Question

建筑结构设计中的PKPM应用？

Answer 1

PKPM系列软件作为结构通用设计软件，被广泛的用于各个建筑设计院以及科研教学机构。PKPM软件具有简单易学，操作直观，计算可靠等特点。正是基于以上特点，PKPM软件受到广大结构设计人员的青睐。本文将结合设计经验，同时结合规范及结构理论，将PKPM结构设计流程做一下详细的论述。　　
1、引言 　　
PKPM系列软件是中国建筑科学研究院开发的功能相对比较齐全的大型建筑设计软件, 在建筑和其他相关行业应用广泛，现已发展到PKPM2010版。我国的大部分建筑设计院配有PKPM系列软件，软件以PMCAD程序所建数据为条件, 以空间计算为核心, 构成了程序集成化的雏形, 基础及后期的CAD出图都能采用前面的数据。 　最近几年来, 由于建筑功能和市场的需要, 建筑结构的平面和立面布置也越来越复杂多样, 对于这些复杂的结构, 在进行结构分析及计算时就要合理选择PKPM的有关参数, 若设计参数选择不准确甚至错误, 势必会影响计算结果的精度、可靠性和实用性, 严重的还会影响所设计的建筑物的安全性。下面结合工作实际, 简要介绍在软件的使用过程中应注意的问题。 　　
2、参数选取 　　
2.1 地震信息 　　在PKPM中水平地震力的输入，主要通过建模时输入地震信息来实现，由此可知道地震信息参数输入的正确与否将会直接影响结构受承受地震力大小的正确性。而地震信息中某些参数的输入较难确定，对于没有理解各参数的设计者来说，容易造成参数的输入错误。笔者根据多年从事PKPM结构设计所得经验，认为在地震信息对话框中容易出现输入错误的参数如下，并就这些错误的改正提出笔者的建议： 　　（1）是否考虑偶然偏心。偶然偏心的考虑与否一直是PKPM软件初学者容易出错的地方。首先明确，偶然偏心是考虑了结构不可预知的偏心现象，显然对于一些质量、刚度对称的结构来说，由于一般只考虑单向水平地震作用，那么另外一个方向的地震作用并没有考虑，这时可通过5%的偶然偏心来进行考虑。而对于质量、刚度明显不对称的结构来说，由于采用了双向对平地震作用，即考虑了两个方向的偏心问题，因此就没有必要再勾选偶然偏心选项，而且既考虑双向水平地震作用，又考虑偶然偏心将会增大结构设计成本。综上所述，若选取了单向水平地震作用，则应同时选取偶然偏心，若选择双向水平地震作用，则没必要同时选取偶然偏心。由此可知，偶然偏心的选取最终还是依据结构质量、刚度的对称性。但《高层建筑混凝土结构技术规程》3.7.3条规定楼层位移计算时可不考虑偶然偏心的影响。 　　（2）周期折减系数的大小。周期折减系数也是PKPM初学者难以把握的参数，其难点在于如何定取折减系数的大小。笔者认为关键在于理解周期折减系数是为何产生，而其产生的意义是什么。周期折减系数这个参数主要是由于填充墙而出现，由于实际上填充墙对结构会提供一定的刚度，从而使实际结构的周期会减小，但PKPM建模时只是把填充墙作为荷载加到梁上去，并没有考虑填充墙所提供的刚度，因此实际结构的周期按道理应比计算所得到的周期要小，估在PKPM中采用周期折减系数来纠正计算模型以更吻合实际情况。显然填充墙多则周期折减系数应取得更小。对于周期折减系数的取值，应按照《高层建筑混凝土结构技术规程》的4.3.16条(强条)要求，当非承重墙体为填充砖墙时，框架结构计算自振周期折减系数为0.6~0.7；剪力墙结构0.9~1.0；框架一剪力墙结构0.7~0.8；短肢剪力墙结构0.8~0.9。 　　（3）单、双向水平地震作用的选取。对于该参数的勾选主要根据结构本身存在的质量和刚度是否对称来判断，若结构质量和刚度存在明显不对称则应勾选双向水平地震力，考虑双向水平地震作用下的扭转效应。但经分析可发现，考虑双向水平地震作用必然会比单向水平地震作用的计算结果偏大，从而导致梁柱的配筋量偏大。以一个不规则的三层普通框架结构为例，计算结果表明考虑双向水平地震作用比考虑单向水平地震作用的柱配筋明显增加，可见该参数对于结构用钢量也有明显影响，因此应慎重考虑结构的单双向水平地震作用。（4）耦联选取。以笔者的工程经验可发现，目前绝大多数结构都存在不对称性，加上结构本身就存在相互耦联的关系，因此笔者建议耦联选项应选取，而无论结构质量、刚度的对称与否。 　　2.2 调整信息 　　调整信息中存在几个参数对于构件内力、配筋等有较大影响，其大小应慎重定取。笔者就这几个参数提出应注意的地方： 　　（1）梁端弯矩调幅系数、梁跨中弯矩增大系数大小定取。由于钢筋混凝土在竖向荷载作用下存在内力重分布特性，从而致使梁端负弯矩减小，而梁跨中正弯矩增大的现象，因此应对梁端弯矩调幅系数以及梁跨中弯矩增大系数进行选取，一般梁端弯矩调幅系数应控制在弹性理论计算弯矩的20%以内，对于现浇框架梁一般选取梁端弯矩调幅系数为0.8~0.9，装配整体式框架梁取0.7~0.8。但由于梁端负弯矩减小，必然导致梁端配筋减小，有可能会导致梁支座处的裂缝宽度超出限制，因此应查看裂缝宽度一栏，若裂缝宽度不满足允许值，则应增大梁端弯矩调幅系数，或地选取“根据允许裂缝自动选筋”选项，重新调整梁配筋直至满足裂缝宽度要求。这是较多PKPM初学者容易忽略的问题。 　　（2）中梁刚度增大系数大小定取。“中梁”指的是两侧均有楼板与之相连的梁，若仅有一侧楼板与之相连的梁，则称为“边梁”。对于整体式肋型楼盖，由于楼板和梁浇筑在一起形成T型截面梁，因此对于“中梁”、 “边梁”来说，楼板会对它们提供一定刚度，在参数输入中，只需输入中梁刚度增大系数，程序会自动计算边梁增大系数。显然考虑中梁刚度增大系数会使整体刚度增大，构建内力减小，而且得到的内力、位移更符合实际情况。程序仅给出中梁刚度增大系数默认值，但该值并非最优值，设计人员可在在1.0~2.0范围内选取。根据笔者经验：对现浇楼板中梁刚度放大系数可取为2；对现浇梁柱、预制楼板可取为1；对现浇梁柱，楼板为预制楼板加叠合板，可取为1.5。 　　
3、结构合理性的控制参数 　　
PKPM软件对结构进行计算分析之后，还需要对计算结果进行检查，这是验证模型是否正确的重要步骤之一。目前，新规范用于控制结构合理性的主要指标有周期比、位移比、刚度比、刚重比、剪重比等。笔者就其中容易判断错误的几个参数进行解析： 　　3.1 周期比 　　周期比是控制结构扭转效应的重要指标，其结果直接反映了结构的抗侧力构建布置是否合理。由此可知，周期比结果是检验结构承载布局合理性，忽略检查该数据，有可能误用结构布置不合理的结构。为此，高规给出了不同情况系周期比的检验指标，例如对于A级高层建筑，其第一扭转周期除以第一平动周期之比不应大于0.9。对于第一扭转周期和第一平动周期的选取，设计人员往往只是选取最大扭转、平动周期为第一扭转、平动周期，实际上这是普遍做法，但有可能结构出现最大扭转、平动周期非第一扭转、平动周期，实际上所选取的第一扭转、平动周期必须是周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动，若只是周期值较大而对应的振型非结构整体振动则不能选取该周期值。 　　3.2 位移比 　　位移比(层间位移比)是控制结构平面不规则性的重要指标，其限值规定A级高层建筑层间位移比不宜大于1.2，且不应大于1.5。但有一点设计人员应注意的是，当楼板采用弹性楼板时，则必须选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”，因为PKPM所计算的位移比是把楼板采用刚性楼板设定。验算楼板满足位移比要求后。则应把楼板设定为弹性楼板以进行后续的内力计算。 　　　
通过上述的分析即可发现，采用PKPM进行建筑结构设计只是一个辅助计算功能，有很多参数是需要设计人员去选取、判断其正确性并进行干预的。因此，一方面设计人员要不断提高自身的理论知识及工程实践经验；另一方面，设计人员对于软件的依靠，应采取有选择的分析性接受方式。 　　

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