一
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投标单位：东大国际设计院
1.4项目概况：本项目总建筑面积53217平方米，拟布置标准化厂房3栋（D级），均为12米高钢结构建筑。结合功能要求，3栋厂房檐高均为12米，端部设置3层生产辅助用房。辅助用房与主厂房通过设置结构缝分隔。辅助用房采用混凝土框架结构（不属于本文讨论范围）。主厂房采用门式刚架受力体系，通过设置框架外支撑使空间整体受力。主厂房屋面材料为单层彩钢加岩棉，屋面坡度为双坡屋面。
项目所在地基本风压为0.40kPa，地面粗糙度为B级，基本雪压So=0.45 KN/m2（n=100年），雪荷载准永久值系数属于Ⅱ区。抗震设防烈度为6度，建筑场地类别为Ⅲ类，地震组别为Ⅲ类，设计基本地震加速度值为0.05g，设计特征周期为0.65s，抗震等级为Ⅳ级。结构安全等级为Ⅱ级。建筑钢结构耐火等级为Ⅱ级。室外楼面以下与土壤接触构件为Ⅱb级，室内正常环境下为Ⅰ级。结构采用柱下独立基础，承重层为粉土层，地基承载力特征值为120kPa。项目效果图及建筑图详见下图：
图1 厂房A~C鸟瞰图
图2 A栋立面效果图
图3 A栋一层平面图
图 4 A栋立面图
二
PKPM门式刚架三维设计软件介绍
PKPM门式刚架三维设计软件是专门针对门式刚架项目的分析设计软件钢结构节点连接三维图，一套软件即可完成门式刚架设计的全过程，包括主框架建模与计算、围护结构布置与施工图绘制、基础计算与设计、节点设计与施工图深化四大核心功能，详情如下图所示：
图5 门式刚架三维设计功能展示图
主车架建模在软件中明确区分了主车架横车架和纵车架的建模功能。在纵车架建模中，增加了快速布置纵向拉杆和支撑的功能。支持车架支撑的参数化建模。纵车架建模还支持自定义布置纵向载荷，计算前程序可自动计算纵向载荷。布置吊车时，若设置吊车梁，吊车梁还可兼作拉杆，可自动计算纵向制动力，同时程序会自动考虑吊车梁的自重。
软件可自动识别生成屋面、墙体并进行编号，并在图纸上使用不同颜色进行区分，显示效果更加清晰直观。根据屋面拉杆布置情况，直接选择框即可快速完成屋面支撑布置，简化了交互操作过程，大大提高了建模效率。
软件与JCCAD实现无缝集成，计算完成后可直接切换到基础模块，程序自动将相应的荷载信息以三维模型的形式传输，随后可在基础模块中分析设计各种基础形式，并完成相应的施工图。
PKPM与巴特勒合作重构节点设计施工图，推出门钢施工图专业版。专业版施工图新增节点80余个，共计可支持300余种节点形式。例如：十字柱节点、工字型、T型组合截面节点、剪力键节点、山墙女儿墙柱、箱形柱脚、门式支座、角钢/槽钢双片支座及拉杆节点、单/双角钢支座及拉杆节点、托梁节点等多种形式可用于节点设计施工图。
本文以A栋厂房项目为例，展示门式刚架三维设计软件进行全流程建模设计的便捷性和优势，A栋厂房项目三维建模立面图如下：
图 6 建筑 A 采用门式框架 3D 设计软件建模
三
采用PKPM门式刚架三维设计软件进行全流程建模与设计
3.1 主体框架建模
①厂房概况及网格编辑：根据工程实际情况输入厂房概况、柱网间距及设计信息，选择轴线设置标准架。本工程厂房跨度54.0m，厂房纵向长度134.7m，共设16个横架，标准间距9m，如下图所示：
图7 植物模型网格编辑
② 框架编辑：通过定义标准框架及立面编辑功能，可快速布置水平框架及竖向框架。水平框架进入后，分析设计与二维门架软件完全一致，延续用户的使用习惯。竖向框架建模可实现拉杆快速布置、柱支撑参数化布置、一键荷载传递。
图8 厂房横梁生成与计算（标准梁）
图9 厂房横梁生成与计算（边梁）
图10 厂房纵梁生成与计算（快速布置支撑）
图11 厂房横、竖梁整体展示
③主车架计算：从上图可以看出，软件可以快速布置横、纵车架，并可实现纵车架自动承载功能，大大节省了建模时间。建模完成后，可自动进行主车架计算。目前程序对主车架的计算还是采用三维建模、二维计算的方式，即分别计算纵、横车架。
3.2 吊车梁定义及布置
①设置起重机参数：程序提供了丰富的起重机数据，用户可以在起重机数据库中选取项目实际需要的起重机参数并进行编辑。本项目为两个水平跨度各设置一台起重机。起重机梁采用A4、A5中间软钩，最大轮压18.1t，起重机跨度25.5m，起重机轴距5m。起重机梁采用H型截面，截面尺寸为900x500x250x12x18x16。
图12 起重机布置信息输入图
② 起重机布置：设置起重机参数后，可自动布置起重机，程序可同时布置2台起重机，并可自动布置吊车梁及制动桁架，并校核吊车梁承载能力。
图 13 起重机布局
3.3 屋面及墙体维护结构自动生成
①完成主要刚接及吊车布置计算后，程序自动生成屋盖及墙体，快速布置屋盖支撑，自动布置围护结构。
图14 工厂屋顶及墙体自动生成示意图
② 通过设置支撑和拉杆的截面类型，程序自动布置屋盖的水平支撑和拉杆。
图15 厂房屋面墙体支撑及拉杆布置示意图
③布置好支撑和拉杆后，可以定义屋面构件信息，设置屋面檩条、角撑的布置参数，程序会自动布置屋面围护结构，如下图所示。
图16 厂房屋面檩条、角撑等围护结构布置示意图
④完成以上所有布置后，程序对支撑及围护结构构件进行分析、设计、校核，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图纸的绘制。
3.4 基本设计
传统二维门式刚架设计软件只能实现和计算水平梁简单的基础形式，三维门式刚架设计软件可以自动转接上部结构，完成门式刚架基础布置。除独立基础外，还支持桩基础、筏板基础、附加基础梁、拉力梁，完成本工程基础的整个设计，并绘制相应的施工图，大大提高了设计效率。本工程柱下独立基础以粉砂层为持力层，基础承载力特征值为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与巴特勒联合开发了门钢结构施工图专业版，新增节点80余个，共计可支持300余种节点形式，满足用户的实际需求，具体操作流程如下。
①连接参数设置：程序具有丰富的设置参数，如门钢节点形式及参数、柱脚节点形式、支撑设计参数、风柱连接、牛腿及女儿墙设计等，还可自动设计连接节点并显示整体模型。如下图所示：
图19 节点设置参数及整体模型展示
② 检查和修改节点连接：程序中设置了300多种节点类型，在整体模型生成后，用户可以对生成的节点进行修改，显示任意节点的模型，审核节点承载力计算并出具计算报告。部分节点模型如下图所示：
图20 植物部分节点模型显示
（梁柱刚接、拉杆连接、支撑连接、柱脚连接）
③自动绘图：完成节点修改及审核后，程序可自动绘制门钢结构施工图，包括柱脚锚栓、框架立面及节点图、柱支撑立面及详图、吊车梁布置图、屋面支撑及檩条布置图等，相关施工图如下（因篇幅原因部分施工图及节点未一一展示）：
图21 选定要审查的图纸
图 22 水平梁立面图（边梁）
图 23 水平梁标高（标准梁）
图 24 柱支撑立面图
图25 吊车梁制动桁架布置图
图26 起重机梁布置图
图 27 顶板支撑平面布置图
图 28 屋顶围护结构布置图
图29 节点示例图（仅显示部分节点）
3.6工程量统计
软件可实现建模阶段工程量统计和施工图阶段工程量统计，建模阶段工程量统计可实现薄板、大截面构件、超长构件、小型焊接构件等特殊构件的统计；施工图阶段可区分构件、节点，准确统计板材用钢量，并支持分层拆分统计，自动生成明细统计报表。
①建模阶段工程量统计（设置统计规则后可实现门梁、柱支撑、屋盖支撑、特殊构件的统计）：
图30 建模阶段的统计规则
图31 建模阶段主要结构统计
图32 建模阶段特殊结构统计
②施工图阶段工程量统计（可实现整栋建筑或各层的统计，以及螺栓、扣板等径向材料的统计）：
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表2
五
总结
本项目采用PKPM门式刚架三维设计软件对A栋进行全过程建模设计钢结构节点连接三维图，该软件可以快速、准确地建模、绘制施工图，完成全过程设计。
建模计算时间由原来的3天缩短到1天，同时支持不规则框架设计、纵向构件及荷载的交互式布局编辑、屋面、墙体快速布局，自动进行基础转接，缩短基础设计时间，自动绘制基础施工图，本项目建模、基础、围护结构布局全部通过软件完成，大大提高了设计效率。
孟钢施工图专业版拥有丰富的节点形式和专业的绘图能力，大大提高了施工图和节点详图的绘制效率。软件生成的施工图质量较高，经过设计师少量修改后即可完成符合实际项目要求的施工图，大大缩短了施工图绘制时间。
同时程序还提供了完善的工程量统计功能，让用户可以在设计完成后，方便快捷地统计出主框架、柱支撑、屋架、各种扣板、螺栓及其他辅助材料的实际使用量。
PKPM门式刚架三维设计软件可以帮助结构工程师提高结构设计的效率，快速完成钢结构的布置、计算分析和施工图绘制，是结构工程师在设计过程中不可多得的好帮手。
软件下载链接：
撰稿人 | 评论人 王志明 | 谢毅
