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

1.4 项目概况：本项目总建设用地面积53217平方米，规划布置3栋标准化厂房（丁类），厂房均为12米高钢结构厂房。结合功能需求，3栋厂房层高檐口高度均为12米，端部设置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,形成空间整体受力。主体厂房屋面材料单层彩钢加岩棉，屋面坡度为双坡屋面。

项目所在地基本风压0.40kPa，地面粗糙度B类，基本雪压So=0.45 KN/m²(n=100年)，雪荷载准永久值系数分区属Ⅱ区。抗震设防烈度6度，建筑场地类别为Ⅲ类，地震分组为第三组，设计基本地震加速度值为0.05g，设计特征周期0.65s，抗震等级为四级。结构安全等级为二级。建筑钢结构耐火等级为二级。室外地坪以下与土壤接触的构件为二b类，室内正常环境时为一类。结构采用柱下独立基础，持力层为粉土层，地基承载力特征值为120kPa。项目效果图以及建筑图详见下图：

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，是一款专门针对门刚类项目的分析设计软件，可以一套软件完成门刚的全流程设计，包括主刚架的建模计算、围护结构的布置级施工图、基础计算及设计、节点设计及施工图深化四大核心功能。具体如下图所示：

图5 门式刚架三维设计功能展示图

其中主刚架建模在软件中明确区分了主刚架的横向榀和纵向榀建模功能。在纵向榀建模中，增加了快速布置纵向系杆和支撑的功能。支持框架式支撑的参数化建模。纵向榀建模中同时也支持自定义布置纵向的荷载，在进行计算前，程序可自动导算纵向荷载。布置吊车时，如果设置了吊车梁，吊车梁可兼做系杆，可自动完成纵向刹车力的导算，同时程序也会自动考虑吊车梁的自重。

软件可以自动识别并生成屋面和墙面并进行编号，图面上用不同的颜色进行区分，在显示效果上更加清晰直观。可以依据屋面系杆的布置情况，直接通过框选的方式即可快速完成屋面支撑的布置，简化了交互操作的流程，大大提高了建模的效率。

软件实现了和JCCAD的无缝衔接，完成计算后可直接切换到基础模块中，程序以三维模型的方式自动传递相应的荷载信息，后续在基础模块中可以实现各种基础形式的分析与设计，并且完成相应的施工图。

PKPM与巴特勒合作，对节点设计和施工图也进行了重构，推出了门刚施工图专业版。在施工图专业版中新增80余种节点，总共可以支持多达300余种节点形式。比如：十字柱节点、工字形和T型组合截面节点、抗剪键节点、山墙女儿墙柱、箱型柱脚、门式支撑、角钢/槽钢双片支撑和系杆节点、单/双角钢支撑和系杆节点、托梁节点等诸多形式均可进行节点设计并绘制施工图。

本文通过A栋厂房项目，展示了门式刚架三维设计软件全流程建模设计的便利性和优势。A栋厂房项目三维建模立面图如下所示：

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

①厂房总信息及网格编辑：根据项目实际情况输入厂房的总信息、柱网间距和设计信息，点选轴线设置标准榀框架。本项目厂房跨度54.0m，厂房纵向长度134.7m，共有16个横向榀，标准间距9m，如下图所示：

图7 厂房模型网格编辑

②榀编辑：通过定义标准榀和立面编辑功能快速布置横向和纵向榀刚架，其中进入横向榀之后与二维门刚软件的分析设计完全一致，延续了用户的使用习惯。纵向榀的建模可以实现快速布置系杆，参数化布置柱间支撑，一键导荷。

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

③主刚架计算：从上图可知，软件可以快速布置横向榀和纵向榀，并能够实现纵向榀的自动导荷功能，大大节约了建模时间。建模完毕，即可自动进行主刚架的计算，目前程序仍是按照三维建模，二维计算的方式进行主刚架的计算，即纵横向榀分别计算。

3.2 吊车梁定义及布置

①设置吊车参数：程序提供丰富的吊车资料，用户可以在吊车资料库中选择项目实际需求的吊车参数，并进行编辑 。本项目横向2跨分别设置一台吊车，吊车梁采用A4、A5中级软勾，最大轮压18.1t，吊车跨度25.5m，吊车轮距5m。吊车梁采用H型截面，截面尺寸900x500x250x12x18x16。

图12 吊车布置信息输入示意

②吊车布置：设置吊车参数之后，可以自动布置吊车，程序可以同时布置2台吊车，并可以自动布置吊车梁和制动桁架，并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

①完成主体刚接和吊车布置并计算完毕之后，程序可以自动生成屋面和墙面，快速布置屋面支撑，以及自动布置围护结构。

图14 厂房屋面墙面自动生成示意图

②通过设置支撑和系杆的截面类型，程序框选自动布置屋面水平支撑和系杆。

图15 厂房屋面墙面支撑、系杆布置示意图

③布置完毕支撑和系杆后，可以定义屋面构件信息，设置好屋面檩条和隅撑的布置参数，程序自动布置屋面围护结构，如下图所示。

图16 厂房屋面檩条、隅撑等围护结构布置示意图

④完成以上所有布置之后，程序可以对支撑、围护结构构件进行分析设计及验算，并可以对用户输入的构件进行优化，完成工程量的统计和围护结构的出图。

3.4 基础设计

传统二维门式刚架设计软件仅能够实现横向榀简单的基础形式并进行计算。三维门式刚架设计软件，可以自动接力上部结构，完成门式刚架的基础布置，除了独立基础之外，同时支持桩基础、筏板基础，增设地基梁和拉梁，完成项目基础的全部设计，并绘制相应施工图，大大提升了设计效率。本项目柱下独立基础，持力层为粉土层，地基承载力特征值为120kPa。基础布置及施工图如下图所示：

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与巴特勒合作开发的门刚施工图专业版。新增了80余种节点，总共可以支持多达300余种节点形式，能够满足用户的实际需求。具体操作流程如下。

①连接参数设置：程序有非常丰富的设置参数，比如门刚节点形式及参数、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，并能够进行连接节点的自动设计，并能进行整体模型的展示。如下图所示：

图19 节点设置参数以及整体模型展示

②节点连接查改：程序内部设置300多种节点形式，整体模型生成之后，用户可以对生成的节点进行修改，并可以展示任意节点的模型，复核节点承载力计算并出具计算书。部分节点模型如下图所示：

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）

③自动绘图：完成节点修改与复核之后，程序可以自动绘制门刚施工图，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。相关施工图如下所示（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

软件可以实现建模阶段的工程量统计和施工图阶段的工程量统计。其中建模阶段的工程量统计可以实现特殊构件的统计，比如薄板、大截面构件、超长构件、小焊接构件等。施工图阶段，可以区分构件与节点，精确的统计板件用钢量。还支持按不同层次拆分进行统计，并自动形成详细的统计报表。

①建模阶段工程量统计（设置统计规则之后，可以实现门刚梁柱、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

②施工图阶段工程量统计（可以实现全楼或者分层统计，可以统计螺栓、缀板等辐材的统计）：

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

本工程采用PKPM门式刚架三维设计软件对A栋厂房进行全流程建模设计，软件可以快速准确建模并绘制施工图，完成全流程设计。

建模计算部分时间从原来的3天缩短为1天内即可完成。同时程序支持不规则刚架设计，支持纵向构件及荷载的交互布置编辑，支持屋面墙面的快速布置。自动接力基础，缩短基础设计时间，自动绘制基础施工图。本项目的建模、基础、围护结构布置全部通过软件完成，大大提升了设计效率。

门刚施工图专业版有着丰富的节点形式和专业的绘图能力，大大提高了施工图及节点大样深化的效率。软件生成的施工图质量高，经过设计师的少量修改，即可完成满足实际项目需求的施工图，施工图绘制时间大为缩短。

同时程序还提供完整的工程量统计功能，方便用户在完成设计后，方便快捷的统计主刚架、柱间支撑、屋面支撑、各种缀板、螺栓等辅材的实际用量。

PKPM门式刚架三维设计软件能够帮助广大结构工程师提高结构设计效率，快速完成钢结构的方案布置、计算分析和施工图，是结构工程师在设计过程中不可多得的好帮手。