PKPM系列軟件在建筑結構課程設計教學中的應用

摘要：建筑結構課程是土建類專業(yè)本科生的必修主干專業(yè)課程。采用PKPM軟件計算和手算相結合的方法，兩者相互驗證，可以提高計算的合理性和準確性；通過PKPM系列軟件相關接力程序自動生成施工圖，可以增加學生學習本專業(yè)知識的主動性和趣味性，激發(fā)學生的學習熱情；將PKPM軟件應用到鋼筋砼樓板課程設計中，可以提升建筑結構課程的實用性，是土建類專業(yè)實用型人才培養(yǎng)的有效途徑。

關鍵詞：PKPM軟件；建筑結構課程；設計教學

中圖分類號：G642.3文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2012）06-0030-02

隨著計算機技術的發(fā)展和建筑結構的日趨復雜， 建筑結構工程軟件在土木工程中的應用越來越廣泛， 已經(jīng)成為建筑結構設計、施工、檢測、加固的主要計算分析工具。用人單位對從事工程設計和施工人員的軟件應用能力也提出了更高的要求[1]。建筑結構課程是土建類專業(yè)本科生的必修主干專業(yè)課程，也是土木工程專業(yè)、建筑工程管理、道路與橋梁技術等土建類專業(yè)的主要專業(yè)基礎課程。而建筑結構最重要的內(nèi)容是“鋼筋混凝土結構”，該課程包括鋼筋混凝土結構材料的力學性能、結構設計方法、基本構件的概念和梁板結構的計算等幾部分內(nèi)容[2]。該課程在土建類專業(yè)本科生的課程體系中占有重要的地位，具有承上啟下的作用。該課程實踐性很強，與實際工程結合緊密。在該課程中應用PKPM系列軟件，不僅有助于學生掌握本專業(yè)理論知識，提高學生的的理論水平， 而且有助于學生借助計算機軟件將理論應用于實踐。

一、PKPM系列軟件概述

PKPM系列軟件是一套集建筑設計、結構設計、設備設計、節(jié)能設計于一體的大型建筑工程綜合CAD系統(tǒng)。PKPM結構設計有先進的結構分析軟件包，對梁、柱、樓板、樓梯、基礎及各類桿系結構進行結構分析、計算、設計。該軟件由中國建筑科學研究院主持開發(fā)，在土木工程設計領域具有廣泛的應用。

PKPM系列軟件適用多種結構類型包括鋼筋砼框架結構和剪力墻結構、普通磚混結構及鋼結構。PKPM有豐富的和成熟的結構施工圖輔助設計功能，接力結構計算結果，可自動完成框架、排架、基礎、樓梯、剪力墻等施工圖繪制。該系列軟件采用交互式圖形的輸入方法，輸入輸出界面非常實用，該系列軟件輸出的結果主要為程序自動生成的施工圖。因此，該系列軟件在教學中非常受學生的歡迎，在學習該系列軟件過程中不僅激發(fā)學生的學習熱情，而且縮短了學生學習理論知識和實際應用的距離。

土建類專業(yè)的實踐教學主要有課程設計和畢業(yè)設計。將PKPM系列軟件應用在其專業(yè)實踐教學的課程設計中，學生在掌握本專業(yè)理論知識的同時，能運用PKPM系列軟件進行復雜實際工程的計算分析和施工圖的繪制，在課程設計的過程中，通過增加學習本專業(yè)知識的興趣，在其相關專業(yè)知識的深度和廣度方面都有很大的提高，為以后在實際工作中熟練應用PKPM軟件打下良好的基礎。

二、PKPM系列軟件在建筑結構課程設計教學中的方法

建筑結構課程設計主要內(nèi)容為澆砼單向板肋梁樓板設計。該設計包括樓板和主次梁的計算及繪制施工圖，要求學生手算連續(xù)單向板和主次梁，然后使用PKPM軟件進行結構分析計算和繪圖。因為PKPM軟件系統(tǒng)比較大，全部掌握軟件系統(tǒng)的操作需要花費很多時間和精力，所以只要求學生掌握PKPM軟件相關的輸入及輸出計算繪圖的內(nèi)容，要求掌握的內(nèi)容少而精，大概只占PKPM軟件主要內(nèi)容的5%—10%，這些PKPM軟件相關的內(nèi)容，大多數(shù)學生一周時間即可掌握。

需要學生掌握的有關PKPM軟件的主要操作菜單的內(nèi)容如下。

1.PMCAD（一級菜單）

（1）建筑模型與荷載輸入

（2）結構樓面布置設計

（3）樓面荷載傳導計算 （二級菜單）

（4）形成PK文件

（5）畫結構平面圖

2.Pk（一級菜單）

（1）PK數(shù)值交互輸入和計算）

（2）連續(xù)梁繪圖 （二級菜單）

（3）圖像編輯打印及轉(zhuǎn)繪

以上主要使用PKPM軟件的一級菜單2個，二級菜單8個。每個二級菜單下有三級菜單大約6—8個左右，即三級菜單總數(shù)大約為2×8×（6—8）=96—128個。這些菜單結構簡單，功能合理，簡便易學，一般學生了解熟悉這些菜單大約三天，熟練應用大約一周[3]。

PKPM軟件的輸入界面采用交互式圖形的輸入，從二維平面到三維空間圖形式的輸入方法，輸入界面非常友好和人性化。一般要求梁板布置規(guī)則、整齊、均勻、對稱，如圖1所示，這樣學生在使用PKPM軟件時，數(shù)據(jù)的輸入簡單、方便、快捷，一周左右的時間即可應用PKPM軟件完成其課程設計的電算和繪制施工圖[4]。

圖1

在用PKPM軟件計算和手算完成后，要求學生把手算的結果和PKPM軟件計算的結果作比較，一般兩者的誤差在10%以上，要求學生調(diào)整PKPM計算輸入?yún)?shù)。一般可能發(fā)生的錯誤是在電算中，主梁和次梁的計算考慮水平地震荷載，這樣電算的結果會大于手算結果的10%以上。注意在電算中將水平地震荷載的參數(shù)設為0（不考慮水平地震力），這樣計算的誤差就不會超過10%。

用PKPM軟件結構計算完成后，可通過接力程序自動生成樓板配筋圖和主次梁配筋圖。其中樓板配筋圖選擇分離式配筋，如圖2所示，而不要選擇彎起式配筋，因為如果采用彎起式配筋，計算的結果和繪圖相對復雜，手算和電算難以配合，而且手算和電算結果也很難統(tǒng)一，致使學生課程設計的學時加長，用兩周時間難以完成課程設計的全部內(nèi)容[5]。

圖2

主梁和次梁的配筋圖采用傳統(tǒng)的直接畫梁的立面，剖面配筋方法，主次梁如圖3所示，這樣簡單直觀，使學生易于掌握和接受，而不要采用梁平法施工圖畫法。該法較抽象，學生難以理解和掌握[6]。

三、PKPM系列軟件在建筑結構課程設計教學中的具體應用

應用PKPM軟件進行澆砼單向板肋梁樓板課程設計有兩種模式：（1）學生以傳統(tǒng)的手算方式計算砼樓板

的相關內(nèi)容；應用AUTOCAD軟件繪制施工圖，整個課程設計需要兩周左右時間。（2）學生以傳統(tǒng)的手算方式計算砼樓板的相關內(nèi)容；學生借助PKPM系列軟件計算砼樓板的相關內(nèi)容，并且和手算的結果相比較，如果兩種結果基本一致，即可通過PKPM軟件的接力程序自動生成施工圖，整個課程設計也需要兩周左右時間。學生學習和掌握該軟件需要增加一周時間，由于PKPM軟件自動生成施工圖，可以節(jié)省一周應用AUTOCAD軟件繪制施工圖的時間，在學時的安排上和傳統(tǒng)上學生以手算為主，用AUTOCAD軟件繪制施工圖所用學時相同，不用額外增加學時。兩種模式在完成時間上雖然沒有差別，但從學習的效果看，第二種模式勝于第一種模式。第二種模式的優(yōu)勢在于，應用PKPM系列軟件教學，增加了教學方法的多樣性和趣味性，寓教于樂，學生通過砼樓板的課程設計，不僅掌握了PKPM系列軟件的使用方法，而且相關專業(yè)知識在深度和廣度方面都有很大的提高。

在指導學生應用PKPM軟件進行砼樓板課程設計時，要有兩次在電教教室集中講授PKPM軟件的課程，每次可用兩個學時。通過大屏幕向?qū)W生演示PKPM軟件的應用，主要有相關數(shù)據(jù)輸入、結構計算參數(shù)的使用和調(diào)整、施工圖的自動生成及轉(zhuǎn)換。除了集中教課之外，學生在公共計算機房作該課程設計時，指導教師可以在機房對每個上機學生進行指導。主要解答PKPM軟件的數(shù)據(jù)輸入、力學模型的建立、梁柱的布置及修改、荷載的輸入、設計參數(shù)的選擇等方面的問題。

由于PKPM軟件是空間結構分析計算，力學模型是空間模型，而學生手算的力學模型是平面模型。為了使手算和電算的力學模型相吻合，在使用PKPM軟件電算主次梁時，需要選擇PK菜單進行結構分析計算，讓空間模型的計算轉(zhuǎn)化為平面模型計算，使學生手算和電算力學模型一致，這樣手算的和電算的結果才能比較。

PKPM軟件在國內(nèi)外工程界有廣泛的應用基礎，在我國應用非常普及，幾乎所有國內(nèi)民用建筑設計和工業(yè)建筑設計院所都在使用PKPM系列軟件。PKPM軟件在鋼筋砼樓板課程設計中的應用使學生不僅能將手算結果和電算結果進行比較，相互驗證，提高計算的合理性和準確性，而且使學生了解和掌握PKPM軟件的豐富功能和廣大的應用范圍，擴大了視野，加深了學生對本專業(yè)知識的理解，增加了學習的主動性和趣味性，而且對以后學生在工作崗位中熟練應用PKPM系列軟件打下基礎，有利于實現(xiàn)學校與用人單位的無縫連接。

參考文獻：

[1]張樹珺.PKPM系列軟件在土木工程專業(yè)畢業(yè)實踐教學

中的探索與實踐[J].中國校外教育，2011，（10）.

[2]林宗凡.建筑結構原理及設計[M].北京：高等教育出版

社，2002：8.

[3]中國建筑科學研究院（PKPM工程部）.新規(guī)范PKPM設計

軟件實用手冊[M].中國建筑工業(yè)出版社，2003：7.

[4][5][6]王文棟.混凝土結構構造手冊[M].中國建筑工業(yè)

出版社，2003：6.