钢框架结构方案快速比选，PKPM-AID这样做

本工程为钢框架结构教学楼，位于辽宁盘锦市。地震设防烈度为7度0.15g，设计地震分组为第二组，建筑场地类别为Ⅱ类。建筑物共地上5层，总高度19.5m，建筑典型柱网为9.6mx8m、9.6mx7.2m，布置单次梁。

建筑轴网已定，结构提出两种方案：方案a为四排柱的结构方案，柱距7.2m；方案b为三排柱的结构方案，柱距为10.6m。

用PKPM分别建立两方案结构初设模型，进行截面优选，对比用钢量。

图1. 盘锦市某教学楼建筑标准层平面图

图2. 盘锦市某教学楼钢框架结构模型

a、b方案模型平面布置及初设应力比结果如图3所示：b方案抽柱后，梁跨偏大，中柱受力变大，存在较多梁柱应力比超限，需通过加大截面来解决。

同时应建筑净高要求，中间走廊处y向梁高不得超过700mm。

图3. a、b方案典型柱跨平面布置及计算结果

从图3可以看出：a方案，梁构件应力比普遍偏小均存在大量优化空间；b方案y向主梁、边梁及小跨次梁也有一定优化空间。两方案初设模型框架柱截面均已取到最小400*400*16*16，除超限外无需调整。

用截面优选功能调整构件截面，使应力比控制在相近范围内，对比两方案用钢量。

a方案典型柱跨主次梁应力比均偏小，为控制净高，主梁备选截面高设为500~700mm，另外建筑提出梁宽尽量与墙同厚方便做隐藏处理，因此主梁备选截面宽控制为200mm；次梁备选截面高为400/500mm，梁宽也同为200mm。在此基础上通过控制腹板翼缘厚来添加截面，且均满足宽厚比、高厚比要求。

b方案y向主梁、边梁及小跨次梁应力比偏小，为满足建筑要求，主次梁备选截面的范围与a方案相同，钢柱箱型备选截面为400*400和500*500。

两方案构件指标约束条件设置如下：

图4. 构件约束条件设置

优化后b方案构件超限全部调整完成，a方案全楼用钢量降低12%，两方案全楼钢构件应力比统计结果相近，结构整体指标仍满足规范要求。

图5. b方案超限构件调整

② 截面优选后两方案整体指标均满足要求，调整前后对比如下：

图6. 两方案调整前后整体指标对比

③ 两方案全楼钢构件应力比统计结果相似且贴近优化约束0.95，对比用钢量，即可完成方案优选：

图7. 两方案模型优化前后梁构件应力比统计对比

图8. 两方案优化后用钢量对比

经济性方面，a方案用钢量为523.32t，b方案为551.62t，a方案更省用钢量；

净高控制方面，横穿走廊的y向主梁，a方案高度为500mm，b方案为700mm，a方案也更为合理，能有效避免管线导致的梁腹板开洞等处理。

因此最终确定采取方案a即四排柱的结构方案。

1. PKPM-AID仅需几分钟消除全部超限构件，方便快捷，效率很高；

2. 利用PKPM-AID软件可以在调整超限同时找到最省的截面；

3. 使用PKPM-AID软件可以快速将各方案模型调至最优，对比用钢量，协助设计师选出最佳方案。