鋼結構設計軟件PKPM-STS中部分參數的設置Settingsof Some Im portant Parameters in SteelStructure Design Software PKPM-STS

鄭遠林（重慶匯凱鋼結構建筑有限公司，重慶401120）

鋼結構設計軟件PKPM-STS中部分參數的設置
Settingsof Some Im portant Parameters in SteelStructure Design Software PKPM-STS

鄭遠林
（重慶匯凱鋼結構建筑有限公司，重慶401120）

以PKPM的鋼結構設計軟件STS為例子，首先說明了針對不同的結構類型應該采用的設計規范或規程，并以幾個簡單、典型的結構形式來論證采用相適應的設計規范或規程對設計結果的影響；其次總結了部分重要參數的含義和如何設置該參數，同時解釋該參數對設計結果的影響；最后提出一些建議值。

鋼結構；鋼結構設計；PKPM；STS

0　引言

在鋼結構設計工作中，目前普遍利用PKPM的STS/SATWE或同濟大學的3D3S等軟件進行。這些軟件都需要合理地設置各種參數，方能進行正確的計算，做出安全、經濟、合理的設計。如果先了解了各個參數的含義，熟悉規范在相關方面的規定，就能作出合理的設置。本文以應用比較普遍的STS為例，總結該軟件中部分參數設置的經驗，說明與其相關的規范條文，并提出一些建議值，希望可以供設計人員參考。

1　結構類型和設計規范

鋼結構常用的結構形式主要有：框架、門式剛架、排架、桁架等。門式剛架是一種應用比較廣泛的結構類型。這里有一個誤區，并非《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程（CECS102：2002）》（以下簡稱《門規》）第1.0.2條中規定的結構才是門式剛架。不能簡單地認為只要是門式剛架，就可以歸類為“門式剛架輕型房屋鋼結構”；也不能認為只要不滿足《門規》的規定，就不能采用門式剛架。事實上，大多數單層鋼結構廠房，都是門式剛架結構。

圖1為STS中提供的結構類型和設計規范。若結構為滿足《門規》第1.0.2條規定的輕鋼結構，則可以選擇“2-門式剛架輕型房屋鋼結構”，若為不滿足此規定的結構，應按實際工程類型選擇“1-單層鋼結構廠房”、“3-多層鋼結構廠房”或“4-鋼框架結構”。

圖1　結構類型和設計規范的選項

設計規范應根據各個規范的適用范圍和實際工程的類型作出選擇。一般來說，滿足《門規》適用范圍的結構，選擇“1-按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》（CECS102：2002）計算”，其他結構可選擇“0-按《鋼結構設計規范》（GB50017：2003）計算”。對于采用冷彎薄壁型鋼作為主構件的鋼結構房屋，也可選擇“2-按《冷彎薄壁型鋼結構設計規范》（GB50018）計算”。

結構類型選擇“門式剛架輕型房屋鋼結構”，體現了輕型房屋鋼結構的特點：通過次構件、檁條、金屬屋面板和墻面板與主結構的連接，結構具有較強的蒙皮剛度。這類結構，有一定的特殊性，需要特別對待。根據《建筑抗震設計規范（GB50011-2010）》（以下簡稱《抗規》）第9.2.1條的規定，如果是“門式剛架輕型房屋鋼結構”，則程序將不執行《抗規》9.2節中的相關規定。此外，輕型鋼結構的構件長細比限值，按《門規》可以取較大的值。

選擇不同的設計規范，除了強度和穩定性計算結果不同，柱構件的計算長度系數的確定和板件寬厚比限值也各有區別。對于柱的計算長度系數，程序自動按參數輸入中設置的驗算規范進行確定，與單個構件的驗算規范無關。下面舉幾個例子來說明相關問題。

例1：帶夾層的門式剛架輕型房屋鋼結構。因為《門規》針對的是單層房屋，所以設計規范應選擇《鋼規》，程序按《鋼規》的線剛度比方法確定計算長度系數。但結構為輕型鋼結構，可以考慮蒙皮效應，筆者認為，結構類型依然可選“門式剛架輕型房屋鋼結構”，按《門規》控制總體指標。然后在交互設計時，可以單獨設定屋面梁和不與夾層相連的柱的驗算規范為《門規》。主要原因是屋面梁有一定的坡度，存在軸力，而且多采用變截面鋼梁。由于《鋼規》對梁的驗算是按純彎構件計算，不考慮軸力，且穩定性計算未考慮變截面的因素，采用《門規》的驗算結果比較全面［1］。

例2：吊車超過20t的門式剛架單層房屋鋼結構。因為吊車噸位已經超出《門規》的適用范圍，所以應該選擇“單層鋼結構廠房”類型，按《鋼規》控制總體指標。驗算規范也應該采用《鋼規》，柱的計算長度系數按《鋼規》的階形柱方式進行確定［1］。屋面梁可單獨設置驗算規范，參見例1。也有部分例外情況，參見下面的例3、例4。

例3：對于有吊車作用的柱子，如果是階形柱，建議選擇《鋼規》為設計規范，按《鋼規》的階形柱方式確定柱的計算長度系數。程序默認按附錄表D-4、D-6計算?？紤]到鋼梁剛度達不到完全剛性約束的條件，可以勾選下方的“當實腹梁與作用有吊車荷載的柱剛接時，該柱按照上端為自由的階形柱確定計算長度系數”復選框，則程序將按附錄表D-3、D-5來計算，計算結果會比較準確并偏于安全。

例4：如果上下段采用相同的截面（非階形柱）且梁柱連接采用剛接，如果按《鋼規》設計，下柱的計算長度系數常常出現比較小的情況。這種情況，建議選擇設計規范為《門規》，按《門規》的一階分析法確定構件的計算長度系數［1］。然后在交互設計中，結合實際情況給構件指定驗算規范。

當結構類型為“單層鋼結構廠房”時，按《抗規》第9.2.13條，柱構件的長細比限值與軸壓比有關，需要結構計算后方能確定。對于鋼框架結構，按《抗規》第8.3.1條，框架柱的長細比限值與構件的抗震等級有關。而且使用Q235鋼以外的鋼材，規定的限值尚需換算，因此建議勾選“程序自動確定容許長細比”復選框［2］。

當剛架梁按《門規》驗算時，建議勾選“鋼梁還要按壓彎構件驗算平面內穩定性”，以考慮軸力對梁的作用。

圖2與性能化設計相關的兩個選項

圖2是與性能化設計有關的兩個選項。當結構類型為“單層鋼結構廠房”時，可勾選上面一個選項，程序將執行《抗規》第9.2.14條的條文說明中與性能化設計相關規定，按2倍或1.5倍地震作用組合下的內力進行驗算［2］。若滿足承載力要求，可放寬板件寬厚比的限值，充分利用構件的承載力，降低耗鋼量。尤其是對于吊車噸位大于20t的門式剛架輕型房屋鋼結構，因為不滿足《門規》的規定，按《抗規》控制板件寬厚比又比較嚴格。實際上大多數這類結構，吊車作用大于地震作用，即使在2倍地震作用下，結構也能滿足承載力要求。

當結構類型為“鋼框架結構”時，可勾選下面一個選項，程序將按《抗規》第8.1.3條注2的規定，當構件承載力滿足2被地震作用組合下的內力要求時，7～9度的構件抗震等級自動降低一級。同樣可以減少耗鋼量。

2　總信息參數

2.1自重計算放大系數

程序計算結構自重時，僅按構件截面面積X構件長度來計算，并未計入梁柱節點板以及檁條、支撐、連系梁等次構件的重量。通常的做法是次構件重量計入恒載中，節點板重量按放大系數考慮。根據經驗，可取1.1～1.2，最好不小于1.1。

2.2鋼柱計算長度系數計算方法

按照《鋼規》第5.3.3條，有側移或無側移框架柱的計算長度系數相差很大，除非是桁架結構，或者設計人員能確定結構為強支撐框架，才可以選擇無側移框架的計算方法，否則應按有側移框架計算。

2.3凈截面和毛截面比值

此參數對強度驗算結果產生影響，對穩定性驗算不產生影響此參數的設置，主要考慮構件開孔后對構件截面承載力削弱的影響。對以受彎為主的構件，應按凈截面慣性矩和毛截面慣性矩的比值計算。按一般門式剛架的端板連接方式，構件上不需開孔，截面不削弱，可取1.0；腹板開孔的栓焊連接，腹板削弱對整個截面的影響較小，可取0.95；腹板和翼緣均開孔的螺栓連接，翼緣開孔后截面削弱較多，可取0.80。對以軸心受力為主的構件，應按凈截面面積和毛截面面積的比值計算。若削弱處并非構件受力最大截面，亦可取更大的值。

2.4考慮恒載下柱軸向變形

鋼結構尤其是桁架結構，對變形比較敏感，應當考慮軸向變形。

2.5混凝土構件參數

此處唯一例外的是“梁慣性矩增大系數”，也就是內力計算時的梁剛度放大系數，這個參數對鋼梁也起作用的［2］。鋼結構計算過程中，一般不考慮樓面板和屋面板對鋼梁的加強作用，如果是組合梁，也可以直接按組合梁設計，因此不需要對鋼梁進行剛度放大。

3　地震計算參數

3.1地震作用計算

按《抗規》第8.1.3條的規定，6度時的丙類建筑高度不超過50m時，可不計算地震作用；一般來說，單層鋼結構廠房6度時也可不計算地震作用，《抗規》第9.1.6條討論單層廠房不需計算地震作用的情況時，只涉及了7、8度時的情況；按《抗規》第5.1.1條第4款的規定，8、9度時的大跨度和長懸臂結構及9度時的高層建筑應計算豎向地震。

3.2計算振型個數

一般可以填入結構計算質點個數。單層無吊車的結構為單質點體系，可填1；單層有吊車的結構，質點數為吊車作用點數量+1；多層結構，計算質點數量一般為層數，若有吊車，則質點數會增多；其他情況可以此類推。設計時可先采用默認值，計算后查看計算結果，根據結構的質點數和振型參與質量系數來確定振型個數。

3.3周期折減系數

這個參數，主要是考慮墻體對結構剛度的貢獻。若墻面采用柔性圍護墻體或砌體墻在柱外皮砌筑，此項應填1.0；若砌體墻在柱之間嵌筑，可填0.7～1.0之間的數值，低烈度區不低于0.7，高烈度區應取較大的值。對于輕型鋼結構，因為墻板對結構剛度有一定的貢獻，一般可取0.8。

4　活荷載不利布置

單跨結構不需要進行不利布置，但有雪荷載且分布不均勻的除外。

無雪荷載的結構，不上人的屋面活荷載可不進行不利布置；上人的屋面活荷載或多高層結構的樓面活荷載應進行不利布置。

有雪荷載的結構，應考慮屋面積雪分布系數，進行不利布置。

5　結語

本文說明了鋼結構設計中不同結構類型應采用設計規范或規程，總結了設計軟件STS中的部分參數的設置。但限于篇幅，并未涉及某些在規范中有明確規定的參數，也沒有涉及其他主流結構軟件的參數設置，仍需要更多的設計人員努力研究規范，總結經驗，提出更合理更準確的參數設置。

［1］中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部.鋼結構設計軟件STS應用講解（2010版）［S］.2011.

［2］中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部.鋼結構CAD軟件STS（2010版）用戶手冊［S］.2013.

責任編輯：孫蘇，李紅

Based on the steelstructure design software“PKPM-STS”，it is illustrated thatdesign codesor specification should be applied for different types of structure，and some simple，typical structure forms are used to demonstrate the influence of differentdesign results by different design codes or specifications；Then，themeanings and settingmethods for some important parameters are summarized，w ith impact of the parameters on design results and advice presented.

steel structure；steelstructure design；PKPM；STS

TU318+.2

A

1671-9107（2015）05-0028-03

2015-04-21

鄭遠林（1985-），男，重慶人，本科，助理工程師，主要從事鋼結構設計工作。