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结构设计实验室

2016年05月24日 11:56 点击:[]

结构设计实验室现有PKPM2010 V2.2版结构设计App,承担土木工程专业《PKPMApp应用》、水利水电工程专业《结构分析App及应用实训》等课程,以及相关专业毕业实习、毕业设计等教学任务。该App可进行结构分析,完成框架、排架、连梁、结构平面、楼板配筋、节点大样、各类基础、楼梯、剪力墙等施工图绘制。
 

PKPM系列CAD系统App是目前国内建筑工程界应用最广、用户最多的一套计算机辅助设计系统。它是一套集建筑设计、结构设计、设备设计、工程量统计、概预算及施工App等于一体的大型建筑工程综合CAD系统。

它是中国建筑科学研究院经过几年的努力研制开发最终开发出来的。该App自1987年推广以来,历经了多次更新改版,目前已经发展成为一个集建筑、结构、设备、管理为一体的集成系统。迄今在全国用户已超过10000家,这些用户分布在各省市的大中小型各类设计院,在省部级以上设计院的普及率达到90%以上。引入该App的单位,应用App的水平和范围也逐年提高,设计质量及效益明显提高。PKPM系列CADApp是目前国内建筑结构设计中应用最广泛的一套CAD系统。

结构设计实验室引入结构设计App,能够有效的提升学生结构设计的能力,更好的适应社会的发展培养出更加优秀的全方位人才。

PKPM系列CADApp,历经多年的发展应用,目前已经发展成为一个集结构、建筑、钢结构、特种结构、鉴定加固、设备、能效测评、概预算及施工为一体的集成系统。在结构设计中又包括了多层和高层、工业厂房和民用建筑,上部结构和各类基础在内的综合CAD系统,并正在向集成化和初级智能化方向发展。概括起来,它有以下几个主要的技术特点。

1、数据共享的集成化系统。建筑设计过程一般分为方案、初步设计、施工图三个阶段。常规配合的专业有结构、设备(包括水、电、暖通等)。各阶段之中和之间往往有大大小小的改动和调整,各专业的配合需要互相提供资料。在手工制图时,各阶段和各专业间的不同设计成果只能分别重复制作。而利用PKPM系列CADApp数据共享的特点,无论先进行哪个专业的设计工作所形成的建筑物整体数据都可为其他专业所共享,避免重复输入数据。此外,结构专业中各个设计模块之间的数据共享,即各种模型原理的上部结构分析、绘图模块和各类基础设计模块共享结构布置、荷载及计算分析结果信息。这样可最大限度地利用数据资源,大大提高了工作效率。

2、直观明了的人机交互方式。该系统采用独特的人机交互输入方式,避免了填写繁琐的数据文件。输入时用鼠标或键盘在屏幕上勾画出整个建筑物。App有详细的中文菜单引导用户操作,并提供了丰富的图形输入功能,有效地帮助输入。实践证明,这种方式设计人员容易掌握,而且比传统的方法可提高效率数十倍。

3、计算数据自动生成技术。PKPMCAD系统具有自动传导荷载功能,实现了恒、活、风荷的自动计算和传导,并可自动提取结构几何信息,自动完成结构单元划分,特别是可把剪力墙自动划分成壳单元,从而使复杂计算模式实用化。在此基础上可自动生成平面框架、高层三维分析、砖混及底框砖房等多种计算方法的数据。上部结构的平面布置信息及荷载数据,可自动传递给各类基础,接力完成基础的计算和设计。在设备设计中实现从建筑模型中自动提取各种信息,完成负荷计算和线路计算。

4、基于新方法、新规范的结构计算App包。利用中国建筑科学研究院是规范主编单位的优势,PKPMCAD系统能够紧紧跟踪规范的更新而改进App,全部结构计算及丰富成熟的施工图辅助设计完全按照国家设计规范编制,全面反映了现行规范所要求的荷载效应组合,计算表达式,计算参数取值、抗震设计新概念所要求的强柱弱梁、强剪弱弯、节点核心区、罕遇地震以及考虑扭转效应的振动耦连计算方面的内容,使其能够及时满足国内设计需要。在计算方法方面,采用了国内外最流行的各种计算方法,如:平面杆系、矩形及异形楼板、薄壁杆系、高层空间有限元、高精度平面有限元、高层结构动力时程分析、梁板楼梯及异形楼梯、各类基础、砖混及底框抗震分析等,有些计算方法达到国际先进水平。

5、智能化的施工图设计。利用PKPMApp,可在结构计算完毕后,进行智能化的选择钢筋,确定构造措施及节点大样,使之满足现行规范及不同设计习惯,全面地人工干预修改手段,钢筋截面归并整理,自动布图等一系列操作,使施工图设计过程自动化。设置好施工图设计方式后,系统可自动完成框架、排架、连续梁、结构平面、楼板计算配筋、节点大样、各类基础、楼梯、剪力墙等施工图绘制。并可及时提供图形编辑功能,包括标注、说明、移动、删除、修改、缩放及图层、图块管理等。

PKPM系列CAD系统App包括众多专业模块,每个专业模块下,又包含了各自相关的若干App。各专业模块包含App名称及基本功能及其特点如下:

1、三维建筑设计AppAPM是一个建筑方案设计及建筑平面、立面、剖面、透视施工图设计的CADApp,是PKPM系列CAD系统中的建筑App。

建筑设计的全部数据均可传给结构设计、设备设计及概预算,可大大简化数据的输入。首先,建筑的柱网、轴线及柱、墙、门窗布置可形成结构布置的各层构架,另外,建筑设计提供的材料、作法、填充墙等信息又可生成结构分析所需的荷载信息。建筑设计的数据还可传给设备设计用于生成条件图和进行各种设备的计算。概预算工程量统计的数据也可由APMApp中读取.这一点特别方便了设计单位中各个专业的密切配合。

2、结构平面计算机辅助设计AppPMCAD。

PMCAD是整个结构CAD的核心,是剪力墙、高层空间三维分析和各类基础CAD的必备接口App,也是建筑CAD与结构的必要接口。该程序通过人机交互方式输入各层平面布置和外加荷载信息后,可自动计算结构自重并形成整栋建筑的荷载数据库,由此数据可自动给框架、空间杆系薄壁柱、砖混计算提供数据文件,也可为连续次梁和楼板计算提供数据。PMCAD也可作砖混结构及底框上砖房结构的抗震分析验算,计算现浇楼板的内力和配筋并画出板配筋图,绘制出框架、框剪、剪力墙及砖混结构的结构平面图,以及砖混结构的圈梁、构造柱节点大样图。

3、钢筋混凝土框排架及连续梁结构计算与施工图绘制AppPK。

该App采用二维内力计算模型,可进行平面框架、排架及框排架结构的内力分析和配筋计算(包括抗震验算及梁裂缝宽度计算),并完成施工图辅助设计工作。接力多高层三维分析AppTAT,SATWE,PMSAP计算结果及砖混底框、框支梁计算结果,为用户提供四种方式绘制梁、柱施工图。能根据规范及构造手册要求自动进行构造钢筋配置。该App计算所需的数据文件可由PMCAD自动生成,也可通过交互方式直接输入。

4、多高层建筑结构三维分析AppTAT。

TAT程序采用三维空间薄壁杆系模型,计算速度快,硬盘要求小,适用于分析、设计结构竖向质量和刚度变化不大,剪力墙平面和竖向变化不复杂,荷载基本均匀的框架、框剪、剪力墙及筒体结构(事实上大多数实际 工程都在此范围内),它不但可以计算多种结构形式的钢筋混凝土高层建筑,还可以计算钢 结构以及钢-混凝土混合结构。 TAT可与动力时程分析程序TAT-D接力运行进行动力时程分析,并可以按时程分析的结果计算结构的内力和配筋;对于框支剪力墙结构或转换层结构,可以自动与FEQ接力运行,其数据可以自动生成,也可以人工填表,并可指定截面配筋。TAT所需的几何信息和荷载信息都从PMCAD建立的建筑模型中自动提取生成,TAT计算完成后,可经全楼归并接力PK绘制梁、柱施工图,接JLQ绘制剪力墙施工图,并可为各类基础设计App提供设计荷载。

5、多高层建筑结构空间有限元分析AppSATWE。

SATWE采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件,采用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙。对楼板则给出了多种简化方式,可根据结构的具体形式高效准确地考虑楼板刚度的影响。它可用于各种结构形式的分析、设计。但当结构布置较规则时,TAT甚至PK即能满足工程精度要求,因此采用相对简单的App效率更高。但对结构的荷载分布有较大不均匀、存在框支剪力墙、剪力墙布置变化较大、剪力墙墙肢间连接复杂、有较多长而短矮的剪力墙段、楼板局部开大洞及特殊楼板等各种复杂的结构则应选用SATWE进行结构分析才能得到满意的结果。SATWE所需的几何信息和荷载信息都从PMCAD建立的建筑模型中自动提取生成,SATWE计算完成后,可经全楼归并接力PK绘制梁、柱施工图,接力JLQ绘制剪力墙施工图,并可为各类基础设计App提供设计荷载。

6、楼梯计算机辅助设计AppLTCAD。LTCAD采用交互方式布置楼梯或直接与APM或PMCAD接口读入数据,适用于一跑、二跑、多跑等各种类型楼梯的辅助设计,完成楼梯内力与配筋计算及施工图设计,对异形楼梯还有图形编辑下拉菜单。

7、剪力墙结构计算机辅助设计AppJLQ。JLQ可进行剪力墙平面模板尺寸,墙分布筋,边框柱、端柱、暗柱、墙梁配筋等内容的设计,并提供两种图纸表达方式供选用,第一种是剪力墙结构平面图、节点大样图与墙梁钢筋表达方式;第二种是剪力墙立面图和剖面大样图方式。

8、基础(独立基础、条基、桩基、筏基)CADAppJCCAD。JCCAD包括了老版本中的JCCAD,EF,ZJ三个App,可完成柱下独立基础,砖混结构墙下条形基础,正交、非正交及弧形弹性地基梁式、梁板式、墙下筏板式、柱下平板式和梁式与梁板式混合形基础及与桩有关的各种基础的结构计算和施工图设计。

9、梁柱施工图App,可以接PK、TAT、SATWE的计算结果绘制施工图。

绘图前可以进行重新归并,修改原有配筋数据。App提供了以下几种绘图方法:梁立、剖面施工图画法和梁平法施工图;柱立、剖面施工图画法,柱平法施工图画法和柱剖面列表画法;整榀框架施工图画法。

在具体教学过程中,为了能够有效的培养学生的结构设计能力,在PKPMApp课程教学中,采用交互式教学方法,并于实际的工程相结合,利用实际工程来锻炼学生的动手能力以及辅助设计能力。

在多媒体机房教室开展教学,教室注重岩石PKPMApp应用的流程,同时与学生形成良好的互动,教室发挥辅助的角色,帮助学生完成上机操作,使学生在锻炼动手能力的同时,也使学生能够充分的掌握PKPMApp的应用方式,从而提高学生的结构设计能力。实际教学过程中效果较为理想,学生学习积极性高涨,改变了他们对结构设计的畏惧感觉,深受同学们的欢迎。

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