大跨空间结构形式多样，主要包括：网架结构、网壳结构、空间管桁架结构、索膜结构等。在众多结构形式中，又数网架、网壳与空间管桁架在实际工程中应用最为广泛。PKPM在2014年首次推出网架网壳设计软件STWJ，并于2017年进行了全面升级，陆续推出了STWJ V3.2、STWJ V4.1两个新版本。2018年PKPM V4.2版本发布了空间管桁架设计软件STGHJ，此款软件是PKPM在空间结构设计领域的进一步扩展。

为了实现网架网壳、管桁架结构的混合设计，我们将STWJ与STGHJ两款软件集成在同一个主界面下，用户需要购买相应的软件锁，才能启动两种结构类型各自的设计功能。图0.1所示为“网架网壳管桁架结构设计软件”的运行主界面，集成在PKPM系列设计软件安装与运行包中。

软件分为两个大的功能模块：

第一、“大跨空间结构设计”——大跨空间结构单独精细化设计。功能组织紧密围绕网架网壳结构、管桁架结构设计，包括网架网壳、管桁架的快速建模、荷载定义、约束布置、设计参数选项、截面库的设定与网架网壳、管桁架截面自动优选、网架网壳管桁架设计结果查看、网架网壳管桁架节点与施工图绘制、材料统计等功能。特色功能如下：

(1)基于梁、杆有限元的设计分析；

(2)网架网壳、管桁架的参数化建模；

(3)构件截面角度自动调整；

(4)球壳按规范自动计算风荷载；

(5)风洞试验数据读取与风荷载布置；

(6)进行多方向角的地震作用分析；

(7)进行截面优选和网架高度优选；

(8)进行屈曲分析和时程分析；

(9)生成图文并茂的计算书；

(10)进行螺栓球、焊接球节点和相贯节点的设计，生成施工图。

第二、“整体分析与网架网壳管桁架设计”（以下简称整体分析）。功能组织涵盖了下部结构设计与网架网壳管桁架设计，包括下部结构建模与PM模型导入、空间结构模型拼装、整体设计参数选项、PMSAP结构整体分析功能、结构整体指标控制与下部结构设计、结构构件设计、网架网壳管桁架节点与施工图绘制、材料统计等功能。

大跨空间结构与下部结构整体分析时，上部结构与下部结构连接支座的模拟分析。通过通用支座功能，设定大跨空间结构与下部结构之间的连接支座形态，可以实现普通铰支座、单向滑动支座、双向滑动支座、弹簧支座、带阻尼的弹簧支座等。

两个模块的关系如图1.2所示。其中，网架网壳管桁架独立设计模块也可进行混凝土梁柱的内力计算，但无法出配筋结果，暂不支持杆件偏心。

程序采用RIBBON界面，主要分为五个区域，如图1.3所示：

i） ①主菜单

包括结构建模、杆件布置、荷载约束布置、结构计算的所有功能命令。

ii）②显示查询栏

包括程序所有关于显示和查询的功能命令。

iii）③绘图区（视图区）

显示和操作结构模型的界面。

iv）④信息窗口

显示程序当前输出的信息，有些命令参数也在此输入，使用过程中需注意该位置的信息。

v） ⑤图标工具栏

包括一些显示控制的快捷命令。

vi）⑥文件编辑与操作回退工具栏

包括文件保存、操作回退、保存gif图、保存T图及DWG图。

通过【建立模型>导出（导入）模型>导出（导入）DXF】导入、导出DXF网格模型，可以对直线相交关系进行打断处理形成单元，在AutoCAD中，如果上弦、下弦、腹杆设置在不同的图层，可以根据AutoCAD中设定的图层信息，自动转换为按图层名称命名的选择集。

为了方便将AutoCAD的平面图纸或三维模型导入，直接利用大量现有资源，设计了DXF网格导入功能。DXF是AutoCAD的一种通用工业格式，DWG格式的文件也可以转换成DXF格式，方便和其他软件交流。导入DXF网格命令，可以将直线网格导入转换成网架的网格线，如果在AutoCAD中定义了三维的网格线，则可以直接读取过来利用。如果是平面图纸，则需要由用户自己将其放样成空间模型。

点击“导入DXF”，弹出如图1.4所示对话框，提示导入DXF文件的注意事项。

1．首先比例必须为1:1，因为导入是直接读取了DXF中直线定义的坐标，所以如果AutoCAD图纸是有比例系数的，请先将模型转换成1:1。

2．当前版本只支持AutoCAD中的直线网格，所以请将多义线、图块及自定义实体等炸开。

3．测试通过AutoCAD DXF2000和更低版本格式，请尽量用较低版本DXF格式保存。

4．导入DXF网格将导致当前模型被清空。

点击“确定”，弹出如图1.5所示DXF文件选择对话框。

选定DXF文件后，执行导入，出现导入时特殊处理的对话框，见图1.6。

对网架网壳结构，软件提供自动布置杆件和自动分层功能，方便网架的设计。用户可以根据需求选择导入某些选择集或全部选择集。导入网格线后，自动弹出如图1.7所示对话框，包括图形旋转操作、打断网格处理、自动布置杆件、自动分层几方面。默认不勾选“打断网格处理”，主要原因在于此项需要大量计算，耗时较长。若用户有实际需求，可手动勾选。

执行导入命令，将弹出选择DXF文件对话框，如果是有效格式将导入网格线。软件将同时导入DXF的图层，转换为选择集，以dxf_开头。

提供了针对3d3s软件的导入导出接口。若在3d3s软件中完成了模型建立、施加荷载等操作，可以在这一软件中生成*.3d3s文件。STWJ&STGHJ软件可以读取这一文件，并转换为自身的计算模型。

此外，软件也提供了MST软件的导入导出双向接口。MST会生成*.log文件，这一文件提供了导入格式。导入、导出MST时，若干注意事项会在软件中给与提示，如图1.8、图1.9所示。

网架网壳设计模块的文件后缀名为.spst，整体分析模块的后缀名为.sps，两个模块通过导入导出的方式进行数据的交换。

网架网壳设计模块通过【常用工具栏>导出模型>导出整体分析模型】可以导出整体分析需要的.sps文件，其中有部分信息不支持导出，包括：

（1）按体型系数布置的风荷载；

（2）自定义的工况（包括规范风和试验风）；

（3）工况组合；

（4）支座局部系；

（5）吊车荷载；

（6）设计参数。

特别说明：在导出.sps整体分析模型时，用户可以事先点选“指定结构基点”，这样在整体分析模块导入.sps模型时，鼠标会停留在指定基点上，模型跟随鼠标移动。

网架网壳管桁架设计模块通过【模型建立>导入模型>导入子结构】可以导入整体分析模型或其它网架网壳管桁架设计模型，进行模型拼装。但是由于数据格式存在差异，目前导入的信息并不完整，支持导入的信息包括：

（1）节点和网格线信息；

（2）杆件信息（截面和材料，其中默认材料以当前程序为准，需人工复核）；

（3）墙板构件信息（程序将自动转换为蒙皮）；

（4）约束信息（“网架网壳整体分析”弹性支座以kN、m为单位；“网架网壳独立分析” 弹性支座以kN、mm为单位，因此不同程序切换时弹簧刚度刚度单位会自动转换，若数值有些微变化，属正常现象）；

（5）荷载信息（只包括恒荷载、活荷载和风荷载，暂不支持温度作用、吊车荷载和附加质量）；

注意：1. PKPM V3.2以前版本网架程序的模型也是通过导入子结构的方式导入新程序；

2.未转换的信息需要补充定义。

网架网壳管桁架设计模块还提供了Sap2000，Midas以及Spas+pmsap的导出接口。对于复杂结构，用户可以导出其他软件的计算模型，用以进行设计校核。

（1）程序都是先执行命令，再进行杆件或节点的选择的，这点与AutoCAD是相反的。

（2）程序中的列表一般都支持双击操作，双击空白处为添加，双击已有选项为修改（或布置）。

（3）程序中的列表一般都支持多选，可按住Ctrl键或Shift键进行多选。

（4）程序认为所有模型的Z轴正向为结构的高度方向，并以此来计算各种参数。

文件系统菜单中包含了对模型的保存功能。因为在进入系统时，提示新建或打开工程，所以这里就没有了打开文件命令。

每次用户打开一个大跨空间结构模型文件，程序都将会自动生成一个扩展名为”*.bak”的备份文件。例如，如果结构模型数据文件的名字为A.spst，则备份文件的名字为A.spst.bak。当然，也可以取一个汉字的数据结构文件名字，看起来一目了然。如果用户的文件不慎被破坏，可以将备份文件的扩展名去掉，将结构模型恢复到最近一次打开时的状态。

保存模型，就是快速保存命令。系统将按标题栏显示的工作路径和文件名，保存当前工程为一个.spst为扩展名的文件。如果用户需要备份模型数据，只需要保存这个.spst文件即可。每次点击保存命令，将自动对当前模型作备份，系统最多保存9个备份，扩展名为“*. spst.bak1~*. spst.bak9”。如果超过9个将循环覆盖。

退出，退出时将提示是否保存，选“保存退出”将保存当前模型并退出，选“不保存退出”将不保存直接退出，选“取消返回”将不退出而返回编辑状态。

这里介绍PKPM系列软件的通用操作方式，比如通过键盘输入坐标，选择时的单选、多选切换。如果用户熟悉PMCAD或STS，对这些操作一定不陌生。

世界坐标系下:

该方式是在捕捉靶光标出现后，在提示区直接输入绝对坐标、相对坐标或极坐标值。格式如下（R为极距，A为角度）：

绝对直角坐标输入 !X, Y, Z 或 !X, Y；

相对直角坐标输入 X, Y, Z 或 X, Y；

直角坐标过滤输入以XYZ字母前缀加数位表示，如：

X123表示只输入X坐标123，YZ坐标不变；

XY123, 456表示输入X坐标123，Y坐标456，Z坐标不变；

只输入XYZ，后面不跟数字，表示XYZ坐标均取上次输入的值。

可识别的相对坐标前缀有：X, Y, Z, XY, XZ, YZ, XYZ。

可识别的绝对坐标前缀有：!X, !Y, !Z, !XY, !XZ, !YZ, !XYZ。

绝对极坐标输入 !R<A

相对极坐标输入 R<A

绝对柱坐标输入 !R<A, Z

相对柱坐标输入 R<A, Z

绝对球坐标输入 !R<A<A

相对球坐标输入 R<A<A

极坐标、柱坐标和球坐标不能过滤输入。

例如，欲在整体坐标系下输入一条直线，第一点由绝对坐标（100，200，0）确定，在请输入第一点的提示下在命令行提示区键入!100，200[Enter]（注：如果输入点的Ｚ坐标是0，可以忽略）。

第二点坐标希望用相对极坐标输入，该点位于第一点30°方向，距离第一点1000，并且平行于XOY平面。这时屏幕上出现的是要求输入第二点的坐标，这时键入1000<30 [Enter]，输入相对极坐标（注：提示区提示的Dxy是指相对于X-Y平面的空间角度，可以忽略），即完成第二点输入。

使用键：［Enter］ ─ 确定输入的点或坐标；

［Tab］ ─ 当前输入的点作为参考点；

［Esc］ ─ 放弃输入的点或坐标及输入方式。

说明：使用［Tab］的结果只是使光标进行一次移动，因此当不能一次到位时，可以连续使用，直到再单独输入一个［Enter］后才真正确认当前光标点。

工作基面的局部坐标系下：

和世界坐标系下的规则相同，唯一的区别就是，此时只能输入二维坐标，比如x,y输入z值是不识别的。坐标系规则为局部平面坐标系，即标识为绿色的坐标系标志。关于工作基面的设置，在后面的相关章节有详细的说明。

该方式是通过移动鼠标，控制光标的位置。移动过程中通过观察屏幕上显示的坐标值进行粗略的定位，使用捕捉工具时，可以做到精确定位。

特点：适合有鼠标用户。速度快，击键很少，如果不使用捕捉工具则误差大。

使用键：［鼠标左键］＝［Enter］─ 确定输入点；

［鼠标中键］＝［Tab］ ─ 当前点作为参考点；

［鼠标右键］＝［Esc］ ─ 放弃输入点。

说明：鼠标键的延时时间我们设为0.35秒，用户应在按下后立即松手，否则会造成连续输入的误操作。

利用光标捕捉方式，可以实现快速、准确的定位输入。尤其在空间任意视图状态下，光标捕捉的输入方式更为简单、直观。

在缺省方式下有一方框靶随光标移动，当用户输入了一个点后，此方框可以捕捉到在靶范围中的一些有意义的点，如线段的端点、交点等等，从而可以根据已有网点绘出准确图形。靶的大小是在WORK.CFG中设置的，可以用［F9］修改靶的尺寸。

特点：配合所有输入方式，任意图形，特别适合从已有图上做出衔接准确的图形。

使用键：鼠标中键＝［Tab］─ 如果节点捕捉开关为关，按此键可暂时转换到定点工具中；

［Ctrl］＋［F3］─ 捕捉靶开关；

［F9］─ 设置捕捉靶的大小。

说明：如果图中已经有了一些网点，我们想从它们的端点或交点上再延伸一些线段，就可以使用节点捕捉工具。节点捕捉工具可捕捉直线的两个端点、圆弧的两个端点、折线或多边形的顶点、圆或圆弧的圆心以及直线与直线的交点。网点被捕捉靶套中后，首先判断该点是否在捕捉靶内，如果在捕捉靶内，光标便置于该点之上。

考虑到在任意空间视图状态下，用户在绘图区内单击鼠标没有任何意义，因此关闭了单击鼠标任意定位的功能。请用户只有当图形中有节点时再使用光标靶去捕捉该点。如果要输入一个新点，请选择键盘输入的方式（意味着建模的第一个点一定是键盘输入的）。

和PKPM其他软件一样，可以定义捕捉和显示等环境参数。调用环境参数可以通过按【F9】键或显示参数菜单里的环境参数命令调用设置对话框，这里的捕捉功能类似AutoCAD中的捕捉功能。

此外，列出一些功能键的定义，在建模过程中可能会经常用到:

【按住鼠标中键移动】：平移模型，这个是经常要用到的命令。

【Ctrl+按住鼠标中键移动】:旋转模型观察角度，这个是经常要用到的命令。

【在网格上右键点击】:调出属性框，对于查看修改单个网格、杆件和荷载属性是十分方便的，在空白处点击右键关掉属性框。

【F3】:打开或关闭“栅格捕捉”功能。

【F4】:打开或关闭“角度距离捕捉”功能。

【F5】:重新生成图形对象，并更新屏幕显示。这个功能只刷新屏幕，和刷新模型命令不同。刷新模型是根据模型数据重新绘制一遍模型。

【F6】:显示整个图像。

【F7】:放大一倍显示。

【F8】:缩小一倍显示。

【F9】:调用“捕捉和显示设置”对话框。

经过测试，程序可以在WindowsXP（32位、64位）、Windows7（32位、64位）和Windows10（32位、64位）系统中正常运行，推荐1920×1080以上的屏幕分辨率。

PKPM2010版的大跨空间结构设计软件限制如下：

“整体分析模块”调用限制规模版的PMSAP进行计算分析，杆件数和节点数限制为10000个，超出限制后须进入PMSAP（Spas CAD）完成分析。