结构设计中运用PKPM软件几个常见问题的探讨

 【摘要】本文结合建筑工程相关规范以及PKPM结构设计软件自身特点，就如何保证结构设计结果的可靠性和准确性进行探讨，重点分析和讨论了PKPM软件在确定荷载折减、周期比以及刚域简化这三个方面应当值得我们建筑设计人员注意的一些问题，以供参考。 　　

【关键词】PKPM软件；结构设计；周期比；荷载折减 　　

目前，由中国建筑科学院编制的PKPM系统三维高层建筑结构设计软件SATWE、TAT和PMSAP在全国各设计单位得到了广泛应用，PKPM系列软件不仅具有快捷的建模功能，还具有强大的计算分析能力、自动化程度高，因此日益受到广大结构设计人员的青睐，成为建筑结构设计的权威软件之一，辅助设计人员完成了大量的工程，已成为国内主流的结构设计软件。虽然软件附带了详细的技术条件说明和用户手册，但是在实际应用中，有些设计人员对软件参数和适用条件把握不准，对电算结果的合理性、可靠性缺乏准确的判断，究其原因主要是设计人员对软件的适用条件和《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ32010）（以下简称《高规》）缺乏全面、正确的理解。本文结合笔者实践和理解，对PKPM软件应用的若干问题进行讨论，以期对广大设计人员准确的应用PKPM软件进行结构设计有所帮助。 　　

1荷载折减 　　

作用在楼面上的活荷载，不可能以标准值的大小同时布满在所有的楼面上，因此在设计梁、墙、柱和基础时，还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况，也即在确定梁、墙、柱和基础的荷载标准值时，还应按楼面活荷载标准值乘以折减系数后取用，故建筑结构在进行柱、墙设计时，应对其承受的活荷载进行折减。点选后，程序根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）（以下简称“荷规”）5.1.2条2款对活载折减。 　　
许多结构设计人员，尤其是年轻的设计人员通常不加思考点选“折减柱、墙设计时的活荷载”，这是不合适的。“荷规”表5.1.2活荷载按楼层的折减系数只适用于住宅、办公楼、宿舍等小开间房间的折减，对于商场来说则不安全，这点应引起注意；另外，在PM模块的第三项“楼面荷载传导计算”中也有“荷载折减”，两处若都选折减，则荷载折减系数会累加，即在PM中折减过的荷载会在SATWE中再次折减，这样同样会导致结构不安全。 　　
同样，在进行基础设计时需对活荷载进行折减，设计人员往往以为在SATWE中点选“折减传给基础的活荷载”便可折减，这同样是一个误区。SATWE程序传到基础软件的荷载实际上都是按标准值传递的，所以“折减传给基础的活荷载”这一项对基础软件的荷载值不起作用。该项只对SAT2WE软件的“基础设计荷载简图”中的最大组合内力起作用。用户如果要考虑传给基础的活荷载折减需在JCCAD中的荷载参数定义里的“活荷载按楼层折减系数”填入。 　　

2周期比 　　

对于高层结构，为了控制结构扭转效应，减少扭转对结构产生的不利影响，需按照《高规》3.4.5条控制周期比，周期比=扭转为主的第一自振周期At/平动为主的第一自振周期T1，条文说明解释为“当转动方向因子大于0.5时，则该振型可认为是扭转为主的振型”，为此设计人员通常分别将扭转和平动系数大于0.5的各个振型周期找出最大值，求出其比值即得“周期比”，这其实是错误的。一般平动成分大于50%，这个振型就是平动（侧振）振型，反之则是扭转（扭振）振型，而高规规定的周期比是指纯粹的第1扭转周期（相应振型中扭转成分占80%以上）和第1平动周期（相应振型中侧振成分占80%以上）的比值。如果结构的最大平动周期或者最大扭转周期都不是纯粹的，那么根据此周期值计算的周期比则没有意义，应调整结构方案直到出现最大平动周期为纯粹的平动周期并且最大扭转周期为纯粹的扭转周期为止，此时的周期比才符合规范要求。另外，周期比的要求原则上是针对高层建筑整体振动效应，并且为了避免局部振动，结构也应该按“刚性楼板假定”来分析，这样得到的周期比才有意义，这也是结构设计人员应注意的。 　　

3刚域简化 　　

“不作为刚域”即将“梁柱重叠部分作为梁长度的一部分进行计算”，而“作为刚域”则是将“梁柱重叠部分作为柱宽度进行计算”。对于一般工程应选择“不简化”，因为在竖向荷载作用下，考虑框架梁端塑性变形内力重分布，对梁端负弯矩应进行调幅，并相应增加跨中正弯矩。考虑了“梁端负弯矩调幅”后，梁端负弯矩减小，梁端支座筋亦相应减小，梁柱重叠部分刚度降低，则不宜再考虑“刚域”。对于异型柱结构宜选择“简化作为刚域”，因为与异形柱相连的梁，当不考虑作为刚域时，按两端异型柱的形心长L1来计算梁长刚度，此时异型柱应控制其柱肢长度与柱肢厚度之比不大于4；如考虑作为刚域时，按异型柱边到柱边的长度L2来计算梁长刚度，这样梁的长度变短，从而降低梁的内力，更加符合梁体的实际受力状况。 　　
总之，对于设计人员，不要过分依赖计算程序，应以力学概念和丰富的工程经验为基础，从结构整体和局部对计算结果的合理性进行判断，确定其可靠性后方可用于工程设计。此外，设计人员应根据工程实际情况，相应选择正确的力学模型计算软件，必要时使用TBSA ， PMSAP ，ANSYS ，SAP等有限元软件进行对比分析。结构布置亦应进行多方案比较，通过电算调整结构布置的不合理之处。真正的结构设计不仅是一门专业技术，更是一门艺术，而且结构设计同建筑设计一样没有唯一解，只有通过不断地探索去寻求相对的最优解，创造力和创新是结构工程师对设计的贡献。 　　

参考文献： 　　
[1]中华人民共和国行业标准.《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010.北京：中国建筑工业出版社.2010. 　　
[2]《PKPM用户手册及技术条件》.中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部，2010. 　　
[3]陈岱林，赵兵，刘民易.PKPM结构CAD 软件问题解惑及工程应用实例解析[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.