结构设计及软件应用 上课

课程(kèchéng)概述共七十九页课程总学时：32学时周学时：2学时课程性质：专业选修课

注重动手能力，联系工程实际。课程关系：以专业理论(lǐlùn)学习的知识为基础，为毕业设计打基础。

共七十九页第一章结构设计前的准备(zhǔnbèi)知识一.设计阶段的划分二.相关的主要规范(guīfàn)三.设计前期资料四.本课程简介共七十九页一、设计阶段的划分(huàfēn)1.方案设计阶段(jiēduàn)2.初步设计阶段3.施工图设计阶段共七十九页1.方案设计阶段(jiēduàn)建筑专业绘制方案图结构专业确定(quèdìng)结构选型设备专业确定方案造价专业估算工程造价组织方案评审绘制方案报批图共七十九页2.初步设计阶段(jiēduàn)各专业设计文件编制深度(shēndù)要满足《建筑工程设计文件编制深度规定》（2008年版）的规定。结构专业设计具体内容见《民用建筑工程结构初步设计深度图样》09G104.共七十九页结构专业设计文件组成(zǔchénɡ)：图纸目录设计说明设计图纸计算书3.施工图设计阶段共七十九页二、相关(xiāngguān)的主要规范《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001《建筑工程抗震设防分类标准(biāozhǔn)》GB50223-2008《建筑结构荷载规范》GB50009-2012《混凝土结构设计规范》GB50010-2010《建筑抗震设计规范》GB50011-2010《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

共七十九页1.《建筑(jiànzhù)结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001共七十九页共七十九页2.《建筑工程抗震设防分类(fēnlèi)标准》GB50223-2008共七十九页共七十九页三、设计前期(qiánqī)资料1.建筑条件图建筑设计总说明(shuōmíng)建筑平面图建筑立面图建筑剖面图大样图（节点大样、门窗大样、楼梯大样）2.勘察报告共七十九页

本课程(kèchéng)运用结构计算机辅助设计软件（PKPM），通过对一个工程实例的结构设计，介绍该软件的基本功能和主要技术条件，详细介绍菜单命令及其操作步骤，利用软件内力计算和配筋的结果，绘制结构平面施工图的具体操作，循序渐进以达到熟悉结构计算机辅助设计的过程与掌握结构计算机辅助设计的方法。为绘制用平面整体表示法绘制结构平面图，本课程还将介绍结构空间有限元分析软件（SATWE）、简单介绍基础计算与绘图软件（JCCAD）。四、本课程(kèchéng)简介共七十九页思考题1.查阅《混凝土结构设计规范》、《建筑抗震设计规范》如何初步(chūbù)确定框架结构梁、柱截面尺寸？2.查阅《建筑结构荷载规范》如何确定中小学学生宿舍和办公楼的活荷载？共七十九页第二章的教学(jiāoxué)目标

了解PKPM系列软件包括的内容，熟悉PMCAD的基本功能及应用范围，了解本课程(kèchéng)的工程实例建筑概貌。熟练掌握PMCAD交互式数据输入界面的作图和输入各层平面数据，建立结构整体模型。共七十九页1.结构(jiégòu)PKPM系列软件包括有：结构平面计算机辅助设计软件──PMCAD钢筋混凝土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、高层建筑结构空间(kōngjiān)有限元分析软件──SATWE楼梯计算机辅助设计软件──LTCAD基础设计软件——JCCAD共七十九页2.软件(ruǎnjiàn)适用范围：层数≤190节点(jiédiǎn)总数≤8000标准柱截面≤300标准梁截面≤300每层柱根数≤3000每层梁根数（不含次梁）≤8000每层房间数≤3600共七十九页3.PMCAD是PKPM中的一个(yīɡè)结构平面计算机辅助设计软件，PMCAD的基本功能：

一、人机交互建立全楼结构模型二、自动导算荷载建立恒活荷载库三、为各种计算模型提供计算所需数据文件四、为上部结构各绘图CAD模块提供结构构件的精确尺寸五、为基础设计CAD模块提供底层结构布置与轴线(zhóuxiàn)网格布置，还提供上部结构传下的恒活荷载共七十九页

六、现浇钢筋混凝土楼板结构(jiégòu)计算与配筋设计七、结构平面施工图辅助设计共七十九页3.完成(wánchéng)PMCAD的结构建模的主要步骤：

⑴人机交互建立全楼结构模型

⑵完成各层楼板楼面的详细布置

⑶生成荷载信息作为某一个工程的设计和计算，应该先选择一个盘符建立该项工程的专用工作文件夹，然后启动PKPM程序。对于一个新工程，执行PMCAD软件，必须先完成结构平面计算机辅助设计主菜单主菜单1项的各类数据输入。为了有助快速查询和设置，PMCAD提供了许多操作命令的键盘技术(jìshù)，教材列出了部分常用的功能键。当然也可以直接在菜单区用鼠标点取相应的功能。共七十九页4.设计(shèjì)资料：

某中学五层现浇框架宿舍楼，建筑平、立、剖面图见图，现浇楼、屋盖，室内外高差0.45m，基础顶面距室外地面0.2m，屋顶设110KN水箱两个（楼梯间顶），抗震设防裂度为7度，第三组，设计基本地震加速度值0.15g,Ⅱ类场地土，特征(tèzhēng)周期0.45S。混凝土强度等级：梁、板、柱待定，主筋HRB400钢筋，箍筋HRB400钢筋。框架填充墙采用200厚混凝土多孔砖。共七十九页共七十九页共七十九页共七十九页共七十九页共七十九页共七十九页共七十九页5.基本(jīběn)术语：轴线──即建筑平面图上的轴线。它是确定建筑的墙、柱、梁

位置的线段，也叫定位轴线。网格线──平面图中通过墙、柱、梁的轴线。网格──网格线交织后被交点分割成的线段。

节点──网格线的交点、线段的端点、圆弧的圆心点。墙──钢筋混凝土剪力墙或承重砖墙。框架填充墙和非承重墙

不在此列。墙布置在网格上，两节点之间仅能布置一片

墙，墙长度即是两节点之间的距离。主梁──布置在网格上的梁，两节点之间仅能布置一根(yīɡēn)梁，梁

长度即是两节点之间的距离。柱──结构设计所定义构件。柱布置在节点上，每个节点只能

布置一根柱。共七十九页6.轴线输入(shūrù)，网点生成⑴绘制轴线的基本方法⑵键盘(jiànpán)和鼠标输入坐标点⑶网点生成⑷绘制宿舍楼平面的轴线网格⑸给轴线命名共七十九页3.构件定义(dìngyì)，楼层定义(dìngyì)

⑴柱、梁的截面尺寸及材料信息(xìnxī)定义⑵柱、梁的构件布置⑶本层修改⑷本层信息⑸偏心对齐⑹构件查询与修改⑺层编辑⑻换标准层共七十九页4.工程实例中构件截面尺寸(chǐcun)估算⑴根据结构平面布置图进行框架梁截面尺寸(chǐcun)估算⑵柱截面尺寸估算⑶楼板厚度5.构件定义

⑴柱定义⑵主梁定义共七十九页6.楼层(lóucénɡ)定义⑴柱布置(bùzhì)⑵主梁布置共七十九页第二章作业(zuòyè)

思考题：PMCAD是关于什么的软件？PMCAD的基本功能是什么？怎样建立一个新的专用工作文件夹？怎样使用节点捕捉？怎样使用角度(jiǎodù)和距离捕捉？共七十九页第三章的教学(jiāoxué)目标

本章(běnzhānɡ)执行1.建筑模型与荷载输入的第三项楼层定义，通过人机交互方式输入各楼层平面的信息，生成楼板、楼板开洞、改板厚、设悬挑板、楼板错层等信息。共七十九页1.基本(jīběn)术语：

房间──程序把由墙或梁围成的每个平面闭合形体作为一个房间，房间的划分和编号由程序自动进行。层间梁──标高不在楼层(lóucénɡ)上的梁。程序在计算时只把层间梁的荷载传给主体结构，考虑该杆件的刚度存在。共七十九页2.楼层(lóucénɡ)定义⑴柱布置⑵主梁布置层间梁通过定义梁标高输入(shūrù)。如楼梯间半层高处的楼梯梁。共七十九页⑶楼板(lóubǎn)生成楼板错层下沉为正，单位为mm。板厚默认本层信息菜单中设置的板厚值，可通过修改板厚命令修改。楼梯间全房间洞在此设置。布悬挑板。层间复制，可对楼板开洞、悬挑楼板、楼板错层、现浇板厚等进行层间复制。共七十九页 对于楼梯间，可以布置一个大洞口，导荷载时其洞口范围(fànwéi)内的荷载将被扣除，二是也可以修改板厚为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。

共七十九页(4)次梁布置(5)本层信息(6)材料强度(7)构件删除(8)本层修改(xiūgǎi)(9)层编辑(10)截面显示(11)偏心对齐(12)层编辑共七十九页3.荷载(hèzài)输入⑴层间复制⑵恒活设置(shèzhì)

为每个标准层指定楼面恒活的统一值。共七十九页楼面(lóumiàn)恒载：⑴20mm厚板底混合(hùnhé)砂浆抹灰0.02x20=0.4kN/m2⑵20厚砂浆找平层0.02x20=0.4kN/m2⑶30mm厚水磨石楼面0.65kN/m2总计1.45kN/m2共七十九页屋面(wūmiàn)恒载：⑴20mm厚板底混合砂浆粉刷：0.02x20=0.4kN/m2:⑵20mm厚找平层：0.02x20=0.4kN/m2⑶100mm厚膨胀珍珠岩保温层：0.10x4=0.4kN/m2⑷250mm厚加气(jiāqì)混凝土砌块找坡层：0.25x7=1.75kN/m2⑸20厚1：2.5水泥砂浆找平层：0.02x20=0.4kN/m2⑹防水层：0.4kN/m2⑺水泥砖面层：0.6kN/m2总计：4.35kN/m2共七十九页200厚混凝土多孔砖：3.2kN/m2钢窗恒载：0.45kN/m2木门(mùmén)恒载：0.2kN/m2宿舍活载：2.0kN/m2走廊、楼梯活载：3.5kN/m2卫生间、盥洗室、阳台活载：2.5kN/m2上人屋面活载：2.0kN/m2

不上人屋面活载：0.5kN/m2屋面雪载：不考虑基本风压：0.3kN/m2共七十九页思考题：⑴梁间荷载如何(rúhé)计算？⑵梁间荷载如何输？共七十九页第四章的教学(jiāoxué)目标

通过学习人机交互方式输入各楼层梁间、柱间、墙间、节点、次梁等补充荷载信息，从而(cóngér)完成建筑荷载信息输入与检验。共七十九页1.梁间荷载 这里输入不能由程序自动导算的作用在梁上的恒载或活载。对于主、次梁的自重，程序会自动考虑，不应在梁荷输入是考虑。①梁间恒载、梁间活载输入 通过选择(xuǎnzé)荷载的对话框和荷载类型的对话框进行梁荷输入，或用复制拷贝的方法将已输完的梁上荷载拷贝到其它梁上。

②层间拷贝 可把前一荷载标准已输入的梁间荷载拷贝到本层上，在此基础上修改，从而简化输入。共七十九页2.柱间荷载

这项是输入作用在平面X、Y方向的柱间恒载或活载菜单。内容与梁间荷载相同，输入过程(guòchéng)也类似。3.节点荷载

此项供输入平面(píngmiàn)节点上的某些附加荷载。荷载作用点击平面(píngmiàn)上的节点，X向弯矩以顺时针向右为正，Y向弯矩向上为正。内容与操作过程与梁间荷载相类似。共七十九页4.次梁荷载 此项供输入一级次梁及交叉次梁上的附加荷载。选择此项后，可用光标捕捉到所需次梁，按回车键，即可按提示输入一组次梁荷载。程序将自动(zìdòng)把一级次梁荷载按两端简支往主梁上倒算，交叉次梁时做交梁内力分析，并将其支座反力导算到主梁上。共七十九页5.输入工程(gōngchéng)实例的荷载信息

杆件上的荷载(hèzài)数据：B、C轴线之间的纵墙：(3.6-0.4)×3.2KN/m2—1.0X2.7X(3.2-0.45)/3.9=8.34KN/m屋顶水箱：110KN/2/3m=18.3KN/m实墙：(3.6-0.4)×3.2KN/m2=10.24KN/m共七十九页复习(fùxí)《抗规》:第3.4建筑(jiànzhù)形体及其构件的规则性。共七十九页第五章教学(jiāoxué)目标

本章执行多层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE-8。掌握(zhǎngwò)在接力PMCAD生成的数据文件,利用计算机计算通过前处理和数据检查，对多层框架进行结构空间分析，内力和配筋计算，画出结构施工图。共七十九页1.SATWE-8的基本功能

SATWE是专门为多、高层建筑结构分析与设计而研制的空间结构有限元分析软件，它以壳元理论为基础，构造了一种通用墙元来模拟剪力墙，这种墙元对剪力墙的洞口的尺寸和位置无限制，具有较好的实用性。可用来计算高层和多层的框架、框架－剪力墙和剪力墙结构，适用于平面和立面体形复杂的结构形式，SATWE完成结构在永久、可变、风、地震作用下的内力计算和地震作用计算，完成荷载效应(xiàoyìng)组合，并对钢筋混凝土结构完成截面配筋计算。SATWE－8是计算最高层数为8层的空间结构有限元分析软件。共七十九页SATWE的使用(shǐyòng)限制：1）结构层数（高层版）≤2002）每层梁数≤80003）每层柱数≤50004）每层墙数≤30005）每层支撑(zhīchēng)数≤2000

6）每层塔数≤97）每层刚性楼板数≤998）结构总自由度数不限共七十九页SATWE多层版与高层(ɡāocénɡ)版的区别：1）多层版限八层以下(包括八层);2）多层版没有弹性楼板交互定义功能；3）多层版没有动力时程分析、吊车荷载分析、人防设计功能；4）多层版没有与FEQ的数据(shùjù)接口共七十九页2.基本概念

1）数据准备——

SATWE是PKPM系列CAD软件中的一个模块，与其它模块组成了一个集成化的软件系统。结构建模是在PM中完成(wánchéng)的，PM建立的是结构的实际模型，但SATWE进行空间分析计算时采用的力学模型有其特殊的假定和要求，如墙元模拟剪力墙。为此，必须先执行PMCAD主菜单1，将生成的*.PM、和工程名.*放在当前工作目录中。然后执行SATWE主菜单的1项，将各项信息赋值后程序形成SATWE补充输入数据文件SAT_*.PM。从PMCAD已经建立的结构模型和荷载库是进行SATWE计算的必要接口。共七十九页2）次梁处理——次梁在PM中可当主梁输入，也可当次梁输入。如果当主梁输入，转到SATWE进行(jìnxíng)整体分析，由于主次梁的相互作用，它们都会产生扭矩，程序约定次梁不调幅，最小配筋率不受抗震等级控制。如果当次梁输入，转到SATWE不参与整体分析，在SATWE主菜单3“PM次梁内力与配筋计算”中按连续梁一次性完成内力与配筋，此后对主次梁一起归并，在SATWE配筋简图上显示其配筋。共七十九页3)可变荷载的不利(bùlì)布置计算——这是个可选的项目，如果选择计算，生成的梁的正、负弯矩包络数据将反映可变荷载的不利分布，与永久、风、地震作用组合后可得出梁的最不利内力组合与配筋。如果不考虑此项，为了弥补梁内力偏小，对梁活荷载内力放大系数，填大于1的数，一般工程取1.2。共七十九页4)梁柱归并——为了减少梁和柱的类数，方便施工和简化画图(huàtú)输出，将几何条件相同（梁跨数、梁跨度、柱高度、截面形状和大小）；钢筋等级相同；满足用户给出的钢筋归并系数的梁柱，配筋选大归并成一类。归并系数取值为0～1之间，归并系数越大归并的截面数越少。一般可取0.3左右。共七十九页3.SATWE－8主菜单1“接PM生成(shēnɡchénɡ)SATWE数据”

屏幕显示如右图对话框，为STWE－8三维空间分析作数据准备。 分析与设计参数补充(bǔchōng)定义：第一次一定要选；生成SATWE数据文件及数据检查：一定要选； 特殊构件补充定义：第一次一定要选； 特殊风荷载定义等其余各项：根据需要而定。共七十九页总信息(xìnxī)：1）水平力与整体坐标夹角2）混凝土、钢材容重3）地下室层数4）对所有楼层强制采用刚性楼板(lóubǎn)假定5）强制刚性楼板假定时保留弹性板面外刚度6）结构材料信息7）结构体系8）恒活荷载计算信息9）模拟施工次序信息10）风荷载计算信息11）地震作用计算信息12）结构所在地区或设计还需要遵循的地区规程13）规定水平力共七十九页风荷载(hèzài)信息：1）地面粗糙度类别2）修正后的基本风压3）X、Y向结构基本周期4）风荷载作用下结构的阻尼比5）水平(shuǐpíng)风体型分段数、各段体型系数共七十九页地震(dìzhèn)信息：1）结构规则性信息2）设计地震分组3）设防烈度4）场地类别5）混凝土框架、剪力墙、钢框架抗震等级6）抗震构造措施的抗震等级7）考虑偶然偏心、X、Y向相对偶然偏心值、用户指定偶然偏心8）考虑双向地震作用9）计算振型个数10）活荷重力荷载代表值组合(zǔhé)系数11）周期折减系数12）结构的阻尼比13）特征周期、地震影响系数最大值、用于12层以下规则混凝土框架薄弱层验算的地震影响系数最大值共七十九页活荷信息(xìnxī)：1）柱、墙、基础设计时活荷载是否折减2）柱、墙、基础活荷载折减系数3）梁活荷不利布置最高层号4）考虑(kǎolǜ)结构实用年限的活荷载调整系数共七十九页调整(tiáozhěng)信息：1）梁端负弯矩调幅系数2）梁活荷载内力放大系数3）梁扭矩折减系数4）实配钢筋超配系数5）中梁刚度放大系数6）梁刚度系数按2010规范取值7）按抗震规范第5.2.5条调整(tiáozhěng)各楼层地震内力、自定义调整(tiáozhěng)系数8）全楼地震作用放大系数共七十九页设计(shèjì)信息：1）结构重要性系数2）梁、柱保护层厚度3）考虑P-DELTA效应4）梁柱重叠部分(bùfen)简化为刚域5）按高规或高钢规进行构件设计6）按混凝土规范B.0.4条考虑柱二阶效应7）柱配筋计算原则共七十九页4.

主菜单2“结构内力、配筋计算” 屏幕显示“计算选择”选择框，如下图所示进行(jìnxíng)的结构分析和计算。共七十九页5.主菜单3“PM次梁内力与配筋计算” 经过计算，程序(chéngxù)完成次梁的内力与配筋计算。共七十九页6.主菜单(càidān)4“分析结果图形和文本显示”

屏幕显示“SATWE输出(shūchū)菜单”可以用图形文件输出(shūchū)也可以用文本文件输出(shūchū)共七十九页图形文件输出中下面重点介绍二项菜单(càidān)：1）点击菜单2“混凝土构件配筋及钢构件验算简图”图中用单线条显示了楼层结构各梁的平面布置。共七十九页（1）矩形混凝土柱的说明：

0.72表示该柱的轴压比；27为B边和H边的配筋面积（包括角筋）cm2；当采用(cǎiyòng)双偏压计算时，角筋面积不小于4.9cm2；在加密区Sc范围内的箍筋面积6.6cm2，非加密区的箍筋面积0cm2，柱节点域抗剪箍筋面积3.1cm2。共七十九页（2）对混凝土梁的说明：

第一排数字表示(biǎoshì)该梁在加密区Sb范围内的箍筋面积cm2；第二排数字表示该梁上部左支座的钢筋面积cm2，跨中的钢筋面积cm2，右支座的钢筋面积cm