pkpm门式刚架设计讲义

钢结构CAD软件STS 门式刚架设计
（10 版）
中国建筑科学研究院
建研科技股份有限公司
设计软件事业部
主要内容
STS的模型输入方法
三维模型方法 二维模型方法
门式刚架设计
门式刚架二维设计 门式刚架三维设计 工具箱相关部分
1 STS的模型输入方法
三维模型方法
门式刚架（框排架）三维建模（以标准榀方式建立） 框架三维建模（以标准层方式建立） 空间结构建模（建模任意、灵活）
2 门式刚架二维设计
2.5 10版中门式刚架二维设计改进
钢结构参数输入与修改，按10新抗规做了调整
结构类型调整 增加程序自动判断容许长细比选项 增加按“低延性、高弹性承载力”性能设计荷载组合 钢结构增加抗震等级参数
2 门式刚架二维设计
2.1 二维建模
铰接构件与计算长度
铰接构件 （1）设置杆件两端的约束情况，如两端刚接、一端铰接一端刚接、两端铰接等； （2）[定义约束]：设置杆端不同的约束情况
含义：
没定义约束的杆端为完全约束情况，节点处的所有杆件，不会发生相对位移； 定义杆端“水平向自由滑动”为杆端水平向约束完全释放，不传递水平剪力； 定义杆端“约束水平相对位移差”是限制水平相对滑移量不超过给定的最大相对位移差。
2 门式刚架二维设计
2.4 门式刚架二维中常见结构模型建立
带吊车的门式刚架结构
吊车荷载（悬挂吊车）
双轨悬挂吊车：荷载和桥式吊车一样； 单轨悬挂吊车：最大轮压=电葫芦重+额定起重量。 悬挂吊车只考虑轮压，不考虑刹车力。
2 门式刚架二维设计
2.4 门式刚架二维中常见结构模型建立
带抗风柱的门式刚架结构
基础布置 （1）作用：当需要计算基础时，可在此处定义和布置基础 （2）适用范围：STS二维设计程序只能完成独立基础的布置和计算 （3）10版软件对基础设计做了改进
2 门式刚架二维设计
2.2 截面优化与结构计算，结果查询
截面优化
优化原理 按照强度、稳定、长细比、挠度及位移限值，进行多次迭代计算，最后得到用钢 量最小的截面。 优化结构类型 优化根据结构类型，采取不同的优化方式。分三类：轻型门式刚架、桁架、其他 （框排架、支架等）。 注意：轻型门式刚架结构类型限制构件截面，仅能为H形截面，其他两类型对截 面没限制 优化实现 定义优化参数，设置优化分组，确定优化范围后软件自动完成结构模型优化。 优化后可直接将优化结果导入到模型中。
2 门式刚架二维设计
2.3 节点设计和施工图绘制
软件适用截面 实腹焊接H形截面、标准H型钢截面梁、柱； 两端铰接的圆管柱。 节点设计（参数设置、节点类型设置、节点修改、结果文件查看）
参数设置 参数“局部采用无比例绘图”的含义： 选中后，施工图不是按照统一比例绘制的， 局部采用夸张画法，如板厚； 不选中，则整个钢架施工图按1：1方式绘图。 拼接、檩托 （1）设置或取消拼接信息 （2）布置梁、柱檩托 （3）设置边柱
2 门式刚架二维设计
2.1 二维建模
分析与设计参数定义 定义结构分析与设计相关的参数， 由5个页面分别设置。

结构类型（用于确定地震计算阻尼比） 验算规范
根据所计算的结构适用那本规范采用，
综合考虑。
控制参数，门式刚架不按抗震规范控
制高厚比，长细比。 斜梁计算
仅按压弯构件计算强度，和平面外稳定； 按压弯构件计算强度，和平面内、平面
2 门式刚架二维设计
2.2 截面优化与结构计算，结果查询
钢梁挠度图（显示钢梁的变形）
（1）绝对挠度图 （2）相对挠度图 （3）坡度改变率
（4）注意： 相对挠度和绝对挠度值的区别； 程序对两种挠度的挠跨比都进行了控制；设计人员需根据工程实际选择控制。 节点位移图 显示各工况下的节点位移图 可查看柱顶水平位移是否超出容许限值
2 门式刚架二维设计
2.2 截面优化与结构计算，结果查询
二维结构计算
功能：软件自动完成模型的内力分析、杆件强度、稳定验算及结构变形验算、基 础设计等。
计算结果查看（查看配筋包络及钢结构应力、内力包络、钢梁挠度、节 点位移等）。主要查看内容：
计算结果文件 配筋包络和钢结构应力图 注意： 应力比是计算应力与强度设计值的比值 应力比超过1，即超限，以红色表示 内力包络及各荷载工况下的内力图
1 STS的模型输入方法
二维模型方法
PK交互输入 屋面支撑、柱间支撑、檩条墙梁、吊车梁等分别计算，通过工具箱实现
2 门式刚架二维设计
主要内容：
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 二维建模 截面优化与结构计算，结果查询 节点设计和施工图绘制 门式刚架二维中常见结构模型建立 10版中门式刚架二维设计改进 门式刚架二维设计常见问题
是只能受拉，不能受压的柔性杆件，如图例 一旦受压，立即退出工作，重新形成刚度矩阵
取消节点的作用
单拉杆应用： • •
混凝土柱托钢梁结构中拉杆设置（柱顶设置单拉杆抵抗梁对柱顶的推力作用） 圆钢支撑等柔性支撑的定义分析：
屋面支撑：一般按拉杆设计，长细比按拉杆要求控制；
柱间支撑：门规规定当设有吊车起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型 钢 支撑，建议按压杆设计；无吊车时可以按拉杆设计。
构件施工图
可绘制构件详图，适用与构件加工单位。
节点施工图
可绘制选中的节点详图，包括节点索引图，各节点施工详图。
2 门式刚架二维设计
2.3 节点设计和施工图绘制
统计整榀刚架材料
精确统计整榀刚架构件，连接板，加劲肋的准确用量 钢板按厚度统计重量
2 门式刚架二维设计
2.4 门式刚架二维中常见结构模型建立
2 门式刚架二维设计
2.3 节点设计和施工图绘制
节点设计（参数设置、节点类型设置、节点修改、结果文件查看） 节点设计
（1）输入或修改设计参数：参数设置对所有节点起作用 （2）节点类型：可修改单个节点的连接类型 应用：左右梁柱连接采用不同连接形式 （3）悬挂吊车：根据建模信息交互指定悬挂吊车节点
外稳定；
有侧移，无侧移框架
GB50017无支撑，弱支撑，强支撑框架 门式刚架按有侧移结构

净截面和毛截面比值 活荷载不利布置
2 门式刚架二维设计
2.1 二维建模
构件修改
• • • • • • • 指定构件验算规范 指定构件钢号 指定H形构件横向加劲肋的设置 指定构件抗震等级 恢复缺省值（同设计参数） 构件查询 构件修改
2 门式刚架二维设计
2.1 二维建模
截面定义与杆件布置
截面定义
杆件布置 柱构件布置时可输入偏心和布置角度 （可处理轴线和构件中心不重合、抗风柱主惯性轴在刚架面外等问题）
2 门式刚架二维设计
2.1 二维建模
轴心受压构件对Y轴截面分类
截面分类由软件根据GB50017自动确定， 当存在多个选择时，一般取低的（偏安全） 只有少数截面用户可以干预，例如焊接H 形截面 用于确定轴心受压构件的稳定系数
网格生成与快速建模
网格输入是建模的第一步 主要是形成计算模型的网格线 软件提供两点直线、平行直线、分隔线段等方式输入网格，并提供相应的网 格、节点编辑功能 针对形式较有规律的结构，如框架、桁架、门式刚架提供快速建模功能
（在门式刚架快速建模时，软件能够自动为所建模型生成杆件截面与铰接信息，并根据荷载 信息，自动生成屋面恒、活、风荷载）
形式一：只承担山墙风荷载，
不承担屋面竖向荷载；
形式二：不但承担山墙风荷
载，还承担屋面竖向荷载（
兼作摇摆柱）
应将抗风柱传递给刚架梁的
力，传递给屋面支撑系统， 避免刚架梁受扭。
2 门式刚架二维设计
2.4 门式刚架二维中常见结构模型建立
带夹层的门式刚架结构 带女儿墙的门式刚架结构结构 单拉杆设置
长细比相同时，b类截面稳定系 数大于c类截面，即b类截面稳 定承载能力高于c类截面。
2 门式刚架二维设计
2.1 二维建模
铰接构件与计算长度 计算长度
（1）平面内
设置平面内计算长度系数； 软件默认为-1，即计算长度系数 由软件自动确定 用程序自动计算结果
（2）平面外
设置构件平面外的计算长度； 原则为侧向支撑点间的距离； 屋面和檩条对上翼缘的作用； 取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离（隅撑间距） 用户应根据平面外支撑的设置情况来修改。
2 门式刚架二维设计
2.5 10版中门式刚架二维设计改进
改进交互输入时网格、节点变化后，构件、荷载信息丢失问题
平移节点后，当相连网格两端节点没有变化，保留网格上的构件、荷 载等信息； 取消节点后，当相连网格构件截面相同时，保留截面信息； 网格打断后，保留构件、以及构件上的均布和集中荷载； 变截面构件，中间增加节点后，程序自动进行截面拟合，即根据原先 的变截面和分段点自动计算各分段的标准截面。
带吊车的门式刚架结构
吊车荷载（桥式吊车）
作用分两部分：
吊车梁的作用：以恒载输入 吊车工作的作用：
吊车荷载考虑最不利情况
2 门式刚架二维设计
2.4 门式刚架二维中常见结构模型建立
带吊车的门式刚架结构
吊车荷载输入时部分参数含义：
Dmax、 Dmin ：是根据影响线求得的最大轮压、最小轮压对柱子的反力； 是软件提供的自动影响线计算工具。 WT：是大桥架和小车重量。仅是一质量，重力荷载代表值统计用，主要用在计算地震 水平力作用； EC1：相对下柱形心； Lt ：吊车梁高+轨道高； 属于双层吊车：适用同一跨内有上下双层吊车情况；输入时上下层同单层吊车一样输入。 调整系数：是抗震规范附录J要求，对混凝土排架柱起作用，钢结构填1.0即可； 参数定义中折减系数：参考荷载规范表5.2.2选取。两台、四台系数实际是一跨、两跨吊 车组合折减系数。