工程软件应用

工程软件应用同济大学土木学院建筑工程系李杰tongjilijiepkpm@163.comPassword:666666第一章建筑结构模型建立第1节PKPM系列软件主要模块简介结构平面计算机辅助设计软件──PMCAD钢混排架及连续梁结构计算与施工图绘制软件──PK多、高层建筑结构三维分析软件──TAT多、高层结构空间有限元分析软件──SATWE（SATWE-8）高精度平面有限元框支剪力墙计算及配筋软件──FEQ钢结构CAD软件──STS高层建筑结构动力时程分析软件──TAT-D梁柱施工图软件砌体结构剪力墙计算机辅助设计软件──JLQ基础CAD（独基、条基、桩基、筏基）软件──JCCAD箱形基础计算机辅助设计软件──BOX预应力混凝土结构设计软件──PREC混凝土小型空心砌块CAD软件──QIK钢筋混凝土基本构件设计计算软件──GJ楼梯计算机辅助设计软件──LTCAD第1节PKPM系列软件主要模块简介第2节结构平面计算机辅助设计软件PMCAD2.1主要功能（1）人机交互建立全楼结构模型（2）自动导算荷载建立恒活荷载库（3）为各种计算模型提供计算所需数据文件（4）为上部结构各绘图CAD模块提供结构构件的精确尺寸（5）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（6）现浇钢筋混凝土楼板结构计算与配筋设计（7）结构平面施工图辅助设计第2节结构平面计算机辅助设计软件PMCAD第2节结构平面计算机辅助设计软件PMCAD2.2结构类型钢筋混凝土结构框架结构剪力墙结构框架—剪力墙结构落地剪力墙框支剪力墙框架结构截面高/宽大于4何谓墙？剪力墙结构框架-剪力墙结构框架-剪力墙结构第2节结构平面计算机辅助设计软件PMCAD2.2结构类型砌体结构砖混结构底层框架上部砖混结构内框架（砖墙-框架混合）结构砖混结构竖向承重结构砖墙楼面结构钢筋混凝土底层框架上部砖混结构内框架结构砖墙-框架混合结构例题1某四层框架，二层为第一结构标准层，三、四层为第二结构标准层，屋面为第三标准层。二、三、四层楼面荷载相同，恒荷载5.0kN/m2，活荷载2.0kN/m2；屋面恒荷载6.0kN/m2，活荷载0.5kN/m2。一~四层层高分别为4500、3600、3600、3600。柱子截面450×450，梁截面分别为：200×300，250×400，250×550，350×1000。柱间支撑为钢管Φ150×15。区分惯用“楼层”与“结构标准层”1轴线—建筑物整体的平面定位轴线，可以是与墙、梁等长的线段或一整条建筑轴线；2节点—轴线的交点、起止点或圆弧的圆心；3网格—轴线相交形成的线段，用于布置梁、墙。4网点—网格和节点的总称（注意和“点网”区分）。第2节结构平面计算机辅助设计软件PMCAD

2.3建模基本概念轴线、节点和网格1输入绝对坐标!x,y—[Insert]；2输入相对坐标x,y—[Home]

；3输入极坐标d（偏移距离）<θ（角度）—[End]；4当前输入的点作为参考点—[Tab]；

5确定输入的点或坐标—[Enter]。

2.3建模基本概念坐标输入方法（纯键盘方式)1两点直线；2平行直线；注：第一次退出“平行复制状态”，第二次退出“平行直线”命令状态。3正交轴网；4复制；5延伸；

6拷贝；7镜像；8F4键作用。

2.3建模基本概念轴线输入正交轴网的数据参数定义：通过定义开间和定义进深形成正交网格，定义开间是输入横向从左到右连续各跨跨度，定义进深是输入竖向从下到上各跨跨度。2.3建模基本概念轴线输入网格输入操作2.3建模基本概念轴线输入园弧轴网的数据参数定义：开间是指轴线展开角度，进深是指沿半径方向的跨度。可输入园弧轴网的内半径和旋转角。2.3建模基本概念轴线输入网格输入操作1柱—竖向承重的构件。每一节点布置一根柱。2主梁—在网格线上布置的构件，可为实际结构的主梁或次梁。一段网格上能布置多道梁，两段标高可不同（斜梁）。3次梁—不在网格线上布置的构件，一般为实际结构的次梁。4墙—承重砖墙或钢筋混凝土墙。一段网格上仅能布置一道墙。5洞口—承重砖墙或钢筋混凝土墙上开的洞口。该网格上应有墙。一段网格线上只能布一个洞口。2.3建模基本概念基本构件6斜杆支撑—倾斜的柱（斜柱—竖向投影不在一点上的柱）。两端点的高度可以任意，既可越层布置也可水平布置。7房间—由主梁和墙围成的闭合区域，输入楼面上次梁、预制板、洞口、导荷载、画图的基本单元。8楼板—水平面内的楼盖或屋盖。9楼板开洞—楼、屋盖上开的矩形或圆形洞。10楼梯2.3建模基本概念基本构件11层间梁—标高不在楼层上的梁。12错层梁—位置高或低于楼层标高的梁。错层梁不在结构计算中反映，只是将错层值传到该梁绘图时画出梁错层的状态。2.3建模基本概念基本构件1结构标准层—柱、梁、墙、斜杆、墙洞、板洞、次梁、楼梯等布置均相同的楼层；

2结构标准层所包含的范围—本层楼板、本层楼板面内洞、本层梁（标高可不同）、本层楼板下柱（柱底标高）、本层楼板下墙、本层楼板下墙洞、本层楼板下斜杆（可跃层）。2.3建模基本概念结构标准将当前屏幕上显示的结构标准层添加为最末层结构标准层。操作路径：（1）楼层定义>换标准层>添加新标准层；（2）网点编辑（通用菜单）>换标准层>添加新标准层；（3）快捷菜单>添加新标准层。示例：2.3建模基本概念

添加新标准层1柱布置要点：（1）偏心和转角（a）柱宽度方向与x轴的夹角称为转角，逆时针为正；（b）沿柱宽度方向的偏心称为沿轴偏心，（柱相对于轴线）右偏为正；（c）沿柱高度方向的偏心称为偏轴偏心，（柱相对于轴线）上偏为正；柱截面400×600为例2.3建模基本概念

构件布置要点先移后转2梁、墙布置要点:

输入梁和墙偏心时一般输入偏心的绝对值，布置梁、墙时，光标偏向网格的哪一边，梁、墙也就偏向那一边。3墙洞布置要点:

两个节点间只能布置一个洞口，一段网格上布置多个洞口时，需在两洞口之间增加节点。2.3建模基本概念

构件布置要点上偏为正右偏为正添加节点墙上布置洞口怎样加节点？1光标布置方式：在选择了标准构件，并输入了偏心值后程序首先进入该方式，凡是被捕捉靶套住的网格或节点，在按【Enter】后即被插入该构件，若该处已有构件，将被当前值替换。2沿轴线布置方式：在出现了“直接布置”的提示和捕捉靶后按一次[Tab】键，程序转换为“沿轴线布置方式，此时，被捕捉靶套住的轴线上的所有节点或网格将被插入该构件。2.3建模基本概念

构件布置四种方式3窗口布置方式：在出现了“沿轴线布置”的提示和捕捉靶后按一次[Tab]键，程序转换为“按窗口布置”方式，用光标在图中截取一窗，窗口内的所有网格或节点上将被插入该构件。4围栏布置方式：用光标点取多个点围成一个任意形状的围栏，围栏内所有节点与网格上将插入构件。2.3建模基本概念

构件布置四种方式2.3建模基本概念

斜杆布置注意0标高的位置：下层楼面为0与梁位置不同：本层楼面为0与柱位置相同：下层楼面为02.3建模基本概念

本层信息2.3建模基本概念

恒活设置2.3建模基本概念

设计参数2.3建模基本概念

楼层组装2.3建模基本概念

存盘退出梁与柱齐将当前屏幕上显示的结构标准层梁与其同层的柱边对齐或中对齐。操作路径：楼层定义>偏心对齐>梁与柱齐>示例：2.3建模基本概念

偏心对齐将当前屏幕上显示的结构标准层墙与其紧临的下一层结构标准层的墙体边对齐或中对齐。。操作路径：楼层定义>偏心对齐>墙上下齐>示例：若想使下面的结构标准层上墙体与上面的结构标准层墙体对齐，必须先用“插入标准层”命令将上面结构标准层插到下面结构标准层前面，再用“墙上下齐”命令，然后将插入的标准层删去。墙上下齐2.3建模基本概念

偏心对齐功能：将操作在多个或全部标准层上同时进行。例如：需在第1～第20标准层上的同一位置加一根梁，则可先通过层间编辑菜单定义编辑1～20层，然后只需在某一层布置梁，增加该梁的操作自动在第1～20层做出。不但操作简化，还可免除逐层操作产生的误差。类似操作包括：画轴线，布置、删除构件，移动删除网点，修改偏心等。2.3建模基本概念

层间编辑1功能：可把当前一个标准层上的部分内容拷贝到其它标准层上，要拷贝的原层(包含拷贝内容的层)一定要处在当前屏幕上显示的层。2操作：（1）先选择各目标层，有全部选择／任意选择两种方式（全部选择就是所有标准层都是拷贝目标层，部分选择后则从右列显示的各标准层中逐一挑选拷贝目标层）。（2）选择完目标层后点取当前层上要拷贝的内容，点取的内容经确认后立即拷贝到目标层。2.3建模基本概念

层间复制功能：可将上一标准层已输入的次梁、预制板、洞口、悬挑板、砖混圈梁、各房间板厚等布置直接拷贝到本层，再对其局部修改，从而使其余各层的次梁、预制板、洞口输入过程的大大简化。2.3建模基本概念层间复制（楼板生成命令下）将当前屏幕上显示的结构标准层插到指定的结构标准层前面。操作路径：楼层定义>层编辑>插标准层示例：2.3建模基本概念

插标准层1层间梁定义：是指其标高不在楼层上，而在两层之间的连接柱或墙的梁段，例如某些楼梯间处的梁或某些特殊用途的层间梁。2操作：梁布置，给出梁的规格和“梁顶标高1”及“梁顶标高2”即可。3可在本层之下，也可在本层之上。2.3建模基本概念

布层间梁层间梁层间梁组装一组装二组装一组装二2.3建模基本概念

梁端标高次序①→②①→②①→②①→②①→②①→②①→②①→②①→②从左往右，从下往上（0º≤α≤90º）从上往下，从左往右（90º<α<180º）2.3建模基本概念

梁端标高次序2.3建模基本概念

层中柱子（1）

变截面柱交接于楼层中。（2）底层层高5.0米；二至四层层高3.6米。（3）500×500mm柱断于二层楼面上2000mm处。（4）400×400mm柱交接而上。

问题：如何定结构标准层？

概念：

柱底标高：柱底面为0；往下为负（往上为正）。上节点高：楼层面为0；往上为正（往下为负）。变截面柱，交于2米处第一结构标准层上节点高2米处第二结构标准层第三结构标准层柱底标高-（3.6+1.6）=-5.2米处2.3建模基本概念

上节点高80006000800070002.3建模基本概念

柱底标高出现何问题？2.3建模基本概念

楼层组装2.3建模基本概念

柱底标高层高3.3米2.3建模基本概念

坡屋顶结构梁与柱齐1m直梁2.3建模基本概念

坡屋顶结构层高6m，起坡1.5m，梁下降2m2.3建模基本概念

恒荷载输入1、

梁上荷载2、柱上荷载3、

墙上荷载4、节点荷载2.3建模基本概念

活荷载输入1、

梁上荷载2、柱上荷载3、

墙上荷载4、节点荷载按房间输入楼板洞口(1)路径：楼板生成板洞布置新建。(2)矩形洞口设左下节点；圆形洞口设圆心，以房间左下节点为坐标原点。(3)点取房间。(4)可反复操作N次。2.3建模基本概念

楼板开洞注意(1)三种洞口形式选项。(2)某房间部分为楼梯间时，可在楼梯间布置处开设一大洞口。某房间全部为楼梯间时，也可点菜单4，修改板厚时将该房间板厚修改为0。(3)每房间内最多布置7个洞口，每结构标准层的房间洞口布置类别≤80。(4)房间内所布的洞口，其洞口部分的荷载在荷载传导时扣除。1悬挑板定义：在平面外围的梁或墙上设置的现浇悬臂板。2要点：板厚程序自动按该梁或墙所在房间取值，用户应输入悬挑板上的恒载和活载均布面荷标准值，如该荷输0，程序也自动取相邻房间的楼面荷载。悬挑范围为用户点取的某梁或墙全长，挑出宽度沿该梁或墙为等宽。当悬臂板的位置在平面外围的同一边，且悬挑长度相同时可归为一类悬挑板。3操作：悬挑板的输入三个步骤。2.3建模基本概念

设悬挑板(1)用光标或鼠标指示需设悬挑板的梁或墙，可连续指示位于同一侧的几段梁或墙，这一类挑板所在的梁或墙指完时，可在平面上无梁及墙处点一下或在最后一根梁或墙上点一下即可进入第二步。(2)键入悬挑板挑出轴线的长度(m)，恒载标准值，活载标准值，共三个数，荷载为均布面荷载，如不输荷载，程序自动取悬挑板上荷载为相邻房间楼面荷载。(3)指示悬挑方向，梁(墙)X向布置时在梁(墙)的上方或下方用光标点一下，梁(墙)Y向布置时在梁(墙)的左方或右方点一下即可。2.3建模基本概念

设悬挑板当输入的梁(主梁)的标高不同于楼层标高时，可将该梁设置为错层梁，该梁低于其它梁时错层值为正。梁错层不在结构计算中反映，只是将错层值传到该梁绘图时画出梁错层的状态。2.3建模基本概念

梁错层当个别房间的楼层标高不同于该层楼层标高，即出现错层时，点此菜单输入个别房间与该楼层标高的差值。房间标高低于楼层标高时的错层值为正。首先键入错层所在的房间号或移动光标直接在屏幕上点取错层所在的房间，再键入错层值(m)。本菜单仅对某一房间楼板作错层处理，使该房间楼板的支座筋在错层处断开，不能对间周围的梁作错层处理。2.3建模基本概念

楼板错层两节点之间只能有一个杆件相连。两节点间同时有弧梁和直梁时，应在弧梁上设置一节点。2.3建模基本概念基本构件弧形梁—必须按主梁输入2.3建模基本概念基本构件弧形梁上未设节点计算后弧形梁丢失计算后弧形梁丢失弧形梁上设节点计算后弧形梁存在计算后弧形梁存在上节点高：往上为正（mm）；梁标高：往上为正（mm）；斜杆标高：往上为正（mm）；错层梁：往下为正（mm）；楼板错层：往下为正（m）；柱底标高。2.3建模基本概念各标高正负规定及单位体现在Z坐标：在楼层上为Z=0；在楼层上为：Z＞0；在楼层下为Z<0。通用性差，但输入量小。一般的通用程序按空间坐标建模，即唯一选定一个三维坐标系，XYZ-0。通用性强，输入量大。2.3建模基本概念按层建模2.3建模基本概念次梁布置(b)对非矩形房间，可输入与房间某一边平行的次梁或与某一边垂直的次梁。(c)如为交叉次梁或二级次梁，其相交角度必须是90。2.3建模基本概念次梁布置2.3建模基本概念次梁布置次梁弯矩结果

修改板厚功能：修正指定房间的厚度。（1）可以布置一个大洞口，导荷载时其洞口范围内的荷载将被扣除，故需手工计算荷载，用荷载输入命令添加。（2）修改板厚为0，导荷载时该房间上的荷载（楼板上的恒载、活载）仍能近似的导致周围的梁和墙上。楼板厚为0时，该房间不会画出板钢筋。最好修改一下导荷方向。

2.3建模基本概念楼梯输入2.3建模基本概念楼梯输入建模基本概念

楼梯输入第二结构标准层楼梯布置1节点捕捉开关—[Ctrl]+[F3]；2捕捉靶设置开关—[F9]；3[S]—用户选择目标捕捉方式。2.3建模基本概念节点捕捉工具1角度距离捕捉开关—[F4];2设置捕捉开关—[F9];2.3建模基本概念角度和距离捕捉1点网—沿x、y、z方向按一定间距排列形成的阵列，它与网格和节点（又称为网点）是不同的概念。点网可以是可见或不可见。2点网显示开关—[Ctrl]+[F2]3点网捕捉开关—[F3]4旋转点网—[o]以当前光标点为基点，输入点网绕该点旋转的角度。2.3建模基本概念点网捕捉工具1[↑]—使光标上移一步；2[↓]—使光标下移一步；3[←]—使光标右移一步；4[→]—使光标左移一步；5[Pageup]—增大光标移动步长6[Pagedown]—减小光标移动步长2.3建模基本概念点网输入方法1（键盘输入）1[鼠标左键]=[Enter]—确定输入点；2[鼠标中键]=[Tab]—当前点作为参考点；3[鼠标右键]=[Esc]—放弃输入点；2.3建模基本概念网输入方法2（鼠标输入方式）2.3建模基本概念基本构件虚梁—100×100的矩形梁，形成房间；大房间套小房间—会造成荷载导算或统计材料时重叠计算，可在大小房间之间用虚梁连接。虚梁设置后注意传力的改变。网格、节点编号——所有标准层的节点网格投影在一起，形成总网格节点图统一编号。有网格不一定有梁、墙，有节点不一定有柱。构件节点编号——柱、墙、梁构件交接点编号。计算中作为计算总刚矩阵的依据。柱、梁、墙、次梁构件编号——柱、梁、墙、次梁，按不同的标准层分别独立编号。2.3建模基本概念网格节点、柱梁墙次梁编号规则习题1

四层框架结构，底层柱网6000×6000mm，上层柱网3000×3000mm。层高均为3m，柱子截面尺寸b×h=400×400mm和D=300mm，框架梁截面尺寸250×550mm及200×400mm。请至少用三种方式建模并总结不同点。方式一：两个结构标准层。第一结构标准层3m。梁顶标高升梁。第二结构标准层6m，柱底标高3m。习题2

单层框架结构，柱网9000×9000mm，地面到板顶高度5000mm，地面到基础顶面1000mm。柱子截面尺寸400×400mm，框架梁截面尺寸250×750mm。混凝土强度等级均为C30，钢筋为HRB400（主筋）、HPB300（箍筋）。请布置各种楼面形式，得出混凝土用量最小的楼面布置方案。注（1）需满足强度、挠度、裂缝宽度要求；（2）不计风荷载和地震作用；（3）挠度和裂缝宽度不满足时如何处理？结构高度=5000+1000mm=6000mm，单向板肋梁楼盖井字楼盖特征：梁高h1=h2双向肋梁楼盖？两级次梁楼盖？习题3

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），抗震设防烈度为7度，加速度0.1g，设计分组第一组，Ⅳ类场地土，抗震等级三级。混凝土强度等级：梁、板、柱为C30，主筋HRB400变形钢筋，箍筋HPB300钢筋。框架填充墙采用300×250×110水泥空心砖。要求：（1）完成结构建模；（2）画出某一层的楼板配筋图；（3）画出某一层的框架梁平法配筋图；（4）画出某一层的框架柱平法配筋图。（5）获取挠度、裂缝图；（6）获取总信息、周期、位移比信息。习题3

屋面恒载⑴20厚板底混合砂浆粉刷：0.02x17=0.34kN/m2⑵100厚钢筋混凝土现浇屋面：0.1x25=2.5kN/m2⑶隔汽层，刷冷底子油一道，热沥青玛啼脂二道，重量忽略⑷预制膨胀珍珠岩块，最薄处50厚，最厚处220厚，平均厚

度135：0.135x3.5=0.47kN/m2⑸40厚1：2.5水泥砂浆找平：0.04x20=0.8kN/m2⑹二毡三油防水层：0.35kN/m2总计gk=4.46kN/m2习题3荷载计算楼面恒载：⑴20厚底混合砂浆打底：0.02x17=0.34kN/m2⑵100厚钢筋混凝土现浇楼面：0.1x25=2.5kN/m2⑶50厚C20细石混凝土面层：0.05x24=1.2kN/m2总计gk=4.04kN/m2习题3荷载计算

墙面恒载：⑴20厚底混合砂浆双面粉刷0.04x17=0.68kN/m2⑵250厚水泥空心砖0.25x10.3=2.58kN/m2总计gk=3.26kN/m2习题3荷载计算（1）其他恒荷载：钢窗恒载：0.45kN/m2木门恒载：0.2kN/m2（2）活荷载：教室、办公室：2kN/m2走廊、楼梯活载、厕所活载：2.5kN/m2消防楼梯3.5kN/m2

屋面活载（不上人）：0.7kN/m2基本雪载：0.2kN/m2;基本风压：0.55kN/m2习题3荷载计算⑴框架梁截面尺寸估算

h=(1/8~1/12)L高宽比h/b一般取2.0～3.5；⑵柱截面尺寸估算1