项目信息

1.1 项目名称：某产业园项目

1.2 项目地点：安徽省淮北市

1.3 参标单位：东大国际设计院

本项目的总体情况如下：总建设用地面积为 53217 平方米。规划进行了布置，有 3 栋标准化厂房（丁类）。这些厂房全部是 12 米高的钢结构厂房。3 栋厂房结合功能需求，其层高檐口高度是 12 米。端部设置了 3 层生产辅助用房。辅助用房通过设置结构缝与主体厂房脱开。辅助用房采用混凝土框架结构（不在本文论述范围）。主体厂房采用门式刚架受力体系，通过设置刚架面外支撑，从而形成空间整体受力。主体厂房屋面材料为单层彩钢加岩棉pkpm钢结构设计实例，屋面坡度是双坡屋面。

项目所在地的基本风压为 0.40kPa，其地面粗糙度属于 B 类。基本雪压 So 为 0.45 KN/m²（n = 100 年），雪荷载准永久值系数所在分区属于Ⅱ区。抗震设防烈度是 6 度，建筑场地类别为Ⅲ类，地震分组是第三组，设计基本地震加速度值为 0.05g，设计特征周期为 0.65s，抗震等级是四级。结构的安全等级为二级。建筑钢结构的耐火等级是二级。室外地坪以下且与土壤接触的构件属于二 b 类，在室内正常环境下则为一类。结构采用柱下独立基础，其持力层是粉土层，地基承载力的特征值为 120kPa。项目的效果图以及建筑图可在下图中查看。

图1 A~C栋厂房鸟瞰图

图2 A栋厂房立面效果图

图3 A栋厂房首层平面图

图4 A栋厂房立面图

二

PKPM门式刚架三维设计软件简介

PKPM 门式刚架三维设计软件是专门为门刚类项目设计的分析设计软件。它能够用一套软件完成门刚的全流程设计，其中包含主刚架的建模计算、围护结构的布置及施工图、基础计算及设计、节点设计及施工图深化这四大核心功能。具体情况如下图所示：

图5 门式刚架三维设计功能展示图

主刚架建模在软件里将主刚架的横向榀和纵向榀建模功能进行了明确区分。在纵向榀建模方面，增添了快速布置纵向系杆和支撑的功能。能够支持框架式支撑的参数化建模。纵向榀建模还支持自定义布置纵向的荷载，在进行计算之前，程序可以自动导算纵向荷载。布置吊车时，若设置了吊车梁，吊车梁能够兼做系杆，能够自动进行纵向刹车力的导算，并且程序也会自动将吊车梁的自重考虑在内。

软件能够自动识别并生成屋面和墙面，还能对它们进行编号。在图面上，用不同颜色来区分它们，这样在显示效果上就更加清晰和直观。依据屋面系杆的布置情况，只需通过框选的方式，就能快速完成屋面支撑的布置，这简化了交互操作的流程，极大地提高了建模的效率。

软件能够与 JCCAD 实现无缝衔接。完成计算后，可直接切换至基础模块。程序会以三维模型的方式，自动传递相应的荷载信息。后续在基础模块中，能够实现各种基础形式的分析与设计，同时还能完成相应的施工图。

PKPM 与巴特勒展开合作，对节点设计以及施工图进行了重新构建，进而推出了门刚施工图专业版。在该施工图专业版里新增了 80 余种节点，并且总共能够支持达到 300 余种节点形式。托梁节点可以进行节点设计并绘制施工图。

本文借助 A 栋厂房项目，展现了门式刚架三维设计软件全流程建模设计所具备的便利性以及优势。A 栋厂房项目的三维建模立面图呈现如下：

图6 A栋厂房采用门式刚架三维设计软件建模

三

采用PKPM门式刚架三维设计软件全流程建模设计

3.1 结构主框架建模

厂房总信息及网格编辑：需依据项目实际状况，输入厂房的总信息、柱网间距以及设计信息，并且点选轴线来设置标准榀框架。此项目的厂房跨度为 54.0m，厂房在纵向的长度是 134.7m，总共存在 16 个横向榀，标准间距是 9m，如下方图所示：

图7 厂房模型网格编辑

榀编辑的作用在于，能够借助定义标准榀以及立面编辑功能，迅速完成横向和纵向榀刚架的布置。具体而言，进入横向榀后，其操作与二维门刚软件的分析设计完全相同，延续了用户已有的使用习惯。而纵向榀的建模，能够实现快速布置系杆，并且可以通过参数化方式布置柱间支撑，还能一键导入荷载。

图8 厂房横向榀生成与计算（标准榀）

图9 厂房横向榀生成与计算（边榀）

图10 厂房纵向榀生成与计算（快速布置支撑）

图11 厂房横向榀与纵向榀整体展示

主刚架计算方面：从上图能够看出，软件具备快速布置横向榀以及纵向榀的能力，并且还能实现纵向榀的自动导荷功能，这样极大地节约了建模时间。当建模完成后，就可以自动开展主刚架的计算。目前的程序依然是以三维建模、二维计算的方式来进行主刚架的计算，也就是纵横向榀分别进行计算。

3.2 吊车梁定义及布置

设置吊车参数：程序具备丰富的吊车资料。用户能够在吊车资料库中挑选出项目实际所需的吊车参数，并且对其进行编辑。本项目的横向 2 跨各自设置一台吊车。吊车梁选用 A4、A5 中级软勾。其最大轮压为 18.1t，吊车跨度是 25.5m，吊车轮距为 5m。吊车梁采用 H 型截面，其截面尺寸为 900x500x250x12x18x16。

图12 吊车布置信息输入示意

设置吊车参数后，能够自动布置吊车。程序可同时布置 2 台吊车，并且能够自动布置吊车梁和制动桁架，还能对吊车梁承载力进行验算。

图13 吊车平面布置图

3.3 屋面、墙面维护结构自动生成

完成主体刚接和吊车布置且计算完毕后，程序能够自动生成屋面与墙面，能快速布置屋面支撑，还可以自动布置围护结构。

图14 厂房屋面墙面自动生成示意图

通过设置支撑的截面类型，程序框选可自动布置屋面水平支撑；通过设置系杆的截面类型，程序框选可自动布置屋面系杆。

图15 厂房屋面墙面支撑、系杆布置示意图

布置完支撑和系杆之后，能够定义屋面构件的信息，把屋面檩条和隅撑的布置参数设置好，程序就会自动布置屋面围护结构，就如下面的图所展示的那样。

图16 厂房屋面檩条、隅撑等围护结构布置示意图

完成上述所有布置后，程序能够对支撑结构构件以及围护结构构件进行分析设计和验算。同时，程序还可以对用户输入的构件进行优化处理，并且能够完成工程量的统计以及围护结构的出图工作。

3.4 基础设计

传统二维门式刚架设计软件只能实现横向榀的简单基础形式并进行计算。三维门式刚架设计软件能够自动接力上部结构，把门式刚架的基础布置完成。它除了支持独立基础外，还支持桩基础和筏板基础，能够增设地基梁和拉梁，完成项目基础的全部设计，并且可以绘制相应的施工图，从而大大提高了设计效率。本项目的柱下有独立基础，其持力层是粉土层，地基所能承受的荷载特征值为 120kPa。基础的布置情况以及施工图呈现的内容如下面的图所示：

图17 厂房基础布置示意图

图18 厂房基础施工图自动生成

3.5 节点设计及施工图深化

PKPM 与巴特勒开展合作研发出了门刚施工图专业版。此版本新增了 80 余种节点，全部加起来能够支持 300 余种节点形式，这样的设计能够满足用户的实际需求。其具体的操作流程如下。

程序具备极为丰富的设置参数，其中包括门刚节点形式及其相关参数、柱脚节点形式、支撑设计参数、抗风柱连接、牛腿及女儿墙设计等。它能够自动进行连接节点的设计，同时还可以展示整体模型。如下图所示：

图19 节点设置参数以及整体模型展示

节点连接查改方面：程序内部设定了 300 多种节点形式。当整体模型生成之后，用户能够对生成的节点进行修改操作，同时还可以展示任意节点的模型，对节点承载力计算进行复核并出具计算书。部分节点模型的情况如下图所示：

图20 厂房部分节点模型展示

（梁柱刚接、系杆连接、支撑连接、柱脚连接）

完成节点修改与复核后，程序具备自动绘制门刚施工图的能力，该施工图包含柱脚锚栓、框架立面图及节点图、柱间支撑立面图及详图、吊车梁布置图、屋面支撑及檩条布置图等。以下为相关施工图（部分施工图及节点因篇幅原因未一一展示）：

图21 报审出图选择

图22 横向榀立面图（边榀）

图23 横向榀立面图（标准榀）

图24 柱间支撑立面图

图25 吊车梁制动桁架布置图

图26 吊车梁平面布置图

图27 屋面支撑平面布置图

图28 屋面围护结构布置图

图29 节点大样图（仅展示部分节点）

3.6 工程量统计

软件能够进行建模阶段的工程量统计以及施工图阶段的工程量统计。在建模阶段，能够实现特殊构件的统计，像薄板、大截面构件、超长构件、小焊接构件等。到了施工图阶段，能够区分构件与节点，对板件用钢量进行精确统计。并且还支持按照不同层次进行拆分统计，同时可以自动生成详细的统计报表。

建模阶段进行工程量统计，在设置统计规则之后，能够实现对门刚梁柱、柱间支撑、屋面支撑以及特殊构件的统计。

图30 建模阶段统计规则

图31 建模阶段主结构统计

图32 建模阶段特殊结构统计

施工图阶段可以进行工程量统计，这种统计既可以实现全楼的统计，也可以进行分层统计，并且能够统计螺栓、缀板等辐材。

图33 施工图阶段工程量统计汇总

图34 施工图阶段工程量统计汇总2

五

总结

本工程利用 PKPM 门式刚架三维设计软件对 A 栋厂房展开全流程的建模设计。该软件能够迅速且精准地进行建模工作，同时还能绘制出施工图，从而完成了全流程的设计。

建模计算部分原来需要 3 天，现在 1 天内就能完成。程序不但支持不规则刚架设计pkpm钢结构设计实例，还支持纵向构件及荷载的交互布置编辑，也支持屋面墙面的快速布置。它能自动接力基础，从而缩短基础设计时间，并且自动绘制基础施工图。本项目的建模、基础以及围护结构布置都借助软件完成，极大地提升了设计效率。

门刚施工图专业版具备丰富的节点形式，且拥有专业的绘图能力，这使得施工图及节点大样深化的效率得到了极大提高。软件生成的施工图质量较高，只需设计师进行少量修改，就能完成满足实际项目需求的施工图，从而使施工图绘制时间大幅缩短。

程序提供完整的工程量统计功能，用户完成设计后，可借此方便快捷地统计主刚架的实际用量，也可方便快捷地统计柱间支撑的实际用量，还可方便快捷地统计屋面支撑的实际用量，以及各种缀板的实际用量和螺栓等辅材的实际用量。

PKPM 门式刚架三维设计软件可以帮助众多结构工程师提升结构设计的效率，能够让他们快速地完成钢结构的方案布置工作，也能够让他们快速地完成钢结构的计算分析工作，还能够让他们快速地完成钢结构的施工图绘制工作，是结构工程师在设计过程中很难得的一个好帮手。