第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 应用PKPM进行空间结构设计 张欣，夏绪勇，黄吉锋 （中国建筑科学研究院，北京100013) 摘要：体育场馆、会展中心、剧院等建筑结构常采用大跨空间钢屋盖结构支撑于下部钢筋混凝土结构上构成，这 类整体结构形式往往比较复杂，采用传统的层模型无法达到其设计要求，需要采用空间结构建模，考虑上下部共 同作用总装分析.
本文在对PKPM的空间建模模块SpasCAD、复余结构分析软件PMSAP系统介绍的基础，提供了 PKPM针对这类空间结构便捷而全面的设计手段，并对其中若干需要注意的问题加以详细阐述.
关键词：空间结构：总装分析：SpasCAD：PMISAP 1.前言 实际工程中，除了常规的标准层模型结构外，还有一些上部大跨空间钢结构支承于下部钢筋混凝土结 构来构成，如体育场馆、会展中心、剧院等建筑，空间结构往往比较复杂，采用传统的层模型无法达到其 设计要求，需要采用空间结构建模，考虑上下部共同作用总装分析.
应用PKPM的空间建模模块SpasCAD 与PMSAP分析程序可以进行这类空间结构建模、分析与设计.
SpasCAD是三维空间建模软件，其底层数据结构以具有X、Y、Z三个坐标的节点及空间网格，作为最 基础的描述数据，杆件、墙板、荷载等信息都在此基础上建立.
和PMCAD不同，SpasCAD中没有平面网格 及标准层概念，也没有楼层组装，操作都是针对自然层模型.
：-（5064) 2506 20290.0 6045343 DRIA Fank 图1三维空间建模体系的 SpasCAD 正因为此特点，杆件的布置不再受到平面网格的限制，而且楼层关系直接通过自然层表现，连接关系 更直观.
通过空间网格定位，布置出更为复杂灵活的空间模型，如体育场馆，工业通廊栈桥等.
这类结构形式一般都比较复杂，如经常会采用上部空间桁架，下部框架看台的形式，平面立面都不规 则：上部钢结构桁架竖向振动，温度应力的释放，非比例阻尼，支座的设置等：特殊荷载的施加及设计组 作者簧介：张欣，1977.1出生，男，硕士，工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 合：斜墙斜板的分析设计等，PMSAP对这类结构形式有着很强的分析及设计能力.
图2钢结构网架的竖向振动 2.SpasCAD灵活的建模方式 2.1PMCAD/SATWE的导入导出 分析表明，对于规则结构部分用PMCAD建模，并导入到SPASCAD进行深入的整体设计的需求量大，功 能使用率高.
为此直接利用SATWE生成模型核心模块并采用统一处理流程，并更全面读取设计参数，保证 处理方式最大的一致性3.
图 3 PMICAD/SATWE 模型导入到 SpasCAD 同时v2.2新版程序中，增加了导出到PMCAD的功能.
处理复杂外立面的情况，SPASCAD在三维状态下 有着更高的建模效率，联合PMCAD的优势，实现双向模型互通，达到事半功倍的效率.
可 可 可 TER
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 图4SpasCAD规则结构部分导出到PMICAD 2.2dxf导入及子结构拼装 对于组合结构，下部砼部分可以在PMCAD建模导入，上部网架桁架部分可以通过dxf文件导入，因为 dxf的通用性，可以和各种软件实现衔接.
在读入dxf时同时读入其图层并导入选择集，对于布置杆件、 荷载等十分方便.
子结构拼装则完成两部分的衔接，既可以对两个结构部分独立分析，也能完成整体分析 设计.
图5复杂析架/网架的dxf带图层导入及子结构拼装 2.3模型自动检查功能 通过大量工程的分析表明，在混合结构和复杂异形结构设计中，查找发现错误往往是困难的.
建立复 杂模型本身和正确处理其中连接关系具有同样的重要性.
为了解决复杂结构模型中的建模错误难以发现、 难以查改的间题，针对实际工程中容易出现的问题，模型检查提供了节点间距检查、短构件检查、重合网 格检查、悬臂构件检查、异形墙板检查、重合墙板检查、简单机构检查、模拟施工3（构件级）定义检查、 荷载有效性检查等.
如在SpasCAD中，节点网格是最基本数据，而构件则依据网格布置，如果节点间距过 近往往说明构件相互关系不合理，具体检查数值中，50mm是节点归并的距离，如果节点间距小于此值则需 要检查节点的布置是否出现错误.
此外500mm内间距也是容易出现错误的地方，例如PMSAP对于在截面范 围内碰撞的构件做了强制协调，会导致振型周期内力都会出现问题.
所以程序推荐了50mm和500mm各检 查一次 视重检查 检 1.里利间图小干化时点（） .量甲长度小平此件（m）00 (认各位查一次) 1.重会用格 （合，自地不存置构件担网格） 4.是键构件 6.检者重合输核 2)度小于100(m的: 1.描羊机构查 .模拖工s）定义检查 LEY T 全 95 232月28.P 29.9) 图6模型检查功能 3.PMSAP特色功能 3.1通用支座的运用
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 体育场馆上部钢桁架往往有比较大的温度应力，而最终的设计也常由温度应力来控制.
与下部混凝土 看台连接部位一般需要设置滑动阻尼支座来释放此部分应力.
SpasCAD中可以设置通用支座来计算这种连 接单元.
通用支座可以设置局部系方向上的刚度及阻尼系数，将x，y向的刚度设为0即可模拟滑动支座 的工作状态" 图7通用支座 铅芯橡胶支座的阻尼系数C=K*T**1/，其中K：支座等效刚度：T：支座基本周期：：支座等效阻 尼比： 3.2斜墙板分析及设计 在场馆设计中，由于造型的需要经常会出现斜墙斜板斜柱.
斜墙的受力特性和普通墙是有很大区别的， 为此SpasCAD接力PMSAP计算中，对斜墙做了特殊处理，首先将计算单元设置自动转为弹性板6，对于开 洞的斜墙还要自动按洞口的位置，将墙划分为几块弹性板来计算，这种单元的分析精度是非常高的.
在设 计阶段对斜墙按应力进行配筋.
图8斜墙分析 对于斜板，PMSAP可以对弹性板进行配筋设计，在SPASCAD中可以在板上施加荷载并可以选择按有限 元方式导荷，传递到PMSAP中按实际情况进行受力分析.
3.3自定义工况及组合 A.98 灯 增加工会 EN 图9自定义组合
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 除了程序提供的工况类型以外，体育场馆中会碰到需要添加一些特殊类型荷载的情况.
SpasCAD可以 增加自定义工况，并根据需要布置荷载.
对于自定义组合，程序根据设计参数的不同，会自动增加参数工 况的组合选项.
对于需要屈曲分析的工程，可以增加屈曲组合，用“BUCKLING”识别.
针对复杂工程荷载 类型和组合项目繁多的情况，还特别设计了EXCEL方式导入荷载定义和组合定义.
3.4多向风处理 法.
图10复杂体型结构的风处理 首先，程序提供了简便的自动计算风荷载的方法.
通过填写参数，如基本风压，分段体型系数等，程 序自动搜索建筑物外轮廊，并完成风荷载的计算.
对于体型复杂的屋盖部分，也可以由程序自动搜索屋顶 挡风面并完成屋面风的计算.
星面风 分款效 程序自动计算屋面风 止层号 法向风体形系数 1.3 体型不 （第一个起始号为件且共止届号为-1时：全楼取第一个体型系始） 1.3 切向风体形系数 -1 图11填写参数的方式计算风荷载 进一步，对于下部结构比较规则，而上部复杂体型部分精确输入风荷载的结构，可以采用参数风与手 工风叠加的方式，更精确的输入屋面等体系复杂处的风荷载，同时保持规则结构部分输入的简便性.
而对于结构不对称，正反向风不能简单组合反号处理，异型结构需要对多个方向的风进行计算等情况， 提供了多向风输入风荷载标准值的方法，来准确计算风对结构的影响.
可以对每个风工况下复杂体型结构 部分单独定义风荷载，同时仍可以对每向风自动计算规则结构部分的风荷载，并将两部分叠加计算.
图12 多向风的计算 新版程序在输入风荷载标准值的基础上，进一步提供了输入各风工况体型系数的功能，简化的风荷载
