PKPM在建筑结构设计中的应用剖析

摘要：笔者根据应用PKPM软件经验，以及结合PKPM结构设计软件功能及相关规范，提出了PKPM软件应用在建筑结构设计中容易出现的错误，并就这些错误操作进行了较为详细的分析，同时就如何提高PKPM软件在建筑结构设计应用中的合理性提出了笔者的看法，为结构设计人员使用PKPM提供较有价值的参考。 　　

关键词：PKPM软件；建筑结构；结构设计；参数选取 　　

1、引言 　　

由于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。但尽管如此，PKPM只能作为辅助设计工具，对于建模过程中参数以及步骤的选取还需要设计人员进行操作，由此可知若设计人员对软件操作不当，将会导致软件的计算结果有误，另外，还要求设计人员能判别计算结果的合理性。基于此，本文结合使用PKPM经验，提出PKPM软件应用在建筑结构设计中容易出现的错误，并就这些错误操作进行了较为详细的分析，同时就如何提高PKPM软件在建筑结构设计应用中的合理性提出了笔者的看法。 　　

2、参数选取 　　

2.1 地震信息 　　
在PKPM中水平地震力的输入，主要通过建模时输入地震信息来实现，由此可知道地震信息参数输入的正确与否将会直接影响结构受承受地震力大小的正确性。而地震信息中某些参数的输入较难确定，对于没有理解各参数的设计者来说，容易造成参数的输入错误。笔者根据多年从事PKPM结构设计所得经验，认为在地震信息对话框中容易出现输入错误的参数如下，并就这些错误的改正提出笔者的建议： 　　
（1）单、双向水平地震作用的选取。对于该参数的勾选主要根据结构本身存在的质量和刚度是否对称来判断，若结构质量和刚度存在明显不对称则应勾选双向水平地震力，考虑双向水平地震作用下的扭转效应。但经分析可发现，考虑双向水平地震作用必然会比单向水平地震作用的计算结果偏大，从而导致梁柱的配筋量偏大。以一个不规则的三层普通框架结构为例，计算结果表明考虑双向水平地震作用比考虑单向水平地震作用的柱配筋明显增加，可见该参数对于结构用钢量也有明显影响，因此应慎重考虑结构的单双向水平地震作用。 　　
（2）耦联选取。以笔者的工程经验可发现，目前绝大多数结构都存在不对称性，加上结构本身就存在相互耦联的关系，因此笔者建议耦联选项应选取，而无论结构质量、刚度的对称与否。 　　
（3）是否考虑偶然偏心。偶然偏心的考虑与否一直是PKPM软件初学者容易出错的地方。首先明确，偶然偏心是考虑了结构不可预知的偏心现象，显然对于一些质量、刚度对称的结构来说，由于一般只考虑单向水平地震作用，那么另外一个方向的地震作用并没有考虑，这时可通过5%的偶然偏心来进行考虑。而对于质量、刚度明显不对称的结构来说，由于采用了双向对平地震作用，即考虑了两个方向的偏心问题，因此就没有必要再勾选偶然偏心选项，而且既考虑双向水平地震作用，又考虑偶然偏心将会增大结构设计成本。综上所述，若选取了单向水平地震作用，则应同时选取偶然偏心，若选择双向水平地震作用，则没必要同时选取偶然偏心。由此可知，偶然偏心的选取最终还是依据结构质量、刚度的对称性。 　　
（4）周期折减系数的大小。周期折减系数也是PKPM初学者难以把握的参数，其难点在于如何定取折减系数的大小。笔者认为关键在于理解周期折减系数是为何产生，而其产生的意义是什么。周期折减系数这个参数主要是由于填充墙而出现，由于实际上填充墙对结构会提供一定的刚度，从而使实际结构的周期会减小，但PKPM建模时只是把填充墙作为荷载加到梁上去，并没有考虑填充墙所提供的刚度，因此实际结构的周期按道理应比计算所得到的周期要小，估在PKPM中采用周期折减系数来纠正计算模型以更吻合实际情况。显然填充墙多则周期折减系数应取得更小。 　　
2.2 调整信息 　　
调整信息中存在几个参数对于构件内力、配筋等有较大影响，其大小应慎重定取。笔者就这几个参数提出应注意的地方： 　　
（1）梁端弯矩调幅系数、梁跨中弯矩增大系数大小定取。由于钢筋混凝土在竖向荷载作用下存在内力重分布特性，从而致使梁端负弯矩减小，而梁跨中正弯矩增大的现象，因此应对梁端弯矩调幅系数以及梁跨中弯矩增大系数进行选取，一般梁端弯矩调幅系数应控制在弹性理论计算弯矩的20%以内，对于现浇框架梁一般选取梁端弯矩调幅系数为0.8~0.9，装配整体式框架梁取0.7~0.8。 　　
（2）中梁刚度增大系数大小定取。“中梁”指的是两侧均有楼板与之相连的梁，若仅有一侧楼板与之相连的梁，则称为“边梁”。对于整体式肋型楼盖，由于楼板和梁浇筑在一起形成T型截面梁，因此对于“中梁”、 “边梁”来说，楼板会对它们提供一定刚度，在参数输入中，只需输入中梁刚度增大系数，程序会自动计算边梁增大系数。显然考虑中梁刚度增大系数会使整体刚度增大，构建内力减小，而且得到的内力、位移更符合实际情况。程序仅给出中梁刚度增大系数默认值，但该值并非最优值，设计人员可在在1.0~2.0范围内选取。根据笔者经验：对现浇楼板中梁刚度放大系数可取为2；对现浇梁柱、预制楼板可取为1；对现浇梁柱，楼板为预制楼板加叠合板，可取为1.5。 　　

3、结构合理性的控制参数 　　

PKPM软件对结构进行计算分析之后，还需要对计算结果进行检查，这是验证模型是否正确的重要步骤之一。目前，新规范用于控制结构合理性的主要指标有周期比、位移比、刚度比、刚重比、剪重比等。笔者就其中容易判断错误的几个参数进行解析： 　　
3.1 周期比 　　
周期比是控制结构扭转效应的重要指标，其结果直接反映了结构的抗侧力构建布置是否合理。由此可知，周期比结果是检验结构承载布局合理性，忽略检查该数据，有可能误用结构布置不合理的结构。为此，高规给出了不同情况系周期比的检验指标，例如对于A级高层建筑，其第一扭转周期除以第一平动周期之比不应大于0.9。对于第一扭转周期和第一平动周期的选取，设计人员往往只是选取最大扭转、平动周期为第一扭转、平动周期，实际上这是普遍做法，但有可能结构出现最大扭转、平动周期非第一扭转、平动周期，实际上所选取的第一扭转、平动周期必须是周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动，若只是周期值较大而对应的振型非结构整体振动则不能选取该周期值。 　　
3.2 位移比 　　
位移比是控制结构平面不规则性的重要指标，其限值规定A级高层建筑层间位移比不宜大于1.2，且不应大于1.5。但有一点设计人员应注意的是，当楼板采用弹性楼板时，则必须选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”，因为PKPM所计算的位移比是把楼板采用刚性楼板设定。验算楼板满足位移比要求后。则应把楼板设定为弹性楼板以进行后续的内力计算。 　　

结语 　　

通过以上的分析可发现，采用PKPM进行建筑结构设计只是一个辅助计算功能，有很多参数需要设计人员去选取、判断其正确性。因此，一方面设计人员要不断提高理论知识和实践经验；另一方面，设计人员对于软件的依靠，应采取分析性接受的方式。 　　

参考文献： 　　
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