1 STS 軟件的研制目的
近年來，我國(guó)鋼產(chǎn)量躍居世界第一位，建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)也越來越突出。CAD 技術(shù)的發(fā)展和成功推廣表明，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來完成鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)和繪圖工作，一方面可以給工程設(shè)計(jì)提供精確的計(jì)算和繪圖工具，提高設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)更加安全經(jīng)濟(jì)，另一方面也必將對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用。
PKPM 系列軟件是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣的一套一體化CAD 軟件，曾獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)，是國(guó)內(nèi)自主平臺(tái)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)包括建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中又包括多層和高層、工業(yè)廠房和民用建筑、上部結(jié)構(gòu)和各類基礎(chǔ)在內(nèi)的綜合CAD 系統(tǒng)，并正在向集成化和智能化的方向發(fā)展。在這種情況下，中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM CAD 工程部從1995 年5 月開始組織力量，研究開發(fā)自主版權(quán)的鋼結(jié)構(gòu)CAD 軟件STS ，該軟件的研制以PKPM CAD 工程部自主開發(fā)的CFG中文圖形支撐系統(tǒng)為平臺(tái)，以PKPM 系列軟件的PMCAD、PK 為基礎(chǔ)。STS 的功能要求為： 是一體化的CAD 軟件，功能包括從鋼結(jié)構(gòu)建筑的模型輸入、截面優(yōu)化、結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)件強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、直到施工詳圖繪制；軟件可適用于多、高層框架，平面框架，連續(xù)梁，輕鋼門式剛架，排架，框排架，鋼桁架等多種結(jié)構(gòu)形式；軟件要求操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，界面友好，易學(xué)易用；施工圖詳圖以標(biāo)準(zhǔn)圖為準(zhǔn)，并提供方便快捷的編輯工具；是PKPM 系列軟件的一個(gè)模塊，可以與其他模塊接口；先使STS 成為國(guó)內(nèi)主流的鋼結(jié)構(gòu)CAD 軟件，再擴(kuò)充國(guó)外規(guī)范版本，走向國(guó)際軟件市場(chǎng)。
2 STS 軟件技術(shù)條件
作為專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)軟件，必須符合國(guó)家現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)。STS 軟件的研制主要依據(jù)有： 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GBJ17 - 88） ； 《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GBJ18 - 87） ；《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（J GJ99 - 98） ；《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102 ：98） ； 《輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（DBJ08 - 68 - 97） ；另外，STS 軟件遵循常用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)圖的規(guī)定。
3 STS 軟件功能簡(jiǎn)介
3.11 模型輸入
STS 的模型輸入可以采用三維方法和二維方法。
三維建模采用人機(jī)交互方式，引導(dǎo)用戶逐層地布置各層平面和各層樓面，再輸入層高就建立起一套描述建筑物整體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，三維建模程序具有較強(qiáng)的荷載統(tǒng)計(jì)和傳導(dǎo)計(jì)算功能，除計(jì)算自重外，還自動(dòng)完成從樓板到次梁，從次梁到主梁，從主梁到承重的柱、墻，再?gòu)纳喜拷Y(jié)構(gòu)傳到基礎(chǔ)的全部計(jì)算，加上局部的外加荷載，可方便地建立起整棟建筑的荷載數(shù)據(jù)。三維建模提供的截面類型有中國(guó)和世界各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)型鋼及其組合截面，焊接H 型鋼（包括楔形截面） 、圓管、箱形、Z 形、槽形等自定義截面，鋼管混凝土、鋼骨混凝土截面等豐富的截面形式，適用于各種結(jié)構(gòu)形式的需要。二維建模數(shù)據(jù)可以由三維建模的數(shù)據(jù)生成的平面框架、連續(xù)梁的數(shù)據(jù)文件自動(dòng)生成，也可以用人機(jī)交互方式生成，能方便地建立起平面桿系結(jié)構(gòu)的模型。
二維人機(jī)交互建模可以建立各種類型平面桿系的框架、門式剛架、排架、框排架、桁架、支架、連續(xù)梁等多種結(jié)構(gòu)形式的模型，對(duì)于門式剛架、框架、桁架、弧形軸線還提供了快速輸入向?qū)砜焖佥斎?，可以輸入各種作用形式的恒載、活載、風(fēng)荷載（可以自動(dòng)布置） 、吊車荷載（包括抽柱吊車荷載） 和地震計(jì)算參數(shù)。二維建模提供的截面類型除了三維建模的截面類型外，還包括冷彎薄壁型鋼及其組合截面，實(shí)腹式組合截面，格構(gòu)式組合截面，組合梁，任意截面等類型。
3.12 截面優(yōu)化
截面優(yōu)化就是在滿足規(guī)范要求的前提下，尋找用鋼量最小的截面尺寸。STS 軟件可以對(duì)輕鋼門式剛架和鋼桁架進(jìn)行截面優(yōu)化。門式剛架中常采用變截面構(gòu)件，所以優(yōu)化的約束變量有大端、小端高度，上、下翼緣寬、厚，腹板厚度7 個(gè)因素，STS 軟件能在自動(dòng)或人工定義的變化范圍內(nèi)，快速地尋找到用鋼量最小的截面尺寸。桁架優(yōu)化可以進(jìn)行桿件分組，分為一組的桿件在優(yōu)化后具有相同的截面。優(yōu)化程序速度快，適用性較好。
3.13 結(jié)構(gòu)分析和構(gòu)件驗(yàn)算
STS 的三維、二維建模數(shù)據(jù)可以分別接口三維分析程序和平面桿系分析程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和構(gòu)件驗(yàn)算。三維分析程序包括PKPM 系列軟件的空間分析設(shè)計(jì)軟件TAT 和SATWE ，二維分析程序是STS 軟件自帶的平面桿系分析程序。
結(jié)構(gòu)分析和構(gòu)件驗(yàn)算時(shí)程序自動(dòng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析和組合，進(jìn)行構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性驗(yàn)算。STS 的平面桿系分析程序可以按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》， 《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》， 《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》， 《輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》來進(jìn)行構(gòu)件驗(yàn)算（后兩種規(guī)程適用于輕鋼門式剛架） .
近年來，我國(guó)鋼產(chǎn)量躍居世界第一位，建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)也越來越突出。CAD 技術(shù)的發(fā)展和成功推廣表明，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來完成鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)和繪圖工作，一方面可以給工程設(shè)計(jì)提供精確的計(jì)算和繪圖工具，提高設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)更加安全經(jīng)濟(jì)，另一方面也必將對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用。
PKPM 系列軟件是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣的一套一體化CAD 軟件，曾獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)，是國(guó)內(nèi)自主平臺(tái)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)包括建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中又包括多層和高層、工業(yè)廠房和民用建筑、上部結(jié)構(gòu)和各類基礎(chǔ)在內(nèi)的綜合CAD 系統(tǒng)，并正在向集成化和智能化的方向發(fā)展。在這種情況下，中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM CAD 工程部從1995 年5 月開始組織力量，研究開發(fā)自主版權(quán)的鋼結(jié)構(gòu)CAD 軟件STS ，該軟件的研制以PKPM CAD 工程部自主開發(fā)的CFG中文圖形支撐系統(tǒng)為平臺(tái)，以PKPM 系列軟件的PMCAD、PK 為基礎(chǔ)。STS 的功能要求為： 是一體化的CAD 軟件，功能包括從鋼結(jié)構(gòu)建筑的模型輸入、截面優(yōu)化、結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)件強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、直到施工詳圖繪制；軟件可適用于多、高層框架，平面框架，連續(xù)梁，輕鋼門式剛架，排架，框排架，鋼桁架等多種結(jié)構(gòu)形式；軟件要求操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，界面友好，易學(xué)易用；施工圖詳圖以標(biāo)準(zhǔn)圖為準(zhǔn)，并提供方便快捷的編輯工具；是PKPM 系列軟件的一個(gè)模塊，可以與其他模塊接口；先使STS 成為國(guó)內(nèi)主流的鋼結(jié)構(gòu)CAD 軟件，再擴(kuò)充國(guó)外規(guī)范版本，走向國(guó)際軟件市場(chǎng)。
2 STS 軟件技術(shù)條件
作為專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)軟件，必須符合國(guó)家現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)。STS 軟件的研制主要依據(jù)有： 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GBJ17 - 88） ； 《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GBJ18 - 87） ；《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（J GJ99 - 98） ；《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102 ：98） ； 《輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（DBJ08 - 68 - 97） ；另外，STS 軟件遵循常用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)圖的規(guī)定。
3 STS 軟件功能簡(jiǎn)介
3.11 模型輸入
STS 的模型輸入可以采用三維方法和二維方法。
三維建模采用人機(jī)交互方式，引導(dǎo)用戶逐層地布置各層平面和各層樓面，再輸入層高就建立起一套描述建筑物整體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，三維建模程序具有較強(qiáng)的荷載統(tǒng)計(jì)和傳導(dǎo)計(jì)算功能，除計(jì)算自重外，還自動(dòng)完成從樓板到次梁，從次梁到主梁，從主梁到承重的柱、墻，再?gòu)纳喜拷Y(jié)構(gòu)傳到基礎(chǔ)的全部計(jì)算，加上局部的外加荷載，可方便地建立起整棟建筑的荷載數(shù)據(jù)。三維建模提供的截面類型有中國(guó)和世界各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)型鋼及其組合截面，焊接H 型鋼（包括楔形截面） 、圓管、箱形、Z 形、槽形等自定義截面，鋼管混凝土、鋼骨混凝土截面等豐富的截面形式，適用于各種結(jié)構(gòu)形式的需要。二維建模數(shù)據(jù)可以由三維建模的數(shù)據(jù)生成的平面框架、連續(xù)梁的數(shù)據(jù)文件自動(dòng)生成，也可以用人機(jī)交互方式生成，能方便地建立起平面桿系結(jié)構(gòu)的模型。
二維人機(jī)交互建模可以建立各種類型平面桿系的框架、門式剛架、排架、框排架、桁架、支架、連續(xù)梁等多種結(jié)構(gòu)形式的模型，對(duì)于門式剛架、框架、桁架、弧形軸線還提供了快速輸入向?qū)砜焖佥斎?，可以輸入各種作用形式的恒載、活載、風(fēng)荷載（可以自動(dòng)布置） 、吊車荷載（包括抽柱吊車荷載） 和地震計(jì)算參數(shù)。二維建模提供的截面類型除了三維建模的截面類型外，還包括冷彎薄壁型鋼及其組合截面，實(shí)腹式組合截面，格構(gòu)式組合截面，組合梁，任意截面等類型。
3.12 截面優(yōu)化
截面優(yōu)化就是在滿足規(guī)范要求的前提下，尋找用鋼量最小的截面尺寸。STS 軟件可以對(duì)輕鋼門式剛架和鋼桁架進(jìn)行截面優(yōu)化。門式剛架中常采用變截面構(gòu)件，所以優(yōu)化的約束變量有大端、小端高度，上、下翼緣寬、厚，腹板厚度7 個(gè)因素，STS 軟件能在自動(dòng)或人工定義的變化范圍內(nèi)，快速地尋找到用鋼量最小的截面尺寸。桁架優(yōu)化可以進(jìn)行桿件分組，分為一組的桿件在優(yōu)化后具有相同的截面。優(yōu)化程序速度快，適用性較好。
3.13 結(jié)構(gòu)分析和構(gòu)件驗(yàn)算
STS 的三維、二維建模數(shù)據(jù)可以分別接口三維分析程序和平面桿系分析程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和構(gòu)件驗(yàn)算。三維分析程序包括PKPM 系列軟件的空間分析設(shè)計(jì)軟件TAT 和SATWE ，二維分析程序是STS 軟件自帶的平面桿系分析程序。
結(jié)構(gòu)分析和構(gòu)件驗(yàn)算時(shí)程序自動(dòng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析和組合，進(jìn)行構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性驗(yàn)算。STS 的平面桿系分析程序可以按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》， 《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》， 《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》， 《輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》來進(jìn)行構(gòu)件驗(yàn)算（后兩種規(guī)程適用于輕鋼門式剛架） .