【摘要】PKPM系列軟件是中國(guó)建筑科學(xué)研究院研發(fā)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，包括建筑、結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)、設(shè)備、概預(yù)算五個(gè)方面的內(nèi)容。應(yīng)用范圍全面,功能強(qiáng)大,自動(dòng)化程度高,是眾多建筑設(shè)計(jì)軟件中最權(quán)威的設(shè)計(jì)軟件之一。其中尤以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件最受設(shè)計(jì)人員的青睞,成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不可或缺的重要工具。本文筆者主要對(duì)PMCAD軟件的運(yùn)用及應(yīng)注意到的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；PKPM軟件；注意事項(xiàng)；

中圖分類(lèi)號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

一、PKPM軟件在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

（一）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1.5s或房屋高寬比大于5時(shí),振型個(gè)數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《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(shuō)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)�！陡咭�(guī)》第5.1.13條規(guī)定:B級(jí)高度的高層建筑結(jié)構(gòu)和復(fù)雜高層建筑結(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(guò)多的振型數(shù),導(dǎo)致運(yùn)算時(shí)間過(guò)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(guò)0.9,就意味著計(jì)算振型數(shù)夠了；如果小于0.9,說(shuō)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。需要注意是,振型數(shù)也不能超過(guò)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)。每塊剛性樓板上所有的節(jié)點(diǎn)只有3個(gè)自由度(2個(gè)獨(dú)立的水平平動(dòng)自由度和1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度),每個(gè)彈性節(jié)點(diǎn)各有2個(gè)獨(dú)立的水平平動(dòng)自由度。也就是說(shuō),對(duì)于有n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(3n+2m)個(gè)。所以,當(dāng)結(jié)構(gòu)存在大量彈性樓板、越層柱、大開(kāi)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(lái)確定振型數(shù),有時(shí)很可能遠(yuǎn)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(guò)0.9,是必須檢查項(xiàng)目之一。

（二）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)振型和側(cè)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(lái)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(guò)大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。當(dāng)周期比不滿(mǎn)足要求時(shí),說(shuō)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,通常應(yīng)通過(guò)整體調(diào)整結(jié)構(gòu)布置,來(lái)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、增加連梁的高度、削弱內(nèi)筒的剛度等措施。

（三）邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)

《高規(guī)》第7.2.15規(guī)定:一、二級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件,其它部位以及三、四級(jí)抗震設(shè)計(jì)和非抗震設(shè)計(jì)的剪力墻墻肢端部均應(yīng)設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。而《抗規(guī)》第6.4.6條規(guī)定:上述部位設(shè)置約束邊緣構(gòu)件還要取決于墻肢底截面在重力荷載代表值作用下的軸壓比大小。PKPM軟件是按《高規(guī)》的要求操作。當(dāng)房屋層數(shù)少、剪力墻的軸壓比很小時(shí),就應(yīng)按《抗規(guī)》的相關(guān)要求,可以將軟件計(jì)算輸出結(jié)果中設(shè)置的約束邊緣構(gòu)件改為構(gòu)造邊緣構(gòu)件。約束邊緣構(gòu)件就是用箍筋約束的暗柱、端柱和翼墻。箍筋形式:《抗規(guī)》圖6.4.7陰影部分必須采用箍筋,陰影范圍以外可采用箍筋或拉筋,但約束邊緣構(gòu)件的邊界處應(yīng)為箍筋。構(gòu)造邊緣構(gòu)件的邊界處應(yīng)為箍筋,底部加強(qiáng)部位及抗震墻轉(zhuǎn)角處宜用箍筋,箍筋范圍內(nèi)的其他部位可用拉筋。軟件計(jì)算輸出的構(gòu)件簡(jiǎn)圖中箍筋有2種標(biāo)注:約束邊緣構(gòu)件用PSV標(biāo)出箍筋率,構(gòu)造邊緣構(gòu)件用ASV標(biāo)出最小直徑和間距。

軟件對(duì)于剪力墻配筋的輸出結(jié)果分別提供直線剪力墻段和邊緣構(gòu)件的配筋結(jié)果。需要注意的是,直線剪力墻段的暗柱主筋僅給出了計(jì)算值,如果計(jì)算值小于零,則取零,并未考慮構(gòu)造要求;而邊緣構(gòu)件的配筋輸出結(jié)果則同時(shí)考慮了鋼筋計(jì)算值和構(gòu)造要求值,取二者中的大值。所以,剪力墻的配筋應(yīng)以邊緣構(gòu)件輸出結(jié)果為準(zhǔn),直線剪力墻段的配筋圖僅供校核。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

（一）交互式結(jié)構(gòu)模型的建立與PK文件的生成

結(jié)構(gòu)平面輔助設(shè)計(jì)軟件PMCAD的應(yīng)用PMCAD是PKPM系列軟件的核心模塊，是建筑與結(jié)構(gòu)連接的接口軟件，也是結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)軟件，在這個(gè)模塊中建立的結(jié)構(gòu)模型應(yīng)力求準(zhǔn)確，能夠反應(yīng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。

1、交互式結(jié)構(gòu)模型的建立

結(jié)構(gòu)模型中所有的構(gòu)件均在此項(xiàng)操作中輸入，應(yīng)當(dāng)注意的是：凡是結(jié)構(gòu)布置形式及構(gòu)件尺寸和荷載不同的結(jié)構(gòu)層均應(yīng)描述為不同的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層。對(duì)于上下層柱變截面情況用構(gòu)件相對(duì)于節(jié)點(diǎn)的偏心描述，注意在節(jié)點(diǎn)過(guò)密的時(shí)候墻體及梁布置的連續(xù)性。在布置過(guò)兩個(gè)或更多的標(biāo)準(zhǔn)層后，不能使用圖案編輯菜單對(duì)某一層或某一部分拖動(dòng)或平移，因?yàn)樗�有的�?jié)點(diǎn)位置都是用相對(duì)于原點(diǎn)的位置描述的，拖動(dòng)或平移會(huì)造成上下層節(jié)點(diǎn)錯(cuò)位。全樓的組裝必須是自下而上的標(biāo)準(zhǔn)層組裝，不能把后一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層組裝于前一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層之前。填充墻不能作為墻體輸入。另外，輸入的荷載值應(yīng)是荷載標(biāo)準(zhǔn)值，不是設(shè)計(jì)值。

2、PK文件的生成

對(duì)于磚混結(jié)構(gòu)，按連梁生成的墻梁的PK文件，在沒(méi)有進(jìn)行磚混抗震驗(yàn)算時(shí)梁上沒(méi)有上部墻體及以上層樓板傳來(lái)的荷載。底框磚房的底層框架梁不可以用生成連梁的方法生成PK文件，否則會(huì)引起框架上地震荷載的漏項(xiàng)，而用PK所畫(huà)的梁施工圖其節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不滿(mǎn)足“抗規(guī)”要求。在此項(xiàng)操作中生成的連梁PK文件應(yīng)打開(kāi)修改支座情況，主要是依據(jù)實(shí)際情況修改梁與柱的鉸接還是固接。在此菜單生成的框架PK文件應(yīng)打開(kāi)修改梁慣性矩增大系數(shù)和梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)，否則PK軟件按梁混凝土彈性工作配筋，使支座鋼筋偏大而跨中鋼筋偏小。

（二）平面框排架計(jì)算及繪圖軟件PK的應(yīng)用

PK是PKPM系列軟件的重要組成部分，不但可以單獨(dú)使用，而且還可以和SATWE、TAT等模塊聯(lián)合使用。

1、框架繪圖

在設(shè)計(jì)計(jì)算中有時(shí)計(jì)算結(jié)果顯示梁柱超筋時(shí)，往往能夠通過(guò)繪圖，但是要注意此時(shí)的繪圖結(jié)果有時(shí)是錯(cuò)誤的，其顯示的配筋情況可能比計(jì)算小得多，必須修改計(jì)算數(shù)據(jù)文件，使梁柱計(jì)算都不超筋時(shí)其繪圖結(jié)果才是可信的。另外，在修改鋼筋操作中對(duì)梁鋼筋進(jìn)行了通長(zhǎng)修改后，一定要對(duì)所形成的施工圖進(jìn)行檢查，使顯示結(jié)果與繪圖結(jié)果不一致。

2、注意審查每一個(gè)柱的軸壓比信息

PK軟件對(duì)柱的超筋控制是以最大配筋率來(lái)控制的，有時(shí)雖然軟件未顯示柱的超筋信息，但并不能說(shuō)明我們所選的柱截面是合適的。

3、梁柱施工圖軟件的應(yīng)用

梁柱施工圖軟件是PKPM系列建筑結(jié)構(gòu)CAD系統(tǒng)軟件的重要組成部分。應(yīng)用梁柱施工圖軟件不僅參數(shù)要輸入正確而且要注意調(diào)整支座。三維結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件TAT、SATWE、PMSAP中能自動(dòng)識(shí)別支座,但有時(shí)識(shí)別不完全準(zhǔn)確,這就需要設(shè)計(jì)人員去調(diào)整,程序提供了平面和立面兩種調(diào)整方法。

（三）獨(dú)立基礎(chǔ)及條形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件JCCAD的應(yīng)用

1、對(duì)磚混結(jié)構(gòu)而言,一般應(yīng)在荷載組合中加入經(jīng)PMCAD軟件進(jìn)行磚混抗震計(jì)算后的荷載。

2、對(duì)框架結(jié)構(gòu)而言,一般應(yīng)計(jì)入經(jīng)PK軟件計(jì)算的PK荷載,并在PK荷載中計(jì)入地震荷載組合,并經(jīng)縱橫兩個(gè)方向的驗(yàn)算后確定基礎(chǔ)選用的合理值,或計(jì)入經(jīng)TAT、SATWE計(jì)算的荷載組合。若只經(jīng)PM恒、活荷載計(jì)算,則結(jié)果在地震區(qū)會(huì)明顯偏小。

3、對(duì)彈性地基梁及筏板基礎(chǔ)的計(jì)算還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探情況利用軟件對(duì)地基進(jìn)行驗(yàn)算。應(yīng)根據(jù)地基及設(shè)計(jì)情況不同選用適當(dāng)?shù)牡鼗鶆偠认禂?shù)。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)及場(chǎng)地情況,選取適當(dāng)?shù)幕�礎(chǔ)形式和計(jì)算方法。經(jīng)過(guò)反復(fù)地試算,最后確定較為合適的梁截面和翼緣寬度。一般認(rèn)為,如果確定了一種梁截面或翼緣厚度時(shí),加大或減小其截面尺寸都會(huì)引起配筋量的增加,那就說(shuō)明選定的這個(gè)截面是較為合適的。

三、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在工程設(shè)計(jì)時(shí),即從模型簡(jiǎn)化、荷載匯總、結(jié)構(gòu)計(jì)算到施工圖繪制的全過(guò)程中,應(yīng)認(rèn)真的考慮設(shè)計(jì)的每一環(huán)節(jié),不僅保證計(jì)算模型的簡(jiǎn)化與工程實(shí)際相吻合,使計(jì)算假定與實(shí)際情況相一致,而且應(yīng)注意設(shè)計(jì)軟件的適用條件及其技術(shù)條件,正確的使用CAD軟件,保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確；更要加強(qiáng)規(guī)范的學(xué)習(xí),加強(qiáng)概念設(shè)計(jì),保證結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足各項(xiàng)構(gòu)造措施的要求,使建筑結(jié)構(gòu)能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用,保證結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能和耐久性能。

【參考文獻(xiàn)】

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