PKPM框架結構設計分析

代發能

（貴州省城鄉規劃設計研究院 貴州貴陽 550081）

我國社會科學技術發展迅猛，在建筑工程設計過程中，PKPM框架結構設計方法的應用越來越普遍，采用PKPM框架結構設計的平面布置靈活，可應用于大空間廠房、商場、住宅等，滿足各種功能的建筑布置需求。建筑框架結構設計主要分成為四個階段，分別是結構方案布置、結構計算分析、構件設計和施工圖繪制。PKPM軟件主要應用在結構計算分析和構件設計階段，本文也主要討論這兩個階段中的一些經驗和方法。

1 建模前的準備工作

在建模之前，設計人員需要根據建筑方案的布置，選取合適的結構布置方案和計算參數，確保軟件的參數設置正確和結構方案布置的合理性，才能夠保證后期得出計算結果的正確性。設計人員應根據工程所在地及建筑類別，確定抗震烈度、抗震等級、場地類別，風荷載、雪荷載等活荷載，根據建筑功能按照《荷載規范》統計墻體荷載、樓板恒載和活荷載。應按照規范要求布置伸縮縫、抗震縫，根據經驗初估梁柱截面尺寸、混凝土等級，輸入平面模型完成結構方案布置。

2 選擇結構計算參數

框架結構可以采用TAT或SATWE計算，參數定義是計算中的重要工作，參數定義不僅要結合實際情況，還要對幾個非常關鍵的參數實行原則性選擇，如下：

（1）總信息

以實際情況為依據選擇結構方式，如果為框架結構，參數計算時就直接點擊“框架結構”；總信息中的地震力計算可直接選“計算水平地震”，豎向力計算方面設置為“模擬施工加載1”；多層框架房屋一般可不考慮P-Δ效應，高層一般需要考慮；

（2）地震信息

地震信息分析中的對稱結構要注意扭轉耦連，常規結構可以選擇不考慮。計算振型數量的過程中，當地震力計算采用側剛計算法時，不用關注耦連的振型數與結構層數的關系，直接考慮耦連的振型數是否為不大于3的倍數；當地震力計算采用總剛計算法時，振型數會超過12。周期折減系數方面，結構中由于存在填充墻施工導致結構在實際施工中體現出來的剛度明顯大于計算得出的剛度，因此會導致計算出來的地震作用效應小于實際的數值，降低了框架結構選型的安全度，所以填充墻參數的取值范圍設計成0.7～1.0，填充墻越多，取值會篇小；框架結構的阻尼比，取值是0.03，有5%為偶然偏心，高層建筑受偶然偏心的影響比較大，容易產生不安全的地震作用力。地震剪力系數最小的樓層中，以程序默認值為主。

（3）調整信息

樓板對梁剛度有著很大的影響，在研究影響參數時需放大系數，明確樓板與梁剛度的影響關系。TAT以及SATWE兩種計算軟甲當中輸入的梁大部分為矩形截面，忽視了樓板T型界面導致的剛度增強，因此在利用這兩種軟件進行計算式，可以適當性的放大梁剛度，計算出正確的地震剪力。中梁參數是1.5～2，連梁參數是1～1.5；梁端負彎矩調整時，系數的取值范圍0.7～1中，折減主梁中的彎矩數值，如正彎矩增大，系數選擇0.85；梁彎矩的系數放大后，受活荷載的影響，最不利的結構布置時要選擇系數1.0，排除活荷載影響時，最不利的布置參數為1.2；梁扭轉折減系數設置時，以樓板對梁的扭轉效應為參考，結構中不具備樓板、弧梁時，系數取值是1；

（4）材料信息

混凝土容重，注意抹灰的影響，系數范圍是26～28；梁箍筋間距中，需要填入加密區的間距數據，并且以規范數據為主。柱箍筋間距也要填寫加密區的間距，同樣以規范要求為主；

（5）設計信息

柱墻活荷載折減，常規下選“按規范折減”；

（6）風荷載信息

根據是否應該重新計算風荷載，在TAT中定義多塔、彈性節點等，如有必要選擇“重新計算”。

3 結構設計計算分析和結構合理性判斷

按照建筑布置建好模型，輸入荷載和合理計算參數后，可采用TAT或SATWE進行結構計算，對于軟件計算結果，還需特別強調整體結構布置的科學性和合理性，對于多層框架結構的整體合理性，設計人員應對周期和周期比、位移比等結果進行分析判斷和調整模型。而梁柱的構件設計，應特別注意柱軸壓比，梁配筋率的經濟合理值。

（1）周期和周期比

查看計算結果中周期、地震力、振型的輸出參數。因SATWE電算結果中不能直接得出周期比，所以要以常規的規則單塔樓結構為主，采用人工操作的步驟驗算周期比。首先按照不同振型中的平動系數、扭轉系數（三者之和等于1）判斷振型的扭轉狀態是否符合周期、周期比的要求，區分扭振振型和側振振型，周期最長扭振振型實現在第一扭振周期Tt位置，周期最長的側振振型出現在第一側振周期T1位置。計算出Tt/T1的結果，與系數0.9或0.85進行比較，對于多塔結構周期比，無法直接使用上述的驗算方法，這時要把多塔結構劃分為若干單塔，利用多結構形式分別計算，并且驗算（注意驗算期間不要在同一結構內實行定義，而是根據塔分的若干單塔結構進行）。

周期比反應了結構中側向剛度和扭轉剛度的相對關聯，并不是指絕對大小，周期比的目的是保障抗側力構件平面布置結構的有效性、合理性，結構中不要出現超出規范標準的扭轉效應。周期比的控制不僅僅是保障結構的結實度，更是完善結構的承載布局。周期比有一定的限制標準，以限制標準為參考，規劃結構平面的布設狀態，按照新規范的角度進行分析，結構可以設置成“平面不規則結構”。如果周期比自身不滿足結構的要求，就要利用平面布置的方法改善結構狀態，以整體改變為主要方式，局部改變時采用微調的方法。周期比數值達不到規范標準時，表明結構的扭轉剛度在側移剛度角度上是偏小的，總調整時應該加強結構外圈的設置，也可以采取削弱內筒的方法。

（2）位移比

查看計算結果中位移輸出文件，如果位移比高于規范要求（通常為1.2，或1.5），那么就需要在信息參數的設置期間就要考慮雙向地震產生的作用[4]。位移比的驗算需要綜合考慮建筑工程可能會出現的偶然偏心作用，同時也需要選擇強制剛性的樓板假定，如果設計當中發生了樓板局部不夠連續時，則需要應用能夠符合建筑平面實際剛度變化的計算模型，改善當前的平面不對稱問題。建筑工程中的最大層間位移以及位移比都是剛性樓板假設之下的控制參數，但是可以選計算出剛性樓板的位移，然后再分析和計算出彈性樓板的位移數據。

（3）結構計算需要針對結構當中包含的各個構件內力以及配筋進行有效的計算，包含有柱軸壓比的計算還有梁軸壓比的計算等，優化構件的截面設計。柱截面設計我們主要用軸壓比來控制，軸壓比首先《混凝土規范》、《抗震規范》的要求[1]，但軸壓比值過小說明混凝土強度未充分利用，柱截面偏大，所以需要調整模型中柱截面或混凝土等級，在滿足建筑功能的情況，接近規范限值以保證經濟性。梁截面設計的控制要點是“適筋梁”。設計人員保證梁配筋率在規范規定的最小最大配筋率之間是硬性要求，但如何找到所謂的“經濟配筋率”，需要設計人員豐富的經驗來把控，優秀的設計，正是保證安全的情況下，經濟合理。個人在具體工程設計時，通常把多數框架梁跨中配筋率控制在0.8～1.2%，梁端部配筋率控制在1.0～1.5%。

4 結語

隨著在PKPM在建筑工程框架結構設計應用越來越廣泛，需要設計人員加深對PKPM軟件的理解，把設計規范的規定落實到設計當中，積累設計經驗加強框架結構設計的優化工作，用好用活軟件，使結構設計中能同時達到安全性、合理性、經濟性的要求。

[1]蔣躍.填充墻對框架結構抗震性能影響的數值模擬研究[D].遼寧工業大學，2016.

[2]李柔亞.樓梯對框架結構抗震性能影響分析[D].河北工程大學，2014.

[3]王靖.鋼筋混凝土框架結構優化設計研究[D].河北工程大學，2014.

[4]張迎春.簡述 PKPM 框架結構設計[J].山西建筑，2013，39（12）：38～39.