多层工业建筑计算机设计探析

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近年来，计算机辅助技术在建筑行业中得到了广泛应用，在设计规划、进度管理、现场监管等方面都发挥了重要作用。本文结合某多层工业建筑工程，以中国建筑科学研究院开发的工程管理软件PKPM为例，就该计算机辅助软件在多层工业建筑设计中的具体应用方法展开了分析。引言：PKPM系列软件功能强大，目前除了能够完成基本的建筑框架结构、采暖、空调、电气等基础设计外，还能够实现工程量计算、安全计算以及工程计价等多种功能。在国内建筑设计领域，PKPM的市场占有率达到了85%以上。此外，在建筑行业不断发展的同时，PKPM系列软件也在进行不断的更新和完善，为我国建筑行业发展和帮助建筑企业盈利都发挥了重要作用。在这一背景下探究PKPM系列软件在多层工业建筑设计中具体应用，对提高建筑整体质量也有一定帮助。

1、PKPM软件

1.1基本功能

现阶段PKPM已经逐渐发展成为面向建筑工程全生命周期的大型集合软件系统，本文仅以建筑设计部分为例，就PKPM系列软件的基本功能进行简单概述。1)建模功能。基于计算机应用软件的建筑模型，在建立是需要使用到大量的建筑参数。设计人员将这些参数转化为电子数据，以DWG文件形式存储到专门的文件夹中，方便在构建建筑模型时直接调用（汪伟平，詹万金，李元萸等，CAD微机工作站绘制单层工业厂房结构施工图：中国土木工程学会计算机应用学会学术报告会，2017年）。借助PKPM软件建立的建筑模型，还支持在线修改和调整，这样也有利于减轻设计压力；2)建筑节能计算。工业厂房建筑门窗较多，需要参照《节能设计标准规范》中的相关要求，进行建筑窗墙比、体形系数等数据的计算，将这些参数输入到PKPM软件中，可以自动得出设计参数，提高节能设计的标准化程度；3)动态能耗计算。PKPM提供了动态能耗分析程序，对建筑物实现了不间断的能耗分析。同时，将分析结果直接与《建筑节能设计标准》中的相关参数进行对比，为建筑节能设计提供必要的参考。

1.2应用特点

近年来“绿色建筑”理念得到了建筑行业的广泛响应，PKPM软件由于在节能、节材方面有突出优势，也得到了广泛的应用。总结来说，PKPM系列软件的优点主要有：1)操作简便，门槛较低。以往进行建筑设计时，设计人员不仅要掌握设计方面的知识，还要掌握热学、力学等方面的内容。而使用PKPM软件，则能够提供辅助帮助，设计人员只需要使用特定的功能，就可以完成建筑设计；2)自动化和人性化。PKPM软件提供了自动检索和纠错功能，能够将现行的建筑设计与行业标准进行对照，如果参数不符合要求，会进行标注，方便设计人员进行重点检查。3)智能化和连贯性。如果建筑设计中缺少某项参数，则PKPM系统会自动选择缺省参数。这样后期获取详细参数后，再重新填入模型中，实现了建筑模型的自动完善，减少了建筑模型二次修改的麻烦。

2、工程实例

某企业因为业务扩展需要，新建一处多层工业建筑。建筑整体采用框架结构，共计三层，其中一楼为生产车间，高度为3.2m；二楼为质检实验室和化验实验室，三楼为办公场所，二楼和三楼高度均为2.7m。整个建筑由于使用功能的不同，加上业务开展需要，被划分成多个区块，平面布局复杂，柱截面尺寸存在较大的差异，给建筑设计增加了一定的难度。为了减轻设计压力，同时也是加快工程进度，设计部门使用PKPM系列软件进行该建筑的整体设计。具体的设计流程和技术要点如下。

3、多层工业建筑中计算机设计应用

3.1建筑模型的构建

3.1.1平面网格

划分平面网格是利用PKPM系列软件进行多层工业建筑设计的第一个环节，网格划分是否合理，对后期建筑模型的构建与整体设计都会产生直接影响，需要引起设计人员的高度重视（刘歌青，石永久，王元清等，多层钢结构工业厂房的轻型化设计与应用：工业建筑，2014年2期40-43页）。结合该建筑的设计要求可知，该建筑由于功能区间较多，不能简单的按照规则框架结构进行划分。经过分析后，认为本工程可按层高划分为5个结构标准层，即：基础顶至标高3.300处为第一结构标准层，标高3.300至标高6.000处为第二结构标准层，标高6.000至标高7.500处为第三结构标准层，标高7.500至标高9.500处为第四结构标准层，标高9.500至标高13.200处为第五结构标准层。这种划分的优势在于尽可能的将各个模块的设计参数进行了细化，对提高设计的精确性有很大帮助。完成基础分层后，需要在每个平面层上分别建立轴线网格，并且在网格上标注出建筑的梁、柱、墙等结构，以及各个结构的坐标。完成整个轴线网格的制作后，复制生成备份文件，后期有修改需要，直接在备份文件上进行操作。

3.1.2楼层定义

将梁、柱等各构件定义后就可以进行楼层布置。第一结构标准层布置底层所有的柱，柱截面尺寸有两种：400mm×600mm和400mm×400mm。布置时遵循“上偏为正、下偏为负，左偏为负、右偏为正”的原则。第二结构标准层可拷贝第一结构标准层的平面网格。主梁仅布置标高6.000楼层的梁，柱布置除了拷贝底层柱外，本层需在梁上布置支撑技术层的柱：柱截面尺寸为250mm×250mm。第三结构标准层可拷贝第二结构标准层进行修改。主梁仅布置标高7.500楼层的梁。第四结构标准层主梁仅布置标高9.500楼层的梁，柱布置取消第二结构标准层在梁上布置的支撑技术层的柱。第五结构标准层主梁仅布置标高13.200楼层的梁。

3.1.3荷载定义

根据每个房间使用功能的不同，地面做法的不同，统计出占主要比例的楼面恒荷载和活荷载，进行荷载定义。本工程的荷载标准层依照每层的使用功能不同，也划分为五层，刚好与结构标准层相对应。此外，结合多层工业建筑自身的特点，在设计荷载时也必须要考虑恒荷载、活荷载相互之间的影响，避免荷载过于集中，导致多层工业建筑局部应力过大而出现质量问题。

3.1.4信息输入

完成上述几部分设计任务后，将独立的设计模块进行拼接、组装，最终完成整个多层工业建筑的三维模型。在楼层组装时需要注意的问题有：明确独立设计模块的组装顺序，通常来说需要按照有低到高的原则，但是同一层面上的不同模块，也需要遵循由中心向两侧的顺序进行组装。完成多有独立模块组装后，将与该建筑所有相关的数据信息，例如材料信息、风荷载信息等，全部输入到PKPM软件的数据库中。输入完毕后进行建筑模型的运行分析，确定不存在问题后打印图纸。

3.2人工干预

3.2.1各楼层详细布置

在多层工业建筑设计中，后期业主可能会提出一些新的要求，设计人员需要在现行建筑模型的基础上，进行人工修改和调整。首先在PKPM软件中打开建筑模型，获取建筑各楼层详细信息，包括墙面、底板厚度，梁柱布置等。然后通过人及操作界面完成修改。修改后要重新进行一遍模拟运算，计算完成且没有发现问题，计算机自动生成新的文件，并进行备份、保存。

3.2.2检验计算结果

设计人员要对已经完成的建筑设计模型，进行参数检验。PKPM系列软件提供了记忆功能，可以将以往建筑设计的实例作为检验的参照对象，为模型参数检验提供了方向。检验时需要重点关注的对象有：首先，建筑设计模型虽然保证了设计参数的精确性，但是与实际情况还是存在差距，在检验是允许存在一定误差，但是需要将误差控制在必要的范围之内；其次，既要关注建筑设计图纸的整体协调性，又要确保设计图纸的各方面细节不违背现行的行业标准。这样才能保证最终检验结果的参照价值。

3.2.3验证设计的合理性与标准性

在完成上述一系列的建筑模型设计与结果检验后，设计人员还要进行最后一项检查。将工业建筑的相关标准及其参数输入到PKPM系统的数据库中，运行系统软件自动完成参数对比。设计人员可以人工设置误差范围，如果设计值与标准值的误差超过了最大误差范围，则需要对个别参数进行调整，直到最后建筑模型各项参数均符合标准，方可打印图纸，为施工部门提供参考。

4、结语

多层工业建筑由于自身的结构特性，决定了必须要重视前期设计，通过体现设计方案的科学性与可行性，为后期建筑施工建设和使用提供必要的保障。在设计阶段，使用PKPM系列软件能够大幅度的降低设计难度，并且能够显示建筑各个模块的详细参数。另外，基于PKPM软件的建筑模型还支持在线修改、自动检验等功能，这些都为提高多层工业建筑模型设计起到了帮助，也为下一步建筑施工质量的提升奠定了基础。

作者:刘喆 单位:中影影院投资有限公司