PKPM与广厦GSCAD结构计算结果比较

 摘要：常用于多高层民用建筑结构设计的软件有PKPM与广厦GSCAD。通过同一工程，利用PKPM与GSCAD分别进行结构计算，从建模的易操作度、计算结果各种数据的差异度、结构构件配筋量进行比较及分析，进而总结两种结构计算软件的异同。 　　

关键词：PKPM、GSCAD、计算结果分析 　　

设计院的结构设计人员，在进行多高层民用建筑的结构设计时，使用比较广泛而普遍的结构计算软件有PKPM与广厦GSCAD。不同的结构计算软件，采用的计算模型会有所不同，所得出的计算结果也会有所差异。那么结构计算时采用哪种计算软件，会使建模的复杂度及工作量缩小，并且保证计算结果更加准确，是众多结构设计人员在现今越来越短的设计周期内，需要解决的问题。选择了相对适合的计算软件，会使前期的计算工作事半功倍，使施工图的绘制及修改工作简单，减少设计人员的重复工作量。本文就利用PKPM及广厦GSCAD两种计算软件，对同一工程进行建模，对建立模型、结构分析和配筋结果进行比较和分析。 　　
现有一工程，工程概况如下：四层公建，框架结构。一层与二层之间、二层与三层之间分别设有夹层，建筑剖面如图1.1所示。公建层高为4.8m，夹层层高分别为3.6m、3.0m。基本设防烈度为7度，场地类别III类，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为标准设防类。基本风压为0.5KN/m2。基础采用独立基础，持力层为粉质粘土，地基承载力特征值为Fak=180KPa。 　　
计算时需要确定的计算参数：由于场地类别为III类，地震加速度为7度（0.15g），应按按8度（0.2g）采取抗震构造措施：即计算时，框架抗震等级为三级，，但构造措施按提高一级（二级）进行设计。对于计算中需要设置的参数，两种软件的计算中采用统一的设置。构件的尺寸及荷载的输入全部统一，避免了参数不一致等人为因素引起的误差，这样能保证计算结果的差异性仅由两种软件采用的计算模型的差异性引起。 　　
下面是对PKPM及广厦GSCAD两种软件进行的比较： 　　

一、建立模型 　　

首先从建模的简易程度来看，笔者仅从自己的使用感受进行说明。可能是使用PKPM的时间比较长，熟练程度比广厦要好一点，笔者使用PKPM来建立模型更加快捷。本工程模型中有需要设置双层梁的部位，在PKPM的梁输入选项中，比较方便的设置了梁顶标高不同的梁，而在广厦中笔者未找到可设置错层梁的选项。但是PKPM梁柱的布置均需要设置节点及网格，并且计算时节点间距不得小于150mm。但是实际的工程中常有中心间距小于150mm的梁，故PKPM输入时需进行一定的简化。而广厦GSCAD只有竖向构件需要设置节点及网格，梁的布置不需输入网格，可通过两点主梁、距离主梁和轴线主梁几种方式进行布置。而且广厦可以人为定义悬挑梁，PKPM则只能模型识别，通常计算不大准确，需人为另行核对。如果建完了模型，建筑某些位置进行了修改，需要重新修改模型时，笔者就明显感到使用PKPM得心应手，广厦则经常容易出现一些小问题，例如无法生成楼板、某些节点错位、甚至有时无法进行结构计算。 

二、结构分析 　　

1.从周期的对比结果来看，两种计算软件的周期如图1.2&1.3所示。PKPM计算时：扭转第1周期/平动第1周期=1.0023/1.0398=96.39%，GSCAD计算时：扭转第1周期/平动第1周期=0.956770/1.003231=95.37%，由图可见两种计算软件在周期上的差异较小。 　　
2.从不同振型下的地震作用力来看，图1.4&1.5，综合比较本工程给出振型下的地震力，发现在X向地震力作用下，地震力在X方向的分量基本相同，在Y方向的地震力及扭矩稍有差距；在Y向地震力作用下，地震力在X方向的分、在Y方向的地震力及扭矩均稍有差距；但总体来说差异性还是比较小的。 　　
3.从结构位移的对比结果来看，PKPM 在X 方向地震作用下的楼层最大位移为1/605，出现在第2层第2塔；GSCAD在地震方向0度的最大层间位移角为 1/ 661出现在第4层。PKPM计算出的最大层间位移角要小于GSCAD所得出的最大层间位移角，并且出现最大位移角的层数也有所不同。 　　
4.从内力计算所得结果来看，基本组合下柱底的最大轴力，基本上是相同的，没有较大出入。 　　

三、配筋结果 　　

1.柱配筋：分别比较某角柱与中柱各层的配筋，由图1.6可见，角柱：GSCAD的竖向钢筋配置一般都比PKPM的竖向钢筋大，尤其是角筋，基本上GSCAD要比PKPM大一个钢筋级别；中柱：底层时GSCAD的角筋要大于PKPM的角筋配置，全截面配筋相同，到上层后两者配筋相同。总体来说，在柱配筋上，GSCAD的计算结果要大于PKPM的计算结果，经比对大概增加20%～30%。 　　
2.梁配筋：梁的支座负筋及跨中钢筋，GSCAD较PKPM均小一些，差别大概在15%左右。在日常画图中，也感觉用广厦计算的梁配筋要小于PKPM，一般会差出1根同级别钢筋。 　　
3.板配筋：GSCAD跟PKPM的计算结果大致相同。 　　
4.基础配筋：10版规范对于基础的最小配筋率有0.15%的要求，因此一般情况下基础的配筋均为构造配筋，两种软件计算出的基础大小及高度相差不大，结果大致相同。 　　
经过对以上几方面的比较，PKPM与广厦两种结构计算软件在结构指标的计算上，基本上是相同的，仅层间位移上有所差异。层间位移是比较硬性的结构指标，故PKPM偏于安全。配筋方面，广厦对于柱配筋比较严格，梁板配筋比较经济，对于一个框架结构的民用建筑而言，竖向构件的比例要远少于水平构件，因此总体而言运用广厦得到的施工图比较经济。 　　

结语：

目前的软件没有好坏、优劣之分，每个软件的研发者都是通过细心的研究、反复的实验、不断的改善而发展出来的，肯定都有自己相对的侧重的优势方面！并且结构的安全性是关系到整个建筑优劣的关键内容，每个结构计算软件都是以结构的安全性为第一考量，因此都是好用而安全的。广厦有PKPM模型接口，这样可以方便两者的配合使用，故若条件允许最好两种软件同时使用，那样也有个比较，做的也更有底。对于软件的选择，是要尽量发挥它们各自的优点，而不是舍一取一！