摘要：由中國(guó)建筑科學(xué)分析院開發(fā)的PKPM系列軟件是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件之一，國(guó)內(nèi)大多數(shù)設(shè)計(jì)院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是經(jīng)過該軟件來完成的，已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員一定正確掌握熟練應(yīng)用的基本技能。但在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候往往因?yàn)榫毩?xí)和實(shí)踐不夠，造成不少分析差漏，給工程參數(shù)和工程質(zhì)量帶來麻煩，本文就PKPM系列軟件學(xué)習(xí)要領(lǐng)和實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析，旨在說明工程設(shè)計(jì)人員要不斷的進(jìn)行學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上不斷的進(jìn)行試驗(yàn)練習(xí)，逐漸鞏固所學(xué)內(nèi)容和用好所學(xué)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：PKPM；設(shè)計(jì)；學(xué)習(xí)；應(yīng)用

Abstract: a series of PKPM developed by the China Academy of Building Analysis hospital software is now the most widely used domestic structure calculation software one, most domestic design institute structural design is completed after the software has become a structural designer must correctly grasp the skilledapplication of basic skills. But when in actual applications, often because of the lack of practice and practice, resulting in a lot of analysis of differential leakage brought trouble to the engineering parameters and quality of the project, this article on PKPM Series software learning the essentials and the practical application of the analysis, intended to illustrate the engineering staff to constantly learning and constantly test exercises based on learning, and the gradual consolidation of the learning content and make good use of what they learn.Keywords: PKPM; design; learning; application

中圖分類號(hào)： J916.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2012）

PKPM是一套集建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)及概預(yù)算、施工軟件等于一體的大型建筑工程綜合CAD系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)就是不斷根據(jù)專業(yè)和實(shí)際需要進(jìn)行取舍，因此沒有必要介紹PKPM所有的功能和命令。

一、回顧PKPM課程的學(xué)習(xí)

1. PKPM課程的針對(duì)性

針對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)專業(yè)，在學(xué)習(xí)過程中，最主要的四大課程教學(xué)內(nèi)容是：（1）：結(jié)構(gòu)平面計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)（PMCAD）；（2）：框排架計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)（PK）；（3）：結(jié)構(gòu)空間有限元研究設(shè)計(jì)軟件（SAT－8）；（4）：基礎(chǔ)工程計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)（JCCAD）。在PKPM實(shí)踐教學(xué)這一階段，可以以不一樣種類的工程項(xiàng)目為載體，如磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等，學(xué)習(xí)應(yīng)用PMCAD進(jìn)行結(jié)建立模，然后接力SAT－8進(jìn)行有限元計(jì)算，再把上部結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)傳到JCCAD進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，最后采用施工圖設(shè)計(jì)模塊對(duì)智能化生成的施工圖進(jìn)行后處理并轉(zhuǎn)換為AutoCAD圖形進(jìn)行編輯，從而完成一套工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)施工圖。

2. PKPM課程的實(shí)踐練習(xí)性

在學(xué)習(xí)過程中，參照實(shí)際工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，以實(shí)際數(shù)據(jù)為依據(jù)來對(duì)本身所做項(xiàng)目的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行選取，如對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)、結(jié)構(gòu)體系的部署方式、不一樣用途房間的活荷載、構(gòu)件的截面尺寸、材料的強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)和采用的直徑等的選取。并采用正確的檢查方法以包管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息、計(jì)算信息等輸入的正確性。如經(jīng)過對(duì)整樓模型的仔細(xì)觀察，檢查構(gòu)件部署是否正確；經(jīng)過平面荷載表現(xiàn)校核這一模塊中的荷載圖，來研究荷載輸入的正確性等。驗(yàn)證這些提前定的參數(shù)經(jīng)過計(jì)算后是否合理，將直接影響結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟(jì)。

經(jīng)過這個(gè)反復(fù)試算的整個(gè)過程，掌握模型優(yōu)化的具體方法和操縱本領(lǐng)。結(jié)構(gòu)模型優(yōu)化完成后，在進(jìn)行施工圖繪圖的時(shí)候,正確選擇和應(yīng)用結(jié)構(gòu)施工圖的繪圖軟件，可以快速準(zhǔn)確地繪出施工圖。并強(qiáng)調(diào)施工圖繪制與結(jié)構(gòu)制圖知識(shí)（知識(shí)是人類生產(chǎn)和生活經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)）的聯(lián)合，避免在繪制結(jié)構(gòu)施工圖時(shí)出現(xiàn)很多不規(guī)范繪圖難題，從而包管施工圖的完整性和正確性和圖面質(zhì)量。在這個(gè)實(shí)踐教學(xué)整個(gè)過程中會(huì)全面運(yùn)用到大量以前所學(xué)的混凝土結(jié)構(gòu)、建筑抗震、地基基礎(chǔ)、工程制圖等知識(shí)，處理實(shí)際難題的本領(lǐng)，都會(huì)覺得本身的專業(yè)技能。

3. PKPM課程的有效考核

我們要求在一定時(shí)間內(nèi)快速完成相應(yīng)的結(jié)構(gòu)施工圖的繪制。實(shí)踐證明，這種考核方式，能比力客觀的考查總體知識(shí)和技能（對(duì)動(dòng)作方式的一種概括，是按一定的方式反復(fù)聯(lián)系或模仿而形成的熟練的動(dòng)作）的掌握情況，能更好地刺激引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。在平時(shí)作業(yè)的要求方面，可適當(dāng)放寬時(shí)間，但一定要求本人動(dòng)手去做，不可以眼高手低，真正應(yīng)用時(shí)才發(fā)現(xiàn)不會(huì)操縱。并且在今后的課程里面要增設(shè)計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)（PKPM）的課程設(shè)計(jì)（指擬訂一門課程的組織形式和組織結(jié)構(gòu)），也作為整個(gè)課程考核中的一部分。

二、PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用

1.抗震分析

抗震分析,更是作了具體明確的要求,設(shè)計(jì)人員在運(yùn)用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí),對(duì)軟的功能要有切實(shí)的了解,才能正確運(yùn)用,并且對(duì)計(jì)算結(jié)果要進(jìn)行判別,確認(rèn)其合理有效后,方能在設(shè)計(jì)中使用,千萬(wàn)不可盲目依賴于計(jì)算軟件。隨著軟件功能的日益完善,相當(dāng)一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)用軟件時(shí)不夠重視其技術(shù)條件與相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相符性。PKPM 系軟件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用較廣泛。

2.結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)的確定

采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行結(jié)構(gòu)水平地震作用計(jì)算時(shí), 《抗規(guī)》 第 5. 2. 2 條規(guī)定:不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算的結(jié)構(gòu),確定水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng),可只取前2～3 個(gè)振型,當(dāng)基本自振周期大于115 s 或房屋高寬比大于 5 時(shí),振型個(gè)數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加�！陡邔咏ㄖ�混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 (以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》 )第 3. 3. 10 條規(guī)定:對(duì)于不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動(dòng)影響的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)規(guī)則結(jié)構(gòu)可取 3 ;當(dāng)建筑較高、結(jié)構(gòu)沿豎向剛度不均勻時(shí),可取 5～6。上述規(guī)范的條文說明均要求振型個(gè)數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量 90 %所需的振型數(shù)。

結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算時(shí),考慮平扭耦聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),振型數(shù)不應(yīng)小于 15 ;對(duì)多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓數(shù)的 9 倍 ,且計(jì)算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的 90 %。TAT 在 TAT -4. out 文件、SATWE 在WZQ. out 文件、PMSAP 在工程名- TB. RPT 文件中查看 X , Y 向的有效質(zhì)量系數(shù)。我們都知道,結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)增加,水平地震作用效應(yīng)增大,即內(nèi)力和變形增大;振型數(shù)如取少了,后續(xù)振型產(chǎn)生的地震作用效應(yīng)未能計(jì)入,導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不安全,所以,振型數(shù)要盡量取得多。但對(duì)大型結(jié)構(gòu),過多的振型數(shù),導(dǎo)致運(yùn)算時(shí)間過長(zhǎng),并對(duì)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存也要求大,而最后的那些高振型對(duì)結(jié)構(gòu)地震作用貢獻(xiàn)也不大,因此,也不必所有的振型都計(jì)算,當(dāng)有效質(zhì)量系數(shù)超過 0. 9,就意味著計(jì)算振型數(shù)夠了;如果小于0. 9,說明后續(xù)振型產(chǎn)生的地震作用效應(yīng)不能忽略,應(yīng)增加振型數(shù)重算。需要注意的是,振型數(shù)也不能超過結(jié)構(gòu)固有振型總數(shù),否則,會(huì)引起計(jì)算的混亂,以致造成嚴(yán)重的分析錯(cuò)誤。結(jié)構(gòu)固有振型總個(gè)數(shù)等于結(jié)構(gòu)自由度總數(shù)。對(duì)于有 n 個(gè)獨(dú)立的水平塊剛性樓板的結(jié)構(gòu),獨(dú)立于剛性樓板的彈性節(jié)點(diǎn)數(shù)為m ,則結(jié)構(gòu)的自由度數(shù)為(3 n + 2 m)。所以,當(dāng)結(jié)構(gòu)存在大量彈性樓板、越層柱、大開洞錯(cuò)層時(shí)如空曠的錯(cuò)層工業(yè)廠房、體育館等 ,按常規(guī)的以樓層數(shù)為基數(shù)來確定振型數(shù) ,有時(shí)很可能遠(yuǎn)不夠。所以,檢查計(jì)算結(jié)果時(shí),有效質(zhì)量系數(shù)是否超過 0. 9,是必須檢查項(xiàng)目之一。

3.周期比控制及調(diào)整方法

《高規(guī)》 第 4. 3. 5 條對(duì)結(jié)構(gòu)位移比、 周期比作出了具體控制要求。在實(shí)際工作中, 位移比可以從輸出文件中直接檢查,而周期比需要先根據(jù)振型的平動(dòng)系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)區(qū)分各振型是平動(dòng)振型還是扭轉(zhuǎn)振型 ,然后從中分別找出周期最長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)振振型,得到對(duì)應(yīng)的第一扭轉(zhuǎn)周期Tt,第一側(cè)振周期 T1,計(jì)算出 Tt/ T1,看其是否符合規(guī)程要求。需要注意的是,周期比針對(duì)的是高層建筑整體振動(dòng)效應(yīng),要在“剛性樓板假定”前提下來分析,多層建筑不必控制周期比。多塔結(jié)構(gòu)驗(yàn)算周期比時(shí),不是在同一結(jié)構(gòu)中定義多塔,而是按塔分成多個(gè)結(jié)構(gòu)分別驗(yàn)算。周期比主要控制的是側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之間的相對(duì)關(guān)系,即抗側(cè)力構(gòu)件平面布置的合理性 ,避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。當(dāng)周期比不滿足求時(shí),說明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度相對(duì)于側(cè)移剛度偏小,這時(shí)單純?cè)黾咏Y(jié)構(gòu)尺寸,往往收效甚微,通應(yīng)通過整體調(diào)整結(jié)構(gòu)布置,來獲取良好的改善效果。如加強(qiáng)外圈結(jié)構(gòu)剛度、增設(shè)抗震墻、增加外圍連梁的高度、削弱內(nèi)筒的剛度等措施。

4.進(jìn)行位移比、位移角驗(yàn)算時(shí)關(guān)聯(lián)選項(xiàng)的確定

判斷結(jié)構(gòu)是否屬扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時(shí),樓蓋計(jì)算,即對(duì)結(jié)構(gòu)位移比、位移角的控制要求均為在“剛性樓板假定”條件下的計(jì)算值。《抗規(guī)》第 3. 4. 2 條的條文說明已明確應(yīng)按剛性《抗規(guī)》表 3. 4. 2 -1 規(guī)定:樓層的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移) ,大于該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值112 倍為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平地震作用計(jì)算時(shí),應(yīng)計(jì)及扭轉(zhuǎn)影響。《高規(guī)》第3. 3. 3 條規(guī)定:“計(jì)算單向地震作用時(shí)應(yīng)考慮偶然偏心的影響……”《抗規(guī)》第 5. 2. 3 條第 1 款規(guī)定:“規(guī)則結(jié)構(gòu)不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算時(shí),平行于地震作用方向的 2 個(gè)邊榀其地震作用效應(yīng)應(yīng)乘以增大系……”因此,在應(yīng)用軟件驗(yàn)算位移比時(shí),總是要考慮偶然偏心。一般偶偏心對(duì)位移比的影響還比較明顯�！陡咭�(guī)》第 4. 6. 3 條規(guī)定:層間位移角的計(jì)算不考慮偶然偏心的影響,因此,程序操作時(shí)應(yīng)分 2 次進(jìn)行。

5.結(jié)構(gòu)整體性能控制

1)位移控制：新高規(guī)的4.3.5條規(guī)定,樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移角,A、B級(jí)高度高層建筑均不宜大于該樓層平均值的1.2倍；且A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍,B級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑,不應(yīng)大于該樓層平均值的1.3倍。

2)周期控制：新高規(guī)的4.3.5條規(guī)定,結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期Tt與平動(dòng)為主的第一周期T1之比,A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9；B級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.850。

3）層剛度比控制：新抗震規(guī)范附錄E2.1規(guī)定,筒體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下層的側(cè)向剛度比不宜大于2；新高規(guī)的4.4.3條規(guī)定,抗震設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu),其樓層側(cè)向剛度不宜小于相臨上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相臨三層側(cè)向剛度平均值的80%；新高規(guī)的5.3.7條規(guī)定,高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中,當(dāng)?shù)叵率业捻敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固端時(shí),地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍:新高規(guī)的10.2.6條規(guī)定,底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,應(yīng)符合高規(guī)附錄D的規(guī)定。

4)、框剪結(jié)構(gòu)中框架承擔(dān)的傾覆力矩計(jì)算；新抗震規(guī)范第6.1.3條、高規(guī)8.1.3條規(guī)定,框架一剪力墻結(jié)構(gòu),在基本振型地震作用下,若框架部分承擔(dān)的地震傾覆力矩大于總地震傾覆力矩的50%,其框架部分的抗震等級(jí)應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定,柱軸壓比限值宜按框架結(jié)構(gòu)采用。

6.結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算

1）柱軸壓比計(jì)算：新抗震規(guī)范6.3.7條、高規(guī)的6.4.2條和混凝土規(guī)范的11.4.16條,都規(guī)定了柱軸壓比的限值,并規(guī)定建造于IV類場(chǎng)地且較高的高層建筑柱軸壓比限值應(yīng)適當(dāng)降低。柱軸壓比指柱考慮地震作用組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比:可不進(jìn)行地震計(jì)算的結(jié)構(gòu),取無地震作用組合的軸壓力設(shè)計(jì)值。

2)剪力墻軸壓比計(jì)算：新抗震規(guī)范6.4.6條、高規(guī)的7.2.14條和混凝土規(guī)范的11.7.13條,都規(guī)定了剪力墻軸壓比的限值。目前新規(guī)范程序給出各個(gè)墻肢的軸壓比。

3)剪力墻強(qiáng)區(qū)：底部加新抗震規(guī)范和新高規(guī)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的定義略有不同,分別定義如下:新抗震規(guī)范6.1.10條規(guī)定,部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震墻,其底部加強(qiáng)部位的高度,可取框支層加上框支層以上兩層的高度及落地抗震墻總高度的l/8二者的較大值,且不大于15m,其它結(jié)構(gòu)的抗震墻,其底部加強(qiáng)部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部二層高度二者的較大值,且不大于15m。新高規(guī)的7.1.9條規(guī)定,一般剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的高度可取墻肢總高度的l/8和底部二層高度二者的較大值,當(dāng)剪力墻高度超過150m時(shí),其底部加強(qiáng)部位的范圍可取墻肢總高度的1/10。新高規(guī)的10.2.5條規(guī)定,帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu),剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位可取框支層加上框支層以上兩層的高度及墻肢總高度的1/8二者的較大值。

4)剪力墻的約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件：新高規(guī)的7.2.15條規(guī)定,抗震設(shè)計(jì)時(shí),一、二級(jí)剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位及以上一層的墻肢設(shè)置約束邊緣構(gòu)件,一、二級(jí)剪力墻的其它部位以及三、四級(jí)和非抗震設(shè)計(jì)的剪力墻墻肢均應(yīng)設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。

5結(jié)論

相比操縱性強(qiáng)的PKPM課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)，合理的選擇教學(xué)主要內(nèi)容，運(yùn)用綜合的考試考核方式，掌握計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)的真本事，努力應(yīng)用好PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，協(xié)助工程建設(shè)更好發(fā)展。

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