摘要:PKPM系統(tǒng)在國內(nèi)建筑領(lǐng)域已經(jīng)推廣了很長時(shí)間,在工民建、發(fā)電機(jī)建筑與副廠房等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中廣泛使用,通過相關(guān)行業(yè)及人員對兩種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的分析對比及諸多項(xiàng)目實(shí)例的檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),PKPM系統(tǒng)能在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行有效使用。
關(guān)鍵詞:PKPM系統(tǒng);水工結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)應(yīng)用
PKPM屬于我國科學(xué)院結(jié)構(gòu)研究院特意為建筑規(guī)劃、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等研發(fā)的一種專業(yè)系統(tǒng)。在砼結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)上有很多特殊的優(yōu)越性及便利性,盡管其所用的標(biāo)準(zhǔn)本就和《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》存在一些差別,但這并不影響PKPM在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的推廣使用。針對兩種標(biāo)準(zhǔn)中配鏡設(shè)計(jì)公式存在的一些差別,是因?yàn)殡p方所應(yīng)用的行業(yè)不同而造成相關(guān)計(jì)算公式上所取的參數(shù)類別和系數(shù)值不一樣,其設(shè)計(jì)理論的關(guān)鍵的相同的。
1、PKPM分析
PKPM系統(tǒng)是我國建筑科研研究所研制的土建結(jié)構(gòu)規(guī)劃系列程序,框架模塊包含PMCAD、STAWE以及梁柱設(shè)計(jì)圖等。PMCAD用于模型的創(chuàng)建與輸入,界面與AutoCAD相似,操作簡單,屬前工作;STAWE是工程設(shè)計(jì)模塊的關(guān)鍵部位,采取空間有限元來分析計(jì)算,獲得結(jié)構(gòu)每個(gè)位置的內(nèi)力、移動(dòng);梁柱設(shè)計(jì)圖就是按照STAWE求出的內(nèi)力、位移成果制作出每層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖,PKPM系統(tǒng)在我國建筑領(lǐng)域中已推行很長時(shí)間,在民用工程、工業(yè)建筑、火力發(fā)電建筑、水利發(fā)電建筑和副廠房等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到普遍使用。
2、PKPM在水工結(jié)構(gòu)中的適用
在中國,因?yàn)樾袠I(yè)覆蓋的范圍不同,水工行業(yè)砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在其各自領(lǐng)域內(nèi)同時(shí)采用,但兩者之間存在很多差別[1]。PKPM系統(tǒng)在我國建筑領(lǐng)域已推廣很就,在工民建、發(fā)電機(jī)建筑與副廠房等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍使用,其結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)的依據(jù)為《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,但在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),水工砼結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)的依據(jù)為《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,兩種標(biāo)準(zhǔn)均采取以概率理論為前提的極限狀態(tài)規(guī)劃方式,以穩(wěn)定指標(biāo)度量建筑部件的穩(wěn)定性,采取以分項(xiàng)參數(shù)的規(guī)劃表達(dá)式來設(shè)計(jì),但因?yàn)檫m應(yīng)各自領(lǐng)域的獨(dú)特性,各自設(shè)計(jì)的表達(dá)式存在一些差別,通過相關(guān)研究人員對兩種標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的研究比較與諸多項(xiàng)目實(shí)例的證實(shí),發(fā)現(xiàn)PKPM系統(tǒng)能用于水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中。
3、PKPM系統(tǒng)在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用的技巧
PKPM系統(tǒng)的研發(fā)是以建筑中所實(shí)施的各種項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)的,所以,其所服務(wù)的主體是建筑結(jié)構(gòu),而且只要熟練掌握其原理,就可能得到很好的使用,由于水工中的相關(guān)規(guī)范與建筑中的標(biāo)準(zhǔn)核心基本相同,僅僅是各自所對應(yīng)的領(lǐng)域不同,而出現(xiàn)一定的差別,該種差異關(guān)鍵是修正系數(shù),涉及荷載分項(xiàng)參數(shù)與組合參數(shù)[2]。正是如此,在實(shí)際使用PKPM系統(tǒng)時(shí)有許多使用技巧,本文就重點(diǎn)分析三角形荷載解決方法。
應(yīng)用過PKPM系統(tǒng)的人都了解,PKPM模塊自身就存在12項(xiàng)種類的荷載,但添加于樁柱上的荷載模型沒有三角形荷載,其中,三角形荷載還是水工結(jié)構(gòu)中十分常見的荷載之一,比如水荷載。為處理改種問題,采取等效節(jié)點(diǎn)力的措施。文章為了敘述方便與方便求出結(jié)構(gòu)內(nèi)力,分析一個(gè)兩頭鉸接10米高柱子來講述該問題(如圖1(a))。
柱子承擔(dān)的荷載是水荷載,壓力布局模式顯然是三角形。在計(jì)算時(shí),將式(1)輸進(jìn)EXCEL表上,就能輕松的將三角形和梯形荷載變成等效節(jié)點(diǎn)力(如圖1(b))。
其中,Pi表示第i個(gè)集中力,kN;q1、q2分別是力集度最大值與最小值,kN/m;表示等分距;n表示等分?jǐn)?shù),通常n=10;i表示等分節(jié)點(diǎn)號。
圖1(c)是通過計(jì)算獲得的彎矩圖,圖1(d)是通過PKPM系統(tǒng)求出的彎矩圖;趫D1(c)與圖1(d)得知,彎矩最大值分別為64.2kN/m與63.8kN/m,二者的絕對差值僅有0.4kN/m,相對差值僅有0.63%,該精度符合水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要。
注意事項(xiàng)
在采用PKPM系統(tǒng)時(shí),有很多需要注意的地方,像荷載分項(xiàng)參數(shù)與組合參數(shù)、鋼筋保護(hù)層大小、梁運(yùn)算跨度、測算震型量、梁端彎矩調(diào)節(jié)參數(shù)等,若這些問題解決不好,其運(yùn)算結(jié)果將難以接近標(biāo)準(zhǔn)的配筋范圍,通常相差±24%左右[3]。經(jīng)長時(shí)間的使用發(fā)現(xiàn),荷載分項(xiàng)參數(shù)與組合參數(shù)對內(nèi)力及配筋計(jì)算干擾最大,所以,其是最需要注意的地方。
式(2)與式(3)分別為《水工砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》與建筑領(lǐng)域《砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中所使用的極限平均負(fù)荷組合方程式:
通過比較式(2)與式(3)得知,式(2)與式(3)左右兩端都存在差別。右端差別為式(2)有結(jié)構(gòu)系數(shù)γd,但式(3)沒有;式(2)與式(3)的左端差異為:在式(2)上,無論是可變荷載或者永久荷載,于負(fù)荷組合過程都乘以設(shè)計(jì)情況系數(shù)ψ,但在式(3)中和ψ相呼應(yīng)的角色是能夠變化的荷載組合值參數(shù)ψCi,但ψCi不和永久荷載及第一可變荷載得到相乘,僅和第二個(gè)之后的可變荷載相乘,除此以外,該種可變荷載組合參數(shù)ψCi的取值和式(2)中設(shè)計(jì)情況參數(shù)ψ取值存在明顯差別。此外,在PKPM系統(tǒng)規(guī)范中,介紹了物種荷載分項(xiàng)參數(shù)與兩種可變荷載組合參數(shù),所以,若要讓輸入的荷載所求得的內(nèi)力和式(2)左端一致,唯一且最好的措施即在PKPM實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)信息交互輸入時(shí),先將所輸入的每種荷載乘以γ0、RG、RQ與ψ,并乘上結(jié)構(gòu)參數(shù)γd,即消減式(2)左邊的γd,如此式(2)與式(3)右邊存在的不同僅僅是砼材料質(zhì)量等悉數(shù)的差別;對PK設(shè)置的荷載分項(xiàng)參數(shù)與組合參數(shù),能在形成信息文件以后,通過Windows上的書寫器調(diào)整PKPM設(shè)置的荷載分項(xiàng)參數(shù)與組合參數(shù)。若非如此,求得的內(nèi)力可能過大或過小,則計(jì)算得到的配筋量也會(huì)較大和較小。盡管這時(shí)內(nèi)力計(jì)算達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn),需要,但PKPM求解的配筋量卻很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算值,所以這時(shí)式(2)右邊的材料性能系數(shù)還未考慮,因此,用PKPM系統(tǒng)計(jì)算配筋量還需要乘上一個(gè)修正參數(shù)β。結(jié)合應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與多種實(shí)例驗(yàn)證,修正參數(shù)β受到砼規(guī)劃強(qiáng)度fcm與界面計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)高度h0的干擾,其取值通常在1.01-1.10之內(nèi),即修正參數(shù)β的改變范圍為1-10%范圍以內(nèi)。
通過分析兩種標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)與驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)PKPM能夠用來計(jì)算水工砼結(jié)構(gòu)內(nèi)力與配筋,而且PKPM在求解內(nèi)力與配筋方面具有較強(qiáng)的高效性,可以做到迅速、精準(zhǔn)。但要想使用好PKPM系統(tǒng),還需注意部分系統(tǒng)操作上與輸入?yún)?shù)設(shè)置上的技巧,若輸入?yún)?shù)處理異常,其計(jì)算結(jié)果的偏差通常會(huì)大于標(biāo)準(zhǔn)值±23%。
5、結(jié)束語
綜上所述,PKPM系統(tǒng)是我國建筑科研所研制的土建結(jié)構(gòu)規(guī)劃系統(tǒng)程序,在工民建領(lǐng)域已比較成熟,因?yàn)樗娬窘ㄖY(jié)構(gòu)的繁瑣性與獨(dú)特性,所以在對水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析時(shí),必須選用準(zhǔn)確的軟件參數(shù),以確保設(shè)計(jì)結(jié)果不出現(xiàn)很大偏差,必須按照各水工結(jié)構(gòu)的具體情況,進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,讓PKPM系統(tǒng)更好迎合水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。
參考文獻(xiàn):
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