钢结构设计软件PKPM-STS中部分参数的设置Settingsof Some Im portant Parameters in SteelStructure Design Software PKPM-STS

郑远林（重庆汇凯钢结构建筑有限公司，重庆401120）

钢结构设计软件PKPM-STS中部分参数的设置
Settingsof Some Im portant Parameters in SteelStructure Design Software PKPM-STS

郑远林
（重庆汇凯钢结构建筑有限公司，重庆401120）

以PKPM的钢结构设计软件STS为例子，首先说明了针对不同的结构类型应该采用的设计规范或规程，并以几个简单、典型的结构形式来论证采用相适应的设计规范或规程对设计结果的影响；其次总结了部分重要参数的含义和如何设置该参数，同时解释该参数对设计结果的影响；最后提出一些建议值。

钢结构；钢结构设计；PKPM；STS

0　引言

在钢结构设计工作中，目前普遍利用PKPM的STS/SATWE或同济大学的3D3S等软件进行。这些软件都需要合理地设置各种参数，方能进行正确的计算，做出安全、经济、合理的设计。如果先了解了各个参数的含义，熟悉规范在相关方面的规定，就能作出合理的设置。本文以应用比较普遍的STS为例，总结该软件中部分参数设置的经验，说明与其相关的规范条文，并提出一些建议值，希望可以供设计人员参考。

1　结构类型和设计规范

钢结构常用的结构形式主要有：框架、门式刚架、排架、桁架等。门式刚架是一种应用比较广泛的结构类型。这里有一个误区，并非《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）》（以下简称《门规》）第1.0.2条中规定的结构才是门式刚架。不能简单地认为只要是门式刚架，就可以归类为“门式刚架轻型房屋钢结构”；也不能认为只要不满足《门规》的规定，就不能采用门式刚架。事实上，大多数单层钢结构厂房，都是门式刚架结构。

图1为STS中提供的结构类型和设计规范。若结构为满足《门规》第1.0.2条规定的轻钢结构，则可以选择“2-门式刚架轻型房屋钢结构”，若为不满足此规定的结构，应按实际工程类型选择“1-单层钢结构厂房”、“3-多层钢结构厂房”或“4-钢框架结构”。

图1　结构类型和设计规范的选项

设计规范应根据各个规范的适用范围和实际工程的类型作出选择。一般来说，满足《门规》适用范围的结构，选择“1-按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）计算”，其他结构可选择“0-按《钢结构设计规范》（GB50017：2003）计算”。对于采用冷弯薄壁型钢作为主构件的钢结构房屋，也可选择“2-按《冷弯薄壁型钢结构设计规范》（GB50018）计算”。

结构类型选择“门式刚架轻型房屋钢结构”，体现了轻型房屋钢结构的特点：通过次构件、檩条、金属屋面板和墙面板与主结构的连接，结构具有较强的蒙皮刚度。这类结构，有一定的特殊性，需要特别对待。根据《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》（以下简称《抗规》）第9.2.1条的规定，如果是“门式刚架轻型房屋钢结构”，则程序将不执行《抗规》9.2节中的相关规定。此外，轻型钢结构的构件长细比限值，按《门规》可以取较大的值。

选择不同的设计规范，除了强度和稳定性计算结果不同，柱构件的计算长度系数的确定和板件宽厚比限值也各有区别。对于柱的计算长度系数，程序自动按参数输入中设置的验算规范进行确定，与单个构件的验算规范无关。下面举几个例子来说明相关问题。

例1：带夹层的门式刚架轻型房屋钢结构。因为《门规》针对的是单层房屋，所以设计规范应选择《钢规》，程序按《钢规》的线刚度比方法确定计算长度系数。但结构为轻型钢结构，可以考虑蒙皮效应，笔者认为，结构类型依然可选“门式刚架轻型房屋钢结构”，按《门规》控制总体指标。然后在交互设计时，可以单独设定屋面梁和不与夹层相连的柱的验算规范为《门规》。主要原因是屋面梁有一定的坡度，存在轴力，而且多采用变截面钢梁。由于《钢规》对梁的验算是按纯弯构件计算，不考虑轴力，且稳定性计算未考虑变截面的因素，采用《门规》的验算结果比较全面［1］。

例2：吊车超过20t的门式刚架单层房屋钢结构。因为吊车吨位已经超出《门规》的适用范围，所以应该选择“单层钢结构厂房”类型，按《钢规》控制总体指标。验算规范也应该采用《钢规》，柱的计算长度系数按《钢规》的阶形柱方式进行确定［1］。屋面梁可单独设置验算规范，参见例1。也有部分例外情况，参见下面的例3、例4。

例3：对于有吊车作用的柱子，如果是阶形柱，建议选择《钢规》为设计规范，按《钢规》的阶形柱方式确定柱的计算长度系数。程序默认按附录表D-4、D-6计算。考虑到钢梁刚度达不到完全刚性约束的条件，可以勾选下方的“当实腹梁与作用有吊车荷载的柱刚接时，该柱按照上端为自由的阶形柱确定计算长度系数”复选框，则程序将按附录表D-3、D-5来计算，计算结果会比较准确并偏于安全。

例4：如果上下段采用相同的截面（非阶形柱）且梁柱连接采用刚接，如果按《钢规》设计，下柱的计算长度系数常常出现比较小的情况。这种情况，建议选择设计规范为《门规》，按《门规》的一阶分析法确定构件的计算长度系数［1］。然后在交互设计中，结合实际情况给构件指定验算规范。

当结构类型为“单层钢结构厂房”时，按《抗规》第9.2.13条，柱构件的长细比限值与轴压比有关，需要结构计算后方能确定。对于钢框架结构，按《抗规》第8.3.1条，框架柱的长细比限值与构件的抗震等级有关。而且使用Q235钢以外的钢材，规定的限值尚需换算，因此建议勾选“程序自动确定容许长细比”复选框［2］。

当刚架梁按《门规》验算时，建议勾选“钢梁还要按压弯构件验算平面内稳定性”，以考虑轴力对梁的作用。

图2与性能化设计相关的两个选项

图2是与性能化设计有关的两个选项。当结构类型为“单层钢结构厂房”时，可勾选上面一个选项，程序将执行《抗规》第9.2.14条的条文说明中与性能化设计相关规定，按2倍或1.5倍地震作用组合下的内力进行验算［2］。若满足承载力要求，可放宽板件宽厚比的限值，充分利用构件的承载力，降低耗钢量。尤其是对于吊车吨位大于20t的门式刚架轻型房屋钢结构，因为不满足《门规》的规定，按《抗规》控制板件宽厚比又比较严格。实际上大多数这类结构，吊车作用大于地震作用，即使在2倍地震作用下，结构也能满足承载力要求。

当结构类型为“钢框架结构”时，可勾选下面一个选项，程序将按《抗规》第8.1.3条注2的规定，当构件承载力满足2被地震作用组合下的内力要求时，7～9度的构件抗震等级自动降低一级。同样可以减少耗钢量。

2　总信息参数

2.1自重计算放大系数

程序计算结构自重时，仅按构件截面面积X构件长度来计算，并未计入梁柱节点板以及檩条、支撑、连系梁等次构件的重量。通常的做法是次构件重量计入恒载中，节点板重量按放大系数考虑。根据经验，可取1.1～1.2，最好不小于1.1。

2.2钢柱计算长度系数计算方法

按照《钢规》第5.3.3条，有侧移或无侧移框架柱的计算长度系数相差很大，除非是桁架结构，或者设计人员能确定结构为强支撑框架，才可以选择无侧移框架的计算方法，否则应按有侧移框架计算。

2.3净截面和毛截面比值

此参数对强度验算结果产生影响，对稳定性验算不产生影响此参数的设置，主要考虑构件开孔后对构件截面承载力削弱的影响。对以受弯为主的构件，应按净截面惯性矩和毛截面惯性矩的比值计算。按一般门式刚架的端板连接方式，构件上不需开孔，截面不削弱，可取1.0；腹板开孔的栓焊连接，腹板削弱对整个截面的影响较小，可取0.95；腹板和翼缘均开孔的螺栓连接，翼缘开孔后截面削弱较多，可取0.80。对以轴心受力为主的构件，应按净截面面积和毛截面面积的比值计算。若削弱处并非构件受力最大截面，亦可取更大的值。

2.4考虑恒载下柱轴向变形

钢结构尤其是桁架结构，对变形比较敏感，应当考虑轴向变形。

2.5混凝土构件参数

此处唯一例外的是“梁惯性矩增大系数”，也就是内力计算时的梁刚度放大系数，这个参数对钢梁也起作用的［2］。钢结构计算过程中，一般不考虑楼面板和屋面板对钢梁的加强作用，如果是组合梁，也可以直接按组合梁设计，因此不需要对钢梁进行刚度放大。

3　地震计算参数

3.1地震作用计算

按《抗规》第8.1.3条的规定，6度时的丙类建筑高度不超过50m时，可不计算地震作用；一般来说，单层钢结构厂房6度时也可不计算地震作用，《抗规》第9.1.6条讨论单层厂房不需计算地震作用的情况时，只涉及了7、8度时的情况；按《抗规》第5.1.1条第4款的规定，8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑应计算竖向地震。

3.2计算振型个数

一般可以填入结构计算质点个数。单层无吊车的结构为单质点体系，可填1；单层有吊车的结构，质点数为吊车作用点数量+1；多层结构，计算质点数量一般为层数，若有吊车，则质点数会增多；其他情况可以此类推。设计时可先采用默认值，计算后查看计算结果，根据结构的质点数和振型参与质量系数来确定振型个数。

3.3周期折减系数

这个参数，主要是考虑墙体对结构刚度的贡献。若墙面采用柔性围护墙体或砌体墙在柱外皮砌筑，此项应填1.0；若砌体墙在柱之间嵌筑，可填0.7～1.0之间的数值，低烈度区不低于0.7，高烈度区应取较大的值。对于轻型钢结构，因为墙板对结构刚度有一定的贡献，一般可取0.8。

4　活荷载不利布置

单跨结构不需要进行不利布置，但有雪荷载且分布不均匀的除外。

无雪荷载的结构，不上人的屋面活荷载可不进行不利布置；上人的屋面活荷载或多高层结构的楼面活荷载应进行不利布置。

有雪荷载的结构，应考虑屋面积雪分布系数，进行不利布置。

5　结语

本文说明了钢结构设计中不同结构类型应采用设计规范或规程，总结了设计软件STS中的部分参数的设置。但限于篇幅，并未涉及某些在规范中有明确规定的参数，也没有涉及其他主流结构软件的参数设置，仍需要更多的设计人员努力研究规范，总结经验，提出更合理更准确的参数设置。

［1］中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部.钢结构设计软件STS应用讲解（2010版）［S］.2011.

［2］中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部.钢结构CAD软件STS（2010版）用户手册［S］.2013.

责任编辑：孙苏，李红

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

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1671-9107（2015）05-0028-03

2015-04-21

郑远林（1985-），男，重庆人，本科，助理工程师，主要从事钢结构设计工作。