對(duì)PKPM地震作用下輸出結(jié)果探討

王國(guó)棟　袁媛　鐘宏偉

【摘 要】本文對(duì)PMPM工程設(shè)計(jì)軟件中地震作用的分析結(jié)果（陣型、位移）進(jìn)行了分析，并對(duì)分析地震作用下的結(jié)構(gòu)自震周期、陣型曲線、層間水平位移角、地震力的結(jié)果等進(jìn)行了分析，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供有益的參考。

【關(guān)鍵詞】PMPK；分析結(jié)果；計(jì)算

0 引言

PKPM[1]是中國(guó)建筑科學(xué)研究院開發(fā)的建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算為主導(dǎo)的一款結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛、被國(guó)內(nèi)大多數(shù)設(shè)計(jì)院所認(rèn)可的建筑結(jié)構(gòu)程序。再當(dāng)前設(shè)計(jì)院的工作人員越來越依賴于PKPM計(jì)算機(jī)程序完成機(jī)構(gòu)計(jì)算工作的今天，如何正確理解和掌握PKPM的中間地震分析結(jié)果（陣型、位移），這樣才能準(zhǔn)確判斷出結(jié)構(gòu)的安全、適宜性，對(duì)于每一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員來說尤為重要。以下就PKPM在地震作用下的結(jié)果進(jìn)行探討。

1 對(duì)水平地震荷載作用下計(jì)算結(jié)果的分析

水平地震荷載作用下，可以利用其結(jié)果進(jìn)行如同風(fēng)荷載作用下的漸變性分析，但不能進(jìn)行對(duì)稱性分析，也不能利用結(jié)構(gòu)底層進(jìn)行內(nèi)外力平衡的分析（因?yàn)檎裥徒M合后的內(nèi)力與地震作用力不再平衡）。水平地震荷載作用下，對(duì)其計(jì)算結(jié)果的分析重點(diǎn)如下。

1.1 結(jié)構(gòu)的自振周期

對(duì)一般的工程，結(jié)構(gòu)的自振周期[2]在考慮折減系數(shù)后應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。如結(jié)構(gòu)的基本自振周期（即第一周期）大致為：

框架結(jié)構(gòu)T1≈（0.12～0.15）n

框-剪和框-筒結(jié)構(gòu)T1≈（ 0.08～0.12）n

剪力墻和筒中筒結(jié)構(gòu)T1≈（0.04～0.06）n

式中，n為建筑物的總層數(shù)。

第二周期、第三周期與第一周期的關(guān)系大致為：

T2≈（1/3～1/5）T1

T3≈（1/5～1/7）T1

周期偏長(zhǎng)，說明結(jié)構(gòu)過“軟”、所承擔(dān)的地震剪力偏小，應(yīng)考慮抗側(cè)力構(gòu)件（柱、墻）截面太小或布置不當(dāng)；如周期偏短，說明結(jié)構(gòu)過“剛”、所承擔(dān)的地震力偏大，應(yīng)考慮抗側(cè)力構(gòu)件截面太大或墻的布置太多或墻的剛度太大（宜設(shè)結(jié)構(gòu)洞予以減小其剛度）。如果抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸、布置都很正常，無特殊情況而自振周期偏離太遠(yuǎn)，則應(yīng)檢查輸入數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤。對(duì)20層以上的高層建筑結(jié)構(gòu)，如果一切正常，其基本自振周期往往在2.0～3.0之間（叫次長(zhǎng)周期），則需要增加地震力（調(diào)整系數(shù)取1.5～1.8）重新進(jìn)行計(jì)算。

以上的判斷是根據(jù)平移振動(dòng)振型分解方法得出來的?？紤]彎扭耦連振動(dòng)時(shí)情況要復(fù)雜得多，可以挑出與平移振動(dòng)相對(duì)應(yīng)的自振周期來進(jìn)行上述比較，至于扭轉(zhuǎn)周期的合理數(shù)值，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)尚難提出。

1.2 各振型曲線

對(duì)于豎向剛度和質(zhì)量比較均勻的結(jié)構(gòu)，如果計(jì)算正常，其振型曲線應(yīng)是比較連續(xù)光滑的曲線），不應(yīng)有大進(jìn)大出、大的凹凸曲折。

水平位移特征

將結(jié)構(gòu)各層位移（經(jīng)振型組合后的位移）[3]連成側(cè)移曲線，應(yīng)具有圖1所示的特征。

圖1

剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線，具有懸臂彎曲梁的特征，位移越往上增長(zhǎng)越快，呈外彎型曲線；

框架結(jié)構(gòu)的位移曲線，具有剪切梁的特征，位移越往上增長(zhǎng)越慢，呈內(nèi)收型曲線；

框-剪結(jié)構(gòu)及框-筒結(jié)構(gòu)的位移曲線，介于以上兩者之間，呈反S型曲線、中部接近為直線。

在豎向剛度較均勻的情況下，以上三種曲線均應(yīng)連續(xù)光滑、無突然凹凸變化和明顯的折點(diǎn)。

1.3 層間水平位移的限值

抗震規(guī)范[4]提出的層間彈性位移角和層間彈塑性位移角限值，實(shí)際上是控制層間水平位移不得過大，避免帶來結(jié)構(gòu)的P-△效應(yīng)。兩個(gè)階段的層間位移要分別滿足以下要求：

ΔUe≤[θe]H

ΔUp≤[θp]H

式中：

ΔUe—多于地震作用標(biāo)準(zhǔn)之產(chǎn)生的層間彈性位移；

ΔUp—罕遇地震作用下按彈性分析產(chǎn)生的層間位移；

[θe]—層間彈性位移角限制；

[θp]—層間彈塑性位移角限制；

H—第二階段時(shí)指薄弱層（部位）的層高；

由于規(guī)范對(duì)層間彈性位移角限制放松較多，所以第一階段抗震的變形驗(yàn)算往往容易滿足。而對(duì)結(jié)構(gòu)的自振周期、各振型曲線、水平位移特征和結(jié)構(gòu)承受的地震力大小，規(guī)范并未提出定性或定量的要求，于是不少設(shè)計(jì)人會(huì)造成一種誤解，認(rèn)為滿足層間彈性位移角限制即為合理的結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，這種理解是片面的。

因?yàn)榭拐鹩?jì)算中，自振周期、水平位移、地震力大小均與結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)。結(jié)構(gòu)剛度偏小時(shí)，自振周期偏長(zhǎng)，水平地震力也偏小，水平位移也偏小，雖然位移也有可能在限制范圍內(nèi)，但由于承擔(dān)的地震力太小，結(jié)構(gòu)并不安全。

1.4 地震力大小

結(jié)構(gòu)承擔(dān)的地震力大小可用底部總剪力與結(jié)構(gòu)總質(zhì)量之比（剪質(zhì)比）來衡量。

對(duì)抗側(cè)力構(gòu)件布置、截面尺寸都比較正常的結(jié)構(gòu)，其剪質(zhì)比在下述范圍內(nèi)：

8度近震，Ⅱ類場(chǎng)地 Fek/G≈0.03～0.06

7度近震，Ⅱ類場(chǎng)地 Fek/G≈0.015～0.03

式中：

Fek ——結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值

G——結(jié)構(gòu)等效總重力荷載（即結(jié)構(gòu)總質(zhì)量）。

層數(shù)多、剛度小的結(jié)構(gòu)，其剪質(zhì)比偏小，如小于上述范圍或接近最小值，宜適當(dāng)增大構(gòu)件截面或提高結(jié)構(gòu)剛度，從而增大地震力以保證結(jié)構(gòu)的安全；反之，地震力過大，宜適當(dāng)漸低結(jié)構(gòu)剛度，以取得合理的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

對(duì)框剪結(jié)構(gòu)，還要分析剪力墻部分的承受的地震傾覆力矩是否大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%，以檢查其框架部分的抗震等級(jí)確定的是否合適。

宜繪出結(jié)構(gòu)的整體彎矩圖和剪力圖，分析沿高度的受力狀況。

2 結(jié)論

以上是筆者對(duì)PKPM地震作用下的輸出結(jié)果談了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的幾個(gè)問題，其實(shí)設(shè)計(jì)中還有很多我們需要注意的問題，這需要我們不斷的完善和總結(jié)才能使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，從而保障人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

【參考文獻(xiàn)】

[1]PKPM系列軟件《用戶手冊(cè)及技術(shù)條件》[M].中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部.

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[3]梁興文.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版社，2011.12.

[4]GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版社，2010.8.

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