PKPM软件在结构设计中常见的一些问题

在应用PKPM进行结构设计时，存在着种种问题，本文对常见的几种问题进行简要分析，并提出对策，工程师应该合理处理出现的问题，使结构设计更加合理，提高建筑物质量。 　　　　

1前言 　　

随着计算机软件开发技术的迅速发展，计算机软件以应用到各个行业，尤其是在建筑业中，计算机辅助设计日臻完善。PKPM软件是中国建筑科学研究院开发的功能相对比较齐全的大型建筑设计软件, 在建筑行业应用广泛，给结构工程师带来了巨大的便利。但是，在实际应用中，PKPM还是存在些问题，本文对可能出现的问题结合实际工程进行简要探讨和分析，期望能对今后的设计工作带来帮助。 　　

2交互式结构模型的建立 　　

结构模型中所有的构件均在此项操作中输入，应当注意的是:凡是结构布置形式及构件尺寸和荷载不同的结构层，均应描述为不同的结构标准层，对于上下层柱变截面情况用构件相对于节点的偏心描述，注意在节点过密时墙体及梁布置的连续性。在布置过两个或更多的标准层后，不能使用图案编辑菜单对某一层或某一部分拖动或平移，因为所有的节点位置都是用相对于原点的位置描述的，拖动或平移会造成上下层节点错位。全楼的组装必须是自下而上的标准层组装，不能把后一个标准层组装于前一个标准层之前。填充墙不能作为墙体输入。在此输入的荷载值应是荷载标准值，不是设计值。 　　

3设计参数的确定 　　

3.1梁端负弯矩调幅系数 　　在竖向荷载作用下, 钢筋混凝土框架梁设计允许考虑混凝土的塑性变形内力重分布, 适当减小支座负弯矩, 以减小支座钢筋用量, 方便施工框架梁端支座负弯矩调幅后, 程序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, 即梁端负弯矩调幅系数可在0. 8～1.0范围选取。当调幅系数取值较低时, 设计者一定要进人梁施工图菜单中核查按计算结果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。目前, 不少设计者没有注意到这一点。另外, 当梁端支座负筋配筋不是很大, 不会引起钢筋布置困难的情况下, 可不必对支座负筋进行调幅, 因为整个结构体系的变形程序是按弹性理论进行分析计算的, 支座调幅实质上是削弱了梁柱构件间的约束, 使得结构体系实际上偏离了弹性理论的界线范畴, 导致结构整体的变形。 　　3.2地震作用 　　（1）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建议总是采用。(2) 质量和刚度分布明显不对称的结构, 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, 其他柱变化不大; 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、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。(3) 计算单向地震力, 应考虑偶然偏心的影响。5% 的偶然偏心, 是从施工角度考虑的。计算表明, 计算时考虑偶然偏心,使构件的内力增大5%~10% ; 计算时考虑偶然偏心, 使构件的位移有显著的增大, 平均为18.47% 。但应注意, 对于不规则的结构, 应采用双向地震作用, 并且不要与“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。总结以上所述, 地震参数选取时, 建议采用如下选用方法: 当为多层(≤8层, ≤30m) , 考虑扭转耦联与非扭转耦联均可; 当为一般高层, 可选用耦联+偶然偏心; 当为不规则高层、满足抗规两条以上不规则性时, 或位移比接近限值, 应考虑双向地震作用。(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《建筑抗震设计规范(GBJ50011- 2001) 》5.5.2条的规定, “振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90% 所需的振型数”。该项可填入不小于3的倍数。当地震作用采用侧刚计算时, 若不考虑耦联振动, 计算振型数不得大于结构层数; 若考虑耦联振动, 计算振型个数一般不小于9, 且不大于3倍的层数。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。对于双塔楼振型数Nmode≥12, 而多于双塔的结构则更多。(5) 周期折减系数。这个参数是根据《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。当采用其他非承重墙体时, 可根据工程情况确定周期折减系数。(6) 结构的阻尼比。钢筋混凝土结构取0.05, 对不超过12层的钢结构取0.035, 对超过12层的钢结构取0.02, 混合结构取0.030。 　　3.3基本风压W 　　程序要求手动输入修正后的基本风压W。《建筑结构荷载规范》第7.1.2条规定基本风压采用重现期为50年一遇的风压值, 对高层、高耸及对风荷载比较敏感的其他结构, 基本风压应适当提高, 并应由有关的结构设计规范具体规定。按《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.2.2条, 特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑, 其基本风压应采用100年重现期的风压值。按规范解释, 房屋高度大于60m都是对风荷载比较敏感的高层建筑。(2) 地面粗糙度类别分为A、B、C、D四类。这一参数程序要求手动输入。特别要注意的是, C类指有密集建筑群的城市市区; D类为有密集建筑群且房屋较高的城市市区。(3) 结构基本周期: 可采用结构力学方法计算。比较规则的结构也可以采用近似方法计算:框架结构: T=(0.08- 1.00)N框剪结构、框筒结构: T=(0.06- 0.08)N剪力墙结构、筒中筒结构: T= (0.05- 0.06) N式中:N为结构的层数。程序中给出的基本周期是采用近似方法计算得到的, 建议计算时按结构类别先采用上述近似公式计算值填写参数,通过程序计算出结构的基本周期后, 再代回重新计算。 　　3.4模型简化中出现的问题及处理方法 　　在模型简化过程中，往往没有统一的标准，结构设计人员一般都根据自己的意愿进行简化，会出现如下的问题：（1）施工图纸与计算模型不符。由于结构专业建模过早，建筑方案往往进行多次调整，但又未及时与结构设计人员进行有效沟通，造成了各个专业之间的设计工作脱节，而到最后的施工图校审阶段又没有及时发现，最终可能引起剪力墙开洞大小、门窗洞口位置、剪力墙长度及厚度、框架柱计算高度等与施工图不符。在使用PKPM 分析后，造成某些构件配筋失真，甚至会造成配筋不足的危险。对于着这种问题，设计人员应该加强在设计的各个环节中的交流，以免造成不必要的错误。（2）框架计算模型不合理。实际设计时，一般存在很多没有地下室的普通钢筋混凝土框架结构，比如工业厂房、低层住宅等，在±0.000m 附近没有基础梁，应将基础梁作为一层输入模型，因为此层无楼板约束，即不满足PKPM 程序中内定的平面刚度无限大的计算假定。故在采用SATWE计算时，应定义弹性节点，并采用总刚分析。（3）底层层高取值不当。结构设计人员在对各标准层进行组装时，底层层高往往取士0.000m 至首层楼盖顶面的高度，这种做法是不妥当的。因为设计规范规定底层柱计算层高应为基础顶面至首层楼盖顶面的高度。 　　

4结语 　　

在实际工程的设计过程中，应认真的考虑设计的每一环节,各种参数应按照国家规范正确地选取,模型的简化应与工程实际相吻合，使计算假定与实际情况相一致，而且应注意设计软件的适用条件及其技术条件，正确的使用PKPM 软件，保证计算结果准确，使建筑结构能够承受可能出现的各种作用，保证结构具有良好的工作性能和耐久性能，设计出优秀的工程。