工程结构计算软件概论专题讲义

工程结构计算软件主讲教师：李晓克工作单位：土木与交通学院本课程主要内容———————————————————————————————第一部分结构计算软件应用及发展PKPM软件基本功能及应用范围———————————————————————————————第二部分结构平面计算机辅助设计PMCAD框排架计算机辅助设计PK结构三维分析与设计软件TAT、SATWE楼梯计算机辅助设计LTCAD预应力结构计算机辅助设计PREC基础工程计算机辅助设计JCCAD———————————————————————————————本课程主要内容———————————————————————————————第三部分PKPM与其它软件综合应用及经验总结——————————————————————————课程考核成绩评定方法完成一栋框架房屋的整体设计，具体包含以下五个方面：1.框架房屋模型建立;2.一标准层结构平面施工图；3.一榀框架梁柱施工图（要求采用三维计算分析设计）；4.一楼梯设计施工图；5.一基础设计施工图.提交成果上述2－5项相关图纸；一份该框架房屋的设计说明书，包括设计依据、设计参数、结构尺寸等完成本设计的基本信息。（电子文档＋纸质文档）第一部分一、国内外结构计算软件介绍1.1国内外常用软件介绍广厦建筑结构CAD天正CAD软件理正结构系列软件探索者结构工程CAD软件TSSDSap2000建筑结构分析与设计CSIETABSPKPM系列1.1-1）广厦建筑结构CAD广厦建筑结构CAD是一个面向民用建筑的多高层结构CAD，在容柏生院士的指导下由广东省建筑设计研究院和深圳市广厦软件有限公司联合开发，于1996年12月18日通过专家鉴定，完成从建模、计算和施工图自动生成及处理一体化设计，结构计算包括空间薄臂杆系计算SS和空间墙元杆系计算SSW。广厦建筑结构CAD是设计院开发的结构CAD的杰出代表。最新版本10.01.1-2）天正CAD软件天正CAD软件是天正工程软件有限公司基于AutoCAD平台下开发的建筑专业计算机辅助设计软件；专业灵活的一般结构设计功能强大的钢结构设计方便快捷的常用工具全新图库新颖、齐全、便捷齐全、方便的结构规范TAsd可与TArch或其它建筑软件搭配使用，形成CAD成组作业，提高总体效益1.1-3）理正结构系列软件理正结构工程设计系列工具箱1）帮助设计人员快速设计、校核，解决大型软件不能解决的问题是理正工具箱系列软件的基本定位，软件的最大优势在于其独特的智能设计能力和给用户带来的方便实用性。2）包含15种计算工具箱：钢筋砼结构构件、井字梁、曲折梁、异形板、无梁楼盖、交叉梁、平面刚桁架、三维刚桁架、钢结构构件、独条基础、复合桩基承载力、独立桩承台、复合桩基水平荷载、预应力钢筋混凝土结构构件、砌体结构计算工具箱，几乎涵盖结构设计的全过程。地基基础设计软件（基础CAD、桩基CAD、桩基优化）人防结构设计软件1.1-4）探索者结构工程CAD软件TSSDTSSD软件是北京探索者软件技术有限公司的主营软件之一，以AutoCAD为平台，以ObjectARX、VisualC、AutoLisp为开发工具，采用面向对象程序设计方法编写。充分考虑设计人员的绘图习惯独特的小构件计算方便的参数化绘图施工图绘制工具高效实用平法绘图符合最新图集强大的图库功能强大的文字处理功能齐备的结构绘图辅助工具齐全的接口类型(TBSA、天正建筑、PKPM、广厦)最新版本3.11.1-5）Sap2000在SAP2000三维图形环境中提供了多种建模、分析和设计选项，且完全在一个集成的图形界面内实现。先进的分析技术提供了：逐步大变形分析、多重P-Delta效应、特征向量和Ritz向量分析、索分析、单拉和单压分析、Buckling屈曲分析、爆炸分析、针对阻尼器、基础隔震和支承塑性的快速非线性分析、用能量方法进行侧移控制和分段施工分析等。桥梁设计者可以用SAP2000的桥梁模板建立桥梁模型，自动进行桥梁活荷载的分析和设计，进行桥梁基础隔震和桥梁施工顺序分析，进行大变形悬索桥分析和Pushover推倒分析。SAP2000是整合的结构分析和设计软件.具备精密,直观和通用的用户界面以及为工作在交通,工业,公众工程,体育和其它设施中的工程师所开发的分析引擎和设计工具.从其基于3D物体的图像建模环境,到在一强大用户界面中整合的众多分析和设计选择。1.1-6）建筑结构分析与设计CSIETABS国际领先的建筑结构分析与设计软件，ETABS除一般高层结构计算功能外，还可计算钢结构、钩、顶、弹簧、结构阻尼运动、斜板、变截面梁或腋梁等特殊构件和结构非线性计算（Pushover，Buckling，施工顺序加载等），甚至可以计算结构基础隔震问题，功能非常强大。一款大楼分析和设计软件。CSI_ETABS已经演变为一次完全完整的大楼分析并且设计环境。当你在设计简单的2D结构或为一幢的高楼进行动态分析非线性防胶滚筒漂流控制CSI_ETABS提供了解决方案。1.1-7）PKPM系统总体介绍成立于1988年依托国家级研究院的技术优势建筑行业最大的软件开发实体应用普及率75%,8000家设计院用户国内应用最广泛的集成CAD系统PKPM系统经香港特区政府审批通过与新加坡建屋发展局合作六年正在香港、新加坡、越南、马来西亚、韩国等地推广国外版本的开发提高了质量、锻炼了队伍PKPM英国规范版本PKPM是集成建筑、结构、设备、概预算、施工等专业的大型集成化CAD系统PKPMPKPM系列软件构成图系列软件构成图三维建筑三维建筑设计设计APMAPM结构平面设计PMCAD结构平面设计结构平面设计PMCADPMCAD砖混及底框计算砖混及底框计算砖混及底框计算多高层SATWE多高层多高层SATWESATWE各类地基JCCAD各类地基各类地基JCCADJCCAD楼梯设计LTCAD楼梯设计楼梯设计LTCADLTCAD框排架PK框排架框排架PKPK多高层TAT多高层多高层TATTAT剪力墙JLQ剪力墙剪力墙JLQJLQ钢结构STS钢结构钢结构STSSTS预应力PREC预应力预应力PRECPREC砼小砌块QIK砼小砌块砼小砌块QIKQIK箱型基础BOX箱型基础箱型基础BOXBOX概预算STAT概预算概预算STATSTAT给水排水WPM给水排水给水排水WPMWPM建筑电器EPM建筑电器建筑电器EPMEPM建筑采暖HPM建筑采暖建筑采暖HPMHPM建筑通风CPM建筑通风建筑通风CPMCPM建筑设计总平面图设计小区规划设计室内、外装修设计建筑钢筋混凝土多、高层建筑砖混结构和底框上砖房结构钢结构预应力混凝土结构基础（柱下独基、墙下条基、地基梁系、筏板基础、桩基、桩筏）箱形基础砼小型空心砌块结构给排水设计采暖设计通风空调设计建筑电气设计室外给排水室外供暖系统设备施工组织设计施工项目网络计划及管理建筑工程投招标书制作施工总平面图设计基坑支护设计脚手架设计模板工程设计冬季施工砼和砂浆配合比设计施工模型输入专业分析计算施工图辅助设计系统的一般工作流程A）模型的输入一个好的人机交互模型应该有以下特点：采用Windows界面和风格图形对话框方式三维的图形平台便于反复修改输入平面轴线布置墙体门窗一楼平面布置二楼平面布置三楼平面布置全楼组装平面杆系结构计算(框架、连续梁)三维杆系结构计算(薄壁柱模型)空间结构有限元分析计算（墙元模型）工业厂房排架、框排架砖混结构底层框架上砖房结构钢结构轻型钢结构钢桁架、支架预应力钢筋混凝土结构B）专业分析计算体系平面楼板结构板柱结构，厚板转换层结构框支剪力墙结构柱下独基、条型基础桩基筏板基础箱型基础基础的截面、配筋设计和沉降计算人防计算基础与上部结构共同工作计算混凝土小型空心砌块计算，砌块排块分析楼梯结构计算（普通楼梯、螺旋楼梯、悬挑楼梯）1.内力分析2.荷载效应、组合3.安全系数4.地震作用分析5.截面配筋设计6.稳定计算极限状态设计结构的变型、挠度计算钢筋混凝土裂缝计算适应设计规范不断修订的需要设计规范不断地补充修订，大多数建筑要经过抗震设计，其计算内容比常规设计要增加数倍的内容。国内自主开发的软件才能及时跟上不断修订的规范。正常使用阶段平面杆系计算钢筋混凝土梁的挠度计算和裂缝宽度计算多层和高层三维分析TAT多层和高层空间有限元分析SATWE厚板转换层、复杂楼板有限元分析层模型层刚度骨架曲线平面杆系模型塑性铰图空间模型楼层最大反应力弹塑性动力时程分析砖混结构、底层框架上层砖房结构计算分析钢结构二维、三维分析计算和优化预应力结构二维及三维计算基础结构设计和计算电气软件设计计算照度计算：自动从图中提取照度计算所需数据负荷、线数、线径和管径计算：自动提取计算所需数据建筑采暖、通风空调设计计算多种系统形式（单管、双管、水平串联、高压蒸汽），从平面图自动提取计算数据，进行水力计算自动进行全楼负荷计算给排水设计计算自动提取工程数据，进行给水、循环热水、排水和喷洒系统的水力计算，并将计算结果返回平面图水泵计算：可根据流量和扬程自动选泵，并可生成泵房任意角度剖面图C）施工图辅助设计接力专业计算的结果模拟人工设计结构构件的专业思路生成可用于指导施工的详细图纸文件整个施工图文件的生成是自动或半自动方式的人工输入专业控制参数对计算结果归并整理按照专业规范的节点构造的详细设计仿照人工思维选出钢筋提供人工控制，审核和修改的手段由软件画出施工图提供人工标注、修改施工图的手段施工图辅助的步骤一般是从房屋模型中提取一榀框架生成结构计算数据文件完成结构分析计算画施工图前交互输入绘图控制参数人工干预设计布置图面施工图生成钢筋混凝土梁柱施工图广东地区的梁柱表施工图梁柱钢筋的平面表示法钢筋混凝土异型截面柱施工图结构平面、楼板配筋图框架柱框架梁节点大样平面布置钢桁架支架门式刚架钢结构施工图柱下独立基础条形基础地基梁基础和筏板基础剪力墙施工图砖混结构施工图楼梯施工图预应力钢筋混凝土梁施工图建筑平立剖面施工图建筑详图和小区规划鸟瞰图1.采暖平面施工图和系统图给排水、采暖、通风空调施工图建筑电气施工图二、进入PKPM软件系统开始学习一、人机交互建立全楼结构模型二、自动导算荷载建立恒活荷载库三、为各种计算模型提供计算所需数据文件四、为上部结构各绘图CAD模块提供结构构件的精确尺寸五、为基础设计CAD模块提供底层结构布置与轴线网格布置，还提供上部结构传下的恒活荷载2.1PMCAD是PKPM中的一个结构平面计算机辅助设计软件，PMCAD的基本功能：六、现浇钢筋混凝土楼板结构计算与配筋设计七、结构平面施工图辅助设计八、做砖混结构圈梁布置，画砖混圈梁大样及构造柱大样图九、砖混和底框上砖房结构的抗震计算及受压、高厚比、局部承压计算十、统计结构工程量，以表格形式输出2.2完成PMCAD的结构建模的主要步骤：⑴人机交互建立全楼结构模型⑵完成各层楼板楼面的详细布置⑶生成荷载信息作为某一个工程的设计和计算，应该先选择一个盘符建立该项工程的专用工作文件夹，然后启动PKPM程序。对于一个新工程，执行PMCAD软件，必须依次完成结构平面计算机辅助设计主菜单主菜单1-3项的各类数据输入。为了有助快速查询和设置，PMCAD提供了许多操作命令的键盘技术，教材列出了部分常用的功能键。当然也可以直接在菜单区用鼠标点取相应的功能。2.3设计资料：某五层现浇框架教学楼，建筑平、立、剖面图见图（1-2）、（1-3）、（1-4）、（1-5），现浇楼、屋盖，室内外高差0.45m，基础顶面距室外地面0.5m，屋顶设50KN水箱（总重100KN），抗震设防裂度为7度，Ⅳ类场地土，近震。混凝土强度等级：梁、板、柱为C30，主筋HRB335变形钢筋，箍筋HPB235钢筋。框架填充墙采用300×250×110水泥空心砖。1）20厚板底混合砂浆打底2）100厚钢筋混凝土现浇屋面3）隔汽层，刷冷底子油一道，热沥青玛啼脂二道，重量忽