Faits :
A.
Le 2 mars 2011, A._ SA (requérante) et B._ (propriétaire) ont formé une demande d'autorisation de construire un ensemble de logements avec commerces au rez et garage souterrain sur les parcelles n° 4'544 et 2'323 de la commune de Plan-les-Ouates, en zone 4B (villages et hameaux) protégée. Le projet implique la démolition de trois immeubles anciens situés au 137, 139 et 141 de la route de Saint-Julien, comprenant actuellement des commerces et dix logements de 33,5 pièces au total pour une surface de plancher globale de 944 m2. Les nouveaux immeubles, d'un seul tenant, comprennent des commerces et appartements au rez, ainsi que deux étages plus combles, soit dix appartements locatifs aux loyers contrôlés et 13 appartements en PPE ou à loyers libres.
Le projet a donné lieu à deux préavis négatifs de la Commission des monuments de la nature et des sites, Sous-commission d'architecture (ci-après: CMNS) des 21 juin 2011 et 18 septembre 2012. Selon un rapport d'analyse historique et architecturale, le recensement architectural attribuait la note 3 (intéressant) à l'immeuble n° 137 et 4+ (bonne intégration du volume et de la substance) au n os 139 et 141. Les bâtiments s'intégraient parfaitement dans l'environnement bâti historique de type "village-rue" avec des jardins privatifs situés à l'arrière du côté du Mail. D'autres bâtiments (les nos 116 et 143 de la route de Saint-Julien) avaient connu d'heureuses restaurations et il devait en aller de même pour les bâtiments concernés. La commune de Plan-les-Ouates a émis en premier lieu un préavis défavorable en estimant que l'architecture proposée ne s'accordait pas avec l'aspect villageois en raison de l'absence d'une toiture à deux pans. Dans un second préavis, après modification du projet, elle s'est déclarée favorable avec des réserves mineures.
Par décision du 12 novembre 2013, le Département cantonal de l'aménagement, du logement et de l'énergie (ci-après: le DALE) a refusé l'autorisation en se fondant notamment sur le préavis de la CMNS et sur la clause d'esthétique de l'art. 15 al. 1 de la loi genevoise sur les constructions et installations diverses (LCI).
B.
Ce refus a été confirmé, sur recours des constructeurs, le 10 avril 2014 par le Tribunal administratif de première instance, puis par arrêt du 29 septembre 2015 de la Chambre administrative de la Cour de justice du canton de Genève. Le refus du département pouvait se fonder sur la clause d'esthétique de l'art. 106 al. 1 LCI, applicable aux villages protégés. L'application de cette clause pour rejeter la demande de démolition ne constituait pas une mesure de protection déguisée indépendante des caractéristiques du nouveau projet. Le préavis de la CMNS, établi après une inspection locale, était contraignant. Il reposait sur des considérations raisonnables, le projet ne s'intégrant pas à l'environnement. Les transformations successives apportées sur les bâtiments concernés ou sur d'autres immeubles des environs justifiaient d'autant plus le besoin de protection. L'obligation de tirer parti du bâti existant, moins contraignante qu'une mesure de classement ou une obligation d'affectation, n'était pas disproportion-née; les devis censés démontrer qu'une rénovation légère ou lourde ne serait pas rentable, ne se référaient pas à des projets concrets.
C.
A._ SA et B._ forment un recours en matière de droit public contre l'arrêt cantonal. Ils demandent au Tribunal fédéral d'annuler cet arrêt ainsi que les décisions de refus de démolir et de construire, et d'ordonner au DALE de délivrer les autorisations.
La Chambre administrative persiste dans le dispositif et les considérants de son arrêt. Le DALE conclut au rejet du recours. Les recourants ont déposé de nouvelles observations, persistant dans leurs motifs et leurs conclusions.
Considérant en droit :
1.
Dirigé contre une décision finale (art. 90 LTF) prise en dernière instance cantonale (art. 86 al. 1 let. d LTF) dans le domaine du droit public des constructions (art. 82 let. a LTF), le recours en matière de droit public est en principe recevable, aucune des exceptions prévues à l'art. 83 LTF n'étant réalisée. Les recourants ont pris part à la procédure de recours devant le Tribunal cantonal. Ils sont particulièrement touchés par l'arrêt attaqué qui confirme le refus d'une autorisation de démolir et de construire. Ils ont donc qualité pour agir au sens de l'art. 89 al. 1 LTF. Les autres conditions de recevabilité du recours sont réunies, si bien qu'il y a lieu d'entrer en matière.
2.
Dans un premier grief, les recourants se plaignent d'établissement incomplet des faits. Les trois immeubles existants comprennent dix logements et 33,5 pièces au total d'une surface moyenne de 20.83 m2. Ils ne sont pas loués et ne pourraient l'être dans l'état actuel. Le projet permettrait la réalisation de 23 appartements de 101 pièces au total, dont 10 appartements soumis aux normes de la LDTR (contrôle des loyers). Bien que l'instruction ait porté sur ces faits, l'arrêt attaqué les passerait sous silence alors qu'il s'agirait d'un élément déterminant notamment sous l'angle de la proportionnalité.
2.1. Le Tribunal fédéral conduit son raisonnement juridique sur la base des faits établis par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF), à moins que ceux-ci n'aient été établis de façon manifestement inexacte - notion qui correspond à celle d'arbitraire de l'art. 9 Cst. (ATF 137 I 58 consid. 4.1.2 p. 62) - ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF. La correction du vice doit être susceptible d'influer sur le sort de la cause (cf. art. 97 al. 1 LTF; ATF 141 II 14 consid. 1.6 p. 24; 137 I 58 consid. 4.1.2 p. 62). En matière d'appréciation des preuves et d'établissement des faits, l'autorité tombe dans l'arbitraire lorsqu'elle ne prend pas en compte, sans raison sérieuse, un élément de preuve propre à modifier la décision (ATF 134 V 53 consid. 4.3; 129 I 8 consid. 2.1; 118 Ia 28 consid. 1b et les arrêts cités).
2.2. Les faits invoqués par les recourants n'ont pas été écartés par la cour cantonale. Celle-ci rappelle au contraire (consid. 17 de l'arrêt attaqué) la teneur du projet litigieux, soit la réalisation de surfaces commerciales ainsi que de 23 logements pour 101 pièces au total. Les surfaces de plancher respectives sont également précisées. L'argument des recourants doit ainsi être écarté en tant qu'il vise l'établissement des faits.
3.
Les recourants contestent que l'art. 106 LCI puisse constituer une base légale suffisante pour justifier une interdiction de démolir. Cette disposition permet au département de déroger aux règles de distances pour permettre une implantation optimale des constructions dans les villages protégés, mais ne suffirait pas à fonder un refus d'autorisation. Les recourants se plaignent par ailleurs d'une application arbitraire de cette norme: selon la partie en fait de l'arrêt, le DALE n'aurait appliqué que les art. 12. al. 5 LALAT et 15 al 1 LCI; la cour cantonale aurait confondu le besoin de protection des immeubles existants et l'impact du projet lui-même.
3.1. Appelé à revoir l'interprétation d'une norme cantonale ou communale sous l'angle restreint de l'arbitraire, le Tribunal fédéral ne s'écarte de la solution retenue par l'autorité cantonale de dernière instance que si celle-ci apparaît insoutenable, en contradiction manifeste avec la situation effective, adoptée sans motifs objectifs et en violation d'un droit certain. En revanche, si l'application de la loi défendue par l'autorité cantonale ne s'avère pas déraisonnable ou manifestement contraire au sens et au but de la disposition ou de la législation en cause, cette interprétation sera confirmée, même si une autre solution - même préférable - paraît possible. En outre, pour qu'une décision soit annulée au titre de l'arbitraire, il ne suffit pas qu'elle se fonde sur une motivation insoutenable; encore faut-il qu'elle apparaisse arbitraire dans son résultat (ATF 141 I 172 consid. 4.3.1 p. 177; 137 I 1 consid. 2.4 p. 5).
3.2. Figurant dans la section relative aux villages protégés, l'art. 106 LCI a la teneur suivante:
Art. 106 Dispositions spéciales
1 Dans les villages protégés, le département, sur préavis de la commune et de la commission des monuments, de la nature et des sites, fixe dans chaque cas particulier l'implantation, le gabarit, le volume et le style des constructions à édifier, de manière à sauvegarder le caractère architectural et l'échelle de ces agglomérations ainsi que le site environnant. Le département peut en conséquence, à titre exceptionnel, déroger aux dispositions régissant les distances entre bâtiments, les distances aux limites de propriétés et les vues droites. Lors de travaux de réfection de façades ou de toitures, la commune et la commission des monuments, de la nature et des sites sont également consultées.
2 Il en est de même des enseignes, attributs de commerce, panneaux, réclames, vitrines mobiles et autres objets soumis à la vue du public.
3 La pose de panneaux solaires thermiques et photovoltaïques peut être autorisée.
Plan localisé de quartier
4 Le département peut également subordonner l'autorisation de construire à l'adoption préalable d'un plan localisé de quartier; dans ce cas, la procédure applicable est celle prévue par l'article 2 de la loi sur l'extension des voies de communication et l'aménagement des quartiers ou localités, du 9 mars 1929.
Cette disposition est spécialement applicable aux villages protégés et confère un large pouvoir d'appréciation au département compétent. Celui-ci peut fixer lui-même les règles applicables aux constructions dans le but de sauvegarder le caractère d'un village et le site environnant, et déroger aux dispositions ordinaires. Ce large pouvoir d'appréciation et de décision implique la possibilité de refuser un projet qui, ne respectant pas ces prescriptions spéciales, porterait une atteinte excessive au caractère d'un village protégé, soit que les bâtiments existants méritent une protection particulière, soit que le projet en lui même n'est pas satisfaisant du point de vue de l'intégration. En l'occurrence, la décision du DAEL retient d'une part, en se fondant sur l'avis de la CMNS exigé par la même disposition, que les immeubles existants donnent une cohérence historique et une lisibilité au "village-rue" d'origine, et d'autre part que le projet de construction ne s'intègre pas à l'environnement bâti. En ce sens, l'arrêt attaqué n'a rien d'arbitraire quand il relève que le projet n'était pas de nature à préserver le site environnant.
4.
Les recourants estiment ensuite que l'art. 15 al. 1 LCI permettrait de refuser une construction, mais non de s'opposer à une démolition. L'alinéa 3 de cette disposition permet simplement d'exiger la présentation d'un projet assurant une nouvelle construction dans les dix ans. Un refus absolu de démolir et une obligation de conserver les bâtiments ne serait possible que par la biais d'une mesure de classement ou de mise à l'inventaire, assortie d'une protection juridique suffisante.
4.1. L'art. 15 LCI constitue une norme générale d'esthétique ainsi libellée:
1 Le département peut interdire ou n'autoriser que sous réserve de modification toute construction qui, par ses dimensions, sa situation ou son aspect extérieur nuirait au caractère ou à l'intérêt d'un quartier, d'une rue ou d'un chemin, d'un site naturel ou de points de vue accessibles au public.
2 La décision du département se fonde notamment sur le préavis de la commission d'architecture ou, pour les objets qui sont de son ressort, sur celui de la commission des monuments, de la nature et des sites. Elle tient compte également, le cas échéant, de ceux émis par la commune ou les services compétents du département.
3 Le département peut subordonner la délivrance d'une autorisation de démolir à la présentation préalable par le requérant d'un projet de nouvelle construction dont l'exécution soit assurée dans un délai maximum de 10 ans. La loi sur les démolitions, transformations et rénovations de maisons d'habitation est réservée.
4 Il est interdit d'entreposer sur des terrains des objets nuisibles au bon aspect d'une rue, d'un chemin ou d'un site.
4.2. En l'occurrence, l'interdiction de démolir est étroitement liée à l'interdiction de construire; elle est motivée tant par le besoin de protection du village que par le caractère insatisfaisant du projet présenté. Il apparaît raisonnable, dans un tel cas, d'exclure la destruction des bâtiments tant qu'une solution de remplacement satisfaisante n'est pas présentée. Tel est aussi le sens de l'art. 15 al. 3 LCI qui permet d'exiger la présentation préalable d'un projet satisfaisant. Il n'en découle pas pour autant que ce refus de l'autorisation de démolition serait absolu. La CMNS demande certes la préservation des bâtiments, mais n'exclut pas une réhabilitation sous forme de rénovation, l'essentiel étant le maintien des gabarits existants et le respect des jardins privatifs situés à l'arrière des bâtiments. Il n'est pas non plus exclu qu'une reconstruction puisse être autorisée pour autant que le caractère des immeubles (en premier lieu les façades et les toits) et les gabarits actuels soient respectés.
Les dispositions précitées constituent dès lors des bases légales suffisantes pour refuser l'autorisation de construire et de démolir. Il n'y a aucun arbitraire sur ce point.
5.
Invoquant le principe de la proportionnalité, les recourants reprochent à la cour cantonale de ne pas avoir tenu compte de tous les avantages présentés par leur projet par rapport au maintien de l'état existant: la création de 23 appartements (contre 10 appartements vétustes actuellement), une augmentation de la qualité des logements et de la taille moyenne des pièces, la soumission de dix logements aux normes de la LDTR ainsi que l'aménagement de commerces au rez. Contrairement à ce que retient la cour cantonale, la décision de refus ne laissera pas de place pour l'élaboration d'un projet rentable et serait assimilable à un classement ou à une mise à l'inventaire. Le maintien de l'affectation actuelle serait imposé et les recourants auraient démontré qu'une rénovation susceptible d'être autorisée ne permettrait pas d'obtenir un rendement acceptable. Enfin, contrairement à ce que retient l'arrêt attaqué, les recourants ne seraient pas responsables de l'état de vétusté des bâtiments.
5.1. Un refus d'autorisation de démolir et de construire motivé par des motifs d'aménagement ou de droit des constructions représente une atteinte au droit de propriété qui n'est compatible avec l'art. 26 Cst. que pour autant qu'elle repose sur un intérêt public suffisant et respecte les principes de la proportionnalité et de l'égalité devant la loi (art. 36 Cst.). Le Tribunal fédéral examine en principe librement si une restriction de la propriété se justifie par un intérêt public et si cet intérêt l'emporte sur l'intérêt privé auquel il s'oppose; il jouit d'une même latitude lorsqu'il s'agit d'apprécier si une telle restriction viole le principe de la proportionnalité. Il s'impose toutefois une certaine retenue lorsqu'il s'agit de tenir compte de circonstances locales ou de trancher de pures questions d'appréciation (ATF 136 I 265 consid. 2.3 p. 270; 135 I 302 consid. 1.2 p. 305).
5.2. L'intérêt public opposé aux requêtes des recourants consiste dans le maintien du caractère de village-rue de Plan-les-Ouates. Le préavis de la CMNS, sur lequel s'est fondé le département, a été rendu après une inspection locale et sur la base d'un rapport d'analyse historique. Celui-ci constate la subsistance d'un état d'origine pour les façades du n° 137 et pour la partie la plus ancienne du n° 141, pour laquelle il serait aisé et souhaitable de rétablir complètement l'état d'origine. Le même rapport confirme également l'attribution de la note 4+ pour les immeubles 139 et 141 (bonne intégration par le volume et la substance) selon le recensement architectural, ainsi que la note 3 (intéressant) pour le n° 137. Les immeubles, malgré certaines transformations, sont considérés comme s'intégrant parfaitement avec l'environnement bâti, leur présence donnant une cohérence historique et une lisibilité au village-rue d'origine. Le rapport souligne encore les efforts de la commune pour valoriser le contexte bâti, notamment par l'aménagement soigné du Mail situé à l'arrière, ainsi que la présence des jardins privatifs qui, avec les faibles gabarits, contribuent à la qualification du site. A titre d'exemples de restaurations heureuses, il mentionne le Café de la Place au n° 143 et le n° 116 de la même route.
Les recourants ne contestent pas l'intérêt public à la protection des trois objets, tel que défini ci-dessus. Ils estiment qu'il leur serait impossible de valoriser leurs biens de manière raisonnable. Force est de reconnaître qu'en dehors du projet proposé, dont le gabarit et l'aspect ne correspond manifestement pas à l'objectif de protection et d'intégration, ils n'ont présenté aucune variante sérieuse, se limitant à évoquer quelques estimations pour une rénovation légère sans que cette variante n'ait fait l'objet d'une étude sérieuse. Les recourants soutiennent par ailleurs qu'une rénovation lourde serait impossible car elle impliquerait des modifications substantielles et une démolition partielle incompatible avec les exigences posées par la CMNS. Le département rappelle toutefois que lors de l'inspection locale du 9 octobre 2014, la représentante du Service des monuments et des sites a précisé que l'intérieur du bâtiment n'était pas protégé, l'essentiel étant, selon la représentante de la CMNS, la façade côté rue ainsi que le gabarit et la toiture. Cela laisse la place à des projets de rénovation, y compris importante, susceptibles de procurer aux recourants une rentabilité suffisante. La décision de refus n'est donc pas comparable à un arrêté de classement ou de mise à l'inventaire. Au demeurant, les recourants connaissaient les règles applicables en zone 4B protégée, de même que les notes attribuées aux immeubles lors du recensement architectural; ils ne pouvaient dès lors, compte tenu de ces restrictions, exiger de pouvoir en retirer un rendement maximal.
Quant à l'intérêt public lié à la construction de nouveaux logements, il est évidemment important dans le canton de Genève. Toutefois, l'intérêt opposé à la conservation du patrimoine bâti, peut également justifier une limitation de ce point de vue. Selon l'arrêt attaqué, la plupart des logements ne sont actuellement plus occupés en raison de leur vétusté. Une rénovation, même légère, pourrait en tout cas permettre de remédier à cet état de choses, voire d'augmenter légèrement le nombre d'appartements. Compte tenu de la réserve que doit s'imposer le Tribunal fédéral lorsque la pesée d'intérêts dépend étroitement des circonstances locales et de questions d'appréciation, l'arrêt attaqué ne prête pas le flanc à la critique en considérant in fine que cette partie du territoire communal n'est pas destinée à une densification.
6.
Sur le vu de ce qui précède, le recours est rejeté. Conformément à l'art. 66 al. 1 LTF, les frais judiciaires sont mis à la charge des recourants qui succombent.
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours est rejeté.
2.
Les frais judiciaires, arrêtés à 3'000 fr., sont mis à la charge des recourants.
3.
Le présent arrêt est communiqué au mandataire des recourants, au Département de l'aménagement, du logement et de l'énergie et à la Cour de justice de la République et canton de Genève, Chambre administrative.
Lausanne, le 4 juillet 2016
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président : Fonjallaz
Le Greffier : Kurz