對PKPM地震作用下輸出結果探討

王國棟　袁媛　鐘宏偉

【摘 要】本文對PMPM工程設計軟件中地震作用的分析結果（陣型、位移）進行了分析，并對分析地震作用下的結構自震周期、陣型曲線、層間水平位移角、地震力的結果等進行了分析，為結構設計人員提供有益的參考。

【關鍵詞】PMPK；分析結果；計算

0 引言

PKPM[1]是中國建筑科學研究院開發(fā)的建筑結構計算為主導的一款結構設計軟件，是目前國內(nèi)應用最為廣泛、被國內(nèi)大多數(shù)設計院所認可的建筑結構程序。再當前設計院的工作人員越來越依賴于PKPM計算機程序完成機構計算工作的今天，如何正確理解和掌握PKPM的中間地震分析結果（陣型、位移），這樣才能準確判斷出結構的安全、適宜性，對于每一個結構設計人員來說尤為重要。以下就PKPM在地震作用下的結果進行探討。

1 對水平地震荷載作用下計算結果的分析

水平地震荷載作用下，可以利用其結果進行如同風荷載作用下的漸變性分析，但不能進行對稱性分析，也不能利用結構底層進行內(nèi)外力平衡的分析（因為振型組合后的內(nèi)力與地震作用力不再平衡）。水平地震荷載作用下，對其計算結果的分析重點如下。

1.1 結構的自振周期

對一般的工程，結構的自振周期[2]在考慮折減系數(shù)后應控制在一定的范圍內(nèi)。如結構的基本自振周期（即第一周期）大致為：

框架結構T1≈（0.12～0.15）n

框-剪和框-筒結構T1≈（ 0.08～0.12）n

剪力墻和筒中筒結構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系大致為：

T2≈（1/3～1/5）T1

T3≈（1/5～1/7）T1

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

以上的判斷是根據(jù)平移振動振型分解方法得出來的?？紤]彎扭耦連振動時情況要復雜得多，可以挑出與平移振動相對應的自振周期來進行上述比較，至于扭轉周期的合理數(shù)值，由于缺乏經(jīng)驗尚難提出。

1.2 各振型曲線

對于豎向剛度和質量比較均勻的結構，如果計算正常，其振型曲線應是比較連續(xù)光滑的曲線），不應有大進大出、大的凹凸曲折。

水平位移特征

將結構各層位移（經(jīng)振型組合后的位移）[3]連成側移曲線，應具有圖1所示的特征。

圖1

剪力墻結構的位移曲線，具有懸臂彎曲梁的特征，位移越往上增長越快，呈外彎型曲線；

框架結構的位移曲線，具有剪切梁的特征，位移越往上增長越慢，呈內(nèi)收型曲線；

框-剪結構及框-筒結構的位移曲線，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，以上三種曲線均應連續(xù)光滑、無突然凹凸變化和明顯的折點。

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，實際上是控制層間水平位移不得過大，避免帶來結構的P-△效應。兩個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—多于地震作用標準之產(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—第二階段時指薄弱層（部位）的層高；

由于規(guī)范對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算往往容易滿足。而對結構的自振周期、各振型曲線、水平位移特征和結構承受的地震力大小，規(guī)范并未提出定性或定量的要求，于是不少設計人會造成一種誤解，認為滿足層間彈性位移角限制即為合理的結構。事實上，這種理解是片面的。

因為抗震計算中，自振周期、水平位移、地震力大小均與結構的剛度有關。結構剛度偏小時，自振周期偏長，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)，但由于承擔的地震力太小，結構并不安全。

1.4 地震力大小

結構承擔的地震力大小可用底部總剪力與結構總質量之比（剪質比）來衡量。

對抗側力構件布置、截面尺寸都比較正常的結構，其剪質比在下述范圍內(nèi)：

8度近震，Ⅱ類場地 Fek/G≈0.03～0.06

7度近震，Ⅱ類場地 Fek/G≈0.015～0.03

式中：

Fek ——結構總水平地震作用標準值

G——結構等效總重力荷載（即結構總質量）。

層數(shù)多、剛度小的結構，其剪質比偏小，如小于上述范圍或接近最小值，宜適當增大構件截面或提高結構剛度，從而增大地震力以保證結構的安全；反之，地震力過大，宜適當漸低結構剛度，以取得合理的經(jīng)濟技術指標。

對框剪結構，還要分析剪力墻部分的承受的地震傾覆力矩是否大于結構總地震傾覆力矩的50%，以檢查其框架部分的抗震等級確定的是否合適。

宜繪出結構的整體彎矩圖和剪力圖，分析沿高度的受力狀況。

2 結論

以上是筆者對PKPM地震作用下的輸出結果談了結構設計時應該注意的幾個問題，其實設計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才能使結構設計更加合理，從而保障人民群眾的生命和財產(chǎn)安全。

【參考文獻】

[1]PKPM系列軟件《用戶手冊及技術條件》[M].中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部.

[2]GB50009-2012 《建筑結構荷載規(guī)范》[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社出版社，2012.9.

[3]梁興文.混凝土結構設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社出版社，2011.12.

[4]GB 50010-2010混凝土結構設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社出版社，2010.8.

[責任編輯：朱麗娜]