PKPM结构设计软件计算参数的合理选取

PKPM结构设计软件计算参数的合理选取

摘要：随着社会经济的发展和人们物质生活水平的提高，以及城市发展的需要，现代建筑向复杂化、大型化发展。工程设计时对结构分析计算软件的依赖性越来越强，如何保证计算模型的合理性及计算结果的可靠性，已成为结构工程师们面对的首要问题。本文就PKPM结构设计软件的参数应用和设计范围进行探讨，对软件计算的参数合理选取进行分析。

关键词：PKPM；结构设计；计算参数；选取

Abstract: with the development of social economy and the improvement of people’s living standards, and the need of city development, modern building to the complex, large-scale development. Engineering design of structure analysis and calculation software of growing dependence, how to ensure that the calculation model is reasonable and the calculation of the reliability of the results, has become a primary challenge for structural engineers. This article on the PKPM structure design software design and application range of parameters, the software calculates the parameter selection analysis.

Key words: PKPM; structure design; parameter selection;

随着建筑结构新规范全面颁布，新规范在工程设计已全面开始，这对于如何在工程设计中正确应用理解规范条文，正确选择设计软件及合理选取设计参数显得尤为重要。

一、地震作用效应计算与调整

1.调整范围及计算大小

地震作用调整主要对最小地震剪力调整、0.2V.的调整系数、竖向不规则结构地震作用效应调整、特殊构件地震力调整系数。

《建筑抗震设计规定》5.2.5条规定，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震的剪重比不应小于表5.2.5给出的最小地震剪力系数，此条程序自动调整，无须人工干预。但建议设计者注意查看SATWE文本文件“周期、地震力及振型输出文件WZQ.OUT”，目的是从中可判断薄弱层所在楼层。

对于框架剪力墙结构，一般剪力墙的刚度很大，剪力墙吸引了大量的地震力，而框架所承担的地震力很小。对于框架部分，如果按这样的地震力进行设计，在剪力墙开裂后会很不安全，所以需要让框架部分承担至少20%的基底剪力和按框架剪力墙分析的框架部分各楼层地震剪力中最大值1.5倍二者的较小值，以增加框架的安全度。

《建筑抗震设计规定》3.4.3条及《高层建筑混凝土技术规程》5.1.14条规定：楼层侧向刚度小于上层的70%或其上三层平均值的80%左时，其薄弱层地震剪力应乘以 1.15的增大系数。设计者应注意：此条要求设计者必须指出薄弱层所在楼层，然后程序将根据设计者指定的薄弱层层号，将这些楼层地震作用的内力乘以 1.15的增大系数。

有关特殊构件地震力调整系数，主要考虑以下几个方面：（1）转换梁在地震作用下的内力调整：《高层建筑混凝土技术规程》10.2.23条规定：转换梁在特一级、一级、二级抗震设计时，基地震作用下的内力分别放大1.8、1.5、1.25倍。设计时注意：设计必须在特殊构件定义时人工定义了转换梁，则程序会自动对其进行调整。（2）框支柱在地震作用下的内力调整：《高层建筑混凝土技术规程》10.2.7条规定也要调整，设计时注意：设计必须在特殊构件定义时人工定义了框支柱，则程序会自动对其进行调整。由于调整系数往往很大，为了避免异常情况，程序给出一个控制开关，设计者可决是否对与框支柱相连的框架梁的弯矩剪力进行调整。（3）另外对于“不调幅的梁”、“铰接梁”、“滑动支座梁”、“刚性梁”、“铰接件”、“铰接支撑”、“弹性楼板”、“临空墙”等均需人工定义。

2. 调整信息以及标准值

在调整汇总中，其中剪力墙加强层起算层号如填0，表示加强区从±0.00层起算；此项填-1表示加强区从负一层地下室起算．无论此项填何值，都不影响加强区的绝对高度．有地下室时，地下室墙是否算加强区，一般情况不希望墙的配筋下小上大．对一层地下室算加强区较好；对9度及一级框架结构梁柱的超配系数隐含值为1.15．相当过去考虑的二个1.1；楼层水平地震剪力调整：根据抗震规范5.2.5条要求，若要求调整，程序将自动调整不满足剪重比的楼层内力．但一般情况希望不调整．因为计算结果小于剪重比的要求，很可能结构的方案不合理；薄弱层：薄弱层的判断，可通过计算结果中的刚度比．设计人通过第一次计算结果判断出薄弱层，再对此项进行填写；荷载组合：（1）增加了由永久荷载效应控制的组合．（2）可以调整活荷载的分项系数和活荷载的组合系数；程序中转换梁的内力调整，严格按规范执行．转换梁及框肢柱需要设计人自行定义．框肢柱分为二类：一是四周是梁．二是剪力墙的边榀．一个方向不是柱，为剪力墙的一部分．另一方向是柱；程序将与剪力墙相连柱承担的倾覆弯矩，归属剪力墙．而不归属框架柱．否则框架柱承担的倾覆弯矩可能超过50％．

二、设计参数的合理选取

1.抗震等级的确定：钢筋混凝土房屋应根烈度、结构类型和房屋高度的不同分别按《建筑抗震设计规定》6.1.2条或《高层建筑混凝土技术规程》〉4.8条确定本工程的抗震等级。但需注意如果是“甲”、“乙”、“丁”类建筑则需按规范要求对抗震等级进行调整；当转换层大于或等于3及以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部的抗震墙等级宜按《建筑抗震设计规定》6.1.2条或《高层建筑混凝土技术规程》〉4.8条查的抗震等级提高一级采用，已为特一级时可不调整。

2.振型组合数的选取：在计算地震力时，振型个数的选取应是振型参与质量要达到总质量90%以上所需要振型数。但要注意振型个数不能超过结构固有的振型总数，因一个楼层最多只有三个有效动力自由度，所以一个楼层也就最多可选3个振型。如果所选振型个数多于结构固有的振型总数，则会造成地震力计算异常。

3.主振型的判断：对于刚度均匀的结构，在考虑扭转耦联计算时，一般来说前两个或前几个振型为其主振型；对于刚度不均匀的付杂结构，上述规律不一定存在，此时应注意查看SATWE文本文件“周期、振型、地震力”WZQ.OUT.程序输出结果中，给出了输出各振型的基底剪力总值，据此信息可以判断出那个振型是X向或Y向的主振型，同时可以了解没个振型对基底剪力的贡献大小。

4.地震力、风力的作用方向：结构的参考坐标系建立以后，所求的地震力、风力总是沿着坐标系的方向作用。但设计应注意查看SATWE文本文件“周期、振型、地震力”WZQ.OUT.输出结果中给出了地震作用的最大方向是否与设计假定一致，对于大于150度时，应将此方向输入重新计算；对于有有斜交抗侧力构件的结构，当大等于150度时，应分别计算各抗力构件方向的水平地震力。此处所指交角是指与设计输入时，所选择坐标系间的夹角；对于主体结构中存在有斜向放置的梁、柱时，也要分别计算各抗力构件方向的水平地震力。

5.周期折减系数和活荷载质量调整系数：高规3.3.17条规定：当非承重墙体为填充砖墙时，高层建筑结构的计算自振周期折减系数，可按下列规定取值。荷载组合系数，可按《建筑抗震设计规定》5.1.3条取值。注意该调整系数只改变楼层质量，不改变荷载总值，即对竖向荷载作用下的内力计算无影响。

6.关于梁的几个调整系数（1）刚度调整系数Bk：梁的刚度调整，主要是考虑现浇楼板对梁的刚度贡献，楼板与梁按T形共同工作。而程序是按矩形取，所以可以考虑梁的刚度放大。一般可取1.5—2.0，但对预制楼板、板柱结构的等代梁取1.0，注意刚度调整系数对连梁不起作用。（2）梁端负弯矩调整系数：框架梁在竖向荷载作用下梁端负弯矩调整系数，是考虑梁的塑性内力重分布。通过调整使梁端负弯矩减小，跨中正弯矩加大（程序自动加）。梁端负弯矩调整系数一般取0……85.注意：1：程序隐含钢梁为不调幅梁。2：不要将梁跨中弯矩放大系数与其混淆。（3）梁弯矩放大系数Bm：当不计算活载或不考虑活载不利布置时，可通过此参数调正梁在恒、活载作用下的跨中正弯矩，一般取1.1—1.2.在选用时注意：如果活载考虑不利布置时则此系数取1.0.（4）连梁刚度折减系数BLz：主要是指那些与剪力墙一端或两端平行连接的梁，由于梁两端往往变位差很大，剪力就会很大，所以很可能出现超筋。这就要求连梁在进入塑性状态后，允许其卸载给剪力墙，而剪力墙的承载力往往较大，因此这样的内力重分布是可以的。一般取0.55—0.7.注意：如连梁的跨高比大于等于5时，建议按梁输入，因此时梁往往是受弯为主，刚度不应折减。（5）梁扭矩折减系数Tb：是针对新规范的梁抗扭设计而设的，由于目前梁在整体结构中的扭转问题研究的还不多，楼板对梁平面外究竟有多大约束作用，还不十分清楚，所以程序给出的范围较大0.4—1.0，建议取0.4.注意：程序规定对于不与刚性楼板相连的梁及弧梁不起作用。

7.关于顶部小塔楼放大系数：（1）对于顶部带有小塔楼的结构，在动力分析中，可能会出现鞭梢效应，即二次共振，这对很不利。实际计算过程中。如果参与振型选的足够多时，则可不再调整顶部小塔楼的地震力。如果参与振型选的不够多时，则可按下列要求调整顶部小塔楼的地震力：计算模型 振型个数放大系数非耦联 3 <=NMODE <6 3.0非耦联 6<= NMODE<= 9 1.5耦联 9<= NMODE <12 3.0耦联 12<=NMODE<=16 1.5（2）对于顶层带有空旷大房间或为轻钢结构的房屋，不宜视为突出屋面的小塔楼，并采用底部剪力法乘以憎大系数的方法计算地震作用效应，而应视为结构体系的一部分，用振型分解法计算。

三、计算结果正确性的判断

《高层建筑混凝土技术规程》〉5.1.16条及《建筑抗震设计规定》3.6.5条均有要求：对结构分析软件的计算结果，应进行分析判断，确认其合理，有效后方可作为工程设计依据。如何判断？当然只能依靠概念设计来判断：概念设计是一种设计的思路，可以认为是定性的设计，概念设计不以精确的力学分析、生搬硬套的规范条文为依据，而是由我们对工程进行概括的分析，制定设计目标，采取相应措施，概念设计概念包括安全度的概念、力学的概念、材料的概念、荷载的概念、地震的概念、施工的概念、使用的概念等等。概念设计要求我们融合这些概念，并贯彻到结构方案设计、结构构件布置、计算简图抽象、计算结果处理中。对理论无法明确的部位，要有定义的认识。

建议对计算结果从以下方面检查1.检查原始数据是否有误，特别是是否遗漏荷载；2.计算简图是否与实际相符，计算程序是选得正确；3.对计算结果分析：检查设计参数是否选择合适；4.检查“七种比值”即：（1）柱及剪力墙轴压比是否满足要求，主要为控制结构延性；（2）剪重比：主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性；（3）刚度比：主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突形，形成薄弱层；（4）位移比：主要为控制结构竖向规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响；（5）周期：主要为控制结构的扭转效应，减少扭转对结构带来不利影响（此时要注意：第一、二震型在高层建筑中不能发扭转为主第二振震型不能以`扭转为主）；（6）刚重比：主要为控制结构的稳定性，以免结构产生滑移和倾覆；（7）有效质量比：主要为控制结构的地震力是否全计算出来。

四、结束语

高层建筑结构设计中应注重概念设计，重视结构的选型和平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系，加强构造措施。在抗震设计中，应保证结构的整体抗震性能，使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。应该来讲概念设计在初步设计阶段特别重要，设计中不能陷入只凭计算的误区，不要盲目的依赖计算结果。

结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位，地震能量的耗散仅集中在极少数薄弱部位，导致结构过早破坏。现有抗震设计方法的前提之一是假定整个结构能发挥耗散地震能量的作

用，在此前题下，才能以多遇地震作用进行结构计算、构件设计并加以构造措施，或采用动力时程分析进行验算，试图达到罕遇地震作用下结构不倒塌的目标。对一个结构并非设计得越刚强越好，一个好的设计应该是“结构刚度、承载力、延性、经济性完美的匹配”所缔造的伟大设计师。

参考文献

[1]建筑抗震设计规定（GB50011-2001）

[2]混凝土结构设计规范（GB50010-2002）

[3]高层建筑混凝土技术规程（JGJ3-2002）

[4]於志坚，李建春.应用PKPM软件进行结构整体分析计算中几个参数的正确选取[J].《浙江建筑》.2009年09期

[5]梁志广，李建中，王军文.几种常用混凝土收缩徐变模式中徐变系数计算的比较分析[A].第八届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ卷）[C].1999年