PKPM 多层及高层结构集成设计系统V3.1是对PKPM结构分析设计相关模块的一次全新架构。

全新设计的启动主界面，针对一般多高层结构、复杂结构、空间结构的设计需要，提供一体化设计解决方案。集成设计系统分为三条线，即“SATWE核心的集成设计”、“PMSAP核心的集成设计”和“Spas+PMSAP的集成设计”，分别适用于一般多高层结构设计、复杂多高层结构设计及复杂空间结构设计。

下图为新集成系统的主界面。

图 1-1 集成系统主界面

启动主界面主要分三个功能区。在中间区域可以改变工程目录或直接选择最近使用的工程目录；在左侧区域可以在上述三条线中选择一个入口（选中入口变为绿色）；在右上角下拉框中可以选择当前入口中的某个模块。

以进入SATWE核心的集成设计为例，需在左侧选择第一条线，中间区域选择工程目录，右上下拉框选择“结构建模”，此时无论双击左侧绿色的“SATWE核心的集成设计”还是双击中间区域工程，或点击右下角的应用按钮，均可进入建模界面。

下面分别介绍三条线各自包含的功能模块与适用工程情况。

集成设计系统分为三条线，即“SATWE核心的集成设计”、“PMSAP核心的集成设计”和“Spas+PMSAP的集成设计”，分别适用于一般多高层结构设计、复杂多高层结构设计及复杂空间结构设计，每一条线都是从建模、分析、基础设计到施工图的完整设计流程，设计人员可以根据工程的特点，选择不同的线进入。

图 1-2 SATWE核心的集成设计

SATWE核心的集成设计包含了结构建模（PMCAD）、上部结构分析设计（SATWE）、基础设计（JCCAD）、楼板设计（SLAB）、弹塑性时程分析（EPDA）、静力推覆分析（PUSH）、结构施工图等模块，见上图。

本条线适合于常规的层结构模型，通过PMCAD标准层建模、标准层组装形成全楼结构模型。

图 1-3 SATWE核心的集成设计适用于标准层的单塔或多塔结构

图 1-4 PMSAP核心的集成设计

PMSAP核心的集成设计包含了结构建模（PMCAD+空间标准层）、上部结构分析设计（PMSAP）、基础设计（JCCAD）、楼板设计（SLAB）、弹塑性时程分析（EPDA）、静力推覆分析（PUSH）、结构施工图等模块，见上图。

本条线结构模型通过PMCAD标准层与空间标准层结合的建模方式，并采用PMSAP分析内核，适合于主体为标准层结构，局部出现复杂的结构模型，如建筑屋顶部有复杂的造型、空间的钢屋盖、复杂的连廊等。

图 1-5 PMSAP核心的集成设计适用于局部复杂结构

图 1-6 Spas+PMSAP的集成设计

Spas+PMSAP的集成设计包含了空间结构建模与PMSAP分析、基础设计（JCCAD）、弹塑性时程分析（EPDA）、静力推覆分析（PUSH）、结构施工图等模块，见上图。

本条线采用Spas空间结构建模方式，并采用PMSAP分析内核，适合于空间结构或出现空间斜墙的结构。

图 1-7 Spas+PMSAP的集成设计适用于空间结构

图 1-8 结构建模

新的交互界面采用流行的上部Ribbon菜单、右下角快捷工具栏界面。通过右上角的下拉菜单可以在各个模块之间切换，选择“SATWE分析设计”，即进入上部结构分析设计界面。

图 1-9 结构建模的Ribbon菜单

图 1-10 SATWE分析设计新界面

SATWE分析设计的Ribbon菜单如下图所示，主要包括“设计模型前处理”、“分析模型及计算”、“计算结果”等几个主要菜单。旧版中的平面荷载校核、次梁计算、SATWE后处理的各类补充验算及弹性时程分析也集成在此界面中。

图 1-11 SATWE分析设计的Ribbon菜单

图 1-12 基础设计新界面

完成上部结构分析设计在右上角选择“基础设计”即切换至基础设计（JCCAD）界面。全新的基础设计模块，优化了设计流程，基础建模、基础设计、结果查看、基础施工图等统一在同一个流程化菜单下，大大简化了操作，提高了基础设计效率，如下图所示。

图 1-13基础设计模块的Ribbon菜单

图 1-14楼板设计模块的Ribbon菜单

当需进行复杂楼板设计时，可切换至楼板设计模块。该模块中既可以进行复杂楼板的设计，也可以进行常规楼板的设计。

图 1-15楼板设计模块的Ribbon菜单

图 1-16基础设计新界面

第一条线集成了传统的混凝土施工和钢结构施工图。混凝土构件施工图如图 1-16所示。在该模块中集成了原PMCAD中的楼板配筋功能。

图 1-17混凝土施工图模块的Ribbon菜单

图 1-18 PMSAP核心的集成设计

PMSAP核心的集成设计包含了结构建模（PMCAD+空间标准层）、上部结构分析设计（PMSAP）、基础设计（JCCAD）、楼板设计（SLAB）、弹塑性时程分析（EPDA）、静力推覆分析（PUSH）、结构施工图等模块，如图 1-18所示。

这条线的使用与SATWE核心的集成设计类同，关于各模块的具体改进请参阅下文相关章节。

图 1-19 Spas+PMSAP的集成设计

Spas+PMSAP的集成设计包含了空间结构建模与PMSAP分析、基础设计（JCCAD）、弹塑性时程分析（EPDA）、静力推覆分析（PUSH）、结构施工图等模块，如图 1-19。

第三条线的使用与前两条相同，关于各模块的具体改进请参阅下文相关章节。

V3.1集成化设计主要围绕三维设计相关软件功能模块进行集成，已经集成的模块包括S-1、S-3、S-5、PMSAP、SLABCAD、EPDA&PUSH、混凝土CFG版施工图、STS钢框架节点设计与施工图、AutoCAD版混凝土施工图PAAD，他们都可以在集成界面下启动，其他功能模块保留在V2.2界面下运行。

在集成界面下的所有升级收费模块（S-1、S-3、S-5、PMSAP、SLABCAD）的加密锁需要升级到V3.1后才能使用，非收费升级模块（STS、EPDA&PUSH、PAAD）可以直接使用V2.2的加密锁运行。

原有网络版加密锁、VIP锁，可以不用更换锁，远程升级到V3.1版，升级后原V2.2版本程序照常运行。

原有单机硬件锁（S-1、S-3、S-5、PMSAP、SLABCAD），需要更换硬件锁升级到V3.1，升级后也还支持V2.2版本程序运行。

PKPMV3.1版包含众多的升级功能，其中有一些选项对计算分析结果有所优化，在和V2.2版本计算结果对比时，可能会有所差异，在这里做特别说明。值的一提的是，多数功能设计了开关，以保证计算结果的延续性，同时也可通过开关打开新功能，以得到更好的结果。

图 2-1 对异型房间和矩形房间边界有中间点情况的导荷载处理

V3.1版程序对异型房间和矩形房间的边界有中间点这两种情况，做了特别处理，使导荷结果更优，详见PMCAD的相关章节说明。

这种处理可能和V2.2的导荷结果有所不同，为此对于V2.2版及以前的工程版本，第一次用V3.1程序打开老工程时，程序默认关闭这两个功能以保证更好的延续性；而新建V3.1工程时默认打开这两个选项，以得到更好的导荷效果；同时用户可以随时修改这两个选项，计算时以用户的定义为准。

在PMCAD的基础上，新增了空间标准层的定义功能。规则结构部分可以用PMCAD完成建模，平面网格不好描述的空间结构部分可以用空间标准层来布置。空间标准层的交互和SPASCAD类似，完成布置并且参加组装后，后续程序将两个部分自动合成为完整的模型，接力PMSAP完成计算。

添加新标准层和一般标准层类似，可以定义多个空间标准层；也可以选择标准层的类型为PM原有的普通标准层或已经定义好的的空间层。

图 2-2 新建空间标准层

空间标准层可以布置各种空间杆件、斜墙斜板，其基本交互方式和SPASCAD一致，可以参考SPASCAD说明。需要说明的是，空间层是在SPASCAD基础上编制的空间标准层布置功能，和PMCAD形成的规则楼层部分共同形成完整的模型，也要参加楼层组装，而不能独立存在。

图 2-3 对空间层的编辑

空间标准层在组装时，不仅可以定义标高，也可以水平向移动即定义x,y方向的偏移，也可以设置转动角度;目的是最大限度的利用已有的空间层，如果几何形式一样，可以通过平移和旋转反复使用。组装完可形成普通层和空间层的整体模型，如下图所示。

图 2-4 空间层的组装

图 2-5 组装后的局部模型

建模完成后，点击PMSAP分析设计，程序自动分两步完成整体模型的形成：首先将规则楼层部分形成自然层模型，这部分功能和SATWE形成数据的过程类似，然后如果定义了空间层并参与了组装，程序根据组装的偏移转角信息，将多个空间层部分自动加入，从而形成完整的全楼模型。

图 2-6 组装后的全楼模型

形成完整模型后，可以定义特殊构件定义和荷载，然后接力PMSAP完成计算。这部分功能和SPASCAD的功能类似，请参考相应说明。

新版本程序中，为了提高构件输入的效率，采用了一种全新的构件输入停靠面板方式。如图 2-7所示，在上部菜单中点击主梁、柱、墙、门窗等构件的布置按钮，屏幕左侧将弹出构件布置统一入口面板。和旧版本的各类构件截面列表对话框类似，使用这个面板，可以完成对截面的增加、删除、修改、复制、清理等管理、显示工作。

面板的上部提供了每类构件的预览图，鼠标左键单击每一行时，预览图会根据选中的截面类型、参数重新绘制，进行动态预览，提示每个参数的具体含义。

面板的下部整合了每类构件布置时需要输入的参数，如偏心、标高、转角等。点击顶部的构件类别选项卡，程序会自动切换布置信息，点击“布置”按钮或直接双击截面列表中某类截面，就可以在图面上开始构件的输入了。

如果需要使用图面上已有构件的截面类型、偏心、转角、标高等信息，可以点击“拾取”按钮，按提示选中某一构件，程序将按这个构件的布置信息，自动刷新布置信息区域内的各个文本输入框，再点击“布置”按钮就可以快速输入相似构件了。

如果勾选了“高亮使用选中截面构件”选项，程序将自动加亮显示使用当前选中截面的构件。如图 2-7所示，选中第10号梁截面，程序会自动加亮当前标准层中所有使用这个截面的梁。

图 2-7 全新的通用构件布置停靠面板输入方式

为了符合以往用户的一些输入习惯，程序保留了原有的全套构件输入入口。在单独点击上部菜单“旧版方式”中的每类构件的按钮时，程序会弹出原有的每种构件的“截面列表”对话框，按原有的流程，先选择构件序号，再弹出“构件布置”对话框进行构件的输入。

图 2-8 整合了PMCAD及钢结构STS的所有截面

新版本程序将原有PMCAD及钢结构STS的所有截面进行了整合。在增加新截面时，程序提供了原有PMCAD及钢结构STS的所有截面，供用户选择（如图 2-8），程序在内部使用统一的数据格式。此外，新版本程序(V3.1)建立的模型数据，使用旧版本PMCAD、STS程序(V2.2)都可以直接打开，所有构件不会丢失，截面列表会自动进行转换。

需要注意的是，如果要使用“旧版方式”中的构件布置入口，在新建工程时，程序默认会使用PMCAD的截面库，如果需要使用STS钢结构的截面库，需要点击上部菜单“旧版方式”中的“截面库”按钮，在弹出的对话框中进行设置。

图 2-9截面库设置

新版程序楼梯不再生成单独的楼梯目录，可直接在SATWE中选择是否计算楼梯，是以梁方式还是以板方式模拟楼梯。

在原PMCAD的楼梯类型的基础上，增加了四种新的楼梯类型，分别为双跑直楼梯、两跑转角楼梯、三跑转角楼梯、四跑转角楼梯，楼梯类型选择界面中新增类型位置如下图所示。

图 2-10 新增四种楼梯类型

楼梯布置改为按房间布置，楼梯起始跑（第1跑）箭头线改为红色，方便在平面视角下直接找到楼梯的入口，如图 2-12所示。

新版程序可保留用户原先所布置楼梯的数据，方便在其基础上进一步修改。点选楼梯菜单中的“修改楼梯”即可进行已楼梯数据的修改，菜单位置如图 2-12。

图 2-13楼梯参数的修改

SATWE“参数定义”中可选择是否考虑楼梯作用，如果考虑，楼梯模型可选择采用梁单元或者壳单元进行计算。

图 2-14楼梯的计算方式

参数输入位置如图 2-15所示，材料强度默认输入为0，表示梯梁、梯柱、梯板跟随楼梯所在的标准层的梁、柱、板强度。

图 2-15楼梯梯梁、梯柱截面尺寸及材料强度

新版本程序中，增加了一种新的构件“层间楼板”，用来弥补旧版本对于在夹层上无法布置楼板的不足。在上部菜单“构件布置”中增加了层间楼板的布置、修改板厚、删除等功能。如图 2-16所示，层间楼板布置时，可以指定板厚值、楼面恒载值、楼面活载值以及所处的标高值。在“荷载”布置菜单中也相应增加了层间楼板的恒、活载修改功能。在退出建模程序时，程序会自动将层间楼板上的荷载导算到支撑梁、墙上。

图 2-16层间板布置参数

需要注意的是，层间板只能布置在支撑构件（梁、墙）上，并且要求这些构件已经形成了闭合区域。在指定标高时，必须与支撑构件所处同一标高。所以，在布置层间板前，请执行一下“生成楼板”命令。由于功能所限，层间板只能布置在水平面上。

此外，如果指定的标高位置已经形成了默认楼板（图 2-17中透明的灰色楼板），也不能布置层间楼板。布置好层间楼板后，请打开“楼板显示开关”（下部快捷工具条内），再使用“旋转显示”命令（下部快捷工具条内）来查看。为了与层顶楼板有所区别，层间楼板默认为透明的深红色，如图 2-17，可以在“构件颜色设置”对话框中修改，如图 2-18。

图 2-17层间楼板显示效果

图 2-18层间楼板颜色修改

V22版本及之前版本的PMCAD程序中，如果矩形房间周边网格如果被打断，在进行房间荷载导算时，程序会自动按照每边的边长占整个房间周长的比值，将楼面荷载按均布线荷载分配到每边的梁、墙上。

在V31版本程序中，针对这种情况，程序会先按照矩形房间的塑性铰线方式进行导算，然后再将每个大边上得到的三角形、梯形线荷载拆分，按位置分配到各个小梁、墙段上，荷载类型为不对称梯形，各边总值不变。

图 2-19将一段大梁上的梯形荷载拆分成两段小梁上的非对称梯形荷载

对于单个房间，可用鼠标右键点击周边的梁、墙，在属性对话框中来查看“面倒恒载”和“面导活载”的结果。如下图所示，在一段小梁上，由于大梁被拆分，传导到这根梁上为一段非对称的梯形荷载，然后再按荷载类型为11的分布梯形标记为两个独立的荷载，其中一段为三角形，另一段为非满布的均布荷载。两段小梁上，共4段类型都为11的荷载，总值与原大梁上的荷载总值保持不变。

图 2-20某段小梁上的两个非对称梯形荷载　　

对于内力结果来说，由于旧版本程序导荷载时，采用了均布化处理，造成对一个对称的矩形房间来说，如果有一边梁被打断，仅承受竖向楼面荷载及自重，被打断的梁内力结果与左边未被打断的梁差异较大。

图 2-21旧版本程序左右两段梁内力结果

而使用新版程序，由于采用的方法与构件真实受力情况较为接近，故计算所得的内力结果与左边未被打断的梁结果相近，且仅竖向力产生的整体内力结果也基本对称。

图 2-22新版本程序左右两段梁内力结果

新版本程序在新建模型时，默认使用新方法进行导荷。如果用户希望使用老方法（房间周边均布化）来处理荷载，可以点击“恒活设置”命令，在“楼面荷载定义”对话框中，取消与房间导荷载相关两项的选中状态，如图 2-23。另外，如果打开的是一个旧版模型，程序默认会采用旧版方法来进行房间导荷，除非用户勾选了下图中的两个选项，程序才会使用新方法进行导荷。

图 2-23设置房间导荷载方式

V22版本及之前版本程序，异形房间（三角形、梯形、L形、T形、十字形、凹形、凸形等）在进行房间荷载导算时，程序也会自动按照每边的边长占整个房间周长的比值，按均布线荷载分配到每边的梁、墙上。

新版本程序中，针对这种情况，程序会先按照有限元方法进行导算，然后再将每个大边上得到的三角形、梯形线荷载拆分，按位置分配到各个小梁、墙段上，荷载类型为不对称梯形，各边总值有所变化，但单个房间荷载总值不变。

需要注意的是，单边长度小于300mm时，整个房间会自动按照旧版本边长法做均布导算。

程序默认使用有限元方法进行导荷，如果用户希望使用老方法（均布化）来处理荷载，可以点击“恒活设置”命令，在“楼面荷载定义”对话框中，取消“异形房间导荷载采用有限元方法”的选中状态。

图 2-24旧版本程序异形房间导荷载结果

图 2-25新版本程序异形房间导荷载结果

新版本程序增加了一些对构件镜像、旋转后的智能处理功能，如图 2-26。

图 2-26构件镜像后对截面、荷载的智能处理

镜像后，构件偏心、转角等信息会重新自动进行计算，与源构件信息会有所区别，但在图面上会保持与对称轴镜像的关系正确。

对于一些非对称的特殊截面，如L形、T形、十字形、槽形等异形柱截面，镜像后会增加新的截面类型，构件引用截面索引号会指向新截面。

对于非对称类型荷载，如梁上局部梯形、梁上非满布线荷载、柱上竖向偏心集中力等，程序会自动根据与对称轴的关系，来改变偏心值、作用方向、荷载类型。

房间的楼板厚度、恒载、活载等用户修改过的信息，在镜像、旋转后会保持不变。

为了增加层间梁的三维快速输入功能，新版本程序增加了三维网格线，并提供了对这些网格线的捕捉功能。如图 2-27所示，在上部菜单“构件布置”中执行“层间梁”命令，程序会自动打开三维网格线的显示，例如：每个结点上会有一根浅灰色的竖向网格线。梁、柱、墙等构件会自动切换为单线显示模式，方便构件的精确捕捉。布置完成后，显示模式会切换回原有的模式。

选择层间梁的截面类型之后，可以开始布置层间梁。在布置过程中，可以捕捉这些三维网格线的端点、中点、交点等，而且还可以捕捉动态追踪线（灰色虚线）与这些网格线的交点，从而进行层间梁两端坐标的精确定位，省去梁两端相对标高的输入。例如，在鼠标动态捕捉到一个柱底的夹点后，先不按左键，而在命令行提示区输入“Z1800”后按“回车”，表示需要捕捉相对柱底向上1800mm的位置，鼠标会自动跳到精确位置。然后移动鼠标至与另外一根柱相交的位置，程序会自动捕捉相交点，点击左键确认，程序会完成相对柱底高1800mm的层间梁的布置。

图 2-27空间网格线的捕捉

在布置过程中，可以只布置一根连通的层间梁，即只将两个最远端的柱中点指定为一根梁的两个端点，等布置命令结束后，程序会自动根据周边网格、结点关系，将这根大梁打断成多段小梁，如下图所示结果。

图 2-28层间梁的自动打断

使用“层间梁”可以进行坡道的快速建模，只需要分别在近端的柱底和最远端的柱顶各用鼠标点击一次，程序会自动完成将整根贯通的大梁拆分成小梁段的工作。程序会计算出每段小梁与两柱的交点，赋予各小梁段准确的梁顶标高值。

图 2-29坡道的快速建模

图 2-30 楼板按板厚值分颜色显示

勾选图 2-30中的修改板厚中“楼板按板厚分颜色显示”，之后，某工程在平面视图下的显示效果如图 2-31所示

图 2-31 楼板按板厚值分颜色显示效果

图 2-32 楼板按恒荷载值分颜色显示

勾选图 2-32中的修改板恒/活荷载设置界面中的“按恒载值分颜色显示”，之后，某工程楼板恒载在平面视图下的显示效果如图 2-33所示。

图 2-33 楼板按恒荷载值分颜色显示效果

在新的构件布置界面下，勾选“高亮使用选中截面构件”，图面上使用当前选中截面的构件会加亮显示。

图 2-34 高亮使用选中截面构件

新版程序改进了构件上荷载的二维图形化表达方式，同时，新增了荷载的三维显示功能。用户只需要在进入荷载显示菜单后，点击相应构件荷载的“显示”命令，然后切换到三维轴侧图状态，程序会自动进行荷载显示的切换。为了使图面清晰，程序对荷载参数进行了简化显示，仅取主要参数来进行文字表达，如荷载值P、T，距离X、X1等，具体含义需要参考PMCAD用户手册附录的《外加荷载数据格式》。如下图所示，满布梯形中的文字“17.42-2.6”表示：梯形荷载高度P=17.42KN，其中的三角形部分底边长度为X=2.6M，它的荷载类型KL=6在图上按满布梯形显示。

图 2-35 改进荷载的二维图形化表达

图 2-36 荷载的三维显示效果

PM中集成了将DWG图识别成PM模型的功能，该功能可将DWG图中的轴网，轴号，梁、柱、墙以及墙洞识别成模型，并直接与当前标准层拼接。也可新建一空工程，直接将DWG识别的模型作为该新工程的第一标准层的内容。

其菜单截图如下：

图 2-37 DWG图转模型菜单

操作步骤如下：

首先选择一张已有的DWG平面图纸，目前DWG格式只支持AUTOCAD2012版及以下的版本。

DWG图纸选择完毕后，程序会将其转为PMCAD内部的T图并显示。接下来，可根据需求选择要识别的图形部分，目前支持的识别类型如图 2-37中菜单所示。选择某类元素时，程序默认根据鼠标点选的图形按类选择（根据选择图形的属性自动搜索并选中图上具有相同属性图形），也可根据命令行提示，手动选择部分内容，被选中的图形会变色显示以示区别。即使选择了不需要的图形，也可在“提取模型”进行参数设置时，勾选“选择部分进行转换”进行再次过滤，去掉已选择的不需要的图形。

需注意的是，轴线轴号识别时应同时选择轴号相应的轴圈。如图 2-38，选择识别的是轴线，轴线编号，柱以及墙。

图 2-38 选择要识别的轴网及构件

在选择了部分图形内容后，可点击“显示已选构件”显示截至目前已选择的图形，点击“显示原图”则返回到原始完整的图形继续选择。

当选择完成后，可单击提取模型，进行图形到模型的转换，此时会弹出参数设置，如图 2-39。

图 2-39 转图参数设置

如前面所述，如果已选择的图形仍需进一步过滤，可勾选“选择部分进行转换”。参数设置完后，点击“确认”，此时模型已经识别完成。接着需要选择插入点和旋转角度，以便进行识别模型与PMCAD原标准层的拼接，再在PMCAD原标准层图形中为识别模型选择定位点即可完成识别模型与原模型的融合。拼接结果如下图。

图 2-40 与原模型的融合

图 2-41 衬图功能菜单

将DWG图以灰色或彩色方式作为底图，放置于图面上的指定位置，可捕捉。

如建模初期，对于一些DWG转模型效果不好的工程，可使用已有的建筑DWG图作为衬图直接画出结构图的主要定位轴线、网点等。另外，在建筑模型变更时，也可将建筑DWG图作为衬图，直接比较得出建筑的方案变更信息。

图 2-42 衬图效果

新增了大跨高比墙梁转框架梁功能，对于跨高比较大的开洞墙模型，用杆系计算更适合。

在建模阶段和以前类似，不用做特殊处理，然后在SATWE参数定义中，指定转换的控制跨高比。

图2-43 墙梁转框架梁的跨高比

程序自动判断开洞墙的墙梁部分的跨高比，如果大于控制值，则自动转换为框架梁。

注意：跨高比中的高度h为上下层相邻墙梁共同形成的墙梁高度。

图2-44 大跨高比连梁转框架梁的结果

转换后的框架梁仍然保留连梁属性，但程序对刚度系数做了约定，对于跨高比>5的情况，刚度系数按中梁刚度放大处理，对于跨高比<5的情况按连梁刚度折减处理。

在广泛深入的用户调研基础上，V3.1版SATWE&PMSAP针对用户的切实需求，新增了大量用户亟需的实用功能，提出了一些全新的方法与工具，提高了软件性能，修正了软件中存在的一些问题。V3.1版SATWE&PMSAP将帮助用户进一步提高工作效率和分析设计的合理性、准确性。这些改进主要包括以下几个方面：

1．全新的包络设计功能。

选取多个模型进行包络设计是当前结构设计中常用的设计方法，但用户手动对构件设计结果进行“包络”的工作十分繁琐。因此新版SATWE增加了自动进行包络设计的功能。在一个完整的主体设计模型的基础上，软件可以根据设计者的定义自动生成多个子设计模型（例如多塔结构划分为若干个单塔结构，带楼梯计算模型与不带楼梯计算模型，不同性能目标的子模型等），自动完成各个子模型的分析设计，并最终得到包络设计结果。同时，软件也提供了一次计算“全楼强制刚性楼板假定”和“非强制刚性楼板假定”两个模型的功能，并从不同模型中选取结果形成计算书。

2．全新的方案设计模块——调平法。

方案设计模块旨在辅助设计者快速确定合理的结构方案，V3.1版基于调平法的基本思想，提供了一个全新的结构布置优化工具。合理设计的高层、超高层建筑在重力荷载作用下，墙柱等构件的竖向变形宜均匀。以用户指定的轴压比为目标，调平法模块通过自动迭代计算，给出优化的竖向构件的截面尺寸，为最终方案的确定提供参考。

3．全新的基于弹塑性内力重分布的二道防线调整系数计算方法。

当结构的平面、立面布置复杂时，现有软件的二道防线调整方法难以适用。设计者基于结构预期的弹塑性发展状态，指定构件的刚度折减系数，由程序自动进行结构在侧向荷载下的内力重分布计算，从而获得构件内力的调整系数。新方法可以为“立面开大洞结构”、“外立面收进结构”、“斜网筒结构”、“连体结构”等各类复杂高层结构的二道防线内力调整问题提供方案。

4．对SATWE的分析和设计功能进行了大量改进。

新增了一批用户长期关注的新功能。主要有：楼梯可自动参与计算，并提供壳元与梁元两种模型模拟楼梯板；墙梁自动可转为框架梁、框架连梁可自动按壳元分析；风荷载下可单独指定连梁刚度折减；可自定义竖向地震影响系数最大值；可选“振型阻尼比法”计算混合结构地震作用；可对受剪承载力比不满足的楼层自动放大内力重新设计。

进一步完善了结构分析的力学模型，提供了“梁板顶面对齐”、“按刚域变换方式考虑墙偏心”等新选项。在特征值分析方面，新增了“多重里兹向量法”，用较少的振型数即可满足有效质量系数的要求，适用于大跨等复杂结构的竖向地震作用计算；对于子空间迭代法提供了“程序自动确定振型数”功能；提供了结构局部振动的识别和定位功能。模拟施工计算中提供了考虑构件拆卸功能，可模拟施工临时支撑的拆卸等。

进一步提高了结构分析效率，较大幅度地提高了“模拟施工加载3”的计算速度，大幅度提高了“上部结构传基础刚度”的计算速度，对“层刚度中心”等指标的计算也进行了优化。

5．PMSAP在具备上述SATWE新增功能的基础上，进一步提供以下功能。

针对单向少墙结构体系，PMSAP 提供“剪力墙地震内力统计只考虑腹板及其有效翼缘”和“墙地震内力统计时面外内力分量计入框架”，以帮助正确界定单向少墙结构在每个方向的体系归类。

增加“对结构中所有剪力墙自动做面外设计”功能，以满足诸如单向少墙结构的面外设计需求。

增加自动扣除构件的重叠重量和质量功能，荷载及质量计算更加精确。

对偏拉构件自动按规范要求调整配筋值等。

6．SATWE&PMSAP采用了通用的后处理模块。

V3.1版基于全新的PDB架构，无论采用SATWE计算还是PMSAP计算，均采用同一套后处理程序查看结果。在统一的后处理模块中，提供了全新的“一键出计算书”功能，帮助设计师快速的生成图文并茂的精美计算书。

除原有的组合墙设计、边缘构件查改、墙稳定验算等补充验算功能外，后处理中还增加了墙体的面外设计功能。

PKPMV3.1版包含众多的升级功能，其中有一些选项对计算分析结果有所优化，在和V2.2版本计算结果对比时，可能会有所差异，在这里做特别说明。另外，V3.1版SATWE&PMSAP采用通用的后处理程序，对于SATWE而言，部分结果的表达与传统方式不同，这里一并说明。

1. PMCAD导荷方式的改进

V3.1版程序对异型房间及矩形房间的边界有中间点这两种情况，做了特别处理，使楼面荷载的导算结果更优。这种处理可能和V2.2版的导荷结果有所不同，为此对于V2.2版及以前版本的工程，第一次用V3.1程序打开老工程时，程序默认关闭这两个功能以保证更好的延续性；而新建V3.1工程时默认打开这两个选项，以得到更好的导荷效果；同时用户可以随时修改这两个选项，计算时以用户的定义为准。详见PMCAD的相关章节说明。

2. SATWE改进了梁、柱构件的荷载剖分

SATWE中采用弹性楼板计算时，梁会被剖分为更细小的梁单元，此时梁上的荷载也需要同时剖分。V3.1之前的版本对于某些荷载类型的剖分做了一些简化处理，例如将梯形荷载会简化成均布荷载，拐角处做线性化处理等。V3.1版本在荷载剖分时取消了这些简化处理，因此会导致新旧版本的构件内力特别是梁的构件内力存在一些差异。详细说明可参见本章第四节第19项。

3. SATWE改进了高层结构刚重比验算

V3.1版采用了更加准确的基于风荷载与规定水平力的刚重比验算方法，采用新方法时，计算结果与旧版略有不同。关于新方法的技术细节见本章第四节第20项。

4. SATWE改进了温度荷载下的墙内力计算

V3.1版改正了旧版中温度荷载下墙面外内力计算存在的问题。因此新旧版本的温度工况内力会有所差别。

5. SATWE改进了墙面外内力计算

V3.1版改进了由单元内力计算墙柱面外力的公式，因此新旧版本计算的墙面外内力会略有差异。一般情况下，墙面外力不用做主要受力方向的设计，故对设计结果没有影响。

6. SATWE后处理符号体系的改变

由于采用了统一的内力符号体系，在V3.1版的后处理程序中的内力符号与V2.2版SATWE后处理有所不同，例如梁支座“负弯矩”在新版中为符号为正，梁跨中“正弯矩”在新版中符号为负，这种改变并不影响设计结果。关于符号规则的详细说明可参见本章第六节第0项。“梁内力包络图”和“配筋包络图”的符号规则没有改变，仍与旧版相同。

7. SATWE后处理截面类型号的变化

由于采用基于PDB的通用的后处理程序，用户在后处理中查看到的截面类型号与旧版SATWE不同，因此在本说明附录中列出了PMCAD、旧版SATWE截面类型号与PDB的截面类型号的对应关系，以便用户参阅。

8. 设计模型与分析模型

V3.1版SATWE&PMSAP中提出了设计模型与分析模型的概念。简而言之，设计模型是由各类设计构件组成的模型，例如墙柱、墙梁、框架梁、框架柱等；分析模型指的是有限元分析计算所用的模型，是在用户输入模型基础上经过网格剖分等一系列处理得到的。

以PMCAD中输入的框架梁为例，当采用弹性楼板计算模型时，分析模型中该框架梁被拆分为多个梁单元，设计模型中该框架梁即一个设计构件。

1 基本说明

包络设计一般指的是对两个或者多个模型设计结果取大的设计过程。

《高规》5.1.14条规定：“对多塔结构，宜按整体模型和各塔楼分开的模型分别计算，并采用较不利的结果进行结构设计”。《抗震规范》6.2.13-4规定：“设置少量抗震墙的框架结构，其框架部分的地震剪力值，宜采用框架结构模型和框架-抗震墙结构模型二者计算结果的较大值”。以上条文均明确规定在进行这类结构设计时要对不同的设计模型结果取较大值，即进行包络设计。除此之外，典型的包络设计需求还有带楼梯与不带楼梯模型、抗震性能设计等。

为了减少设计人员的工作量、提高设计效率和质量，软件提供包络设计功能是非常有必要的。

1.1 功能说明

SATWE在V3.1版中针对工程常见的包络设计需求提供了以下三种自动包络设计功能：

1）带楼梯与不带楼梯模型的包络，实现考虑楼梯构件影响和不考虑楼梯构件影响两种模型的包络设计功能；

2）多塔结构整体模型和分塔模型的包络，实现多塔结构的包络设计功能；

3）性能设计包络，可同时计算小震和中/大震不屈服或中/大震弹性模型，通过指定构件性能目标实现性能设计的包络功能；

以上包络功能仅需用户进行简单的参数指定及少量的交互操作，即可进行自动的包络计算，得到完整的包络设计结果。此外，软件还在后处理中提供了交互包络功能，用户可根据需求对指定构件进行灵活的交互包络。

当模型兼具以上三种包络属性（楼梯、多塔和性能设计）中的多项属性时，软件可自动形成涵盖所有可能组合的子模型，如：带楼梯+多塔整体模型，不带楼梯+单塔模型等，用户可在此基础上进行交互取舍。

对于更灵活的包络设计需求，如对于指定模型进行结果包络，软件目前尚不支持，但后续版本将很快提供相应功能，请随时关注版本升级信息。

1.2 多模型概念

软件实现包络设计的原理很简单，即对用户指定的不同设计模型分别进行计算分析及配筋设计，并将各模型的结果取大，在软件的具体实现中，为更好地理解程序流程和结果表达，用户应首先厘清三个模型概念：主模型、子模型和基本子模型。

主模型：用于存储和管理多模型信息、记录包络设计结果的模型。主模型本身并不进行计算分析，其体现的是对各子模型进行包络设计之后的最终结果，而非某个具体模型的结果。

子模型：用于实际计算、分析的模型，如：进行楼梯包络设计时，带楼梯模型和不带楼梯模型即为两个不同的子模型。软件对每个子模型分别进行完整的计算分析和配筋设计，在后处理中可查看每个子模型完整的结果，与传统的单模型设计流程及结果表达完全一致，区别仅在于在包络设计流程中，软件会进一步对各子模型的结果进行包络，并将结果记录在主模型上。

基本子模型：包络设计主要针对配筋、轴压比等具有明确包络意义的设计结果或指标取大，但对于如周期、振型等结果，其包络是无意义甚至是原则错误的。主模型中为保证分析和设计结果的完备性，对于不具备包络意义的数据，需指定其子模型来源，该模型即为基本子模型。基本子模型需由用户指定，程序默认为子模型列表的第一个子模型。基本子模型可以理解为最主要或最重要的子模型。

从设计角度而言，以上三种模型概念是天然存在的。如进行多塔包络设计时，通常以多塔整体模型为基准，辅以各单塔模型的结果对其进行包络补充，此时多塔整体模型即对应为基本子模型，记为子模型1，n个单塔模型记为子模型2~子模型n+1，共n+1个子模型，各子模型有独立的计算结果，主模型上记录这n+1个子模型的配筋等包络结果，周期、振型等非包络项的结果则取自基本子模型，即子模型1（多塔整体模型）。

1.3 基本包络规则

在各子模型完成分析及配筋设计后，即为包络设计最重要的步骤：对各模型结果按照一定规则进行包络计算，形成主模型包络结果。

首先需要确定各子模型构件的对应关系，即形成索引，随后，程序根据索引关系，将各子模型中相对应的构件结果进行比较，计算其最大包络值，即得到主模型包络结果。具体规则如下：

（1）形成索引

程序在形成索引时采用严格的坐标对应规则，构件空间坐标一致即为同一组对应构件。

图3-1构件索引示意图

以梁为例，D_ij表示主模型i节点与子模型j节点之间的直线距离，Err表示容差。下式若成立，则判定上述两根梁存在对应关系，否则认为两根梁不存在对应关系。

或

其中，Err取值0.01m。

（2）构件包络计算

包络计算区分正截面和斜截面。其中正截面包络主要包括主筋、轴压比以及对应的控制内力等，斜截面包络计算包含箍筋、剪压比以及对应的控制内力等。

程序在包络计算时默认对全楼所有构件的正截面和斜截面同时进行包络计算，且默认所有子模型均参与包络，如果用户有特殊需求，可通过“计算结果”→“交互包络”菜单实现更灵活的包络方式。

2 操作流程

软件针对三种常见包络需求提供的自动包络计算功能，使用时非常便捷，用户只需按如下操作流程进行不多的交互操作即可实现全部计算和设计：

2.1 参数定义

1）楼梯包络

“设计模型前处理”→“参数定义”→“总信息”→“楼梯计算”，选择“同时计算以上两种模型”，如图3-2所示。对于楼梯模型可选择“杆单元”或“壳单元”。

图3-2楼梯包络设计控制参数

2）多塔包络

“设计模型前处理”→“参数定义”→“总信息”→“多塔”，勾选“多塔结构自动进行包络设计”，如图3-3所示。

注意：如未勾选“多塔结构自动进行包络设计”，即使用户进行了多塔及多模型定义，程序仍然不进行多塔结构的自动包络设计。

图3-3多塔包络设计控制参数

3）抗震性能设计包络控制参数

“设计模型前处理”→“参数定义”→“性能设计”，勾选“按照高规方法进行性能包络设计”，然后根据当前工程的性能设计需求勾选相应的中、大震计算模型，每个计算模型选项对应于一个子模型。如：勾选“中震计算模型”的“不屈服”选项，软件将自动增加“中震不屈服”子模型，对于性能目标中包含“中震不屈服”的构件，其中震计算结果将从此模型中获取，然后与小、大震结果进行包络取大。

注意，凡是未在此处勾选的模型选项，在指定构件性能目标时将不能选择相应的选项，即，如未勾选“中震计算模型”的“不屈服”选项，则指定构件性能目标时将不允许选择中震不屈服选项。

图3-4性能包络设计控制参数

1）楼梯包络

无需进行交互操作。

2）多塔子模型定义

对于多塔包络，用户需交互指定各分塔模型的几何围区，软件随后可根据围区信息自动拆分形成各分塔模型。如图3-5所示，在“设计模型前处理”→“多塔子模型”菜单中进行多塔子模型的定义。

图3-5多塔子模型定义菜单

多塔子模型的定义提供“交互定义”和“自动生成”两种方法。

“交互定义”需要用户交互实现多塔子模型围区定义，如图3-6。例如某工程1-3层为地下室，被2个分塔共有，则“子模型数”填写2，“子模型号”填写1并指定子模型1的围区，再填写2并指定子模型2的围区。

点击“自动生成”命令，如图3-7，程序可根据当前的多塔定义信息自动生成多塔子模型。采用自动方式时，应注意首先进行多塔定义操作。

多塔模型在进行底盘拆分时需要用户指定底盘最高层号、底盘拆分时分塔边界的外扩尺寸以及分塔边界确定方式。

程序以底盘最高层的上一层划分出来的塔数作为该多塔结构的最终子模型数，并以该层的上一层的梁柱墙等构件围成的区域作为底盘拆分时分塔边界外扩的基准。

分塔边界的确定方式有“精确边界”和“矩形包围盒”两种方式。其中“精确边界”指“紧贴”梁柱墙等构件围成的闭合区域。“矩形包围盒”是根据精确边界在X方向和Y方向最大范围的基础上围成的矩形区域，且该矩形区域的边界与X轴或Y轴平行。

“底盘拆分时分塔边界的外扩尺寸”指在底盘最高层的上一层“精确边界”或“矩形包围盒”的基础上向外扩展的尺寸，以确定各分塔子模型在底盘部分的边界。该尺寸需要用户根据实际情况进行填写，程序默认值为10m。

实际工程中，由于底盘布置往往较为复杂，以上两种自动边界方式可能结果都不尽理想，此时可在自动拆分的基础上进行交互定义，以保证拆分后形成合理的单塔模型。

对于上联多塔结构的联体部位，程序未自动进行拆分，用户应交互进行围区指定。

图3-8不同方式的分塔边界示意图

“多塔子模型定义”菜单仅对各子模型围区进行指定，执行“多模型拆分”菜单（见2.4）后，才能形成真正的子模型数据。当围区信息改变时，应重新执行“多模型拆分”以形成新的子模型数据。

3）指定性能目标

进行性能设计包络时，必须指定构件性能目标。

用户可指定梁、柱、支撑、墙梁、墙柱等构件正截面和斜截面的性能目标，包括中震不屈服、中震弹性、大震不屈服和大震弹性。边缘构件的性能目标默认与其相连的墙梁或墙柱的性能目标一致，如有特殊需求，可在“计算结果”→“修改性能目标”菜单下进行修改。

图3-9性能目标定义对话框

此处指定的构件性能目标，将直接影响到包络结果。如果指定了某一构件的性能目标，在生成包络数据时，只在性能目标对应的子模型中取包络。例如将某一构件的性能目标指定为中震弹性和大震不屈服，那么将从小震子模型、中震弹性子模型和大震不屈服子模型中取出该构件的结果进行包络计算。

计算完成后，在后处理中同样提供了修改性能目标的菜单，但仅限于临时修改、查看结果，其交互结果在下次计算时不能保存，因此，若需保存指定的性能目标，应在此处进行操作。

第一次启动该对话框时，程序会根据多模型控制参数，生成默认的子模型列表。用户可以根据自己的需要对默认生成的子模型列表进行修改，其中子模型个数最多不超过16个。

图3-10子模型控制参数对话框

程序默认采用子模型列表中的第一个子模型作为基本子模型，用红色以及前面加“*”进行标记。可以通过“上移”和“下移”按钮完成基本子模型的更改。

当同时指定楼梯、多塔和性能设计包络时，用户可以根据添加和删除子模型的功能实现组合包络设计。上图即为同时考虑楼梯、多塔和性能设计包络的子模型列表。

用户可以通过以下按钮实现对子模型信息的修改：

“添加”：通过对“性能设计信息”、“多塔计算信息”以及“楼梯计算信息”的组合，实现添加子模型的功能；

“恢复默认”：程序根据性能设计、多塔以及楼梯包络控制参数生成默认子模型列表，程序最多允许建立16个子模型；

“删除”：删除选中的子模型；

“全删”：删除全部子模型。

为了保证包络设计控制参数与子模型信息相匹配，在楼梯包络控制参数、多塔包络控制参数、性能包络设计控制参数发生变化时，程序会强制删除已有的子模型列表，并根据最新的多模型控制信息生成默认的子模型列表，用户需注意查看新生成的子模型列表是否符合要求。

“子模型拆分”功能指的是根据“子模型控制信息”定义的子模型列表，在工程目录下创建相应的子模型工程目录，并将模型数据复制到对应的子模型工程目录下，为模型的计算做准备工作。

图3-11子模型拆分菜单

执行完子模型拆分后，可通过窗口上的切换按钮对各个子模型进行切换，并允许对各个子模型进行修改。

图3-12模型切换菜单

2.5 计算和包络设计

通过点击“生成数据+全部计算”按钮实现各个子模型的计算和包络设计功能。“生成数据+全部计算”功能是对“生成数据”、“计算”、“配筋”、“形成索引”和“包络计算”功能的集成。

“生成数据”：程序自动对各子模型循环执行“生成数据”操作

“计算+配筋”：程序自动对各子模型循环执行“计算+配筋”操作

“计算+配筋+包络”：即连续执行“计算+配筋”和“索引+包络”

“形成索引”：程序自动形成各子模型的构件索引关系

“包络计算”：程序根据构件索引关系自动进行包络计算，包络结果计入主模型

“索引+包络”：即连续执行“形成索引”和“包络计算”

图3-13分析计算菜单

点击“生成数据+全部计算”，程序会提供三个选项：

图3-14生成数据对话框

“重新进行多模型拆分”：删除上次的多模型数据，重新进行多模型拆分，并对新的子模型进行生成数据和计算等操作，之前对各子模型进行的交互修改将不予保留。第一次执行多模型操作，或建模数据改变时，通常应选择此项。

“仅更新子模型参数”：不进行多模型拆分，仅根据主模型的参数对各子模型的参数进行更新，此处仅针对“设计模型前处理”中“参数定义”对话框中定义的参数。对于多塔包络，由于多塔子模型拆分耗时较长，当仅参数改变时，建议可采用该选项。

“采用上次拆分形成的子模型”：不进行多模型的拆分，直接采用已有的模型数据进行计算。当用户对程序自动拆分的子模型进行了交互修改，希望采用修改后的模型进行后续的分析设计时，应采用此项选择。

2.6 结果查看

包络计算完成后，在后处理中可以方便地查看主模型和各子模型的分析和设计结果，具体查看方式与单模型操作类似。当切换到“主模型”时，还可进行交互包络及修改构件性能目标。详见2.7和2.8。

图3-15多模型结果查看

查看主模型构件包络结果时，可通过以下几种方式查看包络来源信息：

1）点击“交互包络”，通过图形标记查看包络来源信息。

图3-16包络来源信息示意图

图中“1-3”表示正截面和斜截面设计结果均由子模型1、2、3计算得到，“1-2，4”表示正截面和斜截面设计结果均由子模型1、2、4计算得到。当正截面和斜截面的包络来源不一致时，程序会按正截面和斜截面分开进行标识，如“正：1-3，斜：1”表示该构件的正截面设计结果是由子模型1、2、3计算得到，斜截面设计结果是由子模型1计算得到。

2）在“计算结果”→“文本查看”→“新版文本查看”→“主模型信息”→“主模型设计索引”中进行查看。

图3-17包络来源信息表格形式

3）在“构件信息”中查看包络来源信息。

图3-18构件信息中的包络来源信息

2.7 交互包络

程序默认对全楼所有构件的正截面和斜截面同时进行包络，在后处理中还提供了交互包络功能，可以根据工程需要进行有针对性的包络计算。

（1）指定部分子模型进行包络设计

图3-19指定包络模型

（2）指定部分楼层进行包络设计

图3-20指定楼层包络

（3）指定构件进行包络设计

在“构件包络”指定状态下，点击“选择”按钮，此时可以交互选择构件。被选中的构件显示“待包络”状态。点击“包络计算”即完成对指定构件的包络设计。

图3-21指定构件包络

图3-22“待包络”状态示意图

（4）对正截面或斜截面分别进行包络设计

图3-23指定包络内容

交互包络的程序实现有以下几个原则：

原则1：在包络计算时，总是将参与包络计算的第一个子模型的结果对主模型的结果进行覆盖，从第二个参与包络计算的子模型开始进行结果取大操作。

原则2：交互包络只对指定构件进行包络计算，非指定构件不进行任何操作。

例如第一次对柱进行包络计算，此时只有柱参与了包络计算。第二次对梁进行包络计算，此时只有梁参与了包络计算，但包络来源信息中的结果是柱和梁均进行了包络计算（柱取第一次的包络结果，梁取第二次的包络结果），即包络结果进行了累加。

原则3：如果参与包络子模型数为0，则结果取上一次的包络结果。

2.8 修改性能目标

指定性能目标对于性能包络设计是至关重要的。尽管程序在前处理提供了基于用户模型指定性能目标的功能，但包络设计采用的性能目标是基于设计模型的，由于用户模型与设计模型的不同可能会导致最终采用的性能目标与最初指定的性能目标不符的情况发生。比如两片在平面内相连的墙分别指定不同的性能目标，在设计模型里会将两片墙合并为一个墙柱，此时程序会选取某一片墙的性能目标作为最终墙柱的性能目标，可能与最初的设计不符。同样，在前处理无法实现对边缘构件性能目标的指定。

除此之外，基于程序现有的逻辑，如果用户重新指定性能目标，并进行包络设计，此时需在前处理指定性能目标并重新进行一遍计算，这样会花费用户大量的时间和精力。

综合以上考虑，程序在“计算结果”→“多模型数据”提供了“修改性能目标”的功能，解决了上述不足。值得指出的是，在后处理通过该功能可实现构件的性能目标修改，但子模型列表应有相应的性能设计子模型并进行了计算。例如将某根梁的性能目标由中震不屈服修改为中震弹性，则子模型列表应有中震弹性子模型并进行了计算。另外，此处指定的性能目标在下次计算时不予保留，应尽可能在前处理中进行性能目标的指定。

图3-24修改性能目标菜单

构件的性能目标由一个四位数标识，这四位数依次标识大震正截面、大震斜截面、中震正截面、中震斜截面，每一位数的取值为1~3，其中1代表不考虑、2代表不屈服、3代表弹性。比如数字“1233”，第一位“1”表示大震正截面不考虑性能设计，第二位“2”表示大震斜截面按照不屈服考虑性能设计，第三位“3”表示中震正截面按照弹性考虑性能设计，第四位“3”表示中震斜截面按照弹性考虑性能设计。

图3-25构件性能目标示意图

程序允许用户按照构件类型进行性能目标的修改，其中包含对墙柱、墙梁以及边缘构件性能目标的修改，解决了在前处理指定性能目标存在的不足。

图3-26构件类型控制参数

通过对地震水准和性能水准的选择来修改构件的性能目标。

图3-27性能目标控制参数

软件提供了以下功能：

图3-28修改性能目标和包络计算按钮

通过点击“指定”按钮，实现对选中构件按照指定性能目标进行修改的功能。

通过点击“删除”按钮，实现删除选中构件性能目标的功能。

“本层删除”指的是删除本层所有构件的性能目标。

“全楼删除”指的是删除全楼所有构件的性能目标。

“恢复前处理定义”指的是将状态恢复到前处理定义的状态。

“包络计算”指的是根据最后修改得到的性能目标重新进行包络设计。

调平法模块借鉴傅学怡大师于2014年11月在“第十七届全国工程建设计算机应用大会”上提出的“调平法”的设计思想，旨在帮助设计人员在建筑结构的方案设计阶段，对竖向构件（柱、墙）的截面尺寸进行优化。

1 调平法的基本概念

在重力荷载作用下，高层、超高层建筑的竖向构件的压应变不同，使得竖向变形存在差异；由于变形协调，水平构件会参与竖向变形，致使结构构件产生较大的附加内力；从而不利于结构的抗震和抗风；对于竖向构件的不均匀变形，设计人员可通过调整竖向构件的截面尺寸来减小变形差异；然而由于水平构件与竖向构件刚接，会对竖向构件截面调整造成干扰。

对此，傅大师提出了“调平法”的设计思想，主要包含以下内容：

（1）初步确定结构布置和截面

（2）将结构的水平构件全部铰接

（3）一次性施加全部重力荷载，进行结构分析计算

（4）查看全楼各层各竖向构件的节点竖向变形

（5）根据竖向变形差异情况，调整竖向构件的截面尺寸或布置

（6）重复（3）（4）（5），直至达到设计允许的较理想状态

（7）结构的水平构件恢复刚接

（8）结构进行后续的重力荷载、抗震、抗风设计

调平法软件借鉴了这一设计思想，自动经过多次迭代计算，对竖向构件的截面进行调整，使竖向变形差异达到容许的范围。

为了便于程序实现，并使软件具有较强的普适性，调平法软件对傅大师的“调平法”理论作了一定的延伸，提出了以下几个概念。

首先，软件提出了“分段”的概念。分段是指在竖向对楼层进行分段，软件在每段内将结构调平，减小整段的竖向变形差。“段”可以理解为调平的粒度。

第二，软件需要对各分段设定目标轴压比。通过分段，可将结构调平，但不应该仅仅是调平，还应该指定调平后希望竖向构件达到的轴压比。此外，“调平”更准确的描述是使竖向构件具有相同的压应变，因此软件内部用压应变作为衡量调平的标准。软件会自动将目标轴压比换算成目标压应变。

第三，分段后，软件对每段内的各层搜索竖向构件，分别形成“柱串”和“墙串”。“柱串”和“墙串”可看作一根柱和一片墙，计算一个压应变和一个截面调整系数。

第四，软件支持对平面内的竖向构件（柱、墙）进行分组，同一组的竖向构件按照相同的比例系数对截面进行调整。

2 调平法的参数定义

本章首先介绍调平法软件的参数定义，包括两部分：总信息参数和分段信息参数。下面具体介绍。

总信息参数主要是调平法计算的控制参数（如图 3-29所示），可分为两类：结构分析的参数和调平计算的参数。结构分析的参数与SATWE中的参数意义一致，这里不做过多介绍。调平计算的参数有以下几个：

最大调平迭代次数：调平法需要反复迭代计算，每迭代一次会对竖向构件的截面做一次调整，该参数控制迭代的最大次数，默认值为100；

调平迭代收敛容差：软件内部用压应变作为调平的标准，当竖向构件的计算压应变与目标压应变的差值小于容差时迭代收敛，默认值为0.05；

调平阶段水平构件两段铰接：在调平阶段，为了减少水平构件对竖向构件调整的影响，可以选择将水平构件两段铰接。勾选这一选项时，程序将与竖向构件相连的梁端置为铰接，默认勾选；

柱截面调整系数范围：程序会根据竖向构件的计算压应变和目标压应变确定截面调整系数，为了避免截面调整过多，可通过该参数进行控制，默认值为[0.5, 2.0]；

墙截面调整系数范围：同“柱截面调整系数范围”参数，这里控制墙构件的调整系数范围，默认值为[0.5, 2.0]。

图 3-29 总信息参数对话框

分段信息参数是对楼层进行分段，并设置各段的目标轴压比，如所示。

程序默认按照标准层进行分段，同一标准层的连续自然层为一段；用户还可以选择按照自然层分段，即每一自然层为一段；此外用户可手动编辑，可任意分段。分段影响调平的效果和迭代收敛的速度，建议每段的层数不要太多。

用户可设置结构底层的目标轴压比，默认值为0.5。上面各段的目标轴压比按照楼层的线性插值自动确定各段的目标轴压比，用户还可手动修改各段的柱、墙目标轴压比。目标轴压比的设置较为关键，请用户根据实际情况来设置。

图 3-30 分段信息参数对话框

3 竖向构件分组

在对竖向构件的截面进行调整时，有时用户希望某些相同构件在调整过程中仍然保持相同，这时用户可通过对竖向构件分组来实现，包括柱分组和墙分组。分为同一组的竖向构件有相同的截面调整系数。构件分组不是必须要执行的操作，如果不指定分组，则每个构件自己一组。

1）柱分组

指定柱的分组如图 3-31所示，首先要创建柱分组，每个组有自己的组号、调整系数上限和下限，调整系数的上下限默认取总信息中的参数，用户也可修改。创建完分组后，可对某些构件指定柱的分组号。

图 3-31 柱分组界面

2）墙分组

指定墙的分组与指定柱的分组类似，如图 3-32所示。

图 3-32 墙分组界面

4 调平法计算

设置完计算参数和竖向构件分组后，即可进行调平计算，计算信息输出如图 3-33所示。计算分为4步，包括生成数据、数据预处理、调平迭代、按照调整后的模型计算竖向构件轴压比。调平计算有可能不收敛，此时用户可尝试修改分段信息和目标轴压比、竖向构件截面调整系数，使迭代收敛。

图 3-33 调平计算信息输出

5 结果查看

调平计算正常结束后，可进入“结果查看”来查看调平结果，如图 3-34所示。结果中包含柱、墙的截面调整系数、计算轴压比、目标轴压比，以及调整前后的构件截面形状。

图 3-34 调平结果查看

1 研发背景

结构的平面、立面布置复杂时，“高规”第8.1.4条给出的二道防线调整方法难以适用。“高规”第8.1.4条条文说明中指出，对框架柱数量沿竖向变化复杂的结构设计，应专门研究框架柱剪力的调整方法。

工程设计中存在更多复杂的情况，例如立面开大洞结构、布置大量斜柱的外立面收进结构、斜网筒结构、连体结构等（见下图），这些结构的第二道防线结构内力的调整均有必要专门研究计算。

旧版本的SATWE程序，按照“高规”第8.1.4条的方法自动计算调整系数，能提供分段调整功能，但尚不能适用于这些复杂情况。

针对上述复杂结构的第二道防线结构内力调整问题， V3.1版程序提供了一种基于性能设计理念的新调整系数计算方法。

图 3-35

2 新调整系数计算方法

1）基本思路

基于弹塑性内力重分配的二道防线调整系数计算方法的基本思路是：

基于指定性能水准下的结构预期的弹塑性发展状态，进行结构在侧向荷载下的内力重分布计算，从而获得构件内力的调整系数。

2）计算原理

弹塑性内力重分布计算原理如下：

定义结构的以下两种刚度状态（如下图）：

状态1：结构构件处于初始刚度的状态。

状态2：结构构件在某水准地震作用下（如设防地震）部分进入弹塑性变形状态，构件刚度退化。

图 3-36

基于期望的结构抗震性能，指定某个地震作用水准下“状态2”中构件（如作为第一道防线的剪力墙）的刚度退化系数。将某种侧向荷载，分别作用于“状态1”的结构上和“状态2”的结构上，分别求解构件内力。显然，“状态2”结构中的内力相对于“状态1”发生了重分布。

将状态2与状态1的构件内力相比，即可得到每个构件的调整系数。亦可统计两个状态下每层的内力，比较两个状态下各层的内力即可获得层调整系数。

3）侧向荷载选取

作用在两种状态上的侧向荷载可以选取“倒三角形荷载”或“矩形荷载”。侧向荷载总值等于结构在当前水准地震作用下的采用底部剪力法计算的总剪力。

结构高度较高时可以用 “矩形荷载”模拟地震力，反之可以使用“倒三角形荷载”。

4）刚度退化系数的指定

结合预期的弹塑性发展目标，指定各构件的刚度退化系数。

3 使用方法介绍

采用新方法时，操作流程如下：

（1）在SATWE参数设置对话框中选取“考虑弹塑性内力重分布计算调整系数”。如选择“规范方法”，即采用高规给出的调整系数计算方法。

图 3-37

SATWE使用新方法计算的调整系数有两种方式，可以选择“按楼层调整”，及每层的柱等构件采用相同的调整系数，如果选择按“构件调整”，则每个构件采用不同的调整系数，是最灵活的方式。

（2）进行设计模型的各种设置、定义，如特殊构件补充定义等，执行“生成数据”，生成分析模型 。

（3）在进行SATWE分析设计计算前，程序新增了“二道防线调整系数计算”菜单。用户可以在此菜单中指定构件的刚度退化系数，计算调整系数，并对调整系数计算结果进行人工干预。具体操作如下：

图 3-38

点击“指定刚度”下的“全局参数”，弹出如下菜单，用户可以在此菜单中选择荷载类型，荷载作用方向，及分段指定对应于每个荷载作用方向的墙柱、支撑、柱等构件的刚度折减系数。

图 3-39

程序提供了采用非线性静力推覆方法自动计算刚度折减系数的功能，以帮助用户自动确定结构的刚度退化状态。点击上图中“自动计算”，程序自动调用PUSH程序对结构进行推覆分析，获得每个楼层各类构件的刚度折减系数。

调用PUSH计算时，需用户指定推覆分析的目标基底剪力，即推覆分析时所施加侧向荷载达到小震弹性分析时基底剪力的倍数。推覆分析的目标基底剪力越大，最终得到的构件刚度折减系数越小。

点击“指定刚度”下的“构件交互”，可以逐层修改各类构件的刚度折减系数。

图 3-40

点击自动计算，程序自动计算两个状态下的构件内力，进而获得基于构件和楼层的内力调整系数。

图 3-41

计算完成后点击“系数查改”下的“楼层调整系数菜单”，即可查看程序算得的调整系数，用户亦可在此对调整系数进一步修改。

图 3-42

点击“系数查改”下的“构件调整系数菜单”，在此菜单下可以查看程序计算的各个构件的调整系数，并进一步修改。

图 3-43

（4）执行SATWE“计算+配筋”。此时程序根据用户选择的调整系数使用方式，选用“楼层”或“构件”调整方式，自动读入调整系数，对构件地震工况内力进行调整。注意这里不必选择“生成数据+全部计算”，否则程序将重新计算调整系数。

图 3-44

计算完成后，可以在构件内力文件中查看调整系数执行情况。

1 “强刚”与“非强刚”同时计算

图 3-45

位移比、周期比、层间刚度比等整体指标宜在全楼强制刚性楼板的假定下计算，而配筋设计时必须在较真实的楼板刚度假定下进行。采用旧版软件用户常需要进行两次分别计算，并由用户手动合并计算结果，编制计算书。

新版提供了强制刚性楼板假定模型和非强制刚性楼板假定模型同时计算的选项，用户只需勾选此项，程序即自动计算两种模型，并自动合并计算结果，如图 3-46。

图 3-46

2 框架连梁按壳元计算刚度

有些情形下模型中用户按框架梁输入的连梁的跨高比较小，形成所谓的“短粗梁”，此时若仍按照平截面假定用梁单元计算连梁的刚度，结果会与真实情形有出入。解决这个问题的一个途径是将框架梁转成墙梁，用壳元计算墙梁的刚度，这种处理方式较为复杂。SATWE V3.1版本采用另外一种更为简单的途径解决这一问题，即在不改变框架梁属性的前提下，用壳元计算框架梁的单元刚度阵。

图 3-47 跨高比较小的框架连梁

用户可通过指定“框架连梁按壳元计算控制跨高比”，将跨高比小于该限值的矩形截面框架连梁用壳元计算其刚度，若该限值取值为0，则对所有框架连梁都不做转换。

图 3-48

3 墙梁自动转框架梁

当墙梁的跨高比过大时，如果仍用壳元来计算墙梁的内力，计算结果的精度较差。SATWE V3.1版本新增了墙梁自动转成框架梁的功能，用户可通过指定“墙梁转框架梁的跨高比”，程序会自动将墙梁的跨高比大于该值的墙梁转换成框架梁，并按照框架梁计算刚度、内力并进行设计，使结果更加准确合理。当指定“墙梁转框架梁的跨高比”为0时，程序对所有的墙梁不做转换处理。

图 3-49

如下两图所示，当对墙梁不做转换时，程序按壳元进行计算；若将墙梁转换成框架梁，程序将本层墙的上墙梁和上层墙的下墙梁删除，并用等截面尺寸的框架梁来代替。对于墙上的荷载，会将墙梁上的荷载转移到框架梁上。此外，对于框架梁与墙的外侧相连接时，SATWE会自动增加罚约束；同样对于墙梁转换成的框架梁与墙的内侧洞口相连接，程序也自动考虑了罚约束。

4 梁板顶面对齐

图 3-52

用户在PMCAD建立的模型是梁和板的顶面与层顶对齐，这与真实的结构是一致的。计算时SATWE V3.1之前的版本在会强制将梁和板上移，使梁的形心线、板的中面位于层顶，这与实际情况有些出入。

SATWE V3.1版本增加了“梁板顶面对齐”的勾选项，考虑梁板顶面对齐时，程序将梁、弹性膜、弹性板6沿法向向下偏移，使其顶面置于原来的位置。有限元计算时用刚域变换的方式处理偏移。当勾选考虑梁板顶面对齐，同时将梁的刚度放大系数置1.0，理论上此时的模型最为准确合理。

采用这种方式时应注意定义全楼弹性板，且楼板应采用有限元整体结果进行配筋设计，但目前SATWE尚未提供楼板的设计功能，因此用户在使用该选项时应慎重。

图 3-53 考虑梁板顶面对齐前后模型对比

图 3-54 考虑梁板顶面对齐的计算模型

5 处理墙偏心的刚域变换方式

用户在PMCAD中建立的模型，很多情形下会使得构件的实际位置与构件的节点位置不一致，即构件存在偏心，如梁、柱、墙等。在SATWE V3.1之前的版本处理构件偏心的方式是：如果模型中的墙存在偏心，则程序会将节点移动到墙的实际位置，以此来消除墙的偏心，即墙总是与节点贴合在一起，而其他构件的位置可以与节点不一致，它们通过刚域变换的方式进行连接。

这种处理墙偏心的方式存在这样一个问题，即为了使所有的墙的位置与节点的位置保持一致，致使墙的形状与真实情形有了较大出入，甚至产生了很多斜墙或不共面墙。SATWE V3.1增加了新的考虑墙偏心的方式——刚域变换方式。刚域变换方式是将所有节点的位置保持不动，通过刚域变换的方式考虑墙与节点位置的不一致。

图 3-55

如下图所示，厚度不同的墙为了保持外立面对齐，需要对墙设置偏心，传统移动节点方式的模型中，节点偏移了原来的位置，墙体与节点贴合在一起，竖直墙变成斜墙；新的刚域变换方式，节点位置不动，墙体在其实际位置。

图 3-56

新的偏心方式对于部分模型在局部可能会产生较大的内力差异，因此建议慎重采用。

6 楼梯参与整体计算

PKPM2010 V3.1之前的程序，用户在PMCAD定义楼梯，在退出的时候可以选择自动生成楼梯模型，此时的楼梯是用梁模型代替的，并进行后后续的SATWE计算。PKPM2010 V3.1版本在结构建模中创建的楼梯，用户可在SATWE中选择是否在整体计算时考虑楼梯的作用。若在整体计算中考虑楼梯，程序会自动将梯梁、梯柱、梯板加入到模型当中。

SATWE V3.1中提供了两种楼梯计算的模型：壳单元和梁单元，默认采用壳单元。两者的区别在于对梯段的处理，壳单元模型用膜单元计算梯段的刚度，而梁单元模型用梁单元计算梯段的刚度，两者对于平台板都用膜单元来模拟。程序可自动对楼梯单元网格细分。

此外，针对楼梯计算，SATWE设置了自动进行多模型包络设计。如果用户选择同时计算不带楼梯模型和带楼梯模型，则程序自动生成两个模型，并进行包络设计。

另外，当采用楼梯参与计算时，暂不支持按构件指定施工次序的施工模拟计算。

图 3-57 楼梯采用壳单元模型和梁单元模型

7 风荷载下连梁刚度折减

SATWE V3.1版本增加了对风荷载工况单独指定连梁刚度折减的功能，以满足一些风荷载比较大的工程的需求，见下图。如用户对风荷载单独指定了连梁刚度折减系数，则程序采用框架连梁、墙梁刚度折减后的模型计算构件内力，而位移指标的统计仍然采用连梁刚度不折减模型计算的位移结果。

图 3-58

8 自定义竖向地震影响系数最大值

SATWE V3.1 版本放开了竖向地震影响系数最大值参数，用户可指定竖向地震影响系数最大值占水平地震影响系数最大值的比值，来调整竖向地震的大小。

图 3-59

9 增加可拆卸构件的施工模拟功能

悬挑结构、连体结构、立面开大洞等不规则结构在施工过程中常设置临时支撑，待结构刚度形成后拆除临时支撑。旧版本SATWE只能够模拟构件的安装和加载。新版本提供构件拆除的施工过程模拟功能。

图 3-60

如图 3-60中悬挑结构，悬挑部分施工过程中设置临时支撑，当悬挑部分受力体系形成后，拆除支撑。新版程序，可对临时支撑指定安装次序和拆除次序，程序在施工模拟计算过程中自动考虑支撑的影响。

注意的是，在同一个施工次序中，不允许同时包含“建造”和“拆卸”两种施工属性。这是计算本身的要求，也是程序的强制约定，用户在自定义构件的施工次序时，须明确并遵守此原则。为保证施工次序定义的正确性，用户可以观看施工次序动画，以确保定义的合理正确。

目前SATWE仅支持梁、柱、支撑三类构件的拆卸模拟，不支持墙、板的拆卸。

另外，当需要考虑楼梯参与计算时，不能选择自定义施工次序计算；当需要进行基于构件次序定义的施工模拟计算时，不能选择带楼梯计算。

10 提高了施工模拟计算速度

优化了模拟施工加载3、按构件指定次序的模拟施工计算的算法。模拟施工部分的计算时间均可以减少一半以上，当定义较多弹性板时，可减少数倍。下表列出了一些典型工程采用新旧算法进行施工模拟计算的时间比较。

表 3-1 新旧版本计算时间比较

11 增加振型阻尼比法计算结构地震作用

图 3-61

工程设计中广泛存在由不同阻尼特性材料组成的混合结构，例如钢结构屋盖与混凝土下部支承结构组成的混合结构体系，外钢框架-混凝土核心筒混合结构，同一底盘结构上不同塔楼分别采用钢结构体系和混凝土结构体系，上部若干层采用钢结构下部若干层为混凝土结构等等。

SATWE现行版本只能近似地对全楼指定唯一阻尼比，地震效应计算具有一定近似性。新版本采用“抗规”第10.2.8条条文说明提供的“振型阻尼比法”计算结构各振型阻尼比，可进一步提高混合结构的地震效应计算精度。

用户仅需采用新的阻尼比计算方法，如图 3-61所示的“按材料区分”，并对不同材料指定阻尼比，程序即自动计算各振型阻尼比，并相应计算地震作用。程序在WZQ.OUT文件中输出了各振型的阻尼比，如图 3-62所示。

图 3-62

12 增加程序自动确定振型数的功能

图 3-63

仅当选择子空间迭代法进行特征值分析时可使用此功能。

程序采用“移频”方法，根据用户输入的“有效质量系数之和”在子空间迭代中自动确定计算振型数。程序自动确定的计算振型数“一个不多，一个不少”，刚好满足有效质量系数要求。程序自动确定振型数的计算时间与用户指定相同振型数的计算时间相当。

“最多振型数量”与“有效质量系数之和”一同作为特征值计算是否结束的限制条件，即特征值计算中只要达到其中一个限制条件则结束计算。如果“最多振型数量”填写为0，则程序会根据结构规模以及特征值计算的可用内存自动确定一个振型数上限值。

需要指出的是，程序还隐含了一个限制条件，即最多振型数不超过动力自由度数。

13 增加多重里兹向量法特征值求解算法

图 3-64

对于大跨空间结构、多塔结构的地震作用计算，特别是竖向地震作用计算时，往往需要计算大量振型才能满足要求有效质量系数的要求。子空间迭代方法计算耗时大，对计算机硬件要求高。多重里兹向量法可以用较少的计算振型数即可满足有效质量系数要求，使得大型结构的计算效率得以大幅提高。下表比较了两种方法达到同样有效质量系数要求时所需振型数的不同。

表 3-2 新旧版本计算性能比较

14 增加局部振动的识别与定位

新版本提供了结构局部振动的识别和定位功能。当程序识别出结构存在局部振动时，将输出“WJZ.OUT”文件，同时，“计算结果”→“振型”→“局部振动”提供全楼和单层的方式查看局部振动的位置。结构不存在局部振动，该功能按钮将置灰。

图 3-65

局部振动一般是由于结构模型存在错误或缺陷造成的，如梁未能搭接在支座上造成梁悬空（见下图），结构局部刚度偏柔等。存在局部振动时，结构有效质量系数一般较小，地震作用计算结果不准确，一般应修改模型。

当采用较多的计算振型数时有效质量系数仍不满足要求，或采用程序自动确定振型数功能时长时间不能完成计算，此时结构可能存在局部振动。

部分结构的局部刚度偏柔是设计需要，程序也进行了识别和定位。局部振动提示是一种警告性提示，用户可视真实情况进行处理。

采用程序自动确定振型数功能（参数采用程序默认设置）模态分析迟迟未完成，此时可停止计算，将最多振型数量填写一个较小的数，如60，重新计算，计算结束后查看局部振动位置并修改模型。倘若该局部振动是用户有意为之，则可直接采用多重里兹向量法计算模态。

图 3-66

文本文件“WJZ.OUT”输出两部分内容，即局振振型对应的节点信息（节点号、节点坐标）和结构全部的局振节点信息。

图 3-67

15 受剪承载力突变形成的薄弱层自动调整

增加了受剪承载力不满足的楼层自动放大内力重新设计的功能。用户在参数中勾选该选项，程序自动对受剪承载力不满足的楼层自动放大内力，再进行一遍设计。

图 3-68

16 提高了生成传基础刚度的计算速度

改进了生成传基础刚度的计算方法，对于大体量的工程，特别是接基础节点数量很大的大底盘上多塔楼结构，生成传基础刚度部分能够提升计算速度十倍左右。

如下表所示工程，在酷睿I5 CPU 3.2G、4G内存的计算机上，生成传基础刚度，旧算法用时近2小时，新算法用时15分左右。

提高了生成传基础刚度的计算精度，解决了因不满足平衡校核而无法得到传基础刚度的问题。

SATWE生成传基础刚度时，默认考虑上部所有楼层的影响。也可以选择仅考虑底部若干楼层的刚度。对广义层模型，当选择仅考虑底部若干楼层的刚度时，程序不能自动将广义层的楼层编号转化为实际的楼层编号，因此对广义层模型，应直接选择考虑全部楼层的刚度。

图 3-69

表 3-3 新旧版本计算时间比较

17 丰富了备选地震波库

V2.2版中备选地震波数量较少，新版程序新增了近千条实际地震动记录。在每个特征周期分页下各增加了近百条实际地震动记录。

对于长周期结构，在V2.2版波库中很难选择出符合抗规要求的天然波。地震波库扩展后，可利用自动选波功能选取符合要求的地震波组合。

18 增加了自动筛选地震波功能

程序自动筛选符合规范要求的地震波组合。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第5.1.2条第3款及其条文说明对弹性时程分析地震波的选取作了详细的规定，本对话框即按照该条规定作为地震波组合筛选的控制条件。

自动筛选地震波组合对话框如图 3-70所示，由“备选地震波”、“待筛选地震波列表”、“地震波组合筛选控制条件”、“自动筛选地震波”四个功能区组成。

图 3-70

程序从该列表的所有地震波中筛选符合规范要求的组合。用户应从左侧“备选地震波”列表中选择一定数量的人工波和天然波作为程序筛选的范围，为了使用方便，也可以点击“全选”按钮把“备选地震波”中某特征周期下的地震波全部选择，但可能引起计算时间的增加。

19 改进梁、柱构件荷载剖分

因网格剖分，当梁被墙或板、柱被墙打断时，SATWE V3.1之前的版本对于梁和柱上的第2-4类外荷载（恒、活、人防）的剖分，会做一些简化处理。第2类梯形荷载会简化成均布荷载，第3、4类荷载在拐角处会做线性化处理。V3.1版本在荷载剖分时保持原荷载不变，这样会对结构分析和构件内力计算造成一些差异。

图 3-71 第2-4类荷载示意图

20 改进了高层建筑结构刚重比验算方法

对于除“框架结构”外的结构体系的刚重比计算，增加基于风荷载的刚重比计算。计算方法如下：

对承受任意形式的水平荷载的高层建筑：

图 3-72

基于杆件理论推导出等效刚度计算公式：

其中：

ui为第i层水平位移。

这是适应性更强的计算公式，使得刚重比验算更加合理。

新版本中采用规定水平力及风荷载、按照上述方法分别进行了结构整体稳定验算，并分别输出结果。

由于方法的改进，新旧版本计算结果可能略有差异。

1 新增施工模拟4：可考虑构件拆卸的施工模拟算法

图 3-73 新增参数“施工模拟4”和“按杆件输入的连梁采用壳元模型”

PMSAP过去提供的施工模拟3，已经可以支持逐构件定义施工次序，但构件不允许拆卸。在实际工程中，特别是对于某些特殊体型的结构，为了保证施工能够正常、安全地进行，常常要借助临时的支护结构，这些支护结构，只有在结构刚度和强度充分形成后，才允许拆除。临时支护结构的介入和拆除，将对结构的内力和变形反应造成影响，为了设计的安全性，有必要在施工模拟计算中，考虑这些影响。PMSAP-V3.1提供的施工模拟4，即为实现此目的。

程序在参数“总信息”属性页的“施工模拟”菜单条下，新增了选项“施工模拟-4”（图 3-73）。当在单构件上完整定义了施工次序（对永久构件）和施工―拆卸次序（对临时构件），用户可选择施工模拟4进行计算。值得指出，当结构仅有永久构件、不存在临时构件时，只要在单构件上完整定义了施工次序，施工模拟4和施工模拟3均可选择，但这时需要注意，施工模拟4和施工模拟3的计算结果会有一定差异，原因是PMSAP的施工模拟3含有一定比例的一次性加载反应，而施工模拟4则不含一次性加载反应。

当结构含有临时构件时，施工次序中必然包含拆卸次序。假设共有n个施工次序，那么对于任一个施工次序，它要么是纯粹的“建造”次序，要么是纯粹的“拆卸”次序，或者说在同一个施工次序中，不允许同时包含“建造”和“拆卸”两种施工属性。这是计算本身的要求，也是程序的强制约定，用户在自定义构件的施工次序时，须明确并遵守此原则。

对于永久构件，程序给出第n个施工次序结束时最终的内力反应，并用于设计；对于临时构件，程序给出拆卸前构件的最终内力状态并用于设计。当施工完毕，临时构件必全部拆除，因此临时构件上除了存在恒荷载工况的内力反应，与其他工况（活荷载，风荷载，地震等）对应的内力反应均不存在，程序以0标示。

2 新增“连梁的壳模型计算方式”

PMSAP中的连梁有两种，一种是用户按照杆件在建模软件中直接输入的，一种是由开洞墙间接形成的。前者按照Timoshenko梁模型计算，后者按照壳元模型计算。从理论上讲，当连梁的跨高比较小时（比如L/H<3），剪切变形趋于复杂，因而基于常剪应变的Timoshenko梁模型显得刚硬。为了计算更为准确，PMSAP-V3.1提供了连梁的壳模型计算方式。

程序在参数“总信息”属性页的“剪力墙信息”菜单条下，新增了选项“按杆件输入的连梁采用壳元模型”。如上所述，对于小跨高比的连梁，壳模型将是更为准确的。

3 新增功能：“风荷载计算考虑连梁刚度折减系数”

图 3-74 新增参数“风荷载计算考虑连梁刚度折减系数”

当风荷载作用水准提高到100年一遇或更高，在承载力设计时，应允许一定程度地考虑连梁刚度的弹塑性退化，即允许连梁刚度折减，以便整个结构的设计内力分布更贴近实际，连梁本身也更容易设计。

程序在参数“风荷载”属性页的“主体结构水平风荷载信息”菜单条下，新增了参数“风荷载计算考虑连梁刚度折减系数”。该系数缺省值为1.0，表示连梁刚度不折减。用户可根据需要填写合适的折减系数。如同地震下连梁的刚度折减系数不宜过小一样，建议风荷载作用下的连梁刚度折减系数不宜小于0.8（此建议值参见广东高规5.2.1条）。

值得指出，程序对于风荷载作用下结构的内力和变形采用两种算法：仅当计算风荷载作用下的结构内力时考虑连梁刚度折减系数；计算风荷载作用下的结构变形时，则永远按照结构的原始弹性刚度，不考虑连梁刚度折减。换言之，风荷载作用下的结构连梁刚度折减系数，不影响结构楼层在风荷载作用下的位移角，只影响结构设计内力和构件配筋。

除了在参数中指定全楼统一的“风荷载作用下的结构连梁刚度折减系数”，程序还允许对单根连梁逐一指定不同的折减系数，而且单构件上的定义总是具有最高的优先级。

4 新增功能：单向少墙结构的体系界定及墙面外设计

图 3-75 墙面外设计及偏拉构件设计参数

由于建筑户型创新，近年来出现了一种单向少墙结构。这类结构通常在一个方向剪力墙密集，而在正交方向剪力墙稀少，甚至没有剪力墙。

在一般的框剪结构设计中，剪力墙的面外刚度及其抗侧力能力是被忽略的，因为在正常的结构中，剪力墙的面外抗侧力贡献相对于其面内微乎其微。但对于单向少墙结构，剪力墙的面外，成为一种不能忽略的抗侧力成份，它在性质上类似于框架柱，宜看作一种独立的抗侧力构件。

对单向少墙结构，首先存在一个体系界定问题。确切地讲，就是要正确统计每个地震作用方向框架和剪力墙的倾覆力矩比例和剪力比例。PMSAP统计剪力墙和框架柱倾覆力矩及剪力比例的基本方法，是按照构件来分类，也即所有墙上的力计入剪力墙，所有框架上的力计入框架柱，但这种方法不适用于单向少墙结构。假定一个结构只有Y向剪力墙，X向无墙，X向地震作用下剪力墙承担的倾覆力矩百分比应为0，但如果按照上述方法，在统计X向地震作用下剪力墙承担的倾覆力矩百分比时，却会得到很大的数值。正确的做法是把墙面外的倾覆力矩计入框架，这时X向地震作用下剪力墙承担的倾覆力矩百分比为0，从而可以判别此结构在X向为框架体系，与一般的工程认识一致。

程序在参数“设计信息”属性页中提供了两个选项，“剪力墙地震内力统计只考虑腹板及其有效翼缘”和“墙地震内力统计时面外内力分量计入框架”，就是为了能够正确界定单向少墙结构在每个方向的体系归类。对于单向少墙结构，这两个选项可以任选其一，结果相近。二者的区别是，选项“剪力墙地震内力统计只考虑腹板及其有效翼缘”适用于所有结构，而“墙地震内力统计时面外内力分量计入框架”则只用于单向少墙结构。

此外，对于单向少墙结构，还宜勾选“设计信息”属性页中“对结构中所有剪力墙自动做面外设计”选项，以计算剪力墙的面外主筋配筋，并进行抗剪验算。

5 新增功能：偏拉构件设计调整

按照规范，地震作用下，双肢剪力墙当任一肢出现偏拉状态时，要求将对偶肢的弯矩、

剪力放大1.25倍；当框架柱出现小偏拉时，要求直接将配筋放大1.25倍。

PMSAP-V3.1开放了这些放大系数供用户调整干预。同时对于大偏拉柱也开放了一个配筋放大系数，缺省为1.0（注：规范对于大偏拉柱并无放大配筋的直接要求）。

需要说明的是，由于地震作用的往复性，双肢剪力墙的其中一肢出现偏拉状态时，一般其对偶肢也会出现偏拉状态。基于此，PMSAP并不要求用户定义双肢墙，而是对于结构中的所有偏拉墙肢进行弯矩剪力的相应放大。这一放大对于处于偏拉状态但并非双肢墙的墙肢也是起作用的。

6 新增功能：自动扣除构件的重叠重量和质量

图 3-76 自动扣除构件的重叠重量和质量参数

PMSAP之前的版本，梁、柱、墙的自重均独立计算，不考虑重叠区域的扣除，多算的重量和质量作为安全储备。

为了满足设计的经济性需求，PMSAP-V3.1在“默认材料”属性页增加了“扣除构件的重叠重量和质量”选项。当勾选此项时，程序会自动考虑梁柱节点区以及墙与边框柱、墙中柱交接区的重叠，扣除相应的重量和质量。由于重量和质量同时扣除，恒荷载总值会有所减小（传到基础的恒荷载总值也随之减小），结构周期亦会略有缩短。

7 丰富了备选地震波库

详细描述见第四节第17项。

8 增加了自动筛选地震波功能

详细描述见第四节第18项。

V3.1版SATWE&PMSAP采用了通用的后处理模块。基于全新的PDB架构，无论采用SATWE计算还是PMSAP计算，均采用同一套后处理程序查看结果。

图 3-77

在统一的后处理模块中，提供了全新的“一键出计算书”功能，帮助设计师快速的生成图文并茂的精美计算书。

1 利用通用后处理程序进行SATWE和PMSAP的结果比较

采用基于PDB数据的通用后处理程序的一个好处是可以方便地比较SATWE和PMSAP的计算结果。

在同一个目录下分别选择SATWE和PMSAP进行计算后，V3.1版允许用户分别从第一条线（SATWE核心的集成设计）和第二条线（PMSAP核心的集成设计）分别打开两个后处理程序。由于采用了统一的数据格式和显示形式，用户比较两个程序的计算结果时非常方便。

例如某个工程分别采用SATWE和PMSAP计算后，如图 3-78所示同时打开两个后处理程序，分别查看SATWE和PMSAP计算结果。

图 3-78

2 一键生成计算书

“一键出计算书”功能旨在帮助设计师快速地生成图文并茂的精美计算书。

新版本软件在计算书中将计算结果分类组织，依次是设计依据、计算软件信息、主模型设计索引（需进行包络设计）、模型概况、工况及组合、质量信息、荷载信息、立面规则性、抗震分析及调整、变形验算、舒适度验算、抗倾覆和稳定验算、时程分析计算结果（需进行时程分析计算）、超筋超限信息、结构分析及设计结果简图等十六类数据。

为了清晰的描述结果，计算书中使用表格、折线图、饼图、柱状图或者它们的组合进行表达，用户可以灵活勾选。

在打印输出时，软件提供了彩色、黑白两种风格供用户选择。计算书文件类型上软件也提供了Word格式、PDF格式及txt格式。

由于各个设计院的计算书格式不尽一致，所以软件提供了模板定制功能。每个院都可以定制自己的模板，然后导出到各台电脑上，以后需要用到该模板时，可以直接导入，不需要重复进行设置。对于需要进行特殊定制的高级用户，可以在“计算书设置”菜单中进行精心的设置，这样就可以输出最符合自身需求的计算书。

2.1 计算书设置

软件提供了丰富的设置功能，用户可以定制计算书的以下内容：

（1）封面；

（2）内容；

（3）纸张；

（4）页眉页脚；

（5）字体；

（6）表格样式；

（7）图形样式；

（8）输出格式；

（9）模板

在封面设置中，会提供一种固定的样式，包含标题、项目编号、项目名称、计算人、专业负责人、审核人、日期、示意图和公司名称，用户可以通过勾选的方式选择采用。

在默认的样式中，标题会自动指定。对于主模型，将采用工程路径名。对于子模型，将采用子模型名称。其余内容需要用户手工填写。

示意图一般为建筑效果图。建议用户选择一幅精美的图片，可以为计算书增色不少。当然，用户也可以不指定，这样封面中间会是一片空白。

图 3-79

如果用户需要的是一份常用的计算书，可以不用设置此处。因为软件已经按照标准模板设置了默认项。

如果用户的工程有特殊性，或者有更多需要关注的内容，那么用户可以自己定制计算书的格式及内容，具体定制方法见后文“计算书内容定制”部分。

用户可以分别指别文本与图形两部分的纸张大小。软件提供了A3和A4两种纸张。纸张方向可以指定纵向或横向。

同时，也可以指定分栏数及页边距。详图不会受分栏数目的影响，只输出一栏。

图 3-80

用户可以在此处指定页眉、页脚的内容和位置。

【页眉】：

一般情况下，页眉指定为文本。如果用户需要放置一个精美的公司logo图标或者其它图片，可通过“插入logo图标”来实现。

【页脚】：

页脚一般输出页码。可以是“第1页”，或者“- 1 -”，或者“1”，或者“1/5”这几种方式。当然也可以指定固定的一段文字。

用户可以分别指定各级目录、正文、表格、图名、页眉页脚的字体，也可以设置字体的名称、字号、是否加粗、是否加下划线。

表格样式支持5种：

1）三线式（三条线都为细线）；

2）三线式（顶底两条线为粗线，中间线条为细线）；

3）除两侧无边框线之后，其它部位都表格线，顶底两条线为粗线；

4）所有表格线都绘制，项底两条线为粗线；

5）所有表格线都绘制，且都为细线。

图 3-81

打印输出时，考虑到有些用户只有黑白打印机，或者更喜欢输出黑白两色的风格，而另一些用户更倾向于彩色效果，所以这里软件提供了彩色、黑白两种风格供用户选择。

如果勾选了“是否保存原始文件”，对于WORD格式的计算书，我们可以通过点击图名便打开原始T图（或DWG图）以便手工修改。修改完图片之后，点击保存，则在下次生成计算书时，则会应用用户修改之后的图形。

如果一张图中的曲线过多影响美观，这里可以设置折线图上线条数量上限。

如果计算书中T图所占的篇幅过长，这里还可以设置T图自动分图最多张数。

用户以选择输出计算书输出格式。我们支持三种输出格式：

1）WORD文件docx格式文档，可以在word2007及以上版本中打开；

2）PDF文档；

3）Txt文档。

Docx及PDF格式输出内容一致，格式丰富多彩，支持分栏，可以插入图片。Txt格式只提供文本和表格，且不分栏，没有图形。

单击计算书设置窗口左下角的，可以弹出模板设置相关按钮，如图 3-82。

图 3-82

模板样式下拉菜单可以从中选择已有的模板样式，一开始有标准模板和完整模板两种样式。程序默认选择标准模板样式。标准模板样式是一些常用的设置，一般情况下，用户选择该项既简洁，又涵盖了所有必需的内容。完整模板样式正如它的名称一样，会勾选全部计算书内容。

在模板样式下拉菜单中选择某一种样式后，点击，可以将所选模板样式应用到计算书设置中；点击可以将所选模板样式从下拉菜单列表中删除。点击，会弹出命名对话框，可以将当前的计算书设置保存到新的样式中，并添加到模板样式下拉菜单中。

先点击计算书设置窗口右下角的【保存】按钮，再点击，可以将当前的计算书设置导出到电脑中，另存为XML模板文件（没有先点击【保存】则导出修改前的计算书设置模板）。点击可以导入电脑中的XML模板文件的计算书设置，并添加到模板样式下拉菜单中。点击，计算书设置会恢复到标准模板的设置。

对计算书设置进行更改后，点击【保存】，可以保存当前的计算书设置（但不会保存到当前的模板样式中），之后退出程序再进入到计算书设置，程序默认使用【保存】后的设置。如果没有【保存】，退出程序再进，程序默认使用之前的计算书设置。

点击【生成计算书】按钮：不管是否保存，会以当前的计算书设置一键生成计算书。

在计算书内容设置的页面里，右侧为所有备选项，左侧为计算书中将包含的内容。用户可以按以下几种方式定制计算书的内容。

添加右侧项到左侧计算书目录有以下三种方法：

（1）在右侧框中勾选某项，左侧将在同一父项下出现，如图 3-83。

图 3-83

（2）在右侧选择需要增加的项，左侧选中插入位置，然后点击中间左移按扭（上面的单箭头的狭长按钮），则右侧项将添加到左侧指定位置，如图 3-84。中间还有一个较小的双箭头按钮，点击该按钮，会将右侧所有项添加到左侧，位置顺序两侧对应。

图 3-84

（3）可以通过鼠标拖动右侧某项到左侧某项下面，如图 3-85。

图 3-85

删除左侧计算书目录内容的方法也有三种方法：

（1）取消勾选右侧某项，左侧计算书目录对应的内容会自动删除。

（2）选中要删除的内容，点击计算书目录内容框下方的【删除】按钮，即可删除所选内容。旁边的【清空】按钮，点击会删除计算书目录的所有内容。【删除】和【清空】位置如图 3-86蓝色方框圈出。

（3）用鼠标将所选项拖动到计算书目录内容框外，可以看到鼠标变成红色叉号，松开左键即可删除所选项，如图 3-86。

图 3-86

计算书目录顺序及编号设置可以通过计算书目录内容框下方的【上】【下】【左】【右】和【编号设置】进行编辑，如图 3-87。

【上】【下】可以调整所选目录的前后位置；【左】可以将所选子目录变成高一级的父目录；【右】可以讲所选父目录变成低一级的子目录；【编号设置】可以设置各级编号的样式。

另外，【上】【下】【左】【右】的功能也可以通过鼠标拖动所选目录到相应位置来实现。

图 3-87

图 3-88

有些计算目录文字后面有若干个彩色的或者灰色的小图标，如图 3-88，单击或者双击这些小图标可以对计算书中图表的输出进行设置，如文本表格内容、折线图、饼图、柱状图等内容。

（1）双击小图标，可以控制单项设置的开关，此处可控制单项结果的指定内容是否输出。小图标为彩色（带勾）时，表示计算书输出该项内容，小图标为灰色（不带勾）时，表示计算书不输出该项内容。

（2）单击小图标，将弹出设置窗，可对单项结果进行详细的设置，下面以“风荷载信息”的表格输出和折线图输出设置进行说明。

1）表格内容控制

单击图标之后，将弹出以下对话框：

图 3-89

在这里用户可以控制要输出哪些表格，也可以控制表格中要输出哪些指标项。

2）图形内容控制

单击可以设置折线图内容。

这个对话框中可以设置要输出哪些折线图，如图 3-90。

此外，左上角可以设置展示方式、楼层作为x轴或y轴。下方可设置是否多塔数据合并、并图组合方式。

图 3-90

对于同量纲的指标项，用户可以指定“多指标同图”，则这些指标将绘制在同一张图上。如对于质量分布曲线图，如果指定“多指标同图”，则恒载质量、活载质量等将绘制在同一张图上。

对于有多个塔的工程，用户可以指定“多塔同图”，那么在同一张图上，对于某一指标将绘制多根折线，每根折线对应一个塔的数据。

有些指标项，对于每个工况会有一个计算结果。这时，如果用户指定“多工况同图”，那么将把多个工况的折线图绘制在同一张折线图上。

如果同图的折线数量过多，可以调整折线图上线条数量上限，见2.1.7。

另外，有些指标项，用户可以不分塔输出，而是汇总各个塔的数据。那么你只要勾选“多塔数据合并”即可。

选项设置好之后，点击【应用到图集】按钮。这时，用户通过可以看到各张折线图，如图 3-91。

查看过程中，如果用户觉得有些折线图上坐标值太大或太小了，可以通过修改列表中的量纲项来调整坐标值的大小。

对折线图各项参数进行修改后，可点击【应用到图集】可将修改后的图集添加到右上方的图集框内，需要提到的是，对于同一数据对应的折线图，由于设置不同（如量纲、同图方式等），是可以多次添加到图集中的，当然，它们的展示效果也自然不同。

在图集框内点击各折线图可以在右下角查看所选图，点击【移除】可以将所选的折线图从图集框内删除。计算书会输出图集框内所列出的所有折线图。

图 3-91

软件提供了两种分图方式：

1、统一分图；

2、单项分图。

统一分图可以直接一键切割T图，应用到所有已选子项中。

如图 3-92，点击计算书目录中“结构分析及设计结果简图”后面的，进入统一分图的界面。（计算书左栏或者右栏点击均可）

进入统一分图窗口，如图 3-93，图中右上方红框内是自动分图相关参数。左侧黑色方框是用于查看和编辑T图图集的图形区；右下方红框内是总图集及其相关功能。右上方和右下方的问号是关于分图的相关说明，用户可以点击查看。

操作流程为：1）输入统一分图参数；2）点击自动分图，在总图集中生成T图集；3）编辑T图集；4）完成分图。

图 3-92

图 3-93

1）统一分图参数

自动分图参数包括最小字高、最大分图张数和楼层。各参数的含义如下：

【最小字高】：T图中文字的最小高度。

【最大分图张数】：一张完整的T图最多可分割的张数，最多可选择50张，即便不勾选目前也不允许超过50张。

【最小字高】和【最大分图张数】均会影响分图结果，只勾选其中一项或者同时勾选会产生不同的分图效果。

方式1： 当只控制最小字高时，会保证图面上的最小字符满足字高的要求，所有字符在T图中的比例不会改变。这种方式原则上不控制分图张数，但仍然不能超过50张。如果50张子图仍然无法覆盖原来的整张T图，则未包含部分需要在图形区对图集进行编辑，手动添加子图布局。

方式2： 当只控制最大分图张数时，程序会先按照最小字高进行分图。如果分图数不超过最大分图张数时，则分图结束；如果分图数超过最大分图张数时，则T图会按照最大分图张数重新分割，此时的最小字高一定会小于设定的最小字高。同样这种方式仍然会保持字符在T图中的比例，但对于字高却失去了控制。

方式3： 当两项都控制时，程序会在方式2的基础上再调整字高至满足最小字符字高满足要求，也就是说这种方式有可能会改变字符对于整个T图的比例。

【楼层】：指需要添加T图的楼层。楼层有两个选项和一个补充指定，两个选项分别为统一规则和自定义规则。统一规则的下拉菜单中为多选选单，选单包括地下层、地上1层、转换层、顶层、标准层、每层、每隔5层。选择自定义规则时，点击旁边的设置，会弹出一个详细的选项框，用户可以指定对不同类型的简图分别指定不同的楼层。补充指定可以从下拉菜单中选择楼层，也可以手动输入楼层号。手动输入时，不连续楼层之间用逗号各开，连续楼层可用最低、最高楼层号中间加连字符表示。如填入1,3-5,7表示第1、3、4、5、7层五个楼层。

自动分图参数设置好以后，点击旁边自动分图，程序会根据用户设定的参数自动完成分图，如图 3-93。

2）总图集

自动分图完成后，用户可以在右边的红框内的总图集中看到自动分图的结果。需要注意的是，如果之前用户做过分图的操作，总图集中会存在一些图集。而该处自动分图结果是会直接覆盖掉原有图集的。

总图集框下方有四个按钮，分别为编辑选项原始T图、移除选择项、全选和全取消。四个按钮功能分如下：

【编辑选项原始T图】：点选总图集中的某一个图集（勾选图集左边的方框），点击编辑选项原始T图，可以打开程序自带的图形编辑程序，可对该T图图集进行编辑修改。

【移除选择项】：勾选图集，点击移除，程序会将所选择的图集从总图集中删除。

【全选和全取消】：勾选所有图集或者取消勾选所有图集，用于批量操作。

图形区和总图集之间有两个细长的按钮，分别为应用到选择项和显示首选项，功能如下：

【显示首选项】：勾选某几个图集，点击显示首选项，左边黑色的图形区会显示所选图集中最上面的图集的具体的分图布局，用户有需要可以在图形区中对所查看的图集布局进行修改。

【应用到选择项】：在图形区中可对图集的分图情况进行修改，然后点击应用到选择项，可以将修改后的分图布局替换掉总图集中勾选图集的分图布局。

需要注意的是，其它类型的图的切图方式无法通过【应用到选择项】应用到荷载简图。

3）图形区操作

参见后面单项分图部分。

4）完成分图

完成各层图集的分图后，点击右下角的【所有图集应用到计算书】即可保存当前总图集中的所有结果并更新到计算书目录中，如图 3-94。如果点击【关闭】，则程序不对计算书目录作任何更改。

图 3-94

以结构平面简图为例进行说明。如图 3-94，点击图中“结构平面简图”后面的进入到单项分图界面。（对于之前没有勾选的简图类别，如“柱长细比简图”，也可以点击其后面的进行编辑。）

进入单项分图界面，如图 3-95，窗口左上方可以选择自动或者手动。

（1）自动分图

选择自动，可以看到图 3-95中上方框内是自动分图相关参数。下方黑色方框是用于查看和编辑T图图集的图形区；右方框内是总图集及其相关功能。右上方和右下方的问号是关于分图的相关说明，用户可以点击查看。

自动分图操作流程为：1）选择自动，输入自动分图参数；2）点击自动分图，在总图集中生成T图集；3）选择要修改的T图集进行编辑；4）完成分图。

图 3-95

1）自动分图参数

自动分图参数包括最小字高、最大分图张数、楼层以及补充指定。各参数的含义可参见前面统一分图部分。

自动分图参数设置好以后，点击旁边自动分图，程序会根据用户设定的参数自动完成分图。

2）总图集

自动分图完成后，在右边的总图集中看到自动分图的结果，如图 3-96。

该处自动分图结果是增加所选层的图集合并到总图集中，不会删除总图集中原有的图集。但是，如果总图集中原有的某一层图集，在参数设置中该层被选中进行重新分图，那么该层新的分图图集会替换原有图集。如图 3-96第八层和第五层简图图集。

图 3-96

总图集框下方有四个按钮，分别为修改T图、移除、上和下。四个按钮功能分如下：

【修改T图】：点选总图集中的某一个图集，点击修改T图，可以打开程序自带的图形编辑程序，可对该T图图集进行编辑修改。

【移除】：点选总图集中的某一个图集，点击移除，程序会将所选择的图集从总图集中删除。

【上和下】：用于调整所选图集在总图集中的排序位置，程序最后输出各图集时，按照该处总图集中各图集从上到下依次排序输出。

图形区和总图集之间有两个细长的按钮，分别为保存至列表和查看，功能如下：

【查看】：选择某个图集，点击查看，则用户可以在左边黑色的图形显示框中看到该图集的具体的分图效果，户有需要可以在图形区中对所查看的图集进行修改。

用户也可以通过双击图集来【查看】图集。

【保存至列表】：在图形区中可对图集的分图情况进行修改，然后点击增加，可以将修改后的图集替换掉总图集中对应的原图集。（如果是手动分图中新加载的T图进行编辑，点击保存至列表后则是直接加到右边总图集中）

3）图形区操作

在总图集中选择某图集查看，可以在图形区中看到该图集的相关图示以及各子图的布局情况。布局框由三部分组成：虚线内框、实线外框和框内的数字序号。图形区中各子图布局图框的虚线框表示各子图实际会显示的范围，实线框表示纸张的大小。子图布局框内的数字序号是各子图在该图集中的序号，也是出图顺序。

图形区内的基本操作与PKPM中一致，左键确定，右键退出，滚轮缩放，按住滚轮平移。图形区中图集的编辑修改方法，可参见图形区下方的功能提示，具体为：（1）TAB键可以切换分图布局的横竖图幅；（2）ESC用于取消选择和当前操作；（3）双击某分图布局框内可以修改子图的出图顺序；（4）最小字高设置将影响图幅大小；（5）上下方向键可以微调布局大小，如图 3-97。

图 3-97

图形区左上角有两个小按钮，分别是增加布局、删除布局，右上角有三个小按钮，分别是增大字高、减小字高和充满显示。

【增加布局】是指增加一张子图布局，原有子图布局不变，增加的子图布局大小、位置由用户指定。操作流程为：1）左键点击增加布局；2）使用TAB键和上下键对布局框进行调整；3）移动到需要增加布局的位置，左键确定，即可布局完成。如果中途想退出命令，可以点击右键或者按下ESC键。

【删除布局】是指删除某一张子图布局（删除子图布局图框和编号，对原T图图素无影响），其余子图不变。操作流程为：1）左键点击删除布局；2）点击要删除的布局；3）弹出警告对话框点击确定，即可删除布局。或者也可以，先选中删除的布局，然后点击删除布局按钮，此时会直接删掉所选布局。

【增大字高】【减小字高】可以调整图中文字大小，直接点击即可调整图形区中文字大小。

【充满显示】是将所有图素调整为刚好充满整个图形区。

如果需要修改布局序号，直接双击布局框内即可，点击的地方在各多布局框内，则会选中当前图中序号最小的布局框。

修改完成后，点击保存至列表，可将修改后的图集替换到右侧总图集中，如图 3-97。

4）完成分图

完成各层图集的分图后，点击右下角的确定即可保存当前总图集中的所有结果并更新到计算书目录中，如图 3-98。如果点击取消，则程序不做任何更改，保持进入分图界面前的结果。

图 3-98

（2）手动分图

选择手动，如图 3-99，可以看到图中上方红框内是手动分图相关参数。下方黑色方框是用于查看和编辑T图图集的图形区；右方红框内是总图集及其相关功能。右上方和右下方的问号是关于分图的相关说明，用户可以点击查看。

手动分图流程为：1）选择手动，输入手动分图参数；2）点击加载，在图形区生成所选择的T图；3）选择要修改的T图集进行编辑，保存到总图集中；4）完成分图。

图 3-99

1）手动分图参数

手动分图参数包括楼层、图名以及最小字高。各参数的含义如下：

【楼层】是指需要添加T图的楼层。可以从下拉菜单中选择楼层，也可以手动输入楼层号。手动输入时，不连续楼层之间用逗号各开，连续楼层可用最低、最高楼层号中间加连字符表示。如填入1,3-5,7表示第1、3、4、5、7层五个楼层。

【图名】是自动生成的，图名中的层号会根据前面填写的楼层号而变化，不需要用户填写。

【最小字高】是T图中文字的最小高度。

设置完手动分图参数后，即可点击右边的加载按钮，加载所需要楼层的相关T图，加载后的T图会在下方的图形区中显示，如图 3-99。

2）图形区操作

图形区相关说明参见自动分图的图形区操作部分。

3）总图集

总图集相关说明参见自动分图的总图集部分。

4）完成分图

完成各层图集的分图后，点击右下角的确定即可保存当前总图集中的所有结果并更新到计算书目录中。如果点击取消，则程序不对计算书做任何更改。

3 后处理新增墙面外设计模块

图 3-100

补充验算部分增加了墙面外设计的功能。在执行这项功能之前，用户需要保证整个工程执行了完整的计算。在该模块中，程序会根据用户指定的暗柱范围，读取有限元分析结果，提取暗柱范围内的墙内力作为暗柱设计的内力，计算暗柱范围内的配筋结果，作为暗柱的配筋依据。

如图 3-101所示楼面梁与墙面外搭接，需考虑墙的面外承载力问题。

图 3-101

用户可以点击“整层设计”按钮来对当前层进行墙面外设计。用户首先需要输入一些参数来帮助程序选出进行面外设计的墙。点击“确定”后，程序会自动对符合条件的墙进行设计（目前程序仅考虑梁墙交点处无柱的情况）。

图 3-102

程序自动计算得出面外配筋结果如图 3-103。图面上墙肢上方输出的是暗柱全截面配筋面积(cm2)和配筋率，墙肢下方输出的墙肢编号。

图 3-103

如果用户对程序自动计算的结果不满意，还可以通过“局部设计”按钮来修改墙面外设计范围，或者指定是否对某片墙做面外设计。“文本展示”按钮则输出了每片墙的计算信息，便于用户校核。

图 3-104

4 通用后处理模块内力符号规则说明

构件是建筑结构设计的主要对象，包括柱、支撑和梁，即便对于墙，PKPM也是将其视作墙柱、墙梁来设计。在结构分析和设计的过程中，一个非常重要且无法回避的问题就是确定杆件的局部坐标系。这是因为物理量（比如力、变形）的数值描述只有在某一具体的坐标系下才有意义。杆件的局部坐标系贯穿结构分析、设计的整个过程，因此约定一套通用、简便的局部系就显得非常重要。SATWE软件中各类杆件的局部系定义各不相同，容易给用户造成混乱，对此SATWE V3.1版采纳了PMSAP中局部系的定义。具体如下：

首先由杆件的I节点指向J节点定义为局部系的1轴，记做。第1轴确定后，第2、3轴的平面就确定了。为了确定第2、3轴，需要先确定第2轴的参考轴。方法为：

情形1：若平行（），则取；

情形2：若不平行，则取。

确定后，由确定第3轴的参考轴。此时，，构成标准正交坐标系。由于局部系的第2、3轴需沿着杆件截面的惯性主轴方向，因此第2、3轴，需要由参考轴，绕旋转某一角度得到，

则，

也可由直接绕旋转角度得到，写成，其中为一正交矩阵，由和确定。最后得到。

角度由杆件的轴转角和截面的转角共同确定，其中杆件的轴转角为PMCAD中用户输入的构件信息，截面的转角指截面惯性主轴的角度。

下面分别以柱和梁为例，介绍构件的局部系。

SATWE中一般情况下柱是竖直的，且I节点在下、J节点在上，则

，，，，

局部系如下图所示，1轴竖直向上。

图 3-105

对于SATWE中的梁，假设两端等高且，则

，，，，

局部系如下图所示，3轴竖直向上。

图 3-106

具体到杆件内力的正负号，I节点处截面外法向与1轴相反，内力与局部系方向相反为正；J节点处截面外法向与1轴相同，内力与局部系方向相同为正。需要特别注意的是，对于SATWE V3.1版的梁，面内剪力的符号是Q3，面内弯矩的符号是M2，且面内弯矩以梁的上侧受拉为正，与旧版的SATWE相反。

针对JCCADV2.2版本用户反映的交互操作流程不方便、网格划分不理想、冲切计算反力取值等问题，JCCADV3.1版本进行了全面的修改和功能的扩充，并给出了完整的解决方案。JCCADV3.1版本改变了界面及菜单的排布方式，使得基础设计操作流程简化，易用性大大增强。对参数做了进一步整合，参数输入比以前更简洁。冲切计算反力取值增加了取有限元计算结果选项，提高冲切计算结果准确性。采用新的网格划分方法，提高网格划分质量，有限元计算结果合理性有了较大改善。增加后处理三维显示功能，改良用户体验。

JCCAD V3.1版本使用Ribbon界面设计，上部结构建模、计算、基础设计、施工图在同一界面下操作完成。基础内部建模、计算、结果查看、施工图等模块统一到同一个菜单文件中。避免用户不同设计阶段要切换到不同的EXE菜单文件中，大大简化操作流程，提高工作效率。

图4-1

JCCAD V3.1版本采用平铺菜单设计，各个模块采用全新的菜单组织，使程序的主要功能完全展现在用户面前，方便用户学习使用。

菜单(1)提供基础模型数据相关命令，包括“保存工程文件”，“导出基础数据”，“导出PBIM模型”，“恢复模型”，“导入DWG图”。

图4-2

菜单(2)包括基础模型、地质模型、承台计算、梁元法计算、板元法计算、拉梁计算、沉降计算、结果查看、基础施工图等模块相关的操作命令。

菜单(3)提供快捷命令如下，包括“平面显示”，“三维线框显示”，“三维渲染显示”，“保存基础模型”，“导出T图”，“显示控制”，“删除构件”，“改字大小”等命令。

JCCAD V3.1版本程序中，大量的使用可停靠对话框、无模态对话框等编程技术，重新调整用户建模交互操作，带给用户全新的使用体验。

JCCAD V3.1版本基础构件的定义与布置采用统一的菜单方式，同时对于独基、砌体墙下条基、柱下桩承台等基础，依然保留程序自动生成的功能。

图4-3

JCCAD V3.1版本对筏板布置编辑功能进行了调整，各类筏板及防水板不需要定义可直接布置。点击菜单后会弹出下图所示对话框。可输入筏板厚度，筏板底标高，选择特殊属性、布板方式及挑出宽度。大大减少了用户操作步骤，方便快捷的布置筏板。

图4-4

筏板的修改也更加方便。用户可以通过构件属性列表来修改筏板信息，也可以利用菜单中的“改板信息”来修改已经布置的筏板的基本信息，包括筏板厚度、筏板底标高及筏板属性。操作步骤：输入修改后的筏板信息，选择需要修改的对象筏板，鼠标右键，点“选择完毕”，完成筏板信息的修改。点击“改板信息”菜单后，可以点选或框选筏板图素，批量修改筏板的属性，也可通过勾选“删除选中的筏板”命令删除选中筏板。

图4-5

用户可以用鼠标左键双击对应的构件（如柱下独基），程序在右侧弹出对应构件的布置和定义信息，表格里的布置信息可以交互修改，而定义信息要点击“修改定义”按钮进入构件定义菜单修改相关的定义信息。

图4-6

在用户退出基础建模程序时，程序会自动运行模型检查功能，方便用户对输入的基础模型正确性进行校核。

图4-7

JCCAD V3.1版本程序中，大量的使用可停靠对话框、无模态对话框等编程技术，重新调整用户建模交互操作，带给用户全新的使用体验。

JCCAD V3.1版本包括以下数据存取功能：保存工程文件，随时保存数据文件。

导入基础数据，导入已经保存的基础数据。

更新上部数据：包括更新上部PM模型数据或者更新Spas数据。

更新上部数据的同时对于基础数据，程序提供三种不同的处理方式，即：更新上部数据同时保留基础数据，更新上部数据保留部分基础数据，更新上部数据不保留基础数据。

图4-8

在“工具”栏里设置“定时存盘”功能，用户设定定时存盘的时间间隔（单位：分钟），并且执行任何一项操作命令时，程序会自动检测时间间隔,如果时间间隔大于设定的时长，或者用户执行了“保持工程文件”命令，程序将基础数据自动存盘备份，备份的文件名为jcsr30.1jc，jcsr30.2jc，jcsr30.3jc... …jcsr30.9jc，如果文件名都用完，则从jcsr30.1jc开始循环使用。

用户可以通过总菜单下“恢复模型”功能恢复已经定时存盘的文件。

图4-9

JCCAD V3.1版本保留原有版本程序所有的荷载相关功能，同时新增“荷载导出”与“荷载导入”功能。用户通过“荷载导出”功能可将已经读取或者手工输入的荷载标准值导出为固定格式的EXCEL文件，并对该文件进行编辑，再将保存好的EXCEL荷载文件导入到基础模型中，也可直接将其它方式编辑生成的相同格式EXCEL文件导入到JCCAD中。每个EXCEL荷载文件包括点荷载和墙梁荷载两个工作表，每个工作表分别包括以下荷载形式(按顺序)：

Ÿ 恒载

Ÿ 活载

Ÿ x向风荷载

Ÿ y向风荷载

Ÿ x向地震荷载

Ÿ y向地震荷载

Ÿ 竖向地震荷载

Ÿ 平面恒载

Ÿ 平面活载

Ÿ 附加恒载

Ÿ 附加活载

Ÿ 吊车荷载1

Ÿ 吊车荷载2

Ÿ 吊车荷载3

Ÿ 吊车荷载4

Ÿ 吊车荷载5

Ÿ 吊车荷载6

Ÿ 吊车荷载7

Ÿ 吊车荷载8

为便于用户只对一部分荷载数据进行编辑，导入导出的荷载形式可以进行预先选择，在上图所示的对话框中对于需要导入导出的荷载项进行勾选尽可。

图4-10

对于除平面和附加荷载之外的其它荷载，新版程序支持按照SATWE和PMSAP两种方式的荷载导入，在荷载文件导入之前由用户指定。

图4-11

JCCAD V3.1版本将基础设计的相关参数做了进一步整合，将所有基础类型的基本参数统一到一处“参数设置”菜单里，使得参数设置更加高效统一。

图4-12

独基、条基自动布置功能提供参数，单独修改该独基计算用的地基承载力和覆土重。

图4-13

独基、条基自动布置功能增加“计算模式”和“验算模式”选项。其中：

在计算模式下，重新生成独基的时候，原来布置的独基将被替换删除。

在验算模式下，重新生成独基的时候，生成的独基与原来已经布置的独基进行比较，如果新生成的独基底面积大于原有独基，则替换原有独基，如果新生成的独基小于原有独基底面积，则保留原有独基，不重新生成。

图4-14

另外，增加“独基归并”菜单，先在“参数设置”里设置相应的归并系数（默认值0.2），再点击该菜单，独基可以单独执行归并操作。

独基增加“多柱墙基础”菜单，用于实现自动生成剪力墙下独立基础功能。可以通过围区方式选择需要生成独基的墙体、柱，程序将墙、柱简化为外接矩形柱，荷载采用矢量叠加的方式集中到外接柱子的型心处。

图4-15

程序提供单独修改地基承载力特征值和基础埋置深度的命令“改承载力”。

图4-16

在基础“基础模型”“工具”菜单下提供“生成广义温克尔数据”菜单项，用于与梁元法计算中的参数“采用广义温克尔模型计算（修正解模型）”配合使用。

图4-17

弹性地基梁承载力校核图形结果统一在结果显示中输出，并且可以保存为T图，方便结果整理。

图4-18

图4-19

桩承台增加“多柱墙承台”功能，JCCAD V3.1版本能自动生成剪力墙下桩承台。生成过程类似于联合承台的生成方式，剪力墙的荷载按矢量合成的原则叠加成为剪力墙下联合承台的荷载。

点击“多柱墙承台”菜单后，在平面图上用围区布置、窗口布置、轴线布置、直接布置等方式布置选取需要程序自动生成基础的柱、墙，选定后，在弹出的布置信息对话框里（如图4-20），输入相应的布置信息。标高输入的含义可以参考独基的相关内容。对于多柱基础，还应该选择基础底面形心是按柱的几何形心还是按恒+活荷载的合力作用点生成。勾选单独修改桩参数可以修改承台桩的长度。如果自动生成的基础位置原来已经布置了基础，则原来的基础会自动被替换。

图4-20

图4-21

JCCAD V3.1版本对于筏板的冲切验算功能有了较大的改进，为了适应工程的多样性及复杂性，程序对于冲切验算的基底净反力的取值提供了多种形式，同时增加了任意单片墙的冲切验算结果。

JCCAD V3.1版本对于冲切验算时基底净反力的取值做了较大改进，支持三种反力取值方式，一是取反力平均值，二是取后续有限元计算的反力结果，三是取人为输入的反力值。

图4-22

1. 冲切反力取平均值

平均反力计算时把整个基础看成是刚性的整体式基础，冲切验算的时候将上部总荷载除以整个基底面积的总和，得到基底净反力值。需要注意的是，如果工程中存在多块筏板，则程序会以筏板为单位计算基底净反力，即单独统计每块筏板的荷载总值及其基底面积，然后用每块板的荷载除以每块板的基底面积得到基底净反力值。

2. 冲切反力取有限元计算结果

执行该项功能之前先要进行桩筏有限元计算，计算完成后程序在进行冲切验算的时候，程序先确定冲切范围，然后寻找所有形心坐标在冲切范围内的单元格，取其有限元的反力值的平均值作为冲切验算的基底净反力，如果冲切范围内没有任何单元的形心坐标，则取距离最近的单元格的反力值作为基底净反力值进行冲切验算。

3. 基底反力取手工输入值

以筏板为单位，手工输入每块筏板的基底反力，程序会在每块板的板边位置显示手工输入的板底净反力值。

以下算例上部结构为框架核心筒带裙房结构，底板厚度2000mm，局部桩筏的基础形式。我们在柱冲切板、内筒冲剪、桩冲切板的计算中采用不同的基地反力取值、不同的桩反力进行了对比，结果如下。

图4-23

不同的基底反力取值柱冲切验算结果对比：

图4-24P0取平均值

图4-25P0取有限元计算结果

不同的基底反力取值内筒冲切验算结果对比：

不同的桩反力取值冲切验算结果对比：

图4-28不同的桩反力取值冲切验算结果

JCCAD V3.1版本板元法计算将旧版程序“桩筏筏板有限元计算”及“防水板抗浮计算”菜单合并在一个菜单里。

图4-29

前处理：

（1） 更新数据：进行板元法计算时，程序默认按上次计算数据进行后续板元法的相关操作。基础建模数据有更新时需执行该命令，板元法计算可按新的基础模型数据计算。

（2） 计算参数：常规筏板及防水板相关的参数设置。

（3） 网格划分：用于重新生成网格单元。

（4） 筏板编辑：执行该菜单之前需要进行网格划分。通过该菜单可对每块筏板的相关信息进行交互编辑。

程序通过不同的颜色区分不同的筏板，方便用户确认筏板的对应关系。

图4-30

（5） 辅助工具：布置或者删除后浇带，查询节点，单元，坐标。

（6） 基床系数、桩K编辑、锚K编辑：通过该菜单可以修改桩的刚度、锚杆刚度及土的基床系数值。对于有地质资料的工程，程序会自动计算桩刚度、锚杆刚度及土基床反力系数，否则程序默认桩刚度取值10万kN/m，锚杆抗拔刚度500kN/m，板底土基床系数默认取20000kN/m³。完成基床系数、桩刚度调整后，执行“生成计算数据+计算”命令，程序将根据调整结果重新进行基础的计算。

计算：

（1） 生成基础数据：程序根据前处理进行的相关设定生成计算数据，如果用户直接点取该菜单而不进行其他操作，则程序所有计算数据均按默认值进行计算，如果用户需要单独设定相关的计算数据（包括重新划分网格），则在计算之前应该点该菜单重新生成基础计算数据。需要注意的是，JCCAD V3.1将防水板计算及常规筏板计算功能都合并在一个菜单执行，但相关的计算数据需要单独生成。如果是进行常规筏板或者桩筏计算，则需将计算模型切换到“桩筏模型”，生成筏板的计算数据，如果是进行防水板计算，则需将计算模型切换到“防水板模型”，生成防水板的计算数据，如果同一个工程同时需要计算常规桩筏及防水板，则需分别在“桩筏模型”及“防水板模型”下设置相关参数并生成计算数据。

（2） 沉降试算：新版程序默认不弹出沉降试算的交互对话框，如果用户需要修改沉降失算的一些参数，则可以在“计算参数”里勾选“沉降试算交互进行”。

（3） 计算：按设置好的计算数据进行筏板或者防水板计算。如果用户直接点击该菜单，则所有计算参数均按程序默认值。

（4） 计算分析设置：通过该菜单可以选择“桩筏有限元分析计算”及“防水板有限元分析计算”，通过“高级选项”可以选择线性方程组解法及是否自动处理土不受拉、锚杆不受压，如果是防水板计算，则可以设置是否将防水板外边缘按固定端处理。

配筋：

基础底板可以取按如图4-31中的三种方式取值进行配筋。程序可以自动取桩筏计算和防水板计算的配筋结果进行配筋包络设计。

图4-31

JCCAD V3.1版本采用新的网格划分方法，新的网格划分方法采用理论上适应能力最强并且可以对网格质量有一定保证的Delaunay三角网生成算法作为基本网格生成算法；在最大程度方便用户使用（过程无需交互）条件下，对考虑桩、柱、承台、筏板等基础结构物所对应的点、线复杂约束条件的二维平面区域进行网格剖分，生成以四边形为主含有少量三角形的非结构化网格；同时，该方法还提供了对于几何约束临近区域进行自动的加密处理以及全局平滑优化（拉普拉斯优化）功能选项来帮助提高网格质量。基于该方法所划分出的网格合理性与旧版程序相比有较大提高。

常规工程：上部结构大底盘3塔，采用筏板基础，JCCAD V3.1版本与V2.2版本相比，钢筋分布会发生变化，基础配筋总量略有下降。

图4-32

图4-33 旧版程序网格

图4-34新版程序网格

图4-35旧版程序（左）及新版程序（右）配筋结果

复杂工程：上部结构为以框架为主的复杂结构，采用筏板及桩承台基础，在筏板多边形区域内有较多内多边形承台；JCCAD V3.1版本采用新的网格划分方法后，可以有效减少由网格奇异引起的配筋异常问题，效果十分明显。

图4-36

图4-37旧版程序网格

图4-38新版程序网格

图4-39旧版程序（左）及新版程序（右）配筋结果

特殊工程：上部结构大底盘4塔，基础采用桩筏基础，JCCAD V2.2版本不能完成计算分析，JCCAD V3.1版本可以顺利的完成计算分析，并且，新版本还能够较好地完成考虑承台作用的网格剖分，实现含有复杂几何约束条件区域的计算分析。

图4-40

图4-41平面区域几何模型（不考虑承台的简化模型）

图4-42旧版程序网格

图4-43新版程序网格

图4-44平面区域几何模型（考虑承台）

图4-45新版程序网格（考虑承台）

其他特性：为进一步提高板元法计算结果精度，JCCAD V3.1版本中还实现了对于复杂平面区域内的几何约束（点（桩、柱）、线（墙、梁、承台及柱墩与子筏板边界）约束）邻近区域的网格自动加密，便于用户更精细地分析刚度突变和受力复杂的区域。为使网格生成结果更为平滑，新版本中还支持对于网格的进一步全局平滑化处理即拉普拉斯优化功能选项，比较适合于与网格自动加密选项配合使用。

图4-46新版程序网格局部自动加密效果

图4-47基础布置图

图4-48新版程序网格平滑优化效果

图4-49基础布置图

图4-50新版程序网格局部加密及平滑优化效果

程序可以显示基础的三维位移图、三维弯矩图，采用三维云图、三维等值线图两种显示方式。

图4-51三维位移图

图4-52三维等值线图

程序提供显示控制参数方便用户调整显示效果。

显示控制模块主要功能及参数意义分别如下：

视图控制：调整模型的视图方向，“+X”表示从视角为X轴正方向查看模型。其他含义类似。

云图：显示所关心物理变量的云图。用户可以选择工况和该工况下的物理变量，点击应用即可显示相应的云图。程序默认计算一个合适的放大比例，用户可以通过窗口右侧的滑动条调节放大系数。通过“最小值”和“最大值”可以控制云图颜色显示的范围，选择好荷载组合和结果变量后，程序会将该变量在该工况下的最大和最小值显示出来，供用户参考和调整。勾选“显示节点数值”可以在显示云图的同时将节点的变量值同时显示出来，供用户查看。

图4-53云图等值线设置

图4-54 X方向弯矩图

图4-55 Y方向弯矩图

等值线：

显示结果变量的等值线图。勾选“自动加密等值线”，程序会根据节点数值增加模型相关区域的等值线数。“输出数据文件”用于写出该变量在该工况下的等值线数据，用于T图结果查看。同时可以设置显示节点数值和等值线的数值。

图4-56三维等值线图

设置：

设置页包含了三维显示的基本设置，包含网格、单元、坐标轴、颜色条的显示和参数设置。其中“显示位置”为控制云图或等值线显示效果。“导出文件”功能可以将当前窗口截屏另存为图片文件。

图4-57视图设置

SLABCAD（V3.1）使用全新的Ribbon界面，整合了SLABCAD前后处理与板带设计，旧版菜单复杂操作繁琐，现在将所有功能在同一界面里完成，避免用户要切换在多个菜单中来回切换的麻烦，操作流程更简洁，工作效率更高；软件同时全部改进了用户交互与结果查看的功能，提高了用户的工作效率；对以前版本的各项功能均有所完善，如增加柱帽类型、增加荷载类型、增加不读取SATWE结果进行的冲切验算；同时增加了空心楼盖的设计；增加了采用罚单元解决板柱节点的应力集中问题；增加了新的网格划分方式；提高了软件的稳定性与计算能力。

SLABCAD与PM板施工图模块进行整合，在保留PM板施工图功能的基础上，增加了读取SLABCAD计算结果绘制施工图的功能，同时增加了绘制板带施工图的功能。

SLABCAD (V3.1)参数如下图所示，主要整合了如下图所示的参数对话框，同时添加了一些参数，形式上更加简单，使用上更加方便，同时计算过程中不再弹出参数对话框，操作更加流畅。

图 5-1a SLAB基本参数

图 5-1 b SLAB设计参数

图 5-1 c SLAB工况信息

图 5-2 SLAB(v2.2)主要参数对话框

图 5-3 SLAB柱帽输入

SLABCAD (V3.1)对柱帽交互进行了全面的改进，旧版中采用的是首先点选柱再定义截面的方式，只能单个输入，修改更为麻烦，且不能及时查看截面。V3.1中增加了柱帽截面列表定义的功能，支持点选、框选布置，点选时支持预览，同时支持点选、框选删除，还提供了鼠标提示柱帽截面的功能。

在参数中增加了 “绘图时是否裁剪变柱帽”的选项，用户可以通过此参数实现裁剪边柱帽与不裁剪边柱帽两种显示方式。

V3.1中增加了“仅矩形顶板”的柱帽类型如下图所示。

图 5-4 SLAB仅矩形平板柱帽类型

图 5-5 SLAB洞口输入

SLABCAD (V3.1)对洞口输入进行了全面的改进，旧版中采用的是点选房间，定义截面的方式，用户修改时操作较为麻烦。V3.1中增加了定义洞口截面列表，支持预览，同时支持点选、框选删除。

图 5-6 空心板输入

SLABCAD(V3.1)增加了空心板计算设计的功能，输入时与柱帽的布置类似。可以定义截面列表，支持点选、框选布置，点选时支持预览，同时支持点选、框选删除。目前软件支持的空心板形式有三种：“筒芯”与“箱芯”与“T形”，如下图所示。

图 5-7 空心板类型

图 5-8 计算区域的定义

SLAB(V3.1)对计算区域的定义进行了改进。旧版采用的开关方式，选择房间后，若此房间为计算的改为不计算，不计算的改为计算，这种方式在实际操作中效率较低。新版中用户只需点选“计算”，“不计算”按钮，再进行房间选取，被选取房间将改为相应状态。

图 5-9 修改板厚

SLABCAD(V3.1)修改板厚与旧版类似，仅将对话框模式改为无模式对话框，支持点选、框选布置，点选时支持预览，同时支持点选、框选删除。

图 5-10 荷载输入

SLABCAD(V3.1)对荷载输入进行了全面改进，首先丰富了荷载类型：增加了点荷载、梁点线荷载、面点线荷载的输入；其次，增加了一般工况的荷载输入；再次，输入方式也进行了全面的优化，旧版中采用的是点选房间，定义荷载的方式，V3.1中增加了荷载布置列表，支持点选、框选布置，点选时支持预览，同时支持点选、框选删除。

图 5-11 荷载类型

图 5-12 约束输入

SLABCAD(V3.1)增加了指定约束的功能，首先选择约束类型，直接在选择指定的房间边界即可。支持点选、框选布置，点选时支持预览，同时支持点选、框选删除。

图 5-13生成板带

“板带生成”菜单主要是实现板带的自动生成，同时提供板带几何与板带截面的查看功能。注意在参数输入中如果用户不勾选“进行板带设计”，此处虽然生成板带，但后续中并不进行板带计算。V3.1中增加对板带的删除功能，可以在板带修改中实现，如图 5-14所示，V3.1中增加了板带裂缝配筋功能，参数如图 5-15所示。

图 5-14 删除板带

图 5-15 板带裂缝配筋的参数

图 5-16冲切验算参数

软件增加了不读取SATWE结果的冲切验算。软件还提供了配置冲切配筋的功能。后处理查看冲切时，可以选取板柱节点查看其冲切验算结果的文本，如下图所示。

图 5-17板柱节点冲切验算结果文本

图 5-18 铺砌网格划分示意

由于复杂楼板的网格划分极为复杂，因此网格划分的失败概率较高，V3.1中改进了旧的网格划分程序，提高了其稳定性，另外软件增加了铺砌网格划分方式，提高了网格划分的质量，同时提高网格的划分的成功概率。铺砌网格划分方式还可以单独制定柱与柱帽的网格尺寸，以提高计算精度。

图 5-19 罚单元控制参数

图 5-20 考虑罚之后的结果

V3.1新增罚单元解决板柱节点应力集中问题，图 5-19为罚单元控制参数，勾选后，网格划分时将会对柱范围内的网格进行细分，有限元计算时将自动考虑柱截面对板的面支撑作用，计算结果如图 5-20所示，柱中心的应力将会大幅降低。

图 5-21 求解器选项

V3.1中大幅提高了刚度集成、内力计算的效率，同时增加了Pardiso与Mumps求解器，可以大幅提高计算速度，对于较大模型计算速度可以提高数十倍。

V3.1优化了内存管理，可以提高计算规模，当采用Pardiso与Mumps求解器时，由于采用独立进程，计算规模提高数倍。当计算活荷载不利布置时，由于程序提高了内存的使用效率，使计算能力成倍提高。

图 5-22有限元内力结果

图 5-23有限元设计结果

图 5-24有限元挠度结果

V3.1中对有限元后处理进行全面改进，分别将有限元挠度、内力、设计结果相应的所有选项集成到一个对话框中，如图 5-22、图 5-23、图 5-24所示，不需要进行复杂的菜单切换，提高的用户使用效率，改善了用户体验。

图 5-25板带结果

V3.1中对板带后处理进行全面改进，将板带的内力、设计内力、配筋、裂缝、挠度、应力结果集成到一个菜单中，如图 5-25所示，不再进行复杂的菜单切换，提高的用户使用效率，改善了用户体验。

用户首先选取图 5-26所示的参数“读取SLABCAD结果”，然后点击自动计算，即可读取SLABCAD的结果，点击“结果”菜单可以查看基于SLABCAD的结果，如弯矩配筋等，菜单如图 5-27所示，其他操作与普通板施工图的绘制一致。

当用户在SLABCAD中进行板带设计之后，还可以绘制板带的施工图，点击板带栏的“集中标注”，软件将自动生成板带的施工图，如图 5-28所示，用户还可以点击“自动合并”进行板带的合并，软件还同时提供了手动的“板带合并”“板带拆分”功能。

图 5-28板带施工图

图 5-29 板带合并

在CFG版施工图中实现了梁、柱、墙、板模块的集成调用，并增加参数以便于使用者更好地按各自的设计习惯调整绘图效果。

在AutoCAD版施工图程序PAAD中增加了增量修改、配筋底图功能，并完善了手动编辑功能，形成完整的FreeDraw模块。

PKPM 2010在V3.1版中重新整合了结构设计各模块，梁、柱、墙、板施工图统一到集成系统下的“砼结构施工图”模块。完成结构模型的建立、结构分析后，可切换到“砼结构施工图”模块下，进行混凝土结构的施工图设计。梁、柱、墙、板模块在一个集成环境下可随时切换，运行效率大大提高。

图 6-1

其它施工图中常用的功能组织为“通用”、“标注”、“大样图表”等三个模块。一部分应用频率较高的针对图形的功能置于右下角的工具栏中。

V3.1集成系统下全面支持读取SpasCAD模型数据以及PMSAP计算分析数据，能够完成梁、柱、墙、板的施工图设计，同时柱施工图可以进行PMSAP计算数据下的双偏压验算。

对于按“空间层”方式输入的构件，混凝土施工图程序将其视为斜撑处理，可按需要在混凝土施工图中示意其轮廓。“通用”模块中的“构件显示”对话框（如下图所示）中有两个选项与此相关。

图 6-2

a) 调整控制精度，改正特定工程中墙、柱交接处出现的柱虚实线划分错误。此问题多见于在平面图中斜置的构件。

图 6-3

b) 增加是否“绘虚梁”开关，用户可以控制平面图中是否绘制虚梁。通常用截面尺寸为100×100的梁表示虚梁。虚梁仅用于楼面荷载分区等用途，不参与结构分析计算。

图 6-4

a) 增加多个设计选筋绘图参数，如“架立筋直径与通长筋相同”、“详细标注中是否标明钢筋每排根数”等。

图 6-5

b) 梁集中标注和原位标注增加竖向梁标注图层的设置，可以将水平梁与竖向梁的标注图层分开，以便对图纸进行后续处理时分别控制其开关。

图 6-6

此部分详见“第五章 SLAB改进说明”相关内容。

PAAD V3.1版较前一版本有重大改进，其新增功能详细操作见V3.1配套的PAAD使用说明。此处仅列举其改进要点。

PAAD V3.1在自动出图的基础上增加全新的手动出图模块。新版PAAD分为两大模块：自动出图AutoDraw和手动出图FreeDraw。手动出图FreeDraw是对自动出图AutoDraw模块的辅助和补充。FreeDraw可以从绘制全新的图纸开始，也可以编辑自动设计完成的图纸或者其他软件生成的施工图图纸。

图 6-7

“模型增量修改”命令可以根据模型数据的变化（构件增、删）自动更新已有模板图。梁、柱的“增量修改”命令根据计算数据的变化，自动修正构件钢筋，对实配钢筋小于计算配筋的构件可自动重新配筋。

图 6-8

“校审”中的“规范检查”可依《混凝土结构设计规范》、《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》、《混凝土异形柱结构技术规程》等检查施工图模型及配筋数据；“超大配筋检查”在设定最大配筋率后，检查当前图中构件配筋，对超限处给出警告提示；“计算结果校核”校核实配钢筋是否满足计算配筋的要求，可集中检查或实时检查；同时还提供了多种构件的验算功能，如：挠度、裂缝、双偏压、承载力等。

图 6-9

新增加的配筋底图命令可以将SATWE等的计算结果以衬图方式附加到当前图纸上，方便用户随时比对配筋设计结果与计算配筋面积。

PAAD3.1版增加了更多的内部选筋归并参数、绘图参数，可以更好地满足不同用户、不同工程的设计需求。

图 6-10

钢框架连接设计及施工图绘制采用全新的Ribbon界面，重新梳理了设计流程，按照连接设计、绘设计图、绘节点图、绘构件图四个功能模块进行设计，操作更加便捷。

全新的列表方式设计图，采用表格方式表示连接信息。表格方式简练，采用新的归并方式（仅考虑设计信息），从而大大减少了图纸量。