摘要:常用于多高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軟件有PKPM與廣廈GSCAD。通過同一工程,利用PKPM與GSCAD分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算,從建模的易操作度、計(jì)算結(jié)果各種數(shù)據(jù)的差異度、結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋量進(jìn)行比較及分析,進(jìn)而總結(jié)兩種結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的異同。   

關(guān)鍵詞:PKPM、GSCAD、計(jì)算結(jié)果分析   

設(shè)計(jì)院的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員,在進(jìn)行多高層民用建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),使用比較廣泛而普遍的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件有PKPM與廣廈GSCAD。不同的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件,采用的計(jì)算模型會(huì)有所不同,所得出的計(jì)算結(jié)果也會(huì)有所差異。那么結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)采用哪種計(jì)算軟件,會(huì)使建模的復(fù)雜度及工作量縮小,并且保證計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確,是眾多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在現(xiàn)今越來越短的設(shè)計(jì)周期內(nèi),需要解決的問題。選擇了相對(duì)適合的計(jì)算軟件,會(huì)使前期的計(jì)算工作事半功倍,使施工圖的繪制及修改工作簡單,減少設(shè)計(jì)人員的重復(fù)工作量。本文就利用PKPM及廣廈GSCAD兩種計(jì)算軟件,對(duì)同一工程進(jìn)行建模,對(duì)建立模型、結(jié)構(gòu)分析和配筋結(jié)果進(jìn)行比較和分析。   
現(xiàn)有一工程,工程概況如下:四層公建,框架結(jié)構(gòu)。一層與二層之間、二層與三層之間分別設(shè)有夾層,建筑剖面如圖1.1所示。公建層高為4.8m,夾層層高分別為3.6m、3.0m;驹O(shè)防烈度為7度,場(chǎng)地類別III類,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g,設(shè)計(jì)地震分組為第一組,抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類;撅L(fēng)壓為0.5KN/m2;A(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ),持力層為粉質(zhì)粘土,地基承載力特征值為Fak=180KPa。   
計(jì)算時(shí)需要確定的計(jì)算參數(shù):由于場(chǎng)地類別為III類,地震加速度為7度(0.15g),應(yīng)按按8度(0.2g)采取抗震構(gòu)造措施:即計(jì)算時(shí),框架抗震等級(jí)為三級(jí),,但構(gòu)造措施按提高一級(jí)(二級(jí))進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于計(jì)算中需要設(shè)置的參數(shù),兩種軟件的計(jì)算中采用統(tǒng)一的設(shè)置。構(gòu)件的尺寸及荷載的輸入全部統(tǒng)一,避免了參數(shù)不一致等人為因素引起的誤差,這樣能保證計(jì)算結(jié)果的差異性僅由兩種軟件采用的計(jì)算模型的差異性引起。   
下面是對(duì)PKPM及廣廈GSCAD兩種軟件進(jìn)行的比較:   

一、建立模型   

首先從建模的簡易程度來看,筆者僅從自己的使用感受進(jìn)行說明?赡苁鞘褂肞KPM的時(shí)間比較長,熟練程度比廣廈要好一點(diǎn),筆者使用PKPM來建立模型更加快捷。本工程模型中有需要設(shè)置雙層梁的部位,在PKPM的梁輸入選項(xiàng)中,比較方便的設(shè)置了梁頂標(biāo)高不同的梁,而在廣廈中筆者未找到可設(shè)置錯(cuò)層梁的選項(xiàng)。但是PKPM梁柱的布置均需要設(shè)置節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)格,并且計(jì)算時(shí)節(jié)點(diǎn)間距不得小于150mm。但是實(shí)際的工程中常有中心間距小于150mm的梁,故PKPM輸入時(shí)需進(jìn)行一定的簡化。而廣廈GSCAD只有豎向構(gòu)件需要設(shè)置節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)格,梁的布置不需輸入網(wǎng)格,可通過兩點(diǎn)主梁、距離主梁和軸線主梁幾種方式進(jìn)行布置。而且廣廈可以人為定義懸挑梁,PKPM則只能模型識(shí)別,通常計(jì)算不大準(zhǔn)確,需人為另行核對(duì)。如果建完了模型,建筑某些位置進(jìn)行了修改,需要重新修改模型時(shí),筆者就明顯感到使用PKPM得心應(yīng)手,廣廈則經(jīng)常容易出現(xiàn)一些小問題,例如無法生成樓板、某些節(jié)點(diǎn)錯(cuò)位、甚至有時(shí)無法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。 

二、結(jié)構(gòu)分析   

1.從周期的對(duì)比結(jié)果來看,兩種計(jì)算軟件的周期如圖1.2&1.3所示。PKPM計(jì)算時(shí):扭轉(zhuǎn)第1周期/平動(dòng)第1周期=1.0023/1.0398=96.39%,GSCAD計(jì)算時(shí):扭轉(zhuǎn)第1周期/平動(dòng)第1周期=0.956770/1.003231=95.37%,由圖可見兩種計(jì)算軟件在周期上的差異較小。   
2.從不同振型下的地震作用力來看,圖1.4&1.5,綜合比較本工程給出振型下的地震力,發(fā)現(xiàn)在X向地震力作用下,地震力在X方向的分量基本相同,在Y方向的地震力及扭矩稍有差距;在Y向地震力作用下,地震力在X方向的分、在Y方向的地震力及扭矩均稍有差距;但總體來說差異性還是比較小的。   
3.從結(jié)構(gòu)位移的對(duì)比結(jié)果來看,PKPM 在X 方向地震作用下的樓層最大位移為1/605,出現(xiàn)在第2層第2塔;GSCAD在地震方向0度的最大層間位移角為 1/ 661出現(xiàn)在第4層。PKPM計(jì)算出的最大層間位移角要小于GSCAD所得出的最大層間位移角,并且出現(xiàn)最大位移角的層數(shù)也有所不同。   
4.從內(nèi)力計(jì)算所得結(jié)果來看,基本組合下柱底的最大軸力,基本上是相同的,沒有較大出入。   

三、配筋結(jié)果   

1.柱配筋:分別比較某角柱與中柱各層的配筋,由圖1.6可見,角柱:GSCAD的豎向鋼筋配置一般都比PKPM的豎向鋼筋大,尤其是角筋,基本上GSCAD要比PKPM大一個(gè)鋼筋級(jí)別;中柱:底層時(shí)GSCAD的角筋要大于PKPM的角筋配置,全截面配筋相同,到上層后兩者配筋相同?傮w來說,在柱配筋上,GSCAD的計(jì)算結(jié)果要大于PKPM的計(jì)算結(jié)果,經(jīng)比對(duì)大概增加20%~30%。   
2.梁配筋:梁的支座負(fù)筋及跨中鋼筋,GSCAD較PKPM均小一些,差別大概在15%左右。在日常畫圖中,也感覺用廣廈計(jì)算的梁配筋要小于PKPM,一般會(huì)差出1根同級(jí)別鋼筋。   
3.板配筋:GSCAD跟PKPM的計(jì)算結(jié)果大致相同。   
4.基礎(chǔ)配筋:10版規(guī)范對(duì)于基礎(chǔ)的最小配筋率有0.15%的要求,因此一般情況下基礎(chǔ)的配筋均為構(gòu)造配筋,兩種軟件計(jì)算出的基礎(chǔ)大小及高度相差不大,結(jié)果大致相同。   
經(jīng)過對(duì)以上幾方面的比較,PKPM與廣廈兩種結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件在結(jié)構(gòu)指標(biāo)的計(jì)算上,基本上是相同的,僅層間位移上有所差異。層間位移是比較硬性的結(jié)構(gòu)指標(biāo),故PKPM偏于安全。配筋方面,廣廈對(duì)于柱配筋比較嚴(yán)格,梁板配筋比較經(jīng)濟(jì),對(duì)于一個(gè)框架結(jié)構(gòu)的民用建筑而言,豎向構(gòu)件的比例要遠(yuǎn)少于水平構(gòu)件,因此總體而言運(yùn)用廣廈得到的施工圖比較經(jīng)濟(jì)。   

結(jié)語:

目前的軟件沒有好壞、優(yōu)劣之分,每個(gè)軟件的研發(fā)者都是通過細(xì)心的研究、反復(fù)的實(shí)驗(yàn)、不斷的改善而發(fā)展出來的,肯定都有自己相對(duì)的側(cè)重的優(yōu)勢(shì)方面!并且結(jié)構(gòu)的安全性是關(guān)系到整個(gè)建筑優(yōu)劣的關(guān)鍵內(nèi)容,每個(gè)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件都是以結(jié)構(gòu)的安全性為第一考量,因此都是好用而安全的。廣廈有PKPM模型接口,這樣可以方便兩者的配合使用,故若條件允許最好兩種軟件同時(shí)使用,那樣也有個(gè)比較,做的也更有底。對(duì)于軟件的選擇,是要盡量發(fā)揮它們各自的優(yōu)點(diǎn),而不是舍一取一!