目前，越来越多的审图部门和设计院要求门刚进行整体计算分析，具体规范依据如下，《建筑与市政工程抗震通用规范》4.1.2-2 条：水平地震应计入扭转效应；《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(以下简称《门规》)6.2.6条：纵向长度不大于横向宽度 1.5 倍，且横纵向高低跨时，宜按整体空间模型对纵向支撑体系进行计算；《门规》6.1.2条文说明：双向受弯构件(箱型柱)宜采用空间模型计算。依托上述要求，PKPM自2025R2.0版本增加基于SATWE能力的三维门刚空间结构计算与分析专属功能，以解决门刚厂房整体设计的痛点和难点。另外，结合业主单位对门刚的单方型钢用量要求越来严苛，PKPM自V2.1.2.0版本推出AID-MJ，旨在利用智能化的手段解决目前结构设计中过度依赖经验、反复手动调整效率低以及经济性安全度取舍难等痛点。
本文以一异形三维门刚的设计为例，介绍PKPM门刚整体设计功能和AID-MJ在门刚厂房初步设计中的应用，希望能为广大设计师在门刚整体分析和智能化设计应用方面带来帮助和启发。
工程单体为电子商务快递产业园项目-生产厂房，位于河北省，结构形式为门式刚架，檐口高度为15.00m，长约171m，宽约133.5m，平面不规则，横向榀跨数不等，每跨跨度在21~24m，屋面有光伏系统。建筑平面图详见图1。抗震设防烈度7度0.15g，设计地震分组第二组，III类场地，场地特征周期0.55s，设防类别丙类，抗震等级四级。基本风压为：0.55kN/m
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，地面粗糙度类别B类，基本雪压为：0.45kN/m
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。
1）门刚长宽比＜1.5，且异形，须建立空间模型进行三维分析。
2）门刚横向榀梁应力比控制在0.90附近，柱控制在0.85附近。同时，位移角和挠跨比须同时满足规范要求。
3）甲方对总造价有较高要求，希望调整后结构在满足安全前提下型钢用量尽量节约。
4）项目设计周期较短，需要快速完成设计，满足甲方周期要求。
1）门刚三维整体分析概述
软件提供了平面方式创建网格线、梁板柱及荷载布置功能，支持二三维混合建模，延续二维建模习惯，同时符合三维建模逻辑，实现了二三维建模数据的双向互通。对于计算长度的考虑，软件是基于《门规》和《钢结构设计标准》GB50017-2017（以下简称《钢标》）的复合计算长度算法：门刚柱采用考虑轴力的《门规》计算方法，框架柱采用基于《钢标》的线刚度比法。同时提供计算长度三维交互修改功能，可对复合计算长度进行三维视角下的交互修改，解决计算长度三维设计难点。三维计算是对接SATWE三维分析内核，得到三维分析的内力、振型、变形及构件设计结果，支持双向受弯构件设计验算，同时也支持二维切榀分析，方便用户对二三维分析结果进行对比。
2）AID-MJ概述
门刚智能辅助设计模块 AID-MJ内嵌于PKPM-STS二维门式刚架设计软件中，利用算法帮助设计师实现自动化门刚设计，以达到造价最优和设计指标不超限的目标。用户只需要交互设置备选截面、边界条件以及优化目标，程序便可对刚架实现自动优化。其操作分为三步走。第一步：通过一键生成设计组，分别将梁和柱生成设计组，程序会自动根据截面高度和厚度范围自动生成备选截面表。第二步：设置目标约束，用户可以根据自身需求，设置几何约束、边界约束以及指标约束，同步设置焊接钢材和标准型钢的材料单价，设置完成后，即可启用截面优选。第三步：经过2~3分钟的迭代计算，程序自动完成梁柱的截面优选和报告的生成，方便用户查看优化结果，包含优化前后截面对比、结构梁柱应力比、用钢量对比等数据。
设计师首先搭建好各横向榀模型。以2轴处3跨横向榀为例，经过几轮人工调整，刚架截面尺寸详见图2，应力比等数据详见图3。分析发现梁应力比和柱应力比分布范围均较大，部分构件应力比接近0.95，部分应力比只有0.50左右。结合甲方要求，需要控制的目标是将刚架梁应力比控制在0.90附近，刚架柱应力比控制在0.85附近，且大参数均满足规范要求。即在保证有较好的经济性的情况下，同时保证构件的构造要求及大参数均不超规范要求。接下来介绍利用智能辅助设计手段如何调整。
1）利用智能截面优选模块，一键生成设计组，这时候梁和柱各被分为一个组。
2）设置备选截面，这里面要注意需要结合设计师的经验以及项目的要求，设置合理的梁柱高宽、板件的厚度、变截面大小头比例等信息，以确保程序迭代后确定的截面可以落地，本项目结合甲方要求，梁高控制在1000mm，宽度200~250，变截面，小头/大头高度控制在0.5~0.75；柱高控制在800mm，宽度250~300，等截面。另外，设置高度模数50mm，程序即可根据约束条件自动批量生成。梁备选截面控制条件详见下图4。
3）设置材料单价和约束目标（详见图5），对柱应力比设置为85%，梁应力比设置为90%。另外可以设置梁宽不大于柱宽、上柱不大于下柱等边界约束，保证优化后的模型是合理的、可实施的。长细比不点选，代表程序考虑规范的最低要求。
4）启动截面优选。程序根据内置的高效算法，按设定的应力比限值，从备选截面中找出既符合已设置的约束条件又在经济性上最优的截面，同时能满足变截面构件等楔率等构造要求。
5）优化成果展示。优化结束后可以查看优化前后模型截面对比及优化后模型应力比（图6）、全楼材料用量对比（图7）、整体指标对比（图8）以及每一步优化的总造价、钢材总重量、超限构件数等情况（图9）。通过全楼材料用量对比可以看出，程序通过2分钟的迭代计算，刚架总造价优化比例达8.25%。
6）其余标准榀均利用此相同操作方式进行优化，过程不再赘述。
1）快速建模
门刚三维建模采用二维和三维混合建模方式，模块入口详见图10。可以快速对纵向榀、屋面、墙面实现建模，省去二维门刚建模无法兼顾到纵向榀及维护结构计算的弊端；同时，三维建模更直观，后续可对接JCCAD，方便基础部分的设计工作。本工程建立的三维模型如下图11。
整个建模流程如下，第一步采用“立面导入”的方式将通过AID-MJ智能优选后的各横向榀刚架导入到三维模型对应的轴线中，完成主刚架建模；第二步选择纵向榀轴线，对纵向榀的支撑、系杆进行建模；第三步生成屋面墙面蒙皮，选择屋面布置屋面支撑，然后利用程序内置的屋面檩条布置系统快速布置屋面檩条、拉条、隅撑、天沟等构件，并且可以实现檩条、隅撑的计算以及檩条的自动优化。第4步，选择各个墙面布置门窗、底部砖墙，设置参数后自动生成墙梁、拉条等构件，墙梁的自动优化同样在程序内可以实现。另外，对于带夹层的门刚现在越来越多，在程序中有夹层建模的专属功能，详见12。该模块采用类似PMCAD的方式可快速建立夹层梁柱板等构件并实现荷载输入等，操作简单快捷。
以上对于主刚架、墙面屋面系统可以在同一个程序内完成快速建模，同时对于维护系统可以进行计算、自动优化，能给设计师建模及围护结构计算节约大量时间。
2）分析计算
程序自PKPM 2025 V2.0版本后门刚整体分析提供二维计算和三维计算两种计算内核，见图12。其中二维计算沿用的二维门刚计算内核，程序会进行纵向自动导荷后对横向、纵向榀单独进行二维计算，针对比较规整、不含夹层的厂房可选择此种方式。三维计算是结合当前门刚形式越来越复杂、含夹层的门刚越来越多、审图老师越来越多的要求进行空间整体分析的背景下研发出来的针对性产品，旨在利用SATWE的计算内核对门刚进行整体三维分析。程序可以自动识别门刚柱和框架柱，考虑二者在计算长度系数上参考规范的不同；另外可考虑双向地震作用，避免审图机构经常对二维门刚提出角柱、夹层等应该按空间模型计算分析的强条。三维计算前需要进行计算参数设置，程序根据门刚的特点对SATWE的计算参数进行简化，包含总信息、荷载、地震、设计信息4项内容。三维计算第一步点生成数据，这是为了得出内力以计算得出对门刚柱的计算长度系数等数据，长度系数同时支持人工交互修改。
3）结果查看
程序输出振型、位移、内力、挠度、轴压比、长细比、应力、内力包络等丰富数据结果，详见图13；程序对SATWE模块的结果数据结合门刚规范输出整体计算书，在既满足审图要求的情况下，同时剔除掉不适合门刚结构的结果数据，详见图14。
