基于PKPM對多伸縮縫結(jié)構(gòu)的建模方法的研究

【摘要】本文主要對多伸縮縫結(jié)構(gòu)在利用PKPM系列軟件進行結(jié)構(gòu)建模計算時的各種方法進行闡述，包含對整個工程模型一次性全部輸入的整體建模和按照伸縮縫把結(jié)構(gòu)模型分開輸入的分開建模。并通過一個工程實例對兩種建模方法的計算結(jié)果和配筋信息進行對比，發(fā)現(xiàn)并不相同，整體建模計算時的配筋結(jié)果比分開建模計算時要大一些。通過對比分析兩種不同的計算方法得到的結(jié)果和配筋信息，發(fā)現(xiàn)分開建模是更準(zhǔn)確的建模方法。本文的研究為設(shè)計人員計算多伸縮縫結(jié)構(gòu)時提供一個參考。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計；PKPM建模；建模對比；多伸縮縫結(jié)構(gòu)

引言

當(dāng)下，中國大多數(shù)建筑設(shè)計院在結(jié)構(gòu)計算時都有利用PKPM系列軟件進行設(shè)計或者試算。PKPM系列軟件是中國建筑科學(xué)研院建筑工程軟件研究所進行開發(fā)的軟件，其在計算過程中是先利用PMCAD進行建模，然后經(jīng)過其中的多高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件（SATWE）多高層結(jié)構(gòu)的配筋計算后【1】，可以得到一些計算結(jié)果圖形和文本，從而校對和修改結(jié)構(gòu)的信息。然而，利用PKPM建模時，同一個結(jié)構(gòu)或者同一個構(gòu)件會有不同的輸入方式【2】，例如，就次梁而言，可以按照PKPM給的菜單中“次梁輸入”，也可按照主梁進行輸入，其結(jié)果是有差異的【3】。而對于伸縮縫在輸入的處理的研究比較少。本文就PKPM中關(guān)于伸縮縫的建模進行論述，從而得出建模時對于伸縮縫較好的處理。

1、PKPM兩種建模方法的介紹

現(xiàn)在中國建筑多采用框架、剪力墻等結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，這兩種結(jié)構(gòu)的建筑物長度大于限制時需要設(shè)置伸縮縫【4】。而對于有伸縮縫的建筑，在利用PKPM計算時，軟件給出了一種多塔模式進行計算【1】。即將整個工程模型一次性在一個文件中全部輸入，伸縮縫位置是按照結(jié)構(gòu)建筑要求進行分離，然后利用SATWE中多塔定義后進入SATWE中進行計算；另外，也可在伸縮縫位置把建筑物分成多個單獨模型進行輸入，即將一個工程項目以伸縮縫為界線分成多個子工程項目建立多個工程模型進行分開計算。

2、利用工程實例進行計算對比

2.1 工程概況

本例是一個中學(xué)教學(xué)樓設(shè)計，該大樓層數(shù)為6層，主框架高度為23.4m。介于規(guī)范要求和設(shè)計經(jīng)驗的原因，本建筑共設(shè)置伸縮縫五條，將建筑物分為五個部分，分別是西北方向教學(xué)區(qū)，為四層；西向連廊2，為四層；西南方向教學(xué)區(qū)3，為四層；東向辦公區(qū)4，為六層；以及東南向?qū)嶒瀰^(qū)5，為五層；具體如圖一所示：

2.2 工程不同建模形式概述

利用PKPM系列軟件進行整體建模是指把上圖中的所有內(nèi)容建在一個模型里面利用SATWE中多塔定義計算方法進行計算，即一個文件。而分開計算是指將上圖內(nèi)容按照伸縮縫分開的1、2、3、4、5部分分開建模計算，即五個文件，而為求結(jié)果的說服力，在研究時先進行整體建模，分開建模的模型是對復(fù)制刪除其他部分的模型從而得到分開建模的模型。

2.3 兩種建模方式下計算結(jié)果參數(shù)的對比

比較兩種計算的結(jié)果如下：（因篇幅有限，分開建模取五部分的最不利數(shù)值）

2.4 對比參數(shù)差別的分析

由表1～表4可以看到一些結(jié)果的不同，這里只列舉了一些結(jié)果的參數(shù)，并沒有完全列述。其中以上各表中參數(shù)的差別有的是正常的，有些是有偏差的，針對以上列舉的對比參數(shù)產(chǎn)生差別的原因，有以下幾點：

一、有些參數(shù)是正常的。比如位移比和層間位移角、周期和剛重比，因為分開建模時，軟件是以分開的模型一層層地計算，此時的參數(shù)是單獨的。而如果通過整體計算得到的參數(shù)，此時是不單獨的，是有互相影響的。

例如，對于位移比，是豎向構(gòu)件的最大水平位移和模型的平均水平位移做比，即：

其中Dji是第i層第j個柱子的剛度，u為層間位移，k是位移比。

而層間位移角，是按彈性方法計算的樓層層間最大位移與層高之比，即：

，其中，θi是第i層的層間位移角，h為層高，ui是第i層的位移。

分開建模時的位移比是層位移和每個模型的平均位移分開作比，整體建模的時候，是豎向構(gòu)件的最大水平位移和整體模型的平均水平位移作比，也就是說作比的基數(shù)是不同的，如此計算得到的結(jié)果也是不同的。

再如周期，周期是和結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量有關(guān)，其計算公式如下：

，M是質(zhì)量矩陣，K是剛度矩陣；

在單獨計算時，剛度和質(zhì)量都是單獨模型的，但是在整體計算時，剛度和質(zhì)量便會在不同的模型之間互相影響，導(dǎo)致最后周期不同。

二、有些參數(shù)對比之后是互相矛盾的，例如傾覆驗算時的零應(yīng)力區(qū)，在分開建模時是正常的沒有零應(yīng)力區(qū)的，但是在整體建模時則出現(xiàn)有零應(yīng)力區(qū)；因為本建筑是多層結(jié)構(gòu)，高寬比也比較小，地基基礎(chǔ)也是正常的情況，一般根據(jù)工程經(jīng)驗，這是不容易或者說不可能出現(xiàn)傾覆危險的，由此可得，整體計算時有些參數(shù)還是有待商榷的。

2.5 兩種建模方式下配筋信息的對比

取建筑物20號軸線的一榀框架的配筋信息進行對比分析。

2.5.1 選取一榀框架，對比其彎矩圖，如下圖2、圖3。

2.5.2 選取部分構(gòu)件的配筋信息進行對比，取1號軸線C軸和20號軸線C軸柱子配筋對比如下（單位是mm2）：

2.6 對兩種模型配筋計算結(jié)果的分析比對分析

由以上信息可以看出，整體計算的結(jié)果和分開建模計算的結(jié)果是有出入的。相比之下，對于選擇的一榀框架彎矩包絡(luò)圖進行對比，兩者的值不甚相同，有的相差超過了百分之二十，整體比對，發(fā)現(xiàn)整體建模時要比分開建模時計算結(jié)果要偏大一點。對比選擇的構(gòu)件的配筋信息，可以明顯看出分開建模時的配筋率基本上都要比整體建模是的配筋率偏小。

在兩種計算方法同樣構(gòu)件、同樣結(jié)構(gòu)、同樣荷載的情況下，出現(xiàn)了不同的計算結(jié)果，可以說，兩種計算方法相比是有誤差的。

3、結(jié)語

分開計算時相當(dāng)于是把結(jié)構(gòu)細分，減小了互相之間的影響，這樣計算出來的結(jié)果更準(zhǔn)確一點，不易出現(xiàn)相互影響得到的有偏差的結(jié)果。在計算精細的同時，計算的過程則變得更復(fù)雜，會增加更多的工作量，例如建模，分析結(jié)果，出結(jié)構(gòu)施工圖時是分開的，需要再組合在一起的等等。

因此，在計算過程中，可以先按照整體計算得到結(jié)果，若是為了精確知道結(jié)果，或者與工程經(jīng)驗明顯相悖，再細分計算進行核算。況且根據(jù)上述對比結(jié)果，整體計算的結(jié)果要比分開建模計算結(jié)果偏安全。