PKPM進行結構設計時應注意的問題

張 麗

山西省醫藥規劃設計院（有限公司），山西 太原 030001

0 引言

設計者運用PKPM進行結構設計已經越來越普及，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，能進行復雜的有限元分析，使得設計者在較短周期內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只能作為輔助設計工具，至于參數的設置以及軟件的操作還是由設計人員來控制，因此它不能完全代替設計人員的作用。在《建筑設計抗震規范》（GB50011-2001）第3.6.6條更是作了具體明確的要求，設計人員在運用軟件進行結構計算時，對軟件的功能要有切實的了解，才能正確運用，并且對計算結果要進行判別，確認其合理有效后，方能在設計中使用，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研究院pkpmcad工程部開發的PKPM計算程序的經驗，探討工作中發現應用PKPM系列軟件時易被設計人員忽略的幾個重要方面。

1 地震信息

在PKPM中水平地震的輸入，主要就是在參數框中通過輸入各參數來實現。參數輸入的正確與否至關重要，直接影響所建的模型是否承受正確的水平荷載。其中有些參數的輸入較難確定，特別對于沒有理解各參數的意思的設計者來說。筆者根據多年從事PKPM結構設計所得經驗，認為這些較難確定而又特別重要的參數可通過以下這些建議來輸入：

1）若結構本身存在質量和剛度分布明顯不對稱，則應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響。計算表明規則框架考慮雙向水平地震作用時，角柱配筋增大10%左右，其它柱變化不大；對于不規則框架，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，要十分謹慎，這對用鋼量影響很大。

2）對于耦聯選項，無論是質量和剛度分布對稱的結構還是質量和剛度分布明顯不對稱的結構，筆者建議總是采用耦聯選項。因為針對目前設計的結構一般都是不對稱占絕大多數，而且實際上無論是質量和剛度分布均勻還是不均勻，結構自身都會存在一種相互聯系的關系，即耦聯作用。

3）計算單向地震力，應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，使構件的內力增大5%～10%，構件的位移有顯著的增大，平均為18.47%。但應注意，計算單向地震力只是針對對稱規則結構而已。對于不規則的結構，應采用雙向地震作用，但這時不要與“偶然偏心”同時作用。“偶然偏心”和“雙向地震力”應是兩者取其一，不要都選，兩者都選顯然是沒必要，違背了結構設計的經濟性原則。對于這參數如何勾選，《高規》第4.6.3條有明確規定：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，當位移比超過1.2時，進行結構設計計算時，要考慮雙向地震作用，不考慮偶然偏心；當位移比小于1.2時，結構設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。在計算地震作用時，振型個數的選取應遵循有關規范規定。《高層建筑混凝土結構技術規程》(以下簡稱《高規》)第3.3.10條規定[2]：對于不考慮扭轉耦聯振動影響的結構，結構計算振型數規則結構可取3；當建筑較高、結構沿豎向剛度不均勻時，可取5～6。采用振型分解反應譜法進行結構水平地震作用計算時，《抗規》第5.2.2條規定：不進行扭轉耦聯計算的結構，確定水平地震作用標準值的效應，可只取前2～3個振型，當基本自振周期大于1.5s或房屋高寬比大于5時，振型個數應適當增加。當地震作用采用總剛計算時，振型數的選擇可以不受上限，一般取大于12。振型數的大小與結構層數及結構形式有關，當結構層數較多或結構層剛度突變較大時，振型數也應取多些，如頂部有小塔樓、轉換層等結構形式。但過多的振型數，導致運算時間過長，而最后的那些高振型對結構地震作用貢獻也不大。因此，也不必所有的振型都計算。但振型數不易過少，振型數過少會導致后續振型產生的地震作用效應未能計入，導致計算結果不安全，所以，振型數要盡量取得多。但無論怎樣，只要振型參與質量達到總質量90%，就意味著計算振型數夠了。檢查計算結果時，有效質量系數是否超過0.9，是必須檢查項目之一。初始輸入振型數時，可根據結構自由度總數來考慮。結構固有振型總個數等于結構自由度總數。每塊剛性樓板上所有的節點只有3個自由度，每個彈性節點各有2個獨立的水平平動自由度。也就是說，對于有n塊剛性樓板的結構，獨立于剛性樓板的彈性節點數為m，則結構的自由度數為(3n+2m)個[3]。

5）周期折減系數，這個參數對于配筋影響較大。它是根據《高層建筑混凝土結構技術規程》的3.3.16條(強條)要求，按3.3.17條進行折減，當非承重墻體為填充磚墻時，高層建筑結構計算自振周期折減系數，可按下列規定取值：框架結構0.6～0.7；框架一剪力墻結構0.7～0.8；剪力墻結構0.9～1.0；短肢剪力墻結構0.8～0.9。當采用其它非承重墻體時，可根據工程情況確定周期折減系數。

2 調整信息

在調整信息中，有幾個數據的取值是需要注意的。

1）梁端彎矩調幅系數。由于在豎向荷載作用下，鋼筋混凝土結構具有塑性內力重分布性質，故可考慮適當降低梁端彎矩，同時程序會自動對梁跨中彎矩按平衡條件相應增加，但支座負彎矩調幅不宜過大，一般應控制在彈性理論計算彎矩的20%以內， 一般現澆框架梁取0.8～0.9，裝配整體式框架梁取0.7～0.8。當調幅系數取值較低時，設計者一定要查看配筋梁的支座處裂縫寬度能否滿足規范要求。如不滿足，則要重新選取梁端負彎矩調幅系數或點取“根據允許裂縫自動選筋”選項，重新調整梁配筋直至滿足裂縫寬度要求。這一點，較多的設計者并沒有注意到。

2）“中梁剛度增大系數”。 中梁”指的是兩側均有樓板與之相連的梁，若僅有一側樓板與之相連的梁，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來考慮樓板對梁剛度的貢獻，這樣內力與位移分析結果才較符合實際受力情況。中梁剛度放大系數可在1.0～2.0范圍內選取。程序僅給出默認的假定值，并非最合理值，最合理值必須由設計人根據工程的具體情況加以調整。通常調整情況是：對現澆樓板，取中梁剛度放大系數為2；對現澆梁柱、預制樓板，取為1；對現澆梁柱，樓板為預制樓板加疊合板，取為1.5。在實際工作中，往往由于經驗不足，沒有核實并調整這一參數，造成設計配筋不足，留下安全隱患；或造成設計配筋過大，增加工程造價。

3 結論

結構設計同建筑設計一樣沒有唯一解，只有通過不斷地探索去尋求相對的最優解，因此作為設計者，不要過分依賴計算程序，應以力學概念和豐富的工程經驗為基礎，合理的選取各參數，從結構整體和局部對計算結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計人員的理論知識和實踐經驗；另一方面，我們對于軟件的依靠，也應采取分析性接受的方式。

[1]GB50011-2001.建筑抗震設計規范[S].

[2]JGJ3-2002.高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[3]陸湘昆,王東.應用PKPM結構設計軟件應重視的問題[J].四川建筑科學研究,2005,31(5):39-41.

[4]范小平.PKPM軟件在建筑結構設計中應注意的問題[J].重慶建筑,2008(2):28-30.