摘 要：本文根據(jù)PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件及相關(guān)規(guī)范，結(jié)合應(yīng)用經(jīng)驗，對利用PKPM系列軟件進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法和使用中應(yīng)注意的一些問題進行探討，包括參數(shù)的選取、計算結(jié)果的分析以及對電算結(jié)果進行人工調(diào)整的方法和注意問題等，供設(shè)計人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：PKPM；結(jié)構(gòu)設(shè)計；參數(shù)選��；結(jié)果分析；人工調(diào)整

Structure Design Method of PKPM

Chen Haitao，Liu Shuang(1. Tianjin Tenio Design And Engineering Co.,Ltd., Tianjin 300384,China;

2. Tianjin Municipal Engineering Research Institute, Tianjin 300074,China)

Abstract: In this article, combining the structure design software ”PKPM”, related standards and application experience, the author introduces the structure design method of PKPM and some problems needing attention in the course of using PKPM, including the methods of the parameter selection, the analysis of the calculation results and the manual adjustment of the computing results.

Keywords: PKPM;structure design;parameter selection;result analysis;manual adjustment

0 引言

PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件具有方便的快捷建模方式和強大的計算能力，能進行復(fù)雜的有限元分析，使得設(shè)計人員在較短周期內(nèi)完成較大工程量成為了可能，在工程設(shè)計中的應(yīng)用已經(jīng)越來越普及。筆者結(jié)合自身應(yīng)用經(jīng)驗，對利用PKPM系列軟件進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法和使用中應(yīng)注意的一些問題進行探討，包括參數(shù)的選取、計算結(jié)果的分析以及對電算結(jié)果進行人工調(diào)整的方法和注意問題等，供設(shè)計人員參考借鑒。

1 參數(shù)的選取

1.1 地震力計算信息

1.1.1 地震分析方法

在結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析中，程序提供了振型分解反應(yīng)譜法和時程分析法。振型分解法分為“側(cè)剛計算法”和“總剛計算法”。側(cè)剛法適用于樓板平面內(nèi)剛度無限大假定的建筑。基于這個假定，每塊剛性樓板只有兩個平動自由度和一個轉(zhuǎn)動自由度。當定義有彈性樓板或有不與樓板相連的構(gòu)件時，采用側(cè)剛法誤差較大�？倓偡ㄊ侵苯硬捎媒Y(jié)構(gòu)的總剛和與之相對應(yīng)的質(zhì)量陣進行地震反應(yīng)分析，此方法精度高但計算繁瑣。當工程結(jié)構(gòu)樓板尺寸和平面剛度無急劇變化、樓板連續(xù)、無彈性樓板時，可采用側(cè)剛法進行計算。

1.1.2 雙向水平地震力

考慮雙向水平地震力比單向水平地震力的結(jié)構(gòu)配筋增大。對于規(guī)則結(jié)構(gòu)（質(zhì)量和剛度分布對稱的結(jié)構(gòu)），可只考慮單向地震力；對于不規(guī)則結(jié)構(gòu)（質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)），應(yīng)考慮雙向地震力的作用。

1.1.3 扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)

地震力計算中，考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)要比分別考慮兩垂直方向的平移振動更精確。考慮平移和扭轉(zhuǎn)的耦聯(lián)振動，不但考慮了各方向位移之間的相互影響，而且它是一種完整振動狀態(tài)，其振動不是單一方向的，而是沿最弱方向，次最弱方向一直類推。結(jié)構(gòu)只要不是雙軸對稱就會有平扭耦聯(lián)，這種耦聯(lián)振動產(chǎn)生的地震效應(yīng)一般要比不考慮平扭耦聯(lián)時大。對于平面很不對稱的結(jié)構(gòu)，在地震分析時宜考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)。

1.1.4 5%偶然偏心

規(guī)范規(guī)定，計算地震作用時，應(yīng)考慮偶然偏心的影響，附加偏心距可取與地震作用方向垂直的建筑物邊長的5%。偶然偏心是由偶然因素引起的結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布的變化，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)固有振動特性的變化，因而結(jié)構(gòu)在相同地震作用下的反應(yīng)也將發(fā)生變化。考慮偶然偏心也就是考慮由偶然偏心引起的可能的最不利的地震作用。

1.1.5 計算振型個數(shù)

振型個數(shù)的大小與結(jié)構(gòu)層數(shù)及結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，振型個數(shù)的選取應(yīng)遵循有關(guān)規(guī)范規(guī)定，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第3.3.10條和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第5.2.2條均規(guī)定了振型個數(shù)的取值方法。振型個數(shù)選擇要合理，過多的振型數(shù)會導(dǎo)致運算時間過長，過少的振型個數(shù)會導(dǎo)致計算結(jié)果不安全。只要振型參與質(zhì)量達到總質(zhì)量90%，就意味著計算振型個數(shù)夠了。PKPM計算結(jié)果中的有效質(zhì)量系數(shù)是必須檢查項目之一，當有效質(zhì)量系數(shù)大于0.9時，認為選取的振型數(shù)已足夠，否則稱振型數(shù)不夠。

1.1.6 周期折減系數(shù)

對于有填充墻的結(jié)構(gòu)，在早期的彈性階段填充墻有很大的剛度，因此會吸收很大的地震力。而軟件計算中，未考慮填充墻，只計算了梁和柱的剛度，并由此剛度求得結(jié)構(gòu)自振周期。因此結(jié)構(gòu)實際剛度遠大于計算剛度， 實際周期小于計算周期，實際地震力大于計算地震力。若周期不折減，則地震力會偏小，使結(jié)構(gòu)分析不安全，因此對地震力進行放大是有必要的。周期折減系數(shù)的取值遵循《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.3.17條，當非承重墻體為填充磚墻時，高層建筑結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù)取值為：框架0.6～0.7，框架-剪力墻0.7～0.8，短肢剪力墻0.8～0.9，剪力墻0.9～1.0。當采用其它非承重墻體時，可根據(jù)工程情況確定周期折減系數(shù)。

1.2 豎向力計算信息

宜選擇“模擬施工加載1”。當選擇“一次性加載”時，程序按一次性加載的模式作用于結(jié)構(gòu)，不考慮施工找平的過程。“模擬施工加載1”考慮到在實際施工中，豎向恒載是一層一層作用的，并在施工中逐層找平，理論中的下層變形對上一層不產(chǎn)生影響。“模擬施工加載2”是在模擬施工加載1的基礎(chǔ)上，考慮豎向構(gòu)件的剛度放大10倍后再做模擬施工加載1，適用于較軟弱的地基。

1.3 P-Δ效應(yīng)選擇信息

當結(jié)構(gòu)發(fā)生水平位移時，豎向荷載就會出現(xiàn)垂直于變形后的結(jié)構(gòu)豎向軸線的分量，這個分量將會加大水平分量，同時也會加大相應(yīng)的內(nèi)力。規(guī)范規(guī)定當結(jié)構(gòu)的剛重比滿足Di≥20∑Gj/hi時，可不考慮P-Δ效應(yīng)。

1.4 調(diào)整信息

1.4.1 中梁和邊梁的剛度放大系數(shù)

現(xiàn)澆樓板與梁澆筑在一起，板作為梁的翼緣參加工作，因此梁的剛度會增大。中梁和邊梁的剛度放大系數(shù)不相同。因為中梁兩邊都有板的約束，邊梁只有一邊受板的約束，故中梁的剛度放大系數(shù)要大于邊梁的剛度放大系數(shù)，一般中梁取2.0，邊梁取1.5。

1.4.2 梁端負彎矩調(diào)幅系數(shù)

在豎向荷載作用下，超靜定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有塑性內(nèi)力重分布的性質(zhì)，梁柱節(jié)點并非完全剛性，允許有梁鉸出現(xiàn)。將梁端彎矩調(diào)幅后，可以減少梁端配筋數(shù)量，從而減小梁受壓區(qū)高度和配筋率，對形成延性梁有利。還可以提高柱的安全儲備，以滿足 “強柱弱梁”的設(shè)計原則。但梁端彎矩調(diào)幅不宜過大，一般應(yīng)控制在彈性理論計算彎矩的20%以內(nèi)，一般現(xiàn)澆框架梁取0.8～0.9。

1.4.3 梁跨中彎矩放大系數(shù)

當沒考慮活荷載不利布置時，按滿跨布置活載，使得跨中荷載比按活載不利布置時小，因此要對梁跨中的彎矩進行放大，一般取1.2的放大系數(shù)。當考慮活荷載不利布置時，梁跨中彎矩不進行調(diào)整。

2 計算結(jié)果的分析

2.1 結(jié)構(gòu)體型規(guī)則性判斷指標

規(guī)范規(guī)定了結(jié)構(gòu)體型不規(guī)則的判定方法，不規(guī)則分為平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則。平面不規(guī)則包括：凹凸不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)；豎向不規(guī)則包括：薄弱層、轉(zhuǎn)換層、軟弱層。應(yīng)根據(jù)計算結(jié)果及規(guī)范中的判斷方法判斷所計算結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。

2.2 剛度適宜判斷指標

2.2.1 第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動周期之比

結(jié)構(gòu)計算動力模型為空間振動模型，每個主振型既有平動部分也有扭轉(zhuǎn)振動部分。規(guī)范規(guī)定，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt1與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，其它不應(yīng)大于0.85。周期比控制的目的是為了控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，使抗側(cè)力構(gòu)件的布置更合理。若Tt1與T1之比超出限值，說明結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件布置不合理或數(shù)量不足，導(dǎo)致整體抗扭剛度偏小，此時應(yīng)對方案進行調(diào)整，根據(jù)周邊加強的原則，加強抗扭剛度，減小結(jié)構(gòu)豎向布置的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生過大的偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，必要時設(shè)置防震縫。

2.2.2 剛度偏心率

結(jié)構(gòu)地震時扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的強弱，與樓層的偏心率密切相關(guān)。如果某一樓層的偏心率較大，地震作用下該樓層的扭轉(zhuǎn)振動就強烈。偏心率是樓層地震內(nèi)力驗算方向的偏心距與該方向彈力半徑的比值，彈力半徑與抗扭剛度有關(guān)。偏心率宜小于0.15。

2.2.3 剪重比

當結(jié)構(gòu)自振周期比較長時，結(jié)構(gòu)的安全往往由位移及速度反應(yīng)譜控制，長周期的結(jié)構(gòu)，地震作用可能過小。而我國規(guī)范一律采用加速度反應(yīng)譜進行地震作用的計算，因此對于長周期的結(jié)構(gòu)，計算的地震力可能偏小，不安全。為了解決此問題，抗震規(guī)范規(guī)定了最小剪重比，以保證地震力不至于過小。樓層最小剪重比一般出現(xiàn)在首層，所以通常用首層剪重比進行最小剪重比的驗算。

2.2.4 彈性層間位移角

地震時層間側(cè)移角越大，說明結(jié)構(gòu)剛度越小，結(jié)構(gòu)破壞越嚴重。規(guī)范規(guī)定了彈性層間位移角限值。根據(jù)已建工程的統(tǒng)計，我國大多數(shù)多高層混凝土結(jié)構(gòu)的計算側(cè)移角一般小于1/1000。

2.3 梁柱超限指標

對于梁和柱，需要檢查最大配筋率、剪壓比等是否超限。

3 電算結(jié)果的人工調(diào)整

盡管使用軟件可免去大量人工計算，通過多項多高層工程的設(shè)計后發(fā)現(xiàn)，電算結(jié)果仍需進行人工調(diào)整，有些梁、柱的最后配筋要憑設(shè)計人員的經(jīng)驗而定。這種不確定性造成有的設(shè)計調(diào)整放大過于保守，有的不調(diào)整時又嚴重不足。為此，以框架為例，就電算結(jié)果的人工調(diào)整問題進行探討，并且提出建議。

3.1 板配筋的調(diào)整

板計算配筋面積在兩個方向均需放大，考慮到現(xiàn)澆板主要為短跨方向受力，板短跨方向計算配筋面積放大得比長跨方向稍多一些。考慮到溫度應(yīng)力的影響，屋面板上部支座應(yīng)配有通長鋼筋。

3.2 柱配筋的調(diào)整

考慮到角柱受地震作用影響較大并且一般處于雙偏壓狀態(tài)，需對角柱進行雙偏壓驗算，并且角柱箍筋采用沿高度通長加密，間距100mm，以保證柱子具有良好的延性。配筋時，將角柱放大1.4倍，邊柱放大1.3，中柱放大1.2倍。

3.3 梁配筋的調(diào)整

為保證在地震作用下框架梁的梁端斜截面受剪承載力高于正截面受彎承載力，即“強剪弱彎”，梁端負彎矩鋼筋計算面積放大1.1倍，梁跨中受拉鋼筋放大1.2倍，梁端箍筋的直徑增加2mm。

4 結(jié)語

PKPM參數(shù)的合理選取和對計算結(jié)果的合理性分析判斷對結(jié)構(gòu)計算結(jié)果的準確性起到至關(guān)重要的作用，對結(jié)構(gòu)電算結(jié)果進行人工調(diào)整也是必要的。設(shè)計人員用軟件進行結(jié)構(gòu)計算時需考慮多因素影響，設(shè)計中嚴格遵守結(jié)構(gòu)設(shè)計三準則——足夠的強度、適宜的剛度和良好的延性，要正確分析和判斷，確保工程的安全。

參考文獻

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