PKPM在結構設計中應注意的問題

王宜飛 胡生苗 劉克玉

PKPM系列軟件是目前工程應用最多的多高層結構分析軟件之一,它對工程中的結構問題既可以做平面分析,也可以做空間分析。而且其適用性和正確性已經在很多工程中得到驗證,但是,掌握好、運用好這一軟件并不是一件容易的事,其涉及的范圍之廣,要設置的參數之多,都可能影響到設計工作的質量和工程質量。文獻[1]中規定,在利用計算機進行結構抗震分析時,計算模型的建立、必要的簡化計算與處理,應符合結構的實際狀況,本文結合工程實際,提出幾個在運用時應注意的一些細節性問題,以饗讀者。

1 關于樓梯間中梯段板的問題

1.1 梯段板的導荷問題

混凝土板一般是按單向板或雙向板進行計算的,單向板或雙向板的劃分主要是根據板邊的邊界條件進行確定的,即兩對邊支承和四邊支承,根據文獻[2]可知,對于兩對邊支承的板應按單向板進行計算。不管是多層磚混結構還是高層框架、框剪結構等等,樓梯間的梯段板不是參與主體施工時一起整澆的,全部是在落后于主體施工后澆的,從板的邊界條件可以得到,梯段板就是屬于兩對邊支承的這一類,所以應將其定義為單向板,特別是在樓板導荷時的計算,這一點特別重要,直接影響到導荷的正確性。PKPM提供了三種導荷方式:對邊傳導,梯形三角形傳導,周邊布置。

1.2 樓梯間梯段板的開洞與板厚為零問題

從文獻[3]中可知,對樓梯間可以由兩種方法進行處理:1)在其位置開有較大的洞口,導荷時其洞口范圍內的荷載扣除,房間周邊的梁墻上需要交互布置梯段板傳過來的恒載和活載。2)將梯段板所在房間的板厚設置為零,該房間上的荷載(樓板上的恒載和活載)仍能近似的導至周邊的梁和墻上。這兩種方式的不同之處主要有:全房間洞上不能布置均布面荷載,而零厚度板上可布置均布面荷載,且能近似地傳導到周邊的梁上或墻上,而且二者在施工圖中的畫法也是有區別的。為了省去手工導荷的麻煩,建議樓梯間采用板厚為零的做法。

2 關于樓板中電梯井的問題

鑒于以上分析,建議電梯井在樓板中的開洞采用定義全房間為洞方式進行,而對于電梯機房,可采用定義板厚為零的方式進行[3]。

3 刀把形板的導荷問題

在民用建筑中,考慮到建筑功能的需要,常見的有如圖1中陰影所示的情況的樓板,根據文獻[3]可知,樓板和房間必須由梁和墻圍區閉合而生成,民用建筑中的樓板一般都是比較規則的,像這樣異形板雖然在樓板導荷方式中也有(周邊布置),但也可以用另外一種方法進行處理,即增加虛梁。虛梁與普通鋼筋混凝土梁是相對的,與一般普通梁的定義一樣,只不過截面定義成100×100,PKPM內部程序自動識別,其主要作用是控制房間的形狀,幫助有限元分析程序劃分單元和確定網格邊界,布置如圖2所示。

需要說明的是,結構平面布置中增加虛梁,但在繪結構圖時,該虛梁處的鋼筋并不繪出。

4 樓板較厚而與樓板相交的剪力墻較薄的問題[5]

該類結構常見于主體結構轉角部位開窗的純剪力墻結構,由于該設計方案對結構的抗震性能很不利,所以常采取加強端開間樓板厚的做法加強,當樓板較厚,而剪力墻比較薄時(例如厚度為160mm),現澆板在運用PKPM進行結構設計時,假定板沿外墻邊緣的支承為剛接,導致樓板的板面負筋比較粗,在常用混凝土強度等級的情況下,水平錨固長度將大于墻厚,將導致錨固性能不良,不能充分發揮其抗拉性能,引起板面負彎矩的增大,存在隱患。為此,一般將與該板相交處的剪力墻均設置為鉸接處理,減少板面負筋,增加板底鋼筋,這樣既安全又可以滿足鉸接錨固要求,還可以減小混凝土裂縫寬度。這要在板配筋中邊界條件中進行自定義,如圖3所示。

5 大柱周邊樓板配筋的問題

大多數的設計者一般按照PKPM中“畫結構平面圖”生成板配筋,進行相關的裂縫寬度、撓度驗算,滿足相關規范要求后即生成板配筋圖。

文獻[2]中規定,對于現澆樓蓋周邊與混凝土梁或混凝土墻整體澆筑的單向板或雙向板,當柱角或墻壁的陽角凸出到板內尺寸較大時,應沿柱邊或墻陽角邊布置構造鋼筋,該鋼筋伸入板內的長度應從柱邊或墻邊算起。從PKPM的使用中可以看出,樓板的板面負筋一般不能滿足這一條要求,因此,應在生成完板配筋后補充大柱周邊板配筋大樣詳圖。

6 結語

PKPM軟件是一個工具,作為設計人員,不但要熟悉相關結構設計規范和相關結構概念,也要熟悉相關結構設計規范和相關結構概念在該軟件上是如何實現的,這樣才能正確地把相關的規范、概念在該軟件上充分實現。

[1]GB 50011-2001,建筑抗震設計規范(2008年版)[S].

[2]GB 50010-2002,混凝土結構設計規范[S].

[3]PKPM結構軟件若干常見問題剖析[M].北京:中國建筑工業出版社,2008.

[4]JGJ 3-2002,高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[5]中國建筑標準設計研究院.民用建筑工程設計常見問題分析及圖示(混凝土結構)[Z].2009.