admin 框排架厂房结构超限调整困难？PKPM-AID来助力！
中联西北工程设计研究院有限公司 韩雨婷
一、项目概述
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本项目为单层框排架厂房，南部为框架结构，北部为混凝土柱+钢梁的排架结构，此类组合结构在工业厂房设计中经常会用到，整个结构平面长宽比较大，因此周期比与位移比的控制往往是此类结构设计中的难点，调整较为费时。该工程位于8度区（0.2g），设防地震分组第三组，场地类别Ⅱ类，地面粗糙度B类，基本风压0.50kN/m2。
图1.模型整体展示
模型经过多次手工调整再计算，周期比总是不满足小于0.9的要求，或是手工调整到周期比满足时位移比又超过1.5的限值要求。本项目排架部分钢梁两端铰接于混凝土柱顶，手工初选截面的钢梁应力比及宽厚比超限，如下所示。
图2.原始模型的周期比情况
图3.原始模型的钢梁超限情况
了解到PKPM-AID智能辅助设计软件可以快速实现周期比等整体指标控制以及构件截面超限的自动调整，所以本项目拟采用PKPM-AID进行模型的调整，主要目标是调整周期比小于0.9,位移比小于1.5，自动调整所有超限钢梁满足要求。
二、智能截面优选
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PKPM的智能辅助设计软件有智能截面优选和高级指标控制两个模块。智能截面优选，可以对截面大小进行优选，去寻找在设计组备选截面库中的最优截面；高级指标控制，可以在满足规范的前提下，调整模型达到造价最低或者质量最小。
图4.智能辅助设计界面
本次调整先利用程序的智能截面优选模块解决钢梁超限问题，再利用高级指标控制模块自动调整周期比和位移比达到设置限值以内。
1. 首先我们建立设计组，并为不同设计组添加备选截面，如下：
图5.为框架柱建立设计组
图6.框架柱设计组的备选截面
上图为利用软件提供的【批量增加】功能快速增加备选截面，也可手工按经验逐个增加备选截面。其余设计组备选截面的创建类似，限于篇幅不再逐一展示。同样的步骤建立排架柱、屋面钢梁、框架梁设计组并添加备选截面，如下：
图7.创建其他设计组并添加备选截面
设计组的建立不是唯一的，主要依据受力相近原则和调整目标而确定，本例我们对影响周期比的柱和框架梁分别创建设计组，对需要超限调整的钢梁也创建了设计组，次梁不做调整未创建设计组。
2. 本例各类构件的优化目标均为造价最低,针对不同设计组指定截面优选的相应约束如下图：
图8.为不同设计组指定目标和约束
3. 启动截面优选，并选择仅调整超限构件，针对屋面钢梁做自动调整。
图9.启动截面优选
图10.截面优选完成
经过程序截面优选后，所有钢梁及其他混凝土构件均满足规范要求。
三、高级指标控制
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设计组设置好后，点击高级指标控制【变量设置】，弹出如下对话框，针对已设置好的设计组，确定调整策略及调整的上限及下限范围。将主要影响周期比的柱和框架梁截面设为变量，次梁和屋面钢梁截面不设为变量，本例变量总数为3。值得注意的是，若指标调整效果不明显，可单向或双向加大调整范围，再做计算可能会有更好的调整效果。
图11.变量调整策略及调整范围设置
考虑到该模型周期比超限，并且周期比调整可能影响位移比不通过，因此在优化目标与约束对话框中，把周期比及位移比均作为约束，优化目标设为结构的总质量最小，让程序在已设定的调整范围内把指标调整通过，设置如下图所示。
图12.优化目标与约束的设置
设置好相关参数后，点击【启动指标控制】，点击【开始迭代计算】，如下：
图13.启动迭代计算
随后将弹出ARUP监测窗口，可以随时查看总质量，周期比、位移比的每一步的迭代计算结果并绘制变化曲线。迭代完成后，可返回PMCAD查看结果。
图14.ARUP监测窗口
高级指标控制迭代计算结束后进入PMCAD，点击【模型回滚】可查看每一步具体迭代结果。
图15.模型回滚查看
经过高级指标控制之后，周期比、位移比均满足规范要求，结构总质量降低，如下所示：
图16.高级指标控制后计算指标汇总
经过高级指标控制之后，结构构件设计无超筋超限，如下所示：
图17.高级指标控制后超筋超限信息汇总
四、总结
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通过本案例可以看到不管是构件截面超限，还是结构整体指标超限，PKPM-AID智能辅助设计软件都可以进行快速调整，相对于手工多次调整可以节约大量时间。软件高级指标控制后的模型回滚可以查看指标的动态变化曲线，有助于设计师判断并选择合理的结构布置与截面，既满足规范要求还可适当降低造价。期望通过本案例的软件使用流程介绍，帮助广大设计师将PKPM-AID软件应用到更多、更大、更复杂的项目中去，以获得设计效率的提升和设计质量的提高。
供稿丨中联西北工程设计研究院有限公司 韩雨婷
编辑丨汤天 责编丨张跃飞
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