中南大学结构力学课程设计报告

《结构力学程序设计实践》报告

学院名称资源与安全工程学院

专业班级城地专业0......

学生学号020208....

学生姓名李 ..

指导老师蒋....

2010年 12月 29 日

目录

一、指导书 (3)

二、任务书 (4)

三、课程名称 (6)

四、课程教学目的 (6)

五、实践步聚 (6)

5.1 确定单榀刚架KJ－1的计算单元 (6)

5.2 选取平面刚架KJ－1的计算简图 (7)

5.3 KJ－1的荷载计算 (8)

5.4上机操作过程 (9)

5.5 输出软件计算数据 (9)

六、分析计算结果 (24)

一.《结构力学程序设计实践》指导书

1.1 学时与学分课程性质：必修；学时：1周；学分：1.0。

1.2 教材

（1）《结构力学》周竞欧主编同济大学出版社

（2）《结构力学程序设计实践》指导书蒋青青编

（3）《PK用户手册及技术条件》中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部

1.3 《结构力学程序设计实践》课程的任务、性质与目的

实践教学是理论联系实际、培养学生实验技能和实践能力的重要教学环节。结构力学是一门与工程设计密切相关的重要学科，根据城市地下空间工程专业本科培养方案和教学计划安排，《结构力学程序设计实践》为三性实验（综合性、设计性、创造性）。通过该实践教学，要求学生掌握结构力学的手工计算方法和电算方法，使学生熟悉结构力学电算的基本原理，正确分析结构的传力途径，学会使用结构CAD系列软件PKPM中的PK计算软件来分析平面杆件结构内力和位移的实际操作步骤和方法，了解结构力学在地下空间工程中的用途，培养学生综合运用所学理论知识解决地下结构实际工程问题的动手技能，为今后学习《混凝土结构》、《地下建筑结构》等专业课程打下一定的基础。

1.4 课程名称结构力学程序设计实践

1.5 仪器设备

在计算机房进行实验，每人一台计算机，采用中国建筑科学研究院编制的《微机结构CAD系统软件PKPM系列》中的PK平面框架计算软件进行实验。

1.6 教学方式与基本要求

（1）指导教师讲清实际操作的基本原理、方法及要求。

（2）课前必须制定好上机步骤，了解实践教学的目的。

（3）每2人一组，每人一台计算机和相关的配套设备，每次上机均为3小时。

（4）要求学生掌握微机结构CAD系统软件PKPM系列中PK计算软件的技术条件、所需相关的课程知识、操作方法和步骤。

（5）根据任务书提供的资料，联系地下空间工程实际建立力学模型，选取平面刚架计算简图；分析结构的传力途径，手工计算作用在结构上的荷载；按照PK计算软件的操作步骤和技术条件，利用人机对话菜单，输入梁、柱有关几何尺寸、荷载及其它有关数据，对所输入的信息进行校核；对平面刚架进行内力和挠度计算，分析其受力和变形的特点；记录实验步聚和实验中所遇到的问题，输出实验结果与数据资料并对其进行分析和总结，写出详细的实验报告。

1.7 报告编写说明与要求

（1）报告内容应包括：任务书；实践课名称；教学目的及原理；所用主要仪器设备和所采用的结构力学电算软件名称；实践过程及操作步骤简述；计算数据；分析刚架中梁柱内力和变形的计算结果；对存在的问题及改进方法的设想。

（2）实践报告要求书写工整，图表绘制符合规范，计算数据要客观反映工程实际结构受力及变形情况，所作分析要论据充分，结论正确。

二．《结构力学程序设计实践》任务书

2.1 资料

某附建式公共建筑地下两层，地面以上四层或五层，其标准层建筑平面如图一所示。采用框架结构，标准层楼面结构及屋面结构布置如图二所示，钢筋砼柱截面尺寸为400×500，A轴～B轴和C轴～D轴的框架楼面梁和框架屋面梁截面尺寸均为250×500，B轴～C轴的走道框架楼面梁和走道框架屋面梁截面尺寸均为250×300。墙体自重（恒载）5.24kN/m2，框架层数、层高、跨度及楼面荷载、屋面荷载等其他有关计算数据详见表1。

2.2 实践课内容与要求

90人每人一道题目，独立完成。根据所给定的资料，确定单榀刚架的负荷范围即计算单元，分析结构的传力途径，先手工计算作用在结构上的荷载，再上机按照PK计算软件的操作步骤和技术条件，利用人机对话菜单，输入梁、柱有关几何尺寸、荷载及其它有关数据，对所输入的信息进行校核；对平面刚架进行内力和挠度计算，分析其受力和变形的特点；记录上机步聚和操作中所遇到的问题，输出计算结果与数据资料并对其进行分析和总结，编制详细的报告书。

表1城地0802班30人结构力学程序设计实践框架计算数据

三.课程名称: 结构力学程序设计实践

―― PKPM结构设计软件的应用

四.程序设计实践教学目的

通过程序设计实践教学，了解结构力学在地下空间工程中的用途，熟悉结构力学电算的基本原理，掌握结构力学的手工计算方法和电算方法，正确分析作用在结构上的荷载的传递途径和荷载计算，学会使用结构CAD系列软件PKPM中的PK计算软件来分析平面杆件结构内力和位移的实际操作步骤和方法，培养自己综合运用所学知识解决地下结构实际工程问题的动手技能，为今后学习《混凝土结构》、《地下建筑结构》等专业课程打下一定的基础。

五.程序设计实践步聚

5.1 确定单榀框架的计算单元（见图三）

图三 KJ-5计算单元示意图

5.2 选取平面框架ＫＪ－1的计算简图（见图四）

5.3 荷载计算首先，令：

P 1、M

1

为七层楼面纵梁L-1L-2传来的节点恒载；

P 2、M

2

为六层楼面纵梁L-1与L-2传来的节点恒载；

P 3、M

3

为二～五层楼面纵梁L-1与L-2传来的节点恒载；

g

1

为七层屋面预制空心板YKB传来的梁间均布恒载；

g

2

为七层楼面预制空心板YKB传来的梁间均布恒载；

g

3

为二～六层楼面预制空心板YKB传来的梁间均布恒载；

q

1

为七层屋面预制空心板YKB传来的梁间均布活载；

q

2

为二～六层楼面预制空心板YKB传来的梁间均布活载；

（1）恒载计算：

（a）节点荷载――由纵向连系梁L

1或L

2

传来的墙体和窗户重量：

七层楼面节点恒载：集中力P

1＝墙自重5.24（kN/m2）×外纵墙高H

7

×（a

左

＋a

右

）/2 ＝5.24×3.9×（0＋4.5）/2

＝45.98KN

集中力偶M

1（kN·m）＝P

1

×e＝45.98×0.125＝5.748KN*m

六层楼面节点恒载：集中力P

2＝墙自重5.24（kN/m2）×外纵墙高H

6

×（a

左

＋a

右

）/2 ＝5.24×3.6×（0＋4.5）/2

＝42.44KN

集中力偶M

2（kN·m）＝P

2

×e ＝88.9×0.125＝5.306KN*m

二～五层楼面的节点恒载：集中力P

3＝墙自重5.24kN/m2×外纵墙高H

5

×（a

左

＋a

右

）/2 ＝5.24×3.6×（0＋4.5）/2

＝42.44KN

集中力偶M

3（kN·m）＝P

3

×e ＝42.44×0.125＝5.306KN*m

（b）梁间荷载

――由预制空心板传来的梁间均布恒载：

七层屋面梁梁间均布恒载: g

1＝屋面恒载（kN/m2）×（a

左

＋a

右

）/2 ＝5.1×（0+4.5）/2

=11.48KN/m

七层楼面梁A～B轴，B～C轴和C～D轴梁间均布恒荷载:

g 2＝七层楼面恒载（kN/m2）×（a

左

＋a

右

）/2＋墙自重5.24（kN/m2）×墙高H

7 ＝5.2×（0+4.5）/2+5.24×3.9

＝32.14KN/m

二～六层楼面梁A～B轴，B～C轴和C～D轴梁间均布恒荷载:

g 3＝六层楼面恒载（kN/m2）×a

左

＋a

右

/2＋墙自重5.24（kN/m2）×墙高H

6

（2）活载计算――预制空心板YKB传来的使用荷载

因活荷载只是由楼面板传给楼面梁，故只有梁间均布活荷载，而没有集中活荷载。

七层屋面梁梁间均布活载: q

1＝屋面活载（kN/m2）×（a

左

＋a

右

）/2

＝2.0×（0＋4.5）/2 ＝4.5KN/m

二～七层楼面梁梁间均布活载:q

2＝二～七层楼面活载（kN/m2×（a

左

＋a

右

）/2

＝2.0×（0＋4.5）/2

＝4.5KN/m

5.4 上机操作过程

打开PKPM进入PK工作界面选择一个储存目录，然后进入第一项PK数据交互输入和计算，点击新建文件，为自己的框架起一个通俗易懂名字，然后点击进入绘图桌面，在主菜单下方点击参数输入，进入另一个窗口，在窗口菜单上选择总信息参数一栏，将柱混凝土强度等级、梁混凝土强度等级、柱梁主筋级别和柱梁箍筋级别修改成合适的值，点击确定。

然后进入网格生成点击框架网格，将弹出一个名为“框架网线输入导向”的窗口，在这个窗口中输入跨度6300、2700、6300，再输入层高6000、3900（六次）。（每输入一个数据都要点击一次增加）这样就生成了一榀框架。

下一步进入柱布置，点击柱布置，弹出一个窗口再点击增加输入柱的数据400X500，将其布置在框架上，注意柱的偏心。接着进行梁布置，同柱布置一样输入A轴～B轴和C轴～D轴的框架楼面梁和框架屋面梁截面尺寸250×500，B轴～C轴的走道框架楼面梁和走道框架屋面梁截面尺寸250×300,将其布置在框架上，这样完整的框架就出来了，接下来就是输入荷载。

先来输入恒载，点击恒载输入，将之前算好的节点恒载、梁间恒载布置在框架上，然后进入活载输入，同样将算好的梁间活载输入到框架上，确定后点击主菜单，进入计算简图，查看框架立面、恒载图、活载图，从框架立面图可查看柱梁尺寸有无错误，从恒载图和活载图可查看恒载布置与活载布置有无错误，如无错误，就进入下一步计算，点击确定后，查看计算结果、弯矩包络、轴力包络图等，没有错误就保存，退出。

回到PK主页面之后，进入图形编辑、打印及转换，点击菜单栏中的工具，进入第一项“T 图转DWG”，选中弯矩包络图、轴力包络图等，将其成批转换成DWG格式，然后进入CAD，对其进行修改。

首先用菜单栏中“修改”子菜单下的分解工具将其全部分解，再运用图层编辑将框架线宽进行改良设计，并将重叠的数据进行移动优化即可。

5.5 输出软件计算数据

（1）框架计算简图···················见图七（2）恒载作用图·····················见图八

（3）活载作用图·····················见图九

（4）恒载弯矩图·····················见图十

（5）恒载剪力图·····················见图十一

（6）恒载轴力图·····················见图十二

（7）活载弯矩图·····················见图十三

（8）活载剪力图·····················见图十四

（9）活载轴力图·····················见图十五

（10）弯矩包络图····················见图十六

KJ－1恒载如图五所示：

KJ－1活载如图六所示：

框架计算简图···················见图七

恒载弯矩图·····················见图十

活载轴力图·····················见图十五