【摘要】文章通過(guò)對(duì)PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中部分概念的解釋，提高解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力，以概念為本，結(jié)合規(guī)范，對(duì)結(jié)構(gòu)安全性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行更合理分析設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);框架柱;框架梁;承載力

從20世紀(jì)90年代開始，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件不斷出現(xiàn)，為建筑設(shè)計(jì)提供了更加便捷的工具和方式。尤其是PKPM軟件，在近三十年的發(fā)展過(guò)程中，不斷在技術(shù)方面、操作方面完善，能夠滿足絕大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，例如框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)等。

1PKPM功能介紹

PKPM主要有基本模型建立、SATWE參數(shù)設(shè)置、SATWE計(jì)算、結(jié)果查看。在設(shè)計(jì)過(guò)程中的基本具體流程或順序（部分可以調(diào)整先后順序），節(jié)點(diǎn)形成、構(gòu)件選擇與布置、樓板厚度定義、樓板錯(cuò)層定義、梁上線荷載或集中力定義布置、樓板恒與活荷載布置、樓層高度組裝、SATWE參數(shù)設(shè)置（特?cái)?shù)梁、特殊柱、多塔、地震信息、設(shè)計(jì)信息等完善）、結(jié)果查看（位移角、位移比、軸壓比、剛度比、配筋信息等），針對(duì)結(jié)果進(jìn)行模型修改，直到結(jié)果信息的各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范規(guī)定的要求。為了適應(yīng)本科生教學(xué)，設(shè)計(jì)過(guò)程中的參數(shù)均以框架結(jié)構(gòu)為例。為了更有效地掌握該軟件，要不斷進(jìn)行操作命令的鞏固學(xué)習(xí)，這樣有利于熟悉菜單;課后積極查閱專業(yè)課本，如《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《混凝土設(shè)計(jì)原理全冊(cè)》、《抗震設(shè)計(jì)》、《基礎(chǔ)工程》等課程，掌握了基本的專業(yè)課程后，然后再去熟悉相應(yīng)的規(guī)范;看懂建筑施工圖、結(jié)構(gòu)施工圖、101圖集，對(duì)后期進(jìn)行繪圖、計(jì)算分析均有很大幫助。

2部分結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析

2.1特殊梁的處理

特殊梁：調(diào)幅梁、非調(diào)幅梁、連梁、框支梁、一端鉸接、兩端鉸接等。按照受力特征有框架梁（KL）與非框架梁（L），主梁與次梁�？蚣芰菏侵敢欢嘶騼啥伺c框架柱剛性連接，非框架梁是指兩端與其它梁連接。梁與梁連接，支撐的梁稱為主梁，被主梁支撐的梁稱為次梁，次梁根據(jù)支撐條件分為一級(jí)次梁、二級(jí)次梁、三級(jí)次梁等，非框架的作用分隔樓板的大小、支撐其上部填充墻傳下來(lái)的線荷載。在PKPM設(shè)計(jì)過(guò)程中，主梁僅一側(cè)或兩側(cè)有次梁時(shí)，次梁端部宜按鉸接處理，次梁底彎矩增大，底筋縱向鋼筋面積增大，在豎向重力荷載下次梁偏安全，同時(shí)也減少了次梁傳給主梁的平面外扭矩。鉸接處理時(shí)，應(yīng)保證主梁的寬度滿足鋼筋水平錨固的構(gòu)造要求。框架梁是框架結(jié)構(gòu)的一部分，參與整體受力分析;非框架梁僅僅承受豎向荷載，不參與抗震抗風(fēng)�？蚣芰嚎拐鸫胧�對(duì)應(yīng)的抗震等級(jí)劃分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)，非框架梁不需要進(jìn)行劃分抗震等級(jí)。對(duì)于混凝土連續(xù)梁中間支座不建議點(diǎn)鉸接，點(diǎn)鉸接僅僅用于端支座。

2.2特殊柱的處理

特殊柱包括上端鉸接、下端鉸接、角柱等，一般在設(shè)計(jì)中，主要用來(lái)定義和判斷角柱。角柱的含義是指框架柱（KZ）與兩根框架梁相連接，且框架梁相互近似垂直，產(chǎn)生兩個(gè)近似垂直方向的不平衡彎矩，類似于雙向偏心受壓構(gòu)件。特別強(qiáng)調(diào)角柱不一定是角部的框架柱�？蚣苤�根據(jù)位置和受力特征分為角柱、邊柱、中柱，類型不同延性不同，導(dǎo)致構(gòu)造措施不相同。若未處理角柱，程序會(huì)按照普通框架柱進(jìn)行計(jì)算，會(huì)導(dǎo)致該柱受力分析結(jié)果與實(shí)際受力有較大差異。

2.3框架梁、框架柱截面尺寸的確定

JGJ3-2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》6.3.1，框架梁截面高度取柱距或跨度的1/10-1/18（稱為系數(shù)，該系數(shù)不是固定值，隨條件改變而改變）左右，但應(yīng)滿足相應(yīng)的強(qiáng)度、剛度、延性、耗能要求，一般在具體計(jì)算分析過(guò)程中，取1/10-1/12左右。其高度與設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)高度、建筑物抗震設(shè)防分類、層高、跨數(shù)、填充墻材料性質(zhì)等有關(guān)。在實(shí)際工程中，四周外部框架梁截面高度取系數(shù)1/10左右，同時(shí)還應(yīng)結(jié)合立面要求。一般內(nèi)部框架梁由于兩邊有樓板，受扭較小，因此其截面高度較相同的四周外部框架梁會(huì)小一些，取系數(shù)1/12左右�？蚣苤�除了滿足最小截面構(gòu)造要求外，還要結(jié)合設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)高度、建筑物抗震設(shè)防分類、層高、層數(shù)、柱距等分析決定。

2.4框架梁箍筋確定

框架梁箍筋考慮以下幾方面因素：首先由SATWE內(nèi)力計(jì)算分析得出數(shù)據(jù)，稱為計(jì)算值;其次結(jié)合梁箍筋構(gòu)造要求，參見《高規(guī)》6.3.2條第4、表6.3.2-2、6.4.6、6.3.5來(lái)確定箍筋最小直徑、箍筋加密區(qū)最大肢距、最小配箍率（ρsv≥（A）ftfyv）驗(yàn)算，A代表系數(shù)，取值0.24、0.26、0.28、0.30，由抗震等級(jí)決定;最后結(jié)合梁縱向鋼筋的面積。由以上信息來(lái)綜合確定箍筋的直徑、肢數(shù)。

2.5框架柱箍筋確定

框架柱箍筋考慮幾方面：首先由SATWE內(nèi)力計(jì)算分析得出數(shù)據(jù)，稱為計(jì)算值;其次結(jié)合柱箍筋構(gòu)造要求，參見《高規(guī)》6.4.3條第2、6.4.6、6.4.8、6.4.7來(lái)確定箍筋最小直徑、箍筋加密區(qū)最大肢距、最小體積配箍比（ρv≥λvfcfyv）驗(yàn)算，λv代表最小配箍率特征值，與軸壓比、抗震等級(jí)、箍筋形式有關(guān)，具體參見《高規(guī)》表6.4.7;最后結(jié)合柱縱向鋼筋的面積與相應(yīng)截面方向的根數(shù)。以上綜合確定箍筋的直徑、肢數(shù)。

2.6框架梁與非框架梁出現(xiàn)抗剪、抗彎不足如何解決

框架梁與非框架梁的受彎過(guò)大與其截面尺寸和內(nèi)力分配有關(guān)，一般解決的方案加大截面高度，尤其非框架梁按照這樣處理效果明顯改善，但是框架梁如果跨高比比較大，加大截面效果不明顯的原因是因?yàn)榱旱慕孛嬖酱蠓峙涞降膬?nèi)力增加越多，這時(shí)建議減小截面高度。在進(jìn)行抗剪分析時(shí)，框架梁與非框架梁基本可以加大梁截面寬度或混凝土標(biāo)號(hào)，梁截面高度一般不加大，因?yàn)榱旱膭偠扰c截面高度的平方成正比，會(huì)導(dǎo)致其分配到的內(nèi)力急劇增加。

2.7框架柱出現(xiàn)軸壓比過(guò)大、縱筋配筋率過(guò)高如何解決

軸壓比是指組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱全截面面積與混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積的比值（μ=NfcA），減小軸壓比的措施可以采用增加柱截面寬度和高度，也可以提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，降低軸壓比可以有效提高其延性。若框架柱配筋率過(guò)大，說(shuō)明該柱受彎矩較大，截面抗彎能力較小，一般采用增大柱截面尺寸，從而降低配筋率，也有利于鋼筋的布置。柱配筋率參見《高規(guī)》6.4.3第1條，一般情況下，框架柱配筋率控制在1%～1.5%之間，過(guò)大則說(shuō)明柱截面偏小，受力效果不理想。

2.8梁柱活荷載折減探討

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，柱軸壓比計(jì)算采用考慮地震作用下組合的軸力設(shè)計(jì)值，地震作用組合中的活荷載代表值組合系數(shù)取值0.5～0.8左右，該系數(shù)考慮了各層活載的出現(xiàn)概率。由于規(guī)范修正，V3、V4版本在柱軸壓比考慮活荷載折減，但V5版本柱軸壓比計(jì)算時(shí)活荷載不進(jìn)行折減。

2.9如何控制框架結(jié)構(gòu)合理的位移比、位移角、周期比

規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期的比值進(jìn)行了規(guī)定限制，一般情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)定該比值不應(yīng)大于0.9，其比值越小，扭轉(zhuǎn)作用就越小。周期比與位移比都是控制結(jié)構(gòu)平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的。位移比計(jì)算時(shí)，我們通常會(huì)選擇整體指標(biāo)，考慮剛性樓板。

2.10側(cè)向剛度不規(guī)則、樓層受剪承載力突變?cè)趺唇鉀Q

側(cè)向剛度不規(guī)則是指本層側(cè)向剛度小于上一層的70%或上部連續(xù)三層平均值的80%，一般處理方式，加大本層構(gòu)件截面尺寸或降低上部若干層構(gòu)件截面尺寸，加大或減小過(guò)程要結(jié)合相鄰層的信息綜合分析。樓層受剪承載力突是指本層小于上一層的80%，處理的方法加大本層截面或減小上一層截面尺寸。

2.11斜截面受剪承載力與樓層受剪承載力的含義

樓層受剪承載力按照GB50011-2010（2016年版）《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》3.5.3條或《抗規(guī)》3.4.3條規(guī)定，在水平地震作用下，該層全部框架柱、剪力墻、斜撐的受剪承載力之和（框架柱受剪承載力根據(jù)柱兩端實(shí)配的受彎承載力按照兩端同時(shí)屈服反算，剪力墻受剪承載力可根據(jù)實(shí)配鋼筋按照抗剪設(shè)計(jì)公式計(jì)算）。斜截面受剪承載力通常指梁柱進(jìn)行剪力驗(yàn)算采用的計(jì)算公式，與截面尺寸、混凝土標(biāo)號(hào)等有關(guān)。例如地震區(qū)跨高比大于2.5的框架梁，其斜截面受剪承載力為

2.12模型中樓層高度如何考慮

PKPM模型中各層層高均指結(jié)構(gòu)層高，與建筑層高含義不同。結(jié)構(gòu)模型一層結(jié)構(gòu)高度是指基礎(chǔ)頂部到二層樓面的垂直距離，由三部分組成，基礎(chǔ)頂部到室外地面（查地質(zhì)勘察報(bào)告確定）、室內(nèi)外高差（由建筑立面圖或剖面圖提供）、一、二層建筑樓層高差。在這部分一定注意結(jié)構(gòu)高度并非建筑高度，含義完全不一樣。

2.13對(duì)于躍層柱，如何建模

將躍層柱打斷，分別建立在各層，稱為模型1;將躍層構(gòu)件建立在上層，通過(guò)降低柱底高度的方式建模，稱為模型2。以上兩種建模方式均較常用，程序?qū)τ趦蓚�(gè)模型在周期、振型、構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算上基本一致。但對(duì)其它指標(biāo)及配筋，程序處理上存在差異。

模型1統(tǒng)計(jì)2層位移指標(biāo)時(shí)，會(huì)將2層所有節(jié)點(diǎn)都統(tǒng)計(jì)在內(nèi)，包括二層范圍內(nèi)的躍層柱。模型2統(tǒng)計(jì)2層位移指標(biāo)時(shí)，雖然2層內(nèi)存在3層降低柱底標(biāo)高的躍層柱，但此躍層柱是在3層建立的，此構(gòu)件歸屬于3層，2層在統(tǒng)計(jì)位移指標(biāo)時(shí)，不會(huì)將此躍層柱中間節(jié)點(diǎn)的位移統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。因此導(dǎo)致兩模型2層位移指標(biāo)有差異，包括位移比、位移角的統(tǒng)計(jì)。

3結(jié)束語(yǔ)

（1）熟悉PKPM各種命令的含義與操作流程，為以后從事設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ);將所學(xué)專業(yè)知識(shí)與相應(yīng)的規(guī)范結(jié)合起來(lái)，有深度地理解規(guī)范，尤其強(qiáng)制性條文。

（2）結(jié)合PKPM的計(jì)算結(jié)算結(jié)果，對(duì)出現(xiàn)的各種問(wèn)題結(jié)合專業(yè)知識(shí)，用有效的方法去解決各種不合理的設(shè)計(jì)問(wèn)題，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)符合要求，做到安全、經(jīng)濟(jì)、適用。

（3）對(duì)于設(shè)計(jì)參數(shù)，不要機(jī)械式的記憶，學(xué)會(huì)根據(jù)不同情況選擇不同的定義。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)不斷地分析、解決問(wèn)題，積累自己的判斷能力和解決問(wèn)題的能力。