摘要：根據(jù)PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件功能及相關(guān)規(guī)范，結(jié)合從事PKPM系列建筑結(jié)構(gòu)CAD系統(tǒng)軟件的應(yīng)用經(jīng)驗，提出了PKPM系列軟件在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計使用中應(yīng)注意的問題，并就這些問題進行了較為詳細(xì)的分析，最后提出如何才能使結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理和提高建筑物的質(zhì)量要求，為設(shè)計人員提供了參考借鑒。
　　關(guān)鍵詞：PKPM軟件；結(jié)構(gòu)設(shè)計；周期比；參數(shù)
　　1 引言
　　設(shè)計者運用PKPM進行結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)越來越普及，不僅僅是PKPM具有方便的快捷建模方式，更重要的是它具有強大的計算能力，能進行復(fù)雜的有限元分析，使得設(shè)計者在較短周期內(nèi)完成較大工程量成為了可能。但不論其處理功能如何完善，PKPM只能作為輔助設(shè)計工具，至于參數(shù)的設(shè)置以及軟件的操作還是由設(shè)計人員來控制，因此它不能完全代替設(shè)計人員的作用。在《建筑設(shè)計抗震規(guī)范》（GB50011-2001）第3.6.6條更是作了具體明確的要求，設(shè)計人員在運用軟件進行結(jié)構(gòu)計算時，對軟件的功能要有切實的了解，才能正確運用，并且對計算結(jié)果要進行判別，確認(rèn)其合理有效后，方能在設(shè)計中使用，千萬不可盲目依賴于計算軟件[1]。鑒于此，筆者就多年來使用中國建筑科學(xué)研究院pkpmcad工程部開發(fā)的PKPM計算程序的經(jīng)驗，探討工作中發(fā)現(xiàn)應(yīng)用PKPM系列軟件時易被設(shè)計人員忽略的幾個重要方面。
　　2 地震信息
　　在PKPM中水平地震的輸入，主要就是在參數(shù)框中通過輸入各參數(shù)來實現(xiàn)。參數(shù)輸入的正確與否至關(guān)重要，直接影響所建的模型是否承受正確的水平荷載。其中有些參數(shù)的輸入較難確定，特別對于沒有理解各參數(shù)的意思的設(shè)計者來說。筆者根據(jù)多年的從事PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計得經(jīng)驗，認(rèn)為這些較難確定而又特別重要的參數(shù)可通過以下這些建議來輸入：
　　(1)若結(jié)構(gòu)本身存在質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱，則應(yīng)計入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。計算表明規(guī)則框架考慮雙向水平地震作用時，角柱配筋增大10%左右，其他柱變化不大；對于不規(guī)則框架，角、中、邊柱配筋考慮雙向地震后均有明顯的增大；通過雙向地震力、柱按單偏壓計算和雙向地震力、柱按雙偏壓計算比較可知，后者計算柱的配筋較前者有明顯的增大，故建議：若同時勾選雙向地震力、柱雙向配筋時，要十分謹(jǐn)慎，這對用鋼量影響很大。
　　(2)對于耦聯(lián)選項，無論是質(zhì)量和剛度分布對稱的結(jié)構(gòu)還是質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，筆者建議總是采用耦聯(lián)選項。因為針對目前設(shè)計的結(jié)構(gòu)一般都是不對稱占絕大多數(shù)，而且實際上無論是質(zhì)量和剛度分布均勻還是不均勻，結(jié)構(gòu)自身都會存在一種相互聯(lián)系的關(guān)系，即耦聯(lián)作用。
　　(3)計算單向地震力，應(yīng)考慮偶然偏心的影響。因為計算單向地震力只是考慮了一個方向地震的作用，但另一方向并沒有考慮，這時就由5%的偶然偏心來控制。計算表明，計算時考慮偶然偏心，使構(gòu)件的內(nèi)力增大5%~10%，構(gòu)件的位移有顯著的增大，平均為18.47%。但應(yīng)注意，計算單向地震力只是針對對稱規(guī)則結(jié)構(gòu)而已；對于不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用雙向地震作用，但這時不要與“偶然偏心”同時作用。“偶然偏心”和“雙向地震力”應(yīng)是兩者取其一，不要都選，兩者都選顯然是沒必要，違背了結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性原則。對于這參數(shù)如何勾選，《高規(guī)》第4.6.3條有明確規(guī)定：層間位移角的計算不考慮偶然偏心的影響，因此，程序操作時應(yīng)分2次進行。首先，選擇剛性樓板假定、偶然偏心選項情況下驗算位移比，當(dāng)位移比超過1.2時，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時，要考慮雙向地震作用，不考慮偶然偏心；當(dāng)位移比小于1.2時，結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時不考慮雙向地震作用，要考慮偶然偏心。
　　(4)計算振型個數(shù)。在計算地震作用時,振型個數(shù)的選取應(yīng)遵循有關(guān)規(guī)范規(guī)定。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(以下簡稱《高規(guī)》)第3.3.10條規(guī)定[2]：對于不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動影響的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)計算振型數(shù)規(guī)則結(jié)構(gòu)可取3；當(dāng)建筑較高、結(jié)構(gòu)沿豎向剛度不均勻時，可取5~6。采用振型分解反應(yīng)譜法進行結(jié)構(gòu)水平地震作用計算時，《抗規(guī)》第5.2.2條規(guī)定：不進行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算的結(jié)構(gòu)，確定水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，可只取前2~3個振型，當(dāng)基本自振周期大于1.5s或房屋高寬比大于5時，振型個數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加。當(dāng)?shù)卣鹱饔貌捎每倓傆嬎銜r，振型數(shù)的選擇可以不受上限，一般取大于12。振型數(shù)的大小與結(jié)構(gòu)層數(shù)及結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)層剛度突變較大時，振型數(shù)也應(yīng)取多些，如頂部有小塔樓、轉(zhuǎn)換層等結(jié)構(gòu)形式。但過多的振型數(shù)，導(dǎo)致運算時間過長，而最后的那些高振型對結(jié)構(gòu)地震作用貢獻也不大。因此，也不必所有的振型都計算。但振型數(shù)不易過少，振型數(shù)過少會導(dǎo)致后續(xù)振型產(chǎn)生的地震作用效應(yīng)未能計入，導(dǎo)致計算結(jié)果不安全，所以，振型數(shù)要盡量取得多。但無論怎樣，只要振型參與質(zhì)量達到總質(zhì)量90%，就意味著計算振型數(shù)夠了。檢查計算結(jié)果時，有效質(zhì)量系數(shù)是否超過0.9，是必須檢查項目之一。初始輸入振型數(shù)時，可根據(jù)結(jié)構(gòu)自由度總數(shù)來考慮。結(jié)構(gòu)固有振型總個數(shù)等于結(jié)構(gòu)自由度總數(shù)。每塊剛性樓板上所有的節(jié)點只有3個自由度，每個彈性節(jié)點各有2個獨立的水平平動自由度。也就是說，對于有n塊剛性樓板的結(jié)構(gòu)，獨立于剛性樓板的彈性節(jié)點數(shù)為m，則結(jié)構(gòu)的自由度數(shù)為(3n+2m)個[3]。
　　(5)周期折減系數(shù)。這個參數(shù)對于配筋影響較大。它是根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的3.3.16條(強條)要求，按3.3.17條進行折減，當(dāng)非承重墻體為填充磚墻時，高層建筑結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù)，可按下列規(guī)定取值：框架結(jié)構(gòu)0.6~0.7；框架一剪力墻結(jié)構(gòu)0.7~0.8；剪力墻結(jié)構(gòu)0.9~1.0；短肢剪力墻結(jié)構(gòu)0.8~0.9。當(dāng)采用其他非承重墻體時,可根據(jù)工程情況確定周期折減系數(shù)。
　　3 調(diào)整信息
　　在調(diào)整信息中，有幾個數(shù)據(jù)的取值是需要注意的。
　　(1) 梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)。由于在豎向荷載作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有塑性內(nèi)力重分布性質(zhì)，故可考慮適當(dāng)降低梁端彎矩，同時程序會自動對梁跨中彎矩按平衡條件相應(yīng)增加，但支座負(fù)彎矩調(diào)幅不宜過大，一般應(yīng)控制在彈性理論計算彎矩的20%以內(nèi)，一般現(xiàn)澆框架梁取0.8~0.9，裝配整體式框架梁取0.7~0.8。當(dāng)調(diào)幅系數(shù)取值較低時，設(shè)計者一定要查看配筋梁的支座處裂縫寬度能否滿足規(guī)范要求。如不滿足，則要重新選取梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)或點取“根據(jù)允許裂縫自動選筋”選項，重新調(diào)整梁配筋直至滿足裂縫寬度要求。這一點，較多的設(shè)計者并沒有注意到。
　　(2) “中梁剛度增大系數(shù)”。中梁”指的是兩側(cè)均有樓板與之相連的梁,若僅有一側(cè)樓板與之相連的梁,則稱為“邊梁”。因為在整體式肋型樓蓋中，樓板和梁澆筑在一起形成T型截面梁，在承載力計算時整體剛度會有所增大[4]。這時就可采用中梁剛度放大系數(shù)來考慮樓板對梁剛度的貢獻，這樣內(nèi)力與位移分析結(jié)果才較符合實際受力情況。中梁剛度放大系數(shù)可在1.0～2.0范圍內(nèi)選取。程序僅給出默認(rèn)的假定值，并非最合理值，最合理值必須由設(shè)計人根據(jù)工程的具體情況加以調(diào)整。通常調(diào)整情況是：對現(xiàn)澆樓板，取中梁剛度放大系數(shù)為2；對現(xiàn)澆梁柱、預(yù)制樓板，取為1；對現(xiàn)澆梁柱，樓板為預(yù)制樓板加疊合板，取為1.5。在實際工作中，往往由于經(jīng)驗不足，沒有核實并調(diào)整這一參數(shù)，造成設(shè)計配筋不足，留下安全隱患；或造成設(shè)計配筋過大，增加工程造價。
　　4 結(jié)語
　　結(jié)構(gòu)設(shè)計同建筑設(shè)計一樣沒有唯一解，只有通過不斷地探索去尋求相對的最優(yōu)解，因此作為設(shè)計者，不要過分依賴計算程序，應(yīng)以力學(xué)概念和豐富的工程經(jīng)驗為基礎(chǔ)，合理的選取各參數(shù)，從結(jié)構(gòu)整體和局部對計算結(jié)果的合理性進行判斷，否則造成少則必要的安全儲備不足可靠度得不到保證，多則造成浪費。因此，一方面我們要努力提高設(shè)計人員的理論知識和實踐經(jīng)驗；另一方面，我們對于軟件的依靠，也應(yīng)采取分析性接受的方式。
　　參考文獻：
　　[1]GB50011-2001，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]
　　[2]JGJ3-2002，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]
　　[3]陸湘昆，王東．應(yīng)用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)重視的問題[J]．四川建筑科學(xué)研究，2005，31(5)：39～41
　　[4]范小平．PKPM軟件在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題[J]．重慶建筑，2008，(2)：28～30
　　
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