淺談PKPM軟件在結構設計中的參數選擇

 摘要：本文結合PKPM結構設計軟件功能及相關規范，就使用PKPM軟件進行建筑結構設計時容易出現的錯誤進行分析和討論，并且在建筑結構設計中如何科學合理地應用PKPM軟件提出了自己的看法，僅供廣大同仁參考。 　　

關鍵詞：PKPM軟件；結構設計；應用 　　

PKPM 軟件在工程設計中已被結構專業設計人員廣泛應用，其方便快捷的建模方法和強大的計算能力使得設計人員在較短周期內完成較大工作量的結構設計任務成為可能。值得注意的是，結構分析軟件不論其處理功能如何完善，只能作為輔助設計工具，不能完全代替設計人員的作用。PKPM只能作為輔助設計工具，對于建模過程中參數以及步驟的選取還需要設計人員進行操作，由此可知若設計人員對軟件操作不當，將會導致軟件的計算結果有誤，另外，還要求設計人員能判別計算結果的合理性。本文結合PKPM結構設計軟件功能及相關規范，就使用PKPM軟件進行建筑結構設計時容易出現的錯誤進行分析和討論，并且在建筑結構設計中如何科學合理地應用PKPM軟件提出了自己的看法， 　　

一、參數選取 　　

1.1地震信息。在PKPM中水平地震力的輸入，主要通過建模時輸入地震信息來實現，由此可知道地震信息參數輸入的正確與否將會直接影響結構受承受地震力大小的正確性。而地震信息中某些參數的輸入較難確定，對于沒有理解各參數的設計者來說，容易造成參數的輸入錯誤。筆者認為，在地震信息對話框中容易出現輸入錯誤的參數如下，并就這些錯誤的改正提出筆者的建議： 　　
（1）單、雙向水平地震作用的選取。對于該參數的勾選主要根據結構本身存在的質量和剛度是否對稱來判斷，若結構質量和剛度存在明顯不對稱則應勾選雙向水平地震力，考慮雙向水平地震作用下的扭轉效應。但經分析可發現，考慮雙向水平地震作用必然會比單向水平地震作用的計算結果偏大，從而導致梁柱的配筋量偏大。以一個不規則的三層普通框架結構為例，計算結果表明考慮雙向水平地震作用比考慮單向水平地震作用的柱配筋明顯增加，可見該參數對于結構用鋼量也有明顯影響，因此應慎重考慮結構的單雙向水平地震作用。 　　
（2）耦聯選取。目前絕大多數結構都存在不對稱性，加上結構本身就存在相互耦聯的關系，因此筆者建議耦聯選項應選取，而無論結構質量、剛度的對稱與否。 　　
（3）周期折減系數的大小。周期折減系數也是PKPM使用者難以把握的參數，其難點在于如何定取折減系數的大小。筆者認為關鍵在于理解周期折減系數是為何產生，而其產生的意義是什么。周期折減系數這個參數主要是由于填充墻而出現，由于實際上填充墻對結構會提供一定的剛度，從而使實際結構的周期會減小，但PKPM建模時只是把填充墻作為荷載加到梁上去，并沒有考慮填充墻所提供的剛度，因此實際結構的周期按道理應比計算所得到的周期要小，估在PKPM中采用周期折減系數來糾正計算模型以更吻合實際情況。顯然填充墻多則周期折減系數應取得更小。對于周期折減系數的取值，應按照《高層建筑混凝土結構技術規程》的4.3.17條要求，當非承重墻體為填充磚墻時，框架結構計算自振周期折減系數為0.6～0.7；剪力墻結構0.8～1.0；框架一剪力墻結構0.7～0.8；框架-核心筒結構0.8～0.9。 　　

1.2調整信息。調整信息中存在幾個參數對于構件內力、配筋等有較大影響，其大小應慎重定取。筆者認為調整信息中以下幾個參數是值得我們注意的： 　　
（1）梁端彎矩調幅系數、梁跨中彎矩增大系數大小定取。由于鋼筋混凝土在豎向荷載作用下存在內力重分布特性，從而致使梁端負彎矩減小，而梁跨中正彎矩增大的現象，因此應對梁端彎矩調幅系數以及梁跨中彎矩增大系數進行選取，一般梁端彎矩調幅系數應控制在彈性理論計算彎矩的20%以內，對于現澆框架梁一般選取梁端彎矩調幅系數為0.8～0.9，裝配整體式框架梁取0.7～0.8。但由于梁端負彎矩減小，必然導致梁端配筋減小，有可能會導致梁支座處的裂縫寬度超出限制，因此應查看裂縫寬度一欄，若裂縫寬度不滿足允許值，則應增大梁端彎矩調幅系數，或選取“根據允許裂縫自動選筋”選項，重新調整梁配筋直至滿足裂縫寬度要求。 　　
（2）中梁剛度增大系數大小定取。“中梁”指的是兩側均有樓板與之相連的梁，若僅有一側樓板與之相連的梁，則稱為“邊梁”。對于整體式肋型樓蓋，由于樓板和梁澆筑在一起形成T型截面梁，因此對于“中梁”、“邊梁”來說，樓板會對它們提供一定剛度，在參數輸入中，只需輸入中梁剛度增大系數，程序會自動計算邊梁增大系數。顯然考慮中梁剛度增大系數會使整體剛度增大，構建內力減小，而且得到的內力、位移更符合實際情況。程序僅給出中梁剛度增大系數默認值，但該值并非最優值，設計人員可在在1.0～2.0范圍內選取。 　　

二、結構合理性的控制參數 　　

PKPM軟件對結構進行計算分析之后，還需要對計算結果進行檢查，這是驗證模型是否正確的重要步驟之一。目前，新規范用于控制結構合理性的主要指標有周期比、位移比、剛度比、剛重比、剪重比等。筆者就其中容易判斷錯誤的幾個參數進行解析： 　　

2.1周期比。周期比是控制結構扭轉效應的重要指標，其結果直接反映了結構的抗側力構建布置是否合理。由此可知，周期比結果是檢驗結構承載布局合理性，忽略檢查該數據，有可能誤用結構布置不合理的結構。為此，高規給出了不同情況系周期比的檢驗指標，例如對于A級高層建筑，其第一扭轉周期除以第一平動周期之比不應大于0.9。對于第一扭轉周期和第一平動周期的選取，設計人員往往只是選取最大扭轉、平動周期為第一扭轉、平動周期，實際上這是普遍做法，但結構有可能出現最大扭轉、平動周期非第一扭轉、平動周期，實際上所選取的第一扭轉、平動周期必須是周期值較大而且其對應的振型為結構整體振動，若只是周期值較大而對應的振型非結構整體振動則不能選取該周期值。 　　

2.2位移比。位移比（層間位移比）是控制結構平面不規則性的重要指標，其限值規定A級高層建筑層間位移比不宜大于1.2，且不應大于1.5。但有一點設計人員應注意的是，當樓板平面比較狹長，有較大的凹入或開洞，樓板采用彈性樓板時，則必須選擇“對所有樓層強制采用剛性樓板假定”。驗算樓板滿足位移比要求后。則應把樓板設定為彈性樓板以進行后續的內力計算。 　　
通過以上的分析可發現，采用PKPM進行建筑結構設計只是一個輔助計算功能，有很多參數需要設計人員去選取、判斷其正確性。因此，一方面設計人員要不斷提高理論知識和實踐經驗；另一方面，設計人員對于軟件的依靠，應采取分析性接受的方式。 　　

參考文獻： 　　
[1]JGJ3-2010.高層建筑混凝土結構技術規程[S]. 　　
[2]范小平.PKPM軟件在建筑結構設計中應注意的問題[J].重慶建筑，2008，（02）：28～30