板采用压型钢板非组合型楼板。

结构安全等级2级，建筑物抗震设防类别为乙类。

 （三）设计荷载：墙体材料：±0.000以上采用加气混凝土砌块，容重≤6kN/m3,基本分压：0.65kN/m2 ,基本雪压：0.40kN/m2 ，结构活荷载：  会议室：3.0 kN/ m2 ，楼梯间：3.5 kN/ m2 ，走廊、大厅：3.5 kN/ m2 ，阳台：3.5 kN/ m2 ，不上人屋面活荷载：0.5kN/ m2 ，上人屋面活荷载：2.0kN/ m2 。

结构基本构件截面：  柱：  H型700×300X12，H型200×200×12，主梁：H550×250×10×16，H550×180×8×14，H550×250×8×16 次梁：H450×150×8×12，H250×120×6×10 支撑：H250×380×16×20，H250×380×14×18。

一、计算软件
PKPM钢结构二维设计模块的门式钢架
二、建模
1.建模需要注意钢柱的转向需要旋转90°
2.系杆需要用柱布置
3.柱间支撑沿钢架方向小于60m，垂直钢架方向小于45m
4.边跨柱间支撑在有吊车时不设置落地支撑，需要让吊车梁释放温度应力
5.柱间支撑用圆管
6.柱子建模建到柱脚，长度要+300
7.交叉支撑为无侧移，门式支撑为有侧移
三、约束条件
1.系杆与钢柱为铰接
2.吊车梁与钢柱为铰接123
3.柱脚在平面内为弱轴，设置铰接
4.柱间支撑需要设置单拉杆，只有两根的时候为一拉一压不能设置单拉杆
5.截面为圆钢不需要设置铰接
四、计算长度
柱间支撑的计算长度在平面外为整根长度，在平面内为实际长度
五、加载
1.风载
(1)风载的受荷面积为高度的一半，一半直接传给地基，一半传给柱间支撑
(2)加载方式为左侧节点加一个压力，右侧节点加一个吸力，需要加左风和右风两个方向
(3)计算公式为：β(系数)*μz(高度变化系数)*μw(风荷载系数)*ω0(基本风压)*跨度*高度的
一半
2.吊车轮刹车力
刹车力为0.1倍的最大轮压，乘以单侧刹车轮数的一半，需要加载在活载里面
3.附加重量
附加重量为恒载+0.5倍的活载，可以直接加载横活里面，也可以补充数据中的附加重量加载。

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)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。

图1-2 A~K立面图图1-3 K~A立面图图1-4 1-1剖面图图1.1-7 刚架布置图图1.1-8 支撑布置图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。

第三章桁架3.1设计条件（工程实例）某厂房建筑东西24.48m，南北72.48m，总建筑面积1774.3m2。

结构类型为混凝土柱钢屋架的排架体系。

屋架标志跨度24m，屋架间距6m，车间内设一台30t/3t中级工作制吊车。

屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm×400mm。

混凝土标号C25。

具体建筑图见图3.1-1，图3.1-2，图3.1-3。

屋面结构类型：桁架屋面材料：采用压型钢板轻钢屋面屋面坡度：1：20屋架钢材：采用Q235-B，焊接材料采用E43系列。

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III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图3.1-1 F~A立面图图3.1-3 1-1剖面图本工程中设置未设置支撑的屋架为WJ-1，设置支撑的为WJ-2，端部为WJ-3。

屋架的布置、屋架的几何尺寸，以及支撑的布置具体见图3-4，图3-5，图3-6，图3-7，图3-8。

图3.1-4 屋架几何尺寸图图3.1-5 屋架布置及上弦支撑布置图图3.1-6 屋架下弦支撑布置图图3.1-7 屋架端部竖向支撑布置图图3.1-8 屋架跨中竖向支撑布置图3.2平面建模编着按：STS的“桁架模块”可以完成平面桁架的建模、计算和施工图绘制。

对于建模，其步骤和过程基本与门式刚架的平面建模相同。

操作时，读者可参考第一章门式刚架中的相关内容。

本章仅重点叙述与桁架本身特点有关的项目。

3.2.1建立工作目录首先完成工作目录的创建，方法与1.2中方法相同（桁架模块界面如图3.2-1所示）。

接着完成文件名的输入，本工程文件名为“HJ-1”，进入桁架建模的工作界面，如图3.2-2。

图3.2—1 桁架模块界面图3.2—2 桁架建模工作界面3.2.2轴网建立利用“网格生成”\“快速建模”\“桁架”打开“桁架网线输入向导”对话框（如图3.2-3）.图3.2-3 桁架网线输入向导跨度：此处输入的跨度是屋架的标志跨度，因为本屋架跨度刚好是程序默认长度24000,不用修改。

如何进行钢结构防火计算钢结构防火设计操作步骤：（1）前处理参数中勾选进行抗火设计，并设置好抗火设计相关参数。

（2）点击前处理→特殊荷载→防火设计（3）点击梁或柱，定义抗火参数，定义完成后点击某根构件进行构件级抗火参数的定义。

（4）到结果模块，点击配筋→防火保护层厚度即可输出构件防火保护层厚度。

其中di表示计算所需防火保护层厚度，ri表示计算所需防火保护层等效热阻。

（5）到结果模块，点击钢结构防火→生成计算书。

即可输出钢结构防火文本计算书。

常见问题：Q1：如何定义防火材料，防火材料的参数如何取？A1：防火材料定义如下图所示，可新增防火材料类型和修改防火材料参数。

防火材料的参数应根据实际防火涂料填写。

Q2：程序中定义了耐火等级及涂料类型，为什么有些构件还是没有进行防火设计？A2：当构件的荷载比接近于1的时候，无论怎么增加涂层的厚度都不能满足需要达到的耐火等级要求，程序便无法进行设计，此时就需要调整构件尺寸或耐火等级使其满足设计要求。

用户可以通过构件信息，来查看是否属于此种情形。

Q3：PKPM防火计算书中各参数代表什么含义？A3：PKPM防火计算书中各参数含义如下：Ts—未涂抹防火涂料时在耐火极限时间内的钢构件最大温度Td—在耐火极限时间内的钢构件临界温度Ri—保护层涂料的等效热阻di—最终验算钢构件所需要的非膨胀型涂料厚度，单位为米Q4：为什么防火计算结果中没有输出防火保护层厚度？A4：如果是膨胀型防火材料，软件不输出保护层厚度，只输出等效热阻。

不输出保护层厚度，原因是防火技术规范5.3.2条膨胀型防火涂料等效热阻和厚度的关系，需要给定五个厚度对应的等效热阻（厂家提供），才能求出某个特定厚度下的等效热阻。

Q5：膨胀型和非膨胀型材料有何区别，如何选用？A5：膨胀型涂料是一种在高温下膨胀发泡，形成耐火隔热保护层的钢结构防火涂料，涂层厚度不小于 1.5mm。

非膨胀型材料是一种在高温下不膨胀发泡，其自身成为耐火隔热保护层的钢结构防火涂料，涂层厚度不小于15mm。