1、一、门式刚架设计,钢结构CAD软件STS,中国建筑科学研究院 设计软件事业部,2011.11.24-25杭州巡讲讲义 PKPM软件浙江代理：杭州新宏基 057188259363,主要内容,门式刚架二维设计门式刚架三维设计常见问题与软件处理方法 超出门式刚架规程使用范围的钢结构 混凝土柱，轻钢屋盖结构 顶层为门式刚架的框架结构,1 STS-门式刚架设计 1.1 三维和二维模型方法,二维模型方法：门式刚架、屋面支撑、柱间支撑、檩条墙梁，吊车梁等分别计算三维模型方法（推荐）：建立结构整体模型，自动形成吊车荷载布置屋面、墙面构件 自动计算门式刚架、屋面支撑、柱间支撑自动绘制全套施工图统计结构整体用钢量
2、，报价形成到JCCAD的数据整体模型图和渲染效果图适应抽柱门式刚架厂房,1 STS-门式刚架二维设计 1.2 二维模型方法,二维模型方法： 计算檩条，墙梁，吊车梁等构件 计算柱间支撑，屋面支撑 计算抗风柱 单榀刚架建模，截面优化，结构计算 节点设计与绘制施工图,1 STS-门式刚架二维设计 1.3 构件定义，截面分类,轴心受压构件对Y轴截面分类,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。,1 STS-门式刚架二维设计 1.4 构件定义，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
3、焊接H形截面 修改截面分类要有根据，对材料要求在施工图中要进行明确说明！,1 STS-门式刚架二维设计 1.5 构件定义，抗风柱考虑,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。,1 STS-门式刚架二维设计 1.6 门式刚架计算长度取值,平面内计算长度系数 用程序自动计算结果 平面外计算长度 原则为侧向支撑点间的距离 屋面和檩条对上翼缘的作用 隅撑的作用与设置（弯矩图例） 取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离（隅撑间距）（图1 门式刚架系统）（图2 恒载，风载弯矩图）
4、（图3 弯矩包络图）,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 ；,1 STS-门式刚架二维设计 1.7 活荷载与风荷载取值,2、附录A风载计算 ；,MBMA风荷载的适用范围是：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,明确风荷载采用美国MBMA的规定 ；,与荷载规范公式比较,与荷载规范取值计算结果比较,刚架风载荷载规范与门规的比较,以一坡度为1/10，双坡封闭式厂房为例：,荷载规范：,门规：,柱脚铰接l/h2.3, 柱脚刚接l/h.0, 荷载规范计算偏安全，其他情况比门规结果小,
5、1 STS-门式刚架二维设计 1.8 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 吊车荷载计算 牛腿设计,1 STS-门式刚架二维设计 1.9 吊车荷载（悬挂吊车）,1 STS-门式刚架二维设计 1.10 吊车荷载(半门形吊车),1 STS-门式刚架二维设计 1.11 吊车荷载(壁形吊车),1 STS-门式刚架二维设计 1.12 参数输入结构类型与抗震设计,1 STS-门式刚架二维设计 1.13 参数输入,结构类型与验算规范 摇摆柱设计内力放大系数（考虑铰接端实际有嵌固作用） 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
6、计算强度，和平面内、平面外稳定； 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,1 STS-门式刚架二维设计 1.14 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 恢复缺省值（同设计参数） 构件查询 构件修改,1 STS-门式刚架二维设计 1.15 构件修改构件验算规范,参数输入中，构件修改中 都可以指定验算规范，要明确二者的关系,1 STS-门式刚架二维设计 1.16 构件修改构件验算规范,1 STS-门式刚架二维设计 1.17 构件修改设计规范,参数输入：设计规范 （1）确定构件计算长度系
7、数确定方法 钢结构设计规范方法 门式刚架规程方法 （2）确定构件验算规范缺省值 （3）依据计算长度系数确定根据哪个方法确定更合理选择 构件修改：验算规范 （1）指定构件强度、稳定性计算要采用的设计规范 （2）不影响计算长度系数的确定方法 （3）依据构件强度、稳定性计算用哪个规范的方法更合理选择,1 STS-门式刚架二维设计 1.18 契形构件变化率与腹板高厚比,当腹板高度变化60mm/m时， 按 来控制：,1 STS-门式刚架二维设计 1.18 契形构件变化率与腹板高厚比,腹板高度变化超过60mm/m时，根据规程CECS102:2002第6.1.1条第6项，已经超出了规程规定的考虑受剪板腹屈曲
8、后强度计算适用范围，这时程序按不考虑利用受剪板幅屈曲后强度来控制腹板高厚比。,1 STS-门式刚架二维设计 1.18 解决方法,（1）调整构件端部高度，对于梁还可以调整变截面长度，尽量不超过60mm/m的要求。 （2）通过设置构件腹板横向加劲肋，这样可以提高，不考虑屈曲后强度的容许高厚比也可以提高。 （3）不建议增加腹板厚度来满足的方法，这样用钢量增加可能较多。,1 STS-门式刚架二维设计 1.18 解决方法设置横向加劲肋,1 STS-门式刚架二维设计 1.18 解决方法设置横向加劲肋,1 STS-门式刚架二维设计 1.19 截面优化程序使用,验算规范选择门式刚架规程或上海标准 定义构件截面
9、，只关心截面类型（变截面还是等截面），不用关心截面尺寸 布置了相同标准截面的构件，优化后截面相同 平面外计算长度要修改 优化限值要根据最优原则和实际情况选择 直接导出优化结果，用于结构计算,1 STS-门式刚架二维设计 1.20 结构计算,应力比输出的含义 挠度控制（相对挠度，绝对挠度，坡度变化） 计算结果输出 门式刚架变截面杆件高厚比控制 （主菜单）,1 STS-门式刚架二维设计 1.21 结构计算柱顶位移限制,1 STS-门式刚架二维设计 1.22 节点设计相关指标,按GB50017设计指标与连接设计修改 钢材强度设计值，焊缝强度设计值根据板厚分组与GBJ17-88不同； 8.8级高强度螺
10、栓预拉力提高 摩擦面抗滑移系数喷砂处理由0.55修改为0.5（对于Q345，Q390，Q420） 承压型连接高强度螺栓抗拉计算与普通螺栓相同 角焊缝计算长度焊缝长度-2x焊脚尺寸,1 STS-门式刚架二维设计 1.22 节点设计,节点类型选择 端板厚度计算 节点计算方法 反向弯矩计算 连接位置腹板强度计算，加劲肋布置 节点域计算，斜加劲肋设计,1 STS-门式刚架二维设计 1.22 节点域和加劲肋设计,节点域计算，斜加劲肋设计连接位置腹板强度计算，加劲肋布置（间隔1个或2个螺栓布置，程序自动判断）,1 STS-门式刚架二维设计 1.22 螺栓直径选择,高强度螺栓直径，根据构造要求，进行自动排列
11、，如果排列不下，会自动调整螺栓直径和间距，重新排列，直到满足要求 柱脚锚栓直径，根据柱脚内力进行验算，如果不能满足，会自动增大锚栓直径，直到满足要求 结果可能存在多种直径的高强度螺栓，柱脚锚栓 可以在设计时，采用一种直径的高强度螺栓,1 STS-门式刚架二维设计 1.23 抗剪键做法,作用：将柱底剪力通过抗剪键传递到基础，避免锚栓抗剪 V0.4N时，要设置抗剪键，门式刚架一般都要设置抗剪键 抗剪键的做法,1 STS-门式刚架二维设计 1.23 抗剪键计算,抗剪键的计算 混凝土承压 抗剪键根部截面抗弯，抗剪验算（控制） 抗剪键与底板连接焊缝验算 新版软件可以自动设计抗剪键 可以选择槽钢或者普通工
12、字钢 截面规格自动确定 可以绘制施工图,1 STS-门式刚架二维设计 1.24 施工图,整体施工图，节点大样图（索引图），构件详图（零件放样图） 设计院，制作单位的不同需求,1 STS-门式刚架二维设计 1.25 单拉杆件,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（不是删除节点）,2 STS-门式刚架三维设计 2.1 三维模型方法,三维模型方法： 不同于PM按标准层建模的方法 通过单榀立面建模，建立结构整体模型 屋面、墙面设计 自动计算门式刚架、屋面支撑、柱间支撑 自动绘制施工图 适应抽柱厂房,2 STS-门式刚架三维设计 2.2 三维建模立
13、面编辑形成,横向立面,纵向立面,整体模型,通过横向、纵向立面编辑、系杆布置来形成整体模型,2 STS-门式刚架三维设计 2.3 三维建模屋面墙面布置形成,1、在平面网格上，通过二维建模方式，建立立面二维模型,2、通过立面复制，建立三维模型,3、通过墙面布置，输入柱间支撑,4、通过楼层布置，输入屋面支撑和系杆,形成整体三维模型,2 STS-门式刚架三维设计 2.4 吊车荷载作用含义,反映吊车工作的最不利作用：根据吊车资料中：最大轮压、最小轮压、轮距按照简支梁影响线计算,2 STS-门式刚架三维设计 2.5 吊车荷载平面布置,选择工作标高所在平面，布置吊车工作区域 自动形成各榀刚架计算需要的吊车荷
14、载 纵向立面计算时，自动加载吊车纵向刹车力,1 STS-门式刚架三维设计 1.2.2 吊车荷载平面布置,GIF,2 STS-门式刚架三维设计 2.6 荷载作用与导算,横向立面荷载 竖向恒活荷载，横向吊车、风、地震 由用户输入 屋面支撑荷载 纵向风荷载 软件自动生成和加载 柱间支撑所在纵向立面荷载 纵向风荷载 吊车纵向刹车力 重力荷载代表值 软件自动生成和加载,2 STS-门式刚架三维设计 2.7 横向立面荷载,横向立面荷载 竖向恒活荷载，横向吊车、风、地震 由用户输入,2 STS-门式刚架三维设计 2.8 屋面支撑荷载,屋面支撑荷载 搜索柱间支撑与屋面支撑，自动形成计算简图 自动确定屋面风荷载
15、迎风面积 纵向风荷载软件自动加载,2 STS-门式刚架三维设计 2.9 纵向立面荷载,柱间支撑所在纵向立面荷载 纵向风荷载 吊车纵向刹车力 重力荷载代表值（根据受荷宽度内横向立面恒载、活载自动确定） 软件自动加载,2 STS-门式刚架三维设计 2.10 适应抽柱厂房,抽柱厂房、弹性支座,1.根据托梁刚度，确定弹性支座刚度 2.首先计算抽柱榀，自动设置弹性支座，将反力传递给托梁，进而传递给相邻框架 3.计算顺序自动考虑,2 STS-门式刚架三维设计 2.11 适应抽柱厂房,自动根据托梁刚度，生成弹性支座。 自动生成抽柱吊车荷载 自动确定计算顺序,2 STS-门式刚架三维设计 2.12 自动二维计
16、算,根据计算顺序，完成屋面支撑，横向、纵向立面自动计算。,1.2.4 自动二维计算,形成数据和自动计算,GIF,2 STS-门式刚架三维设计 2.13 整体结果查看,1.2.5 选择立面查看,选择查看计算结果,GIF,2 STS-门式刚架三维设计 2.14 屋面、墙面设计,屋面墙面构件布置，计算，施工图 屋面檩条，隅撑，拉条自动布置 墙面门、窗洞口交互布置，墙梁，隅撑，拉条自动布置 屋面支撑、柱间支撑可以在整体模型中体现,2 STS-门式刚架三维设计 2.15屋面、墙面构件自动布置、优化、绘图,布置、优化计算和绘图布置：围护构件布置提供自动布置、交互布置结合方式。优化计算：可以完成单根构件的计
17、算；能实现屋面檩条、墙面中墙架梁的优化，并自动根据优化结果更新模型数据。绘图：可以交互选择各类围护构件进行施工详图绘制；能自动完成所有屋面墙面围护构件施工详图绘制。,1.3.3 屋面、墙面构件自动布置,自动布置维护构件,GIF,1.3.4 屋面、墙面构件优化,自动进行檩条优化,GIF,1.3.5 屋面、墙面构件自动绘图,自动绘制维护构件施工图,GIF,2 STS-门式刚架三维设计 2.16 绘制门式刚架施工图,可以在三维模型中设置梁梁拼接、柱侧垂直 适用于所有刚架： 绘图参数设置 节点设计参数设置 自动完成： 各榀刚架施工图的绘制 设计总说明和柱脚锚栓布置图 全楼钢材订货表（包括主刚架零件、围
18、护构件零件）,1.4.1 绘图参数设置,门式刚架绘图参数设置,GIF,1.4.1 自动绘图,自动绘制门式刚架施工图,GIF,1.4.1 施工图查看与编辑,施工图查看与编辑,GIF,1.4.1 施工图重新设计,节点设计结果查看，与施工图重新设计,GIF,2 STS-门式刚架三维设计 2.17 整体结构三维模型图,自动读取三维模型数据，包括刚架立面信息、围护构件布置信息，用三维实体方式真实显示构件； 自动进行围护构件之间，以及围护构件与主刚架构件的连接设计（如檩条与刚架的连接、檩条与隅撑的连接、支撑与刚架构件的连接等）。,1.5 三维模型图,绘制整体三维模型图,GIF,2 STS-门式刚架三维设计
19、 2.18 三维效果图,用三维实体方式真实的表示刚架主构件、围护构件； 自动铺设屋面板、墙面板； 自动形成门、窗洞口以及雨蓬； 自动设置包边； 自动形成厂房周围道路，进行场景设计； 能交互布置天沟和雨水管，并提供相应的编辑功能。,1.6 三维效果图,绘制三维效果图、渲染图,GIF,3 STS-软件应用 3.1 超出门式刚架规程使用范围,选择验算规范 长细比、挠度、柱顶位移控制限值按照钢结构设计规范控制。,3 STS-软件应用 3.2 混凝土柱、轻钢屋盖,3 STS-软件应用 3.2.1 不同模型计算对比分析,3 STS-软件应用 3.2.2 混凝土柱、轻钢屋盖常见问题,没有整体计算 没有考虑斜梁产生的水平推力，导致柱、柱下基础设计偏小。 梁支座处按照固定铰计算，钢梁轴力偏大，挠度偏小 整体计算，混凝土柱顶支座设置不合理 支座与柱顶支承面间的滑移量 构造要求不符合计算模型 设计拉杆，但忽略拉杆受压时的情况 软件处理方法,3 STS-软件应用 3.2.3 定义杆端约束,3 STS-软件应用 3.2.4 柱顶支座（自由滑移）,3 STS-软件应用 3.3 顶层为门式刚架的框架,顶层可参考门式刚架规程 风荷载计算 屋面风吸力（可能控制设计） 特殊风荷载 修改荷载组合 构件计算长度系数 节点设计与施工图,
