PKPM結構設計方法探討

Word版本，下載可自由編輯PKPM結構設計方法探討PKPM結構設計軟件具有便利的快捷建模方式和強大的計算能力，能舉行復雜的有限元分析，使得設計人員在較短周期內完成較大工程量成為了可能，在工程設計中的應用已經越來越普及。筆者結合自身應用閱歷，對通過PKPM系列軟件舉行建造結構設計的辦法和使用中應注重的一些問題舉行探討，包括參數的選取、計算結果的分析以及對電算結果舉行人工調節(jié)的辦法和注重問題等，供設計人員參考借鑒。

1參數的選取

1.1地震力計算信息

1.1.1地震分析辦法

在結構的地震反應分析中，程序提供了振型分解反應譜法和時程分析法。振型分解法分為“側剛計算法”和“總剛計算法”。側剛法適用于樓板平面內剛度無限大假定的建造?；谶@個假定，每塊剛性樓板惟獨兩個平動自由度和一個轉動自由度。當定義有彈性樓板或有不與樓板相連的構件時，采納側剛法誤差較大?？倓偡ㄊ侵苯硬杉{結構的總剛和與之相對應的質量陣舉行地震反應分析，此辦法精度高但計算繁瑣。當工程結構樓板尺寸和平面剛度無急劇變化、樓板延續(xù)、無彈性樓板時，可采納側剛法舉行計算。

1.1.2雙向水平地震力

考慮雙向水平地震力比單向水平地震力的結構配筋增大。對于規(guī)章結構，可只考慮單向地震力；對于不規(guī)章結構，應考慮雙向地震力的作用。

1.1.3扭轉耦聯(lián)

地震力計算中，考慮扭轉耦聯(lián)要比分離考慮兩垂直方向的平移振動更精確?？紤]平移和扭轉的耦聯(lián)振動，不但考慮了各方向位移之間的互相影響，而且它是一種完整振動狀態(tài)，其振動不是單一方向的，而是沿最弱方向，次最弱方向向來類推。結構只要不是雙軸對稱就會有平扭耦聯(lián)，這種耦聯(lián)振動產生的地震效應普通要比不考慮平扭耦聯(lián)時大。對于平面很不對稱的結構，在地震分析時宜考慮扭轉耦聯(lián)。

1.1.45%偶然偏心

規(guī)范規(guī)定，計算地震作用時，應考慮偶然偏心的影響，附加偏心距可取與地震作用方向垂直的建造物邊長的5%。偶然偏心是由偶然因素引起的結構質量分布的變化，會導致結構固有振動特性的變化，因而結構在相同地震作用下的反應也將發(fā)生變化?？紤]偶然偏心也就是考慮由偶然偏心引起的可能的最不利的地震作用。

1.1.5計算振型個數

振型個數的大小與結構層數及結構形式有關，振型個數的選取應遵從有關規(guī)范規(guī)定，《高層建造混凝土結構技術規(guī)程》第3.3.10條和《建造抗震設計規(guī)范》第5.2.2條均規(guī)定了振型個數的取值辦法。振型個數挑選要合理，過多的振型數會導致運算時光過長，過少的振型個數會導致計算結果擔心全。只要振型參加質量達到總質量90%，就意味著計算振型個數夠了。PKPM計算結果中的有效質量系數是必需檢查項目之一，當有效質量系數大于0.9時，認為選取的振型數已足夠，否則稱振型數不夠。

1.1.6周期折減系數

對于有填充墻的結構，在早期的彈性階段填充墻有很大的剛度，因此會汲取很大的地震力。而軟件計算中，未考慮填充墻，只計算了梁和柱的剛度，并由此剛度求得結構自振周期。因此結構實際剛度遠大于計算剛度，實際周期小于計算周期，實際地震力大于計算地震力。若周期不折減，則地震力會偏小，使結構分析擔心全，因此對地震力舉行放大是有須要的。周期折減系數的取值遵從《高層建造混凝土結構技術規(guī)程》3.3.17條，當非承重墻體為填充磚墻時，高層建造結構計算自振周期折減系數取值為：框架0.6～0.7，框架-剪力墻0.7～0.8，短肢剪力墻0.8～0.9，剪力墻0.9～1.0。當采納其它非承重墻體時，可按照工程狀況確定周期折減系數。

1.2豎向力計算信息

宜挑選“模擬施工加載1”。當挑選“一次性加載”時，程序按一次性加載的模式作用于結構，不考慮施工找平的過程。“模擬施工加載1”考慮到在實際施工中，豎向恒載是一層一層作用的，并在施工中逐層找平，理論中的下層變形對上一層不產生影響。“模擬施工加載2”是在模擬施工加載1的基礎上，考慮豎向構件的剛度放大10倍后再做模擬施工加載1，適用于較懦弱的地基。

1.3P-Δ效應挑選信息

當結構發(fā)生水平位移時，豎向荷載就會浮現(xiàn)垂直于變形后的結構豎向軸線的重量，這個重量將會加大水平重量，同時也會加大相應的內力。規(guī)范規(guī)定當結構的剛重比滿足Di≥20∑Gj/hi時，可不考慮P-Δ效應。

1.4調節(jié)信息

1.4.1中梁和邊梁的剛度放大系數

現(xiàn)澆樓板與梁澆筑在一起，板作為梁的翼緣參與工作，因此梁的剛度會增大。中梁和邊梁的剛度放大系數不相同。由于中梁兩邊都有板的約束，邊梁惟獨一邊受板的約束，故中梁的剛度放大系數要大于邊梁的剛度放大系數，普通中梁取2.0，邊梁取1.5。

1.4.2梁端負彎矩調幅系數

在豎向荷載作用下，超靜定鋼筋混凝土結構具有塑性內力重分布的性質，梁柱節(jié)點并非徹低剛性，允許有梁鉸浮現(xiàn)。將梁端彎矩調幅后，可以削減梁端配筋數量，從而減小梁受壓區(qū)高度和配筋率，對形成延性梁有利。還可以提升柱的平安儲備，以滿足“強柱弱梁”的設計原則。但梁端彎矩調幅不宜過大，普通應控制在彈性理論計算彎矩的20%以內，普通現(xiàn)澆框架梁取0.8～0.9。

1.4.3梁跨中彎矩放大系數

當沒考慮活荷載不利布置時，按滿跨布置活載，使得跨中荷載比按活載不利布置時小，因此要對梁跨中的彎矩舉行放大，普通取1.2的放大系數。當考慮活荷載不利布置時，梁跨中彎矩不舉行調節(jié)。

2計算結果的分析

2.1結構體型規(guī)章性推斷指標

規(guī)范規(guī)定了結構體型不規(guī)章的判定辦法，不規(guī)章分為平面不規(guī)章和豎向不規(guī)章。平面不規(guī)章包括：高低不規(guī)章、扭轉不規(guī)章、樓板局部不延續(xù)；豎向不規(guī)章包括：薄弱層、轉換層、懦弱層。應按照計算結果及規(guī)范中的推斷辦法推斷所計算結構的規(guī)章性。

2.2剛度相宜推斷指標

2.2.1第一扭轉周期與第一平動周期之比

結構計算動力模型為空間振動模型，每個主振型既有平動部分也有扭轉振動部分。規(guī)范規(guī)定，結構扭轉為主的第一自振周期Tt1與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高度高層建造不應大于0.9，其它不應大于0.85。周期比控制的目的是為了控制結構在地震作用下的扭轉效應，使抗側力構件的布置更合理。若Tt1與T1之比超出限值，說明結構的抗側力構件布置不合理或數量不足，導致整體抗扭剛度偏小，此時應對計劃舉行調節(jié)，按照周邊加強的原則，加強抗扭剛度，減小結構豎向布置的不規(guī)章性，避開產生過大的偏心而導致結構產生較大的扭轉效應，須要時設置防震縫。

2.2.2剛度偏心率

結構地震時扭轉反應的強弱，與樓層的偏心率密切相關。假如某一樓層的偏心率較大，地震作用下該樓層的扭轉振動就劇烈。偏心率是樓層地震內力驗算方向的偏心距與該方向彈力半徑的比值，彈力半徑與抗扭剛度有關。偏心率宜小于0.15。

2.2.3剪重比

當結構自振周期比較長時，結構的平安往往由位移及速度反應譜控制，長周期的結構，地震作用可能過小。而我國規(guī)范一律采納加速度反應譜舉行地震作用的計算，因此對于長周期的結構，計算的地震力可能偏小，擔心全。為了解決此問題，抗震規(guī)范規(guī)定了最小剪重比，以保證地震力不至于過小。樓層最小剪重比普通浮現(xiàn)在首層，所以通常用首層剪重比舉行最小剪重比的驗算。

2.2.4彈性層間位移角

地震時層間側移角越大，說明結構剛度越小，結構破壞越嚴峻。規(guī)范規(guī)定了彈性層間位移角限值。按照已建工程的統(tǒng)計，我國大多數多高層混凝土結構的計算側移角普通小于1/1000。

2.3梁柱超限指標

對于梁和柱，需要檢查最大配筋率、剪壓比等是否超限。

3電算結果的人工調節(jié)

盡管使用軟件可免去大量人工計算，利用多項多高層工程的設計后發(fā)覺，電算結果仍需舉行人工調節(jié)，有的梁、柱的最后配筋要憑設計人員的閱歷而定。這種不確定性造成有些設計調節(jié)放大過于保守，有些不調節(jié)時又嚴峻不足。為此，以框架為例，就電算結果的人工調節(jié)問題舉行探討，并且提出建議。

3.1板配筋的調節(jié)

板計算配筋面積在兩個方向均需放大，考慮到現(xiàn)澆板主要為短跨方向受力，板短跨方向計算配筋面積放大得比長跨方向稍多一些。考慮到溫度應力的影響，屋面板上部支座應配有通長鋼筋。

3.2柱配筋的調節(jié)

考慮到角柱受地震作用影響較大并且普通處于雙偏壓狀態(tài)，需對角柱舉行雙偏壓驗算，并且角柱箍筋采納沿高度通長加密，間距100mm，以保證柱子具有良好的延性。配筋時，將角柱放大1.4倍，邊柱放大1.3，中柱放大1.2倍。

3.3梁配筋的調節(jié)

為保證在地震作用下框架梁的梁端斜截面受剪承載力高于正截面受彎承載力，即“強剪弱彎”，梁端負彎矩鋼筋計算面積放大1.1倍，梁跨中受拉鋼筋放大1.2倍，梁端箍筋的直徑增強2mm。

4結語