關(guān)于PKPM軟件的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)及其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：PKPM已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員最常使用的結(jié)構(gòu)整體計(jì)算工具，正確使用該軟件對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響不言而喻。筆者通過(guò)多年實(shí)際使用，對(duì)其中幾點(diǎn)有了比較深入的認(rèn)識(shí)：次梁梁端的假定，虛梁的合理運(yùn)用，一級(jí)框架強(qiáng)柱弱梁的處理，短肢剪力墻的概念設(shè)計(jì)、柱網(wǎng)的優(yōu)化布置。 

　　1、對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算程序的幾個(gè)觀點(diǎn)： 

　　在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑方案越發(fā)復(fù)雜，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高，設(shè)計(jì)人員必須依靠計(jì)算程序的強(qiáng)大的功能去進(jìn)行海量的運(yùn)算。PKPM空間分析程序是一個(gè)理想的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，在其長(zhǎng)期的發(fā)展中越來(lái)越人性化.操作越來(lái)越簡(jiǎn)便。但其并非十全十美，筆者認(rèn)為在程序應(yīng)用過(guò)程中有幾個(gè)問(wèn)題應(yīng)引起注意。 

　　1.1 次梁梁端約束條件的假定和實(shí)現(xiàn) 

　　隨著PKPM的不斷改進(jìn)，在PMCAD建模中可在其第一項(xiàng)即建筑模型與荷載輸入里建主框架的同時(shí)輸入次梁布置，這無(wú)疑給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了很大的方便，尤其對(duì)次梁布置復(fù)雜的結(jié)構(gòu)更為有效，但也隨之帶來(lái)一些問(wèn)題。在手工計(jì)算中我們通常假定次梁端部為鉸接。而程序計(jì)算時(shí)沒(méi)有把次梁端部按鉸接處理，梁跨中的正彎矩減少，這樣難免有失安全。另外還要注意主框架梁和次梁間的協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)，協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)是由變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生的，它使主框架梁和次梁間有一定的扭轉(zhuǎn)變形，這樣框架梁對(duì)次梁端部的約束作用就更弱。因此在計(jì)算時(shí)應(yīng)將次梁的支座端部定義為鉸接，更符合我們對(duì)次梁的設(shè)計(jì)假定，偏于安全。然而這樣處理存在一個(gè)矛盾：雖然次梁對(duì)主框架梁沒(méi)有了扭轉(zhuǎn)作用，但在設(shè)計(jì)主梁時(shí)還是應(yīng)考慮這個(gè)不利因素，適當(dāng)?shù)脑黾又髁嚎古つ芰�。在結(jié)構(gòu)布置時(shí)也要注意這個(gè)不利因素，為了減少對(duì)框架梁的扭距應(yīng)盡量使次梁連續(xù)布置，盡量避免框架梁兩側(cè)的次梁有距離比較短的錯(cuò)位，如果不可避免應(yīng)特別注意該框架梁的抗扭，必要時(shí)應(yīng)補(bǔ)充計(jì)算以確�？蚣芰旱陌踩�。 

　　1.2 SATWE對(duì)一級(jí)框架強(qiáng)柱弱梁的處理 

　　SATWE在計(jì)算一級(jí)框架沒(méi)有很好的處理強(qiáng)柱弱梁這個(gè)重要的抗震概念。在現(xiàn)行規(guī)范中無(wú)論是抗震設(shè)計(jì)規(guī)范還是高層混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)程都對(duì)一級(jí)框架作出了嚴(yán)格明確的規(guī)定，要求∑Mc=1.2∑Mbua，即節(jié)點(diǎn)上、下柱截面順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蚪M合彎距設(shè)計(jì)值之和不小于1.2倍的節(jié)點(diǎn)梁端逆時(shí)針或順時(shí)針?lè)较虻恼�截面受彎承載力所對(duì)應(yīng)的彎距之和。SATWE計(jì)算一級(jí)框架不是按梁的實(shí)配的正截面受彎承載力所對(duì)應(yīng)的彎距來(lái)確定柱設(shè)計(jì)彎距的，而是通過(guò)一級(jí)框架結(jié)構(gòu)梁柱鋼筋超配系數(shù)1.15來(lái)控制柱配筋，通過(guò)增加柱內(nèi)鋼筋用量的方法達(dá)到強(qiáng)柱弱梁的目的。這不是規(guī)范給出的式計(jì)算方法，所以SATWE計(jì)算結(jié)果不能完全解決強(qiáng)柱弱梁的問(wèn)題。因?yàn)槌绦虿恢�道設(shè)計(jì)人員調(diào)整后梁的實(shí)配鋼筋，所以目前程序無(wú)法精確實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁計(jì)算，需要設(shè)計(jì)人員補(bǔ)充設(shè)計(jì)。筆者設(shè)計(jì)的某大廈是一級(jí)框架結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)程序所計(jì)算的柱配筋不能完全滿足強(qiáng)柱弱梁的要求。按梁的實(shí)配鋼筋用規(guī)范提供的近似公式Mbua=fykAas（h0-α’s）/γRE 先計(jì)算出梁端正截面受彎承載力所對(duì)應(yīng)的彎距，再按∑Mc=1.2∑Mbua計(jì)算節(jié)點(diǎn)上、下柱截面的設(shè)計(jì)彎距之和，然后按剛度分配給上、下柱截面，得到柱彎矩查到SATWE計(jì)算文件中的柱軸向力后按計(jì)算公式得出柱配筋。建筑底部的柱比建筑上部的相應(yīng)位置柱的軸向力大得多，而建筑底部的梁配筋比建筑上部的相應(yīng)位置的梁配筋卻增大的不多。因此建筑底部柱子的強(qiáng)柱弱梁相對(duì)容易滿足要求，而建筑上部柱子的強(qiáng)柱弱梁卻很難滿足要求。人工計(jì)算大致如下：在計(jì)算梁支座實(shí)配鋼筋時(shí)取柱邊處梁的彎距，從而減少了梁的支座配筋量，進(jìn)而降低了柱的設(shè)計(jì)彎距值，控制了柱內(nèi)鋼筋用量以滿足強(qiáng)柱弱梁的要求。由此可見，PKPM對(duì)一級(jí)框架強(qiáng)柱弱梁的處理不盡理想，需要設(shè)計(jì)人員判斷和修正。 

　　1.3 虛梁的合理運(yùn)用 

　　PKPM為用戶提供了截面為100mm×100mm的虛梁，虛梁主要作用是用來(lái)劃分板塊，它只傳遞荷載，沒(méi)有剛度和質(zhì)量，不參與抗震。多數(shù)用于無(wú)梁體系SLABCAD計(jì)算在框架柱間的連接、封閉建筑房間等等。然而設(shè)計(jì)人員在建摸時(shí)為了真實(shí)反映建筑物的荷載，在隔墻下沒(méi)有設(shè)次梁的部位布置虛梁來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)墻體線荷載的輸入，這樣避免了遺漏荷載但對(duì)有些框架梁有失真實(shí)。原因在于程序中虛梁改變板跨，從而改變板傳力方向，例如一個(gè)3.6m×3.6m的板格，板四邊的梁均勻受力，每根梁上承受1/4板上荷載，如果在這個(gè)板格中間平行均勻的布置兩道虛梁后，虛梁使該板變?yōu)槿齻�(gè)1.2m×3.6m的板，這樣板四邊的梁受力不均勻，平行于虛梁的每根梁上承受1/6板上荷載，垂直于虛梁的每根梁上承受1/3板上荷載。這樣就使梁的受力模型與實(shí)際的受力情況不符，會(huì)造成有的梁配筋不足而有的梁配筋偏大。在此筆者建議不要在無(wú)梁隔墻下布置虛，可將隔墻何在折算成面荷載布置，從而比較地反映板的傳力，保證梁的設(shè)計(jì)安全。 

　　2、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的幾個(gè)觀點(diǎn) 

　　概念設(shè)計(jì)的宗旨就是在特定的條件下，以設(shè)計(jì)人自身確定的理想承載力、剛度和延性為主導(dǎo)目標(biāo)，用整體構(gòu)思來(lái)設(shè)計(jì)各部分有機(jī)相連的結(jié)構(gòu)總體系，并能有意識(shí)地利用和發(fā)揮結(jié)構(gòu)最佳受力特征與協(xié)調(diào)關(guān)系。概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中占有重要的地位。下面是一些在工程實(shí)踐中對(duì)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)。 

　　2.1 短肢剪力墻的概念設(shè)計(jì) 

　　短肢剪力墻是指截面高度較�。╤w/bw=5～8）的獨(dú)立剪力墻，或兩個(gè)方向hw/bw都小于8的剪力墻。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下呈現(xiàn)彎曲變形。這種結(jié)構(gòu)形式的兩個(gè)弱點(diǎn)：一方面是當(dāng)剪力墻井筒削弱后，很弱的短肢剪力墻沒(méi)有足夠的延性和承載力，可能隨之破壞；另一方面如果短肢剪力墻失效，雖然可以依靠其他的剪力墻承受地震力，但是承受豎向荷載的樓板將受到嚴(yán)重的威脅，可能發(fā)生“連續(xù)倒塌”。所以短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)布置多道防線。同時(shí)，規(guī)范尚對(duì)短肢剪力墻較多的結(jié)構(gòu)最大適用高度作了限制。所謂的“短肢剪力墻較多”規(guī)范并沒(méi)有定量的界線，但是從概念和破壞機(jī)理上來(lái)說(shuō)，可以認(rèn)為短肢剪力墻承受豎向荷載的面積達(dá)到樓層面積的40%，或短肢剪力墻集中布置，即可認(rèn)定為“較多”。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載力和延性，防止局部倒塌和連續(xù)倒塌，規(guī)范給出了一些加強(qiáng)措施：提高短肢剪力墻的抗震等級(jí)、嚴(yán)控軸壓比、增大縱向鋼筋配筋率，以提高其抗壓、抗剪能力，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎的抗震概念；盡量避免一字形短肢剪力墻，并避免其平面外與跨度較大的單側(cè)梁連接。除了以上幾點(diǎn)規(guī)范給出的加強(qiáng)措施外，還有一些規(guī)范中沒(méi)有提到，但同樣重要，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中要注意：滿足強(qiáng)墻弱梁要求，與短肢剪力墻相連梁不應(yīng)太強(qiáng)、短肢剪力墻抵抗的剪力不能小于基底總剪力的20%、驗(yàn)算一字形短肢剪力墻的平面外抗彎和抗剪等等。 

　　2.2 柱網(wǎng)的合理布置 

　　在框架結(jié)構(gòu)中柱網(wǎng)的布置至關(guān)重要，它不僅影響建筑功能的使用還影響工程造價(jià)。柱網(wǎng)不宜設(shè)計(jì)成正方形，而應(yīng)是矩形。這也符合主、次梁的合理布置。在連續(xù)多跨的框架結(jié)構(gòu)中，如果邊跨和內(nèi)跨的柱間距都設(shè)計(jì)成一樣，且又無(wú)端部懸臂時(shí)，則在活荷載工況相同的條件下，該框架梁的截面最大正彎距和最大負(fù)彎距都出現(xiàn)在邊跨，這就使邊跨梁所需的截面高度或鋼筋用量比內(nèi)跨梁要大，這一點(diǎn)在預(yù)應(yīng)力框架梁上體現(xiàn)的尤為突出。為了使連續(xù)梁受力均勻，可以依照情況分別采取以下兩個(gè)方法：第一，在布置柱網(wǎng)時(shí)有意識(shí)地將邊跨的柱間距設(shè)計(jì)成比內(nèi)跨的柱間距小15%～20%。通過(guò)減小邊跨的柱間距從而降低邊跨梁的正、負(fù)彎距。當(dāng)然更應(yīng)盡量避免邊跨大而內(nèi)跨小的柱網(wǎng)布置。第二，如果建筑空間功能要求必須連續(xù)等跨的情況下，可以在等跨框架梁的兩端增設(shè)一定長(zhǎng)度的懸臂，同樣能達(dá)到協(xié)調(diào)邊跨和內(nèi)跨彎距的目的。理論上當(dāng)懸臂長(zhǎng)度取0.4倍的邊跨跨度的時(shí)候，邊跨的正、負(fù)彎距和內(nèi)跨接近。由于懸臂梁的撓度問(wèn)題，在實(shí)際工程中一般懸臂構(gòu)件的懸臂長(zhǎng)度多取0.25～0.3倍的邊跨跨度，這樣也能對(duì)邊跨彎距適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)使其與內(nèi)跨大體相當(dāng)。另外，對(duì)于支承在主梁上的次梁來(lái)講，邊跨帶懸臂還可以減小作為邊支承的主梁扭轉(zhuǎn)，這也是相當(dāng)有利的。