PKPM进行结构设计时应注意的问题

 摘要 本文根据PKPM结构设计软件功能及相关规范,结合从事PKPM系列建筑结构CAD系统软件的应用经验,提出了PKPM系列软件在建筑结构设计使用中应注意的问题,并就这些问题进行了较为详细的分析,最后提出如何才能使结构设计更加合理和提高建筑物的质量要求,为设计人员提供了参考借鉴。 　　

关键词 PKPM软件;结构设计;周期比;参数 　　

0 引言 　　

设计者运用PKPM进行结构设计已经越来越普及,不仅仅是PKPM具有方便的快捷建模方式,更重要的是它具有强大的计算能力,能进行复杂的有限元分析,使得设计者在较短周期内完成较大工程量成为了可能。但不论其处理功能如何完善,PKPM只能作为辅助设计工具,至于参数的设置以及软件的操作还是由设计人员来控制,因此它不能完全代替设计人员的作用。在《建筑设计抗震规范》(GB50011-2001)第3.6.6条更是作了具体明确的要求,设计人员在运用软件进行结构计算时,对软件的功能要有切实的了解,才能正确运用,并且对计算结果要进行判别,确认其合理有效后,方能在设计中使用,千万不可盲目依赖于计算软件[1] 。鉴于此,笔者就多年来使用中国建筑科学研究院pkpmcad工程部开发的PKPM计算程序的经验,探讨工作中发现应用PKPM系列软件时易被设计人员忽略的几个重要方面。 　　

1地震信息 　　

在PKPM中水平地震的输入,主要就是在参数框中通过输入各参数来实现。参数输入的正确与否至关重要,直接影响所建的模型是否承受正确的水平荷载。其中有些参数的输入较难确定,特别对于没有理解各参数的意思的设计者来说。笔者根据多年从事PKPM结构设计所得经验,认为这些较难确定而又特别重要的参数可通过以下这些建议来输入: 　　

1)若结构本身存在质量和刚度分布明显不对称,则应计入双向水平地震作用下的扭转影响。计算表明规则框架考虑双向水平地震作用时,角柱配筋增大10%左右,其它柱变化不大;对于不规则框架,角、中、边柱配筋考虑双向地震后均有明显的增大;通过双向地震力、柱按单偏压计算和双向地震力、柱按双偏压计算比较可知,后者计算柱的配筋较前者有明显的增大,故建议:若同时勾选双向地震力、柱双向配筋时,要十分谨慎,这对用钢量影响很大。 　　

2)对于耦联选项,无论是质量和刚度分布对称的结构还是质量和刚度分布明显不对称的结构,笔者建议总是采用耦联选项。因为针对目前设计的结构一般都是不对称占绝大多数,而且实际上无论是质量和刚度分布均匀还是不均匀,结构自身都会存在一种相互联系的关系,即耦联作用。 　　

3)计算单向地震力,应考虑偶然偏心的影响。因为计算单向地震力只是考虑了一个方向地震的作用,但另一方向并没有考虑,这时就由5%的偶然偏心来控制。计算表明,计算时考虑偶然偏心,使构件的内力增大5%~10%,构件的位移有显著的增大,平均为18.47%。但应注意,计算单向地震力只是针对对称规则结构而已。对于不规则的结构,应采用双向地震作用,但这时不要与“偶然偏心”同时作用。“偶然偏心”和“双向地震力”应是两者取其一,不要都选,两者都选显然是没必要,违背了结构设计的经济性原则。对于这参数如何勾选,《高规》第4.6.3条有明确规定:层间位移角的计算不考虑偶然偏心的影响,因此,程序操作时应分2次进行。首先,选择刚性楼板假定、偶然偏心选项情况下验算位移比,当位移比超过1.2时,进行结构设计计算时,要考虑双向地震作用,不考虑偶然偏心;当位移比小于1.2时,结构设计计算时不考虑双向地震作用,要考虑偶然偏心。 　　

4)计算振型个数。在计算地震作用时,振型个数的选取应遵循有关规范规定。《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高规》)第3.3.10条规定[2] :对于不考虑扭转耦联振动影响的结构,结构计算振型数规则结构可取3;当建筑较高、结构沿竖向刚度不均匀时,可取5~6。采用振型分解反应谱法进行结构水平地震作用计算时,《抗规》第5.2.2条规定:不进行扭转耦联计算的结构,确定水平地震作用标准值的效应,可只取前2~3个振型,当基本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5时,振型个数应适当增加。当地震作用采用总刚计算时,振型数的选择可以不受上限,一般取大于12。振型数的大小与结构层数及结构形式有关,当结构层数较多或结构层刚度突变较大时,振型数也应取多些,如顶部有小塔楼、转换层等结构形式。但过多的振型数,导致运算时间过长,而最后的那些高振型对结构地震作用贡献也不大。因此,也不必所有的振型都计算。但振型数不易过少,振型数过少会导致后续振型产生的地震作用效应未能计入,导致计算结果不安全,所以,振型数要尽量取得多。但无论怎样,只要振型参与质量达到总质量90%,就意味着计算振型数够了。检查计算结果时,有效质量系数是否超过0.9,是必须检查项目之一。初始输入振型数时,可根据结构自由度总数来考虑。结构固有振型总个数等于结构自由度总数。每块刚性楼板上所有的节点只有3个自由度,每个弹性节点各有2个独立的水平平动自由度。也就是说,对于有n块刚性楼板的结构,独立于刚性楼板的弹性节点数为m,则结构的自由度数为(3n+2m)个[3] 。 　　

5)周期折减系数,这个参数对于配筋影响较大。它是根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的3.3.16条(强条)要求,按3.3.17条进行折减,当非承重墙体为填充砖墙时,高层建筑结构计算自振周期折减系数,可按下列规定取值:框架结构0.6~0.7;框架一剪力墙结构0.7~0.8;剪力墙结构0.9~1.0;短肢剪力墙结构0.8~0.9。当采用其它非承重墙体时,可根据工程情况确定周期折减系数。 　　

2调整信息 　　

在调整信息中,有几个数据的取值是需要注意的。 　　
1)梁端弯矩调幅系数。由于在竖向荷载作用下,钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质,故可考虑适当降低梁端弯矩,同时程序会自动对梁跨中弯矩按平衡条件相应增加,但支座负弯矩调幅不宜过大,一般应控制在弹性理论计算弯矩的20%以内, 一般现浇框架梁取0.8~0.9,装配整体式框架梁取0.7~0.8。当调幅系数取值较低时,设计者一定要查看配筋梁的支座处裂缝宽度能否满足规范要求。如不满足,则要重新选取梁端负弯矩调幅系数或点取“根据允许裂缝自动选筋”选项,重新调整梁配筋直至满足裂缝宽度要求。这一点,较多的设计者并没有注意到。 　　
2)“中梁刚度增大系数”。 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”。因为在整体式肋型楼盖中,楼板和梁浇筑在一起形成T型截面梁,在承载力计算时整体刚度会有所增大[4] 。这时就可采用中梁刚度放大系数来考虑楼板对梁刚度的贡献,这样内力与位移分析结果才较符合实际受力情况。中梁刚度放大系数可在1.0~2.0范围内选取。程序仅给出默认的假定值,并非最合理值,最合理值必须由设计人根据工程的具体情况加以调整。通常调整情况是:对现浇楼板,取中梁刚度放大系数为2;对现浇梁柱、预制楼板,取为1;对现浇梁柱,楼板为预制楼板加叠合板,取为1.5。在实际工作中,往往由于经验不足,没有核实并调整这一参数,造成设计配筋不足,留下安全隐患;或造成设计配筋过大,增加工程造价。 　　

3结论 　　

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,因此作为设计者,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,合理的选取各参数,从结构整体和局部对计算结果的合理性进行判断,否则造成少则必要的安全储备不足可靠度得不到保证,多则造成浪费。因此,一方面我们要努力提高设计人员的理论知识和实践经验;另一方面,我们对于软件的依靠,也应采取分析性接受的方式。 　　 　　

参考文献 　　
[1]GB 50011-2001.建筑抗震设计规范[S]. 　　
[2]JGJ3-2002.高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 　　
[3]陆湘昆,王东.应用PKPM结构设计软件应重视的问题[J].四川建筑科学研究,2005,31(5):39-41. 　　
[4]范小平.PKPM软件在建筑结构设计中应注意的问题[J].重庆建筑,2008(2):28-30.