PKPM结构设计软件学习与应用

 摘要：由中国建筑科学分析院开发的PKPM系列软件是现在国内应用最为广泛的结构计算软件之一，国内大多数设计院结构设计是经过该软件来完成的，已经成为结构设计人员一定正确掌握熟练应用的基本技能。但在实际应用的时候往往因为练习和实践不够，造成不少分析差漏，给工程参数和工程质量带来麻烦，本文就PKPM系列软件学习要领和实际应用进行分析，旨在说明工程设计人员要不断的进行学习，并在学习的基础上不断的进行试验练习，逐渐巩固所学内容和用好所学内容。 　　

关键词：PKPM；设计；学习；应用

PKPM是一套集建筑设计、结构设计、设备设计及概预算、施工软件等于一体的大型建筑工程综合CAD系统，这个系统的特点就是不断根据专业和实际需要进行取舍，因此没有必要介绍PKPM所有的功能和命令。 　　

一、回顾PKPM课程的学习 　　

1. PKPM课程的针对性 　　
针对建筑工程设计专业，在学习过程中，最主要的四大课程教学内容是：（1）：结构平面计算机帮助设计（PMCAD）；（2）：框排架计算机帮助设计（PK）；（3）：结构空间有限元研究设计软件（SAT－8）；（4）：基础工程计算机帮助设计（JCCAD）。在PKPM实践教学这一阶段，可以以不一样种类的工程项目为载体，如砖混结构、框架结构等，学习应用PMCAD进行结建立模，然后接力SAT－8进行有限元计算，再把上部结构模型数据传到JCCAD进行基础设计，最后采用施工图设计模块对智能化生成的施工图进行后处理并转换为AutoCAD图形进行编辑，从而完成一套工程项目的结构施工图。 　　

2. PKPM课程的实践练习性 　　
在学习过程中，参照实际工程项目的设计要求，以实际数据为依据来对本身所做项目的设计参数进行选取，如对结构的抗震等级、结构体系的部署方式、不一样用途房间的活荷载、构件的截面尺寸、材料的强度等级、钢筋的强度等级和采用的直径等的选取。并采用正确的检查方法以包管结构设计信息、计算信息等输入的正确性。如经过对整楼模型的仔细观察，检查构件部署是否正确；经过平面荷载表现校核这一模块中的荷载图，来研究荷载输入的正确性等。验证这些提前定的参数经过计算后是否合理，将直接影响结构的安全和经济。 　　
经过这个反复试算的整个过程，掌握模型优化的具体方法和操纵本领。结构模型优化完成后，在进行施工图绘图的时候,正确选择和应用结构施工图的绘图软件，可以快速准确地绘出施工图。并强调施工图绘制与结构制图知识（知识是人类生产和生活经验的总结）的联合，避免在绘制结构施工图时出现很多不规范绘图难题，从而包管施工图的完整性和正确性和图面质量。在这个实践教学整个过程中会全面运用到大量以前所学的混凝土结构、建筑抗震、地基基础、工程制图等知识，处理实际难题的本领，都会觉得本身的专业技能。 　　

3. PKPM课程的有效考核 　　
我们要求在一定时间内快速完成相应的结构施工图的绘制。实践证明，这种考核方式，能比力客观的考查总体知识和技能（对动作方式的一种概括，是按一定的方式反复联系或模仿而形成的熟练的动作）的掌握情况，能更好地刺激引发学生的学习积极性和主动性。在平时作业的要求方面，可适当放宽时间，但一定要求本人动手去做，不可以眼高手低，真正应用时才发现不会操纵。并且在今后的课程里面要增设计算机帮助设计（PKPM）的课程设计（指拟订一门课程的组织形式和组织结构），也作为整个课程考核中的一部分。 　　

二、PKPM结构设计软件应用 　　

1.抗震分析 　　
抗震分析,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。随着软件功能的日益完善,相当一部分结构设计人员应用软件时不够重视其技术条件与相关规范、标准规定的相符性。PKPM 系软件在结构设计中应用较广泛。 　　

2.结构计算振型数的确定 　　
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115 s 或房屋高宽比大于 5 时,振型个数应适当增加。《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: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。上述规范的条文说明均要求振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量 90 %所需的振型数。 　　
结构抗震计算时,考虑平扭耦联计算结构的扭转效应,振型数不应小于 15 ;对多塔结构的振型数不应小于塔楼数的 9 倍 ,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的 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 向的有效质量系数。我们都知道,结构计算振型数增加,水平地震作用效应增大,即内力和变形增大;振型数如取少了,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。但对大型结构,过多的振型数,导致运算时间过长,并对计算机的内存也要求大,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,当有效质量系数超过 0. 9,就意味着计算振型数够了;如果小于0. 9,说明后续振型产生的地震作用效应不能忽略,应增加振型数重算。需要注意的是,振型数也不能超过结构固有振型总数,否则,会引起计算的混乱,以致造成严重的分析错误。结构固有振型总个数等于结构自由度总数。对于有 n 个独立的水平块刚性楼板的结构,独立于刚性楼板的弹性节点数为m ,则结构的自由度数为(3 n + 2 m)。所以,当结构存在大量弹性楼板、越层柱、大开洞错层时如空旷的错层工业厂房、体育馆等 ,按常规的以楼层数为基数来确定振型数 ,有时很可能远不够。所以,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。 　　

3.周期比控制及调整方法 　　
《高规》 第 4. 3. 5 条对结构位移比、 周期比作出了具体控制要求。在实际工作中, 位移比可以从输出文件中直接检查,而周期比需要先根据振型的平动系数、扭转系数区分各振型是平动振型还是扭转振型 ,然后从中分别找出周期最长的扭转振振型,得到对应的第一扭转周期Tt,第一侧振周期 T1,计算出 Tt/ T1,看其是否符合规程要求。需要注意的是,周期比针对的是高层建筑整体振动效应,要在“刚性楼板假定”前提下来分析,多层建筑不必控制周期比。多塔结构验算周期比时,不是在同一结构中定义多塔,而是按塔分成多个结构分别验算。周期比主要控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的相对关系,即抗侧力构件平面布置的合理性 ,避免结构出现过大的扭转效应。当周期比不满足求时,说明结构扭转刚度相对于侧移刚度偏小,这时单纯增加结构尺寸,往往收效甚微,通应通过整体调整结构布置,来获取良好的改善效果。如加强外圈结构刚度、增设抗震墙、增加外围连梁的高度、削弱内筒的刚度等措施。 　　

4.进行位移比、位移角验算时关联选项的确定 　　
判断结构是否属扭转不规则时,楼盖计算,即对结构位移比、位移角的控制要求均为在“刚性楼板假定”条件下的计算值。《抗规》第 3. 4. 2 条的条文说明已明确应按刚性《抗规》表 3. 4. 2 -1 规定:楼层的最大弹性水平位移(或层间位移) ,大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值112 倍为扭转不规则。扭转不规则结构进行水平地震作用计算时,应计及扭转影响。《高规》第3. 3. 3 条规定:“计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响……”《抗规》第 5. 2. 3 条第 1 款规定:“规则结构不进行扭转耦联计算时,平行于地震作用方向的 2 个边榀其地震作用效应应乘以增大系……”因此,在应用软件验算位移比时,总是要考虑偶然偏心。一般偶偏心对位移比的影响还比较明显。《高规》第 4. 6. 3 条规定: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。 　　

5.结构整体性能控制 　　
1)位移控制：新高规的4.3.5条规定,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移角,A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍；且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5倍,B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑,不应大于该楼层平均值的1.3倍。 　　
2)周期控制：新高规的4.3.5条规定,结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.850。 　　
3）层刚度比控制：新抗震规范附录E2.1规定,筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2；新高规的4.4.3条规定,抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%；新高规的5.3.7条规定,高层建筑结构计算中,当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时,地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍:新高规的10.2.6条规定,底部大空间剪力墙结构,转换层上部结构与下部结构的侧向刚度,应符合高规附录D的规定。 　　
4)、框剪结构中框架承担的倾覆力矩计算；新抗震规范第6.1.3条、高规8.1.3条规定,框架一剪力墙结构,在基本振型地震作用下,若框架部分承担的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的50%,其框架部分的抗震等级应按框架结构确定,柱轴压比限值宜按框架结构采用。 　　

6.结构构件设计计算 　　
1）柱轴压比计算：新抗震规范6.3.7条、高规的6.4.2条和混凝土规范的11.4.16条,都规定了柱轴压比的限值,并规定建造于IV类场地且较高的高层建筑柱轴压比限值应适当降低。柱轴压比指柱考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比:可不进行地震计算的结构,取无地震作用组合的轴压力设计值。 　　
2)剪力墙轴压比计算：新抗震规范6.4.6条、高规的7.2.14条和混凝土规范的11.7.13条,都规定了剪力墙轴压比的限值。目前新规范程序给出各个墙肢的轴压比。 　　
3)剪力墙强区：底部加新抗震规范和新高规对剪力墙结构底部加强部位的定义略有不同,分别定义如下:新抗震规范6.1.10条规定,部分框支抗震墙结构的抗震墙,其底部加强部位的高度,可取框支层加上框支层以上两层的高度及落地抗震墙总高度的l/8二者的较大值,且不大于15m,其它结构的抗震墙,其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部二层高度二者的较大值,且不大于15m。新高规的7.1.9条规定,一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的l/8和底部二层高度二者的较大值,当剪力墙高度超过150m时,其底部加强部位的范围可取墙肢总高度的1/10。新高规的10.2.5条规定,带转换层的高层建筑结构,剪力墙结构底部加强部位可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。 　　
4)剪力墙的约束边缘构件和构造边缘构件：新高规的7.2.15条规定,抗震设计时,一、二级剪力墙结构底部加强部位及以上一层的墙肢设置约束边缘构件,一、二级剪力墙的其它部位以及三、四级和非抗震设计的剪力墙墙肢均应设置构造边缘构件。 　　

结论 　　
相比操纵性强的PKPM课程的教学和学习，合理的选择教学主要内容，运用综合的考试考核方式，掌握计算机帮助设计的真本事，努力应用好PKPM结构设计，协助工程建设更好发展。 　　

参考文献： 　　
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