淺談PMCAD建模中需注意的問題

1、淺談PMCAD建模中需注意的問題摘要：PMCAD是中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的一個(gè)重要組成模塊，是整個(gè)結(jié)構(gòu)CAD的核心，對后處理的結(jié)構(gòu)計(jì)算起著至關(guān)重要的作用。新版本模型建立更加靈活，參數(shù)設(shè)置更加開放，所以如何結(jié)合規(guī)范要求和工程實(shí)踐的具體情況，正確理解軟件的適用范圍和技術(shù)條件，合理使用建模程序就顯得尤為突出?，F(xiàn)結(jié)合自己的理解談一些簡單的看法和需要注意的問題。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；PMCAD軟件；規(guī)范PKPM軟件在工程設(shè)計(jì)中已被廣大設(shè)計(jì)人員廣泛采用，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先一步就是要把實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，合理地簡化建筑結(jié)構(gòu)模型是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，合理的模

2、型選擇能夠保證結(jié)構(gòu)計(jì)算分析和設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。所以說一些實(shí)際結(jié)構(gòu)的模型化處理和合理簡化是相當(dāng)重要的。在建模過程中有些問題必須引起注意，下面結(jié)合自己的工程經(jīng)驗(yàn)和對PMCAD的理解談一些需要注意的問題。 一、樓面次梁的模型輸入，方式不同，主要兩種方法。一種是在PMCAD主菜單1中按照主梁方式輸入，還有一種是在PMCAD主菜單1中按照“次梁布置”輸入。兩種不同的輸入方式會(huì)產(chǎn)生不同的計(jì)算模型，所以軟件在技術(shù)條件、程序處理、內(nèi)力計(jì)算分析和施工圖設(shè)計(jì)模塊等等問題的考慮上都會(huì)有所不同。 按照主梁方式輸入的次梁，程序認(rèn)定次梁與主梁為剛性連接，主次梁之間不僅傳遞彎矩還傳遞剪力和扭矩，但是按照“次梁布置”輸入的次梁，

3、其和主梁的連接方式程序認(rèn)為是鉸接，與主梁支座僅傳遞豎向力。所以兩種輸入方式均會(huì)對構(gòu)件本身和與其相連的其它構(gòu)件在內(nèi)力方面產(chǎn)生很大的影響，對于多跨的次梁，按照主梁方式輸入的次梁產(chǎn)生的內(nèi)力比較均勻，而按照次梁方式輸入的次梁則明顯在構(gòu)件端跨和中間跨的內(nèi)力會(huì)有較大差異，反應(yīng)為中部的次梁和短跨的次梁將承擔(dān)更大的內(nèi)力。 按照主梁方式輸入的次梁參與水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的整體受力作用計(jì)算，對結(jié)構(gòu)的剛度有一定的影響，而按照次梁方式輸入的次梁不參與結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算，對整體分析不產(chǎn)生貢獻(xiàn)。所以按照主梁方式輸入次梁的結(jié)構(gòu)，其周期計(jì)算的結(jié)果相對按照次梁方式輸入次梁的結(jié)構(gòu)周期較小，其次梁內(nèi)力組合時(shí)也考慮了水平荷載產(chǎn)生的影響，而

4、按照次梁輸入的次梁則只考慮恒荷載和活荷載的影響。但是按照主梁方式輸入的次梁程序默認(rèn)為是不調(diào)幅梁，如需要修改屬性，則可以在定義特殊構(gòu)件菜單中更正。 按照主梁方式輸入的次梁，程序認(rèn)為與主梁相同，參與房間的劃分，并按照劃分后的房間進(jìn)行荷載的導(dǎo)算。按照次梁方式輸入的次梁，不參與房間的劃分，所以存在傳給主梁的集中力在導(dǎo)荷后計(jì)算的結(jié)果與按照次梁計(jì)算后得到的給主梁的支座反力不相等的情況，特別對于梁的跨度比較大和恒活荷載也比較大及復(fù)雜的情況下造成的誤差會(huì)比較大，這一點(diǎn)在主次的配筋時(shí)都應(yīng)該引起注意。 按照主梁方式輸入的次梁程序不一定會(huì)判定為“次梁”，所以在施工圖設(shè)計(jì)階段應(yīng)對于程序自動(dòng)認(rèn)定的梁支座型式進(jìn)行調(diào)整，以

5、便更好的與工程實(shí)際的構(gòu)件受力特征相符合。軟件根據(jù)調(diào)整后支座的情況重新計(jì)算梁的配筋并更新梁的施工圖。而對于按照次梁輸入的次梁則不存在支座修改的問題，在此情況下由于端支座為鉸接，會(huì)使梁跨中撓度較大，所以對于實(shí)際工程中次梁撓度和裂縫寬度控制較嚴(yán)格的情況時(shí)應(yīng)該慎用此輸入方式，如果一定要采用，應(yīng)該采取相應(yīng)措施，保證構(gòu)件受力的合理。需注意對于按照次梁輸入的次梁由于在計(jì)算中沒有考慮次梁對于主梁的扭矩作用，所以在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)還要根據(jù)情況考慮主梁的抗扭作用，對次梁和主梁的配筋做相應(yīng)的調(diào)整。 需特別注意的是由于程序?qū)τ诖瘟旱淖R(shí)別是以房間單元考慮，所以對于次梁的端部有懸挑的情況時(shí)，如果按照次梁輸入房間內(nèi)的次梁而按照

6、主梁輸入懸挑端的次梁，程序會(huì)無法識(shí)別則造成計(jì)算結(jié)果的錯(cuò)誤，對于這種實(shí)際情況，必須按照主梁分別輸入房間內(nèi)和懸挑端的次梁。由于新版程序只能處理與房間周邊平行的次梁，對按照次梁方式輸入的建模方法有一定的局限性，所以對于正交斜放的交叉梁也應(yīng)該按照主梁輸入的方式輸入次梁。 根據(jù)力學(xué)原理我們知道，影響次梁計(jì)算的主要因素有：梁的邊界條件、主次梁剛度比、跨度數(shù)和跨度差的大小。因此在計(jì)算模型輸入前應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程布置情況，經(jīng)過充分分析建立合理的計(jì)算模型。 二、對于剪力墻連梁的模型輸入，程序有兩種方式：一種是按照梁的方式輸入，一種是按照墻上開洞的方式輸入。兩種建模的方式也同樣會(huì)對于結(jié)構(gòu)的計(jì)算和配筋產(chǎn)生不同的結(jié)果。

7、按照梁輸入的連梁，進(jìn)行結(jié)果計(jì)算時(shí)，程序按照空間桿單元進(jìn)行計(jì)算。按照墻開洞方式輸入的連梁程序會(huì)認(rèn)為是“墻梁”，墻梁是剪力墻的一部分，參與剪力墻的墻元?jiǎng)澐?，與剪力墻一起進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。按照梁輸入的連梁和按照殼元假定計(jì)算的剪力墻之間的連接是通過罰單元來處理相接處的變形協(xié)調(diào)程度的，而按墻開洞輸入的墻梁是作為剪力墻的一部分，本身就是變形協(xié)調(diào)的。兩種輸入方式最大的不同就是按照梁輸入的連梁作為獨(dú)立的構(gòu)件，而墻開洞輸入的連梁不作為獨(dú)立的構(gòu)件，只是與剪力墻作為一個(gè)整體，所以由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的周期前者一般大于后者。 在樓面荷載的導(dǎo)荷上兩者也不同，按照梁輸入的連梁，程序默認(rèn)樓面荷載換算成樓面均布荷載布置在梁和墻

8、上，但是墻開洞方式輸入的連梁，樓面荷載則是等值換算成均布荷載作用在剪力墻的墻梁段上。 按照梁輸入的連梁，程序根據(jù)規(guī)范和規(guī)則判定為 “連梁”和框架梁和不調(diào)幅梁，對于跨高比小于4的連梁程序會(huì)按照“連梁”配筋設(shè)計(jì)，而跨高比大于4的連梁程序則按照框架梁來設(shè)計(jì)。按照剪力墻洞口輸入的連梁應(yīng)注意軟件技術(shù)條件認(rèn)定的忽略洞口、修正邊墻寬度和無視連梁的洞口截面最小限值要求的規(guī)定。所以對于實(shí)際工程中連梁高度不大于300mm時(shí)，按照技術(shù)條件的要求就應(yīng)該采用梁的方式輸入連梁，同樣對于墻肢比較長的需要在計(jì)算中開設(shè)結(jié)構(gòu)洞口的工程，也應(yīng)該按照結(jié)構(gòu)洞的設(shè)置要求設(shè)計(jì)。 對于按照梁輸入后被程序判定為“連梁”的構(gòu)件，程序只對其“連梁

9、剛度折減系數(shù)”和“梁設(shè)計(jì)彎矩放大系數(shù)”有效，對于“中梁剛度放大系數(shù)”、“梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)”和“梁扭矩折減系數(shù)”均無效。而判定為框架調(diào)幅梁的構(gòu)件則“中梁剛度放大系數(shù)”、“梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)”和“梁扭矩折減系數(shù)”均有效。 值得注意的就是按照墻開洞設(shè)計(jì)的墻梁，軟件的配筋程序沒有考慮高規(guī)對剪力墻連梁腰筋的規(guī)定，只是按照剪力墻水平分布筋的規(guī)定進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，所以對于后期的圖紙應(yīng)按照規(guī)范進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)中常遇到連梁超筋的問題，這時(shí)可以按照高規(guī)的規(guī)定：對抗震設(shè)計(jì)中的剪力墻的剪力和彎矩進(jìn)行塑性調(diào)幅，但是對于內(nèi)力計(jì)算中已經(jīng)降低了剛度的連梁，其調(diào)幅范圍應(yīng)當(dāng)限制或者不在繼續(xù)調(diào)幅。如設(shè)計(jì)人員對于剛度降低后的連梁還需進(jìn)行

10、調(diào)幅則應(yīng)該將其改為調(diào)幅梁或者索性將連梁的剛度多折減一些，同時(shí)其他部分的連梁和墻肢的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)相應(yīng)的提高。 需要注意的是新2008版中增加了“剪力墻洞口墻梁自動(dòng)轉(zhuǎn)為框架梁”的功能，程序?qū)τ诮r(shí)輸入的剪力墻洞口進(jìn)行自動(dòng)判定，對于跨高比大于輸入值的墻梁自動(dòng)轉(zhuǎn)換為框架梁，采用墻元進(jìn)行分析，如果輸入零時(shí)則不進(jìn)行轉(zhuǎn)換。該參數(shù)的改進(jìn)對于按照上述講的兩種輸入方式的統(tǒng)一起到了一定的方便作用，可以在工程實(shí)際中直接按照剪力墻洞口輸入，但是由于程序?qū)τ谏舷聦佣纯诓粚R、墻厚變化等特殊情況不進(jìn)行轉(zhuǎn)換，只對規(guī)則對齊的洞口自動(dòng)判定，所以筆者建議在對復(fù)雜結(jié)構(gòu)建立模型時(shí)應(yīng)認(rèn)真考慮以上情況對后期分析計(jì)算產(chǎn)生的不便影響。 三、

11、對于截面高度比截面寬度的值在3-5的結(jié)構(gòu)構(gòu)件是按照剪力墻輸還是按照柱輸?shù)膯栴}，也一直是設(shè)計(jì)人員感到困擾的問題。按照不同的方式輸入對于計(jì)算模型、內(nèi)力分析和配筋均會(huì)產(chǎn)生很大的影響。規(guī)范規(guī)定為當(dāng)構(gòu)件截面的長邊大于其短邊的4倍時(shí)，應(yīng)按墻的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，即按照墻的模型進(jìn)行輸入。但通過一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)理論分析表明：截面高寬比3-5之間的構(gòu)件按照墻輸入時(shí)，其在豎向和水平方向荷載作用下截面的彎矩、剪力和軸力均小于按照柱輸入時(shí)的情況，所以筆者建議對于截面長邊小于等于短邊5倍大于3倍的構(gòu)件應(yīng)按照柱子來輸入，這樣內(nèi)力計(jì)算上會(huì)留有一定的安全儲(chǔ)備，同時(shí)在構(gòu)件進(jìn)行后期配筋設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)按照異形柱的抗震構(gòu)造措施進(jìn)行加強(qiáng)和復(fù)核。但是

12、也有資料證明，根據(jù)與ANSYS程序的對比分析來看，截面高度比截面寬度的值在3-5的結(jié)構(gòu)構(gòu)件按照墻輸入時(shí)，其構(gòu)件內(nèi)力分析結(jié)構(gòu)與ANSYS結(jié)果很接近，所以筆者認(rèn)為如設(shè)計(jì)人員按照墻的方式輸入也未為不可，但是應(yīng)注意采取與剪力墻設(shè)計(jì)相一致的設(shè)計(jì)原則、參數(shù)設(shè)定、抗震等級(jí)及構(gòu)造加強(qiáng)措施等。 四、對于框支剪力墻結(jié)構(gòu)的框支梁在建模時(shí)，上部剪力墻的單元?jiǎng)澐謶?yīng)按照剪力墻厚度的1.5-2倍進(jìn)行，因?yàn)閯澐痔珜拕t使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況的受力偏離過大，太窄則使模型失真，產(chǎn)生畸變。以上單元?jiǎng)澐值目紤]只是對于柱上托墻的情況適用，對于梁上托墻的情況上部剪力墻單元的劃分對于計(jì)算結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生過大的偏差。另外除了對剪力墻的單元?jiǎng)澐肿龀鲆?/p>

13、求外，還應(yīng)該在分析計(jì)算時(shí)加大托墻梁（這里指的托墻梁特指轉(zhuǎn)換梁與剪力墻“墻柱”部分直接相接、共同工作的部分，不同于規(guī)范的轉(zhuǎn)換梁）的剛度，一般剛度放大系數(shù)采用100左右，當(dāng)然為了設(shè)計(jì)有一定的裕度，也可以對該值設(shè)置小些，這樣做的目的可以降低框支梁在框支柱處的支座負(fù)彎矩，增大上部墻體的內(nèi)力，保證轉(zhuǎn)換梁和上部墻體的變形協(xié)調(diào)性。 五、樓板的剛度直接影響著結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的計(jì)算結(jié)果。SATWE對于樓板的處理采用了四種不同的假定：1，假定樓板整體平面內(nèi)無限剛；2，假定樓板分塊平面內(nèi)無限剛；3，假定樓板分塊平面內(nèi)無限剛，并帶有彈性連接板帶；4假定樓板為彈性板（又分為彈性樓板6、彈性樓板3和彈性膜三種）?？梢愿鶕?jù)工程的

14、實(shí)際情況采用不同的假定也可以在同一工程中針對不同的樓層采用不同的假定。對于彈性樓板6是解決板柱和板柱剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算問題的，對于板柱結(jié)構(gòu)由于分析軟件考慮了樓板彈性變形的功能，所以只需在建模時(shí)在等帶梁的位置輸入100X100的虛梁即可。由于按照彈性樓板6計(jì)算的結(jié)果會(huì)使梁的配筋偏小，所以不適用于梁板結(jié)構(gòu)的計(jì)算。彈性板3是用厚板彎曲單元進(jìn)行計(jì)算所以適用于計(jì)算厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的厚板分析，厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的模型輸入也需要和板柱結(jié)構(gòu)一樣布置虛梁，但應(yīng)該注意厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在厚板上下兩層的層高的輸入，即是將厚板的板厚均分給與其相臨兩層的層高，上下層高均為本層的凈高加上厚板的一半。彈性膜它的原理決定了它比較適用一般的結(jié)

15、構(gòu)計(jì)算。 六、上部模型的建立應(yīng)該與地下室部分一同完成，特別是高層建筑和超高層建筑建議考慮上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的耦合作用，一起計(jì)算，因?yàn)轳詈系慕Y(jié)果使上部結(jié)構(gòu)的周期、位移比和位移角、下部結(jié)構(gòu)的加速度等控制性參數(shù)均會(huì)有相應(yīng)不同程度的增加。另外對于基礎(chǔ)埋置較深時(shí)基礎(chǔ)連系梁是否應(yīng)該在模型中建立的問題，筆者建議應(yīng)按照一起輸入共同計(jì)算的模型。但是按照增加一層輸入計(jì)算模型，會(huì)造成連系梁受力計(jì)算比實(shí)際情況偏大，結(jié)構(gòu)底層柱的計(jì)算長度系數(shù)與規(guī)范規(guī)定不相符合，所以這時(shí)應(yīng)視回填土對地下一層的約束情況，合理調(diào)整底層柱的計(jì)算長度系數(shù)并判定基礎(chǔ)連系梁是按照框架梁設(shè)計(jì)還是按照連續(xù)梁設(shè)計(jì)更加合理，同時(shí)相應(yīng)調(diào)整程序中設(shè)置的支座和配筋

16、參數(shù)，并考慮一層頂板無樓板的彈性節(jié)點(diǎn)設(shè)置和總剛分析方法的采用，完善模型建立時(shí)產(chǎn)生的不足，達(dá)到與實(shí)際受力情況更加吻合的目的。 七、新版的PMCAD程序?yàn)榱诉m應(yīng)下聯(lián)多塔、上聯(lián)多塔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建模，引入了子結(jié)構(gòu)拼裝的廣義層建模方式。在廣義層概念下，樓層不再限于從下到上的順序組裝，而可以在不同塔號(hào)之間任意跳躍組裝，所以這種樓層管理方式使涉及到對于“風(fēng)荷載計(jì)算”、“高位轉(zhuǎn)換層的剛度比”、“上下層的剛度比”、“上下層承載力比”、“上下層的層間位移和位移比”、“0.2Q的樓層剪力調(diào)整”、“框支柱的調(diào)整”、“剪力墻加強(qiáng)區(qū)的高度計(jì)算”、“柱墻活荷載折減系數(shù)”的改動(dòng)時(shí)工作量均比較大，程序修改和計(jì)算繁瑣。所以對于能夠采用非廣義層方式建立模型的工程還是優(yōu)先采用非廣義層建模，這樣能達(dá)到事半功倍的效果，提高模型輸入和后期分析計(jì)算的效率。 總之，設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意不同的計(jì)算模型、不同的輸入方式對應(yīng)不同的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)規(guī)則和設(shè)計(jì)參數(shù)，對于施工圖模塊的運(yùn)用和設(shè)計(jì)階段也會(huì)產(chǎn)生不同的影響。每種計(jì)算模型均有不同的適用范圍、應(yīng)用條件，設(shè)