框架结构PKPM计算模型的构件和荷载

 [摘要]：建筑结构设计工作需要建筑结构理论基础和实际工作经验的高度结合。对于新入门的结构设计人员而言，熟悉框架结构PKPM计算模型的建立过程相当重要。本文旨在告诉即将从事结构设计的人员如何在握框架结构PKPM计算模型的建立中确定结构构件和荷载。 　　

[关键词]：建筑结构；结构设计；结构构件

在框架结构设计计算中，PKPM计算模型的建立是很关键的一个步骤，下面从如何确定PKPM计算模型结构构件和模型中各楼层荷载的输入两个方面展开论述。 　　

1.如何确定PKPM计算模型结构构件 　　

1.1． 查看设计方案和设计资料。 　　
确定初步结构方案之前，作为结构设计师应该熟悉整个建筑的建筑设计方案和相关的设计资料，旨在了解建筑设计者的意图，检查资料是否齐全完备，确定常用的结构指标如砼强度等级、钢筋级别等。一般来说，在这个阶段，建筑方案工作已经完成而完整的建筑施工图却没有提供，结构设计师首先应该把握整体，通过边熟悉建筑方案图边在大脑中形成整体结构设计的雏形。最先应该查看的是建筑平面图，在查看的过程中注意层与层之间的功能布局是否相差很大，思考应该在一些什么位置布置框架柱。最好的方法是选取首层平面或者标准层平面作为参照平面，再注意观察在参照平面上布置的框架柱是否适用于其它层。其次砼强度等级、钢筋级别等指标的确定除了依据规范和经验，还要查阅当地其他同类建筑结构设计作为参考。 　　

1.2． PKPM软件计算模型中结构构件的选取与布置 　　
1.2.1.框架柱的选取与布置。首先确定柱位置，对于建筑设计规则简单的建筑，框架柱的位置主要是控制柱距，结合建筑平面图尽量选择规范中的经济间距便可完成；而对于建筑功能布局比较复杂的建筑，框架柱位置的确定除了考虑柱与柱之间的间距，另一个因素就是建筑上下层之间的功能布局，框架柱作为竖向承重构件，从基础到顶层上下层必须对齐，尽量避免在“梁上种柱”情况的出现。其次确定柱截面，截面的选取主要是根据经验选择符合柱模数的尺寸。框架柱最小截面尺寸和模数在相关结构规范中都有规定，查找即可。截面的面积主要是依据轴心受压柱的承载力计算公式：，这个公式可以进一步简化为：（式中：N为轴向压力的设计值，c为混凝土轴心抗压强度设计值， A为柱截面面积）。在这个简化公式中， N的求取是最复杂的，在这个阶段最好进行估算，大致求出每一层柱承受的荷载累加到一起再代入简化的经验公式即可。 　　
1.2.2框架梁的选取与布置。在PKPM软件结构计算模型的建立过程中，框架梁的选取与布置相对框架柱简单但繁琐。首先，普通的框架梁一般按照其跨度的（1/8~1/12）确定梁截面高度，再根据梁截面高度的（1/2~1/3）确定梁截面宽度。这个规则在一般情况下都是适用的，但并不是万能的。尤其要引起注意的是确定框架边梁的截面的时候，除了要按照其跨度的（1/8~1/12）确定该梁截面高度后一定要对照着建筑立面图的设计方案。其次，为了整个结构的刚度和稳定性，在楼层的标高位置，柱与柱之间都必须拉设框架梁，也有例外，例如：楼梯间休息平台位置若设计一采光窗，窗高度一般都要穿过楼层，该位置框架梁的拉设有两种办法：一是改变梁的面标高，将楼梯间跨度位置框架梁的标高降至休息平台处，二是不改变梁面标高而改变梁的水平位置，将该梁向建筑内部平移一点即可，留出位置装设窗，该梁便成为了一条“外包梁”。 　　
1.2.3.次梁的选取与布置。首先，总体原则是把板按经济跨度进行划分，次梁截面高度取跨度的（1/12~1/18），次梁的截面宽度取高度的（1/2~1/3）。其次，次梁的布设中一定要对照建筑平面图，尤其是住宅建筑。例如：一住宅建筑某层的某位置有一道墙体，此种情况一般都会在墙体下布设次梁，但是如果该位置的下面并没有墙体而是一个完整的卧室，那这条次梁肯定会影响下面卧室空间的使用，所以应该用别的办法解决上层墙体产生的荷载问题。 　　
每个楼层都是按照这四个步骤进行构件的选取和布置，遇到同样楼层的布置，在软件中可以采用楼间复制的办法，此方法很方便实用。 　　

2. 模型中各楼层荷载的输入 　　

在PKPM软件结构计算中，荷载输入是必不可少的一步，宗旨是尽量把整个建筑的荷载真实地反应到建立好的计算模型中去。这个环节主要包括楼（屋）面面荷载的输入、梁上线性荷载的输入以及其他附加荷载的输入三部分。 　

2.1．楼（屋）面荷载的输入分为恒荷载输入和活荷载输入两部分。首先，恒荷载的输入有两种方式，第一种方式是让软件自己计算钢筋混凝土楼（屋）面板的自重，设计者只需输入楼（屋）面板装修层，对照建筑平面图按照《建筑结构荷载规范》的要求输入；第二种方式是不勾选软件自动计算楼板自重的功能选项，设计者计算出每块楼板的恒载并输入到PKPM计算模型中去。恒荷载的输入中，卫生间的处理比较特殊，卫生间常采用下沉楼板安放设备，增加部分的荷载宜以恒荷载输入。其次，活荷载的输入按照《建筑结构荷载规范》的要求输入即可。 　　

2.2．梁上线性荷载的输入关键是要对照建筑平面图，把框架主梁或次梁上承受的墙体、栏杆的荷载以线性荷载（单位为KN/m）的形式输到梁上去，力求准确。一般情况下，墙体的高度不能采用所在楼层的层高，而要在楼层层高的基础上减去上层梁的高度。除了墙体，楼梯荷载的输入也是一个比较典型的问题，由于楼梯是垂直交通工具，无法在结构平面图上反应出真实地受荷情况。在PKPM模型建立工程中，一般不布置楼梯斜梯板而只布置梯口梁和休息平台梁，但是楼梯斜梯板上的面恒荷载和面活荷载（单位为KN/m2）必须分别转化为线荷载（KN/m）后输入到两条布置好的梯梁上去。 　　

2.3. 其他附加荷载如电梯荷载必须以集中荷载的形式输入到电梯机房顶用来承受电梯荷载的梁上去。总之，必须考虑周到齐全，不多不漏。 　　
总之，在框架结构PKPM软件计算模型的建立过程中，必须在满足建筑专业和设备专业图纸要求的基础上查找相关结构设计规范和以往类似工程的一些处理方法。 　　 　　 　　 　　

参考文献 　　
中国建筑科学研究院.GB 50010—2002 混凝土结构设计规范【S】.北京：中国建筑工业出版社，2002. 　　
中国建筑科学研究院.GB 50009—2001（2006年版） 建筑结构荷载规范【S】.北京：中国建筑工业出版社，2006.