探析PKPM在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

程微

摘要：PKPM系統(tǒng)在國內(nèi)建筑領(lǐng)域已經(jīng)推廣了很長時間，在工民建、發(fā)電機(jī)建筑與副廠房等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中廣泛使用，通過相關(guān)行業(yè)及人員對兩種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的分析對比及諸多項(xiàng)目實(shí)例的檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PKPM系統(tǒng)能在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行有效使用。

關(guān)鍵詞：PKPM系統(tǒng)；水工結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)應(yīng)用

PKPM屬于我國科學(xué)院結(jié)構(gòu)研究院特意為建筑規(guī)劃、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等研發(fā)的一種專業(yè)系統(tǒng)。在砼結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)上有很多特殊的優(yōu)越性及便利性，盡管其所用的標(biāo)準(zhǔn)本就和《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》存在一些差別，但這并不影響PKPM在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的推廣使用。針對兩種標(biāo)準(zhǔn)中配鏡設(shè)計(jì)公式存在的一些差別，是因?yàn)殡p方所應(yīng)用的行業(yè)不同而造成相關(guān)計(jì)算公式上所取的參數(shù)類別和系數(shù)值不一樣，其設(shè)計(jì)理論的關(guān)鍵的相同的。

1、PKPM分析

PKPM系統(tǒng)是我國建筑科研研究所研制的土建結(jié)構(gòu)規(guī)劃系列程序，框架模塊包含PMCAD、STAWE以及梁柱設(shè)計(jì)圖等。PMCAD用于模型的創(chuàng)建與輸入，界面與AutoCAD相似，操作簡單，屬前工作；STAWE是工程設(shè)計(jì)模塊的關(guān)鍵部位，采取空間有限元來分析計(jì)算，獲得結(jié)構(gòu)每個位置的內(nèi)力、移動；梁柱設(shè)計(jì)圖就是按照STAWE求出的內(nèi)力、位移成果制作出每層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，PKPM系統(tǒng)在我國建筑領(lǐng)域中已推行很長時間，在民用工程、工業(yè)建筑、火力發(fā)電建筑、水利發(fā)電建筑和副廠房等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到普遍使用。

2、PKPM在水工結(jié)構(gòu)中的適用

在中國，因?yàn)樾袠I(yè)覆蓋的范圍不同，水工行業(yè)砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在其各自領(lǐng)域內(nèi)同時采用，但兩者之間存在很多差別[1]。PKPM系統(tǒng)在我國建筑領(lǐng)域已推廣很就，在工民建、發(fā)電機(jī)建筑與副廠房等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍使用，其結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)的依據(jù)為《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，但在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，水工砼結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)的依據(jù)為《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，兩種標(biāo)準(zhǔn)均采取以概率理論為前提的極限狀態(tài)規(guī)劃方式，以穩(wěn)定指標(biāo)度量建筑部件的穩(wěn)定性，采取以分項(xiàng)參數(shù)的規(guī)劃表達(dá)式來設(shè)計(jì)，但因?yàn)檫m應(yīng)各自領(lǐng)域的獨(dú)特性，各自設(shè)計(jì)的表達(dá)式存在一些差別，通過相關(guān)研究人員對兩種標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的研究比較與諸多項(xiàng)目實(shí)例的證實(shí)，發(fā)現(xiàn)PKPM系統(tǒng)能用于水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中。

3、PKPM系統(tǒng)在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用的技巧

PKPM系統(tǒng)的研發(fā)是以建筑中所實(shí)施的各種項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)的，所以，其所服務(wù)的主體是建筑結(jié)構(gòu)，而且只要熟練掌握其原理，就可能得到很好的使用，由于水工中的相關(guān)規(guī)范與建筑中的標(biāo)準(zhǔn)核心基本相同，僅僅是各自所對應(yīng)的領(lǐng)域不同，而出現(xiàn)一定的差別，該種差異關(guān)鍵是修正系數(shù)，涉及荷載分項(xiàng)參數(shù)與組合參數(shù)[2]。正是如此，在實(shí)際使用PKPM系統(tǒng)時有許多使用技巧，本文就重點(diǎn)分析三角形荷載解決方法。

應(yīng)用過PKPM系統(tǒng)的人都了解，PKPM模塊自身就存在12項(xiàng)種類的荷載，但添加于樁柱上的荷載模型沒有三角形荷載，其中，三角形荷載還是水工結(jié)構(gòu)中十分常見的荷載之一，比如水荷載。為處理改種問題，采取等效節(jié)點(diǎn)力的措施。文章為了敘述方便與方便求出結(jié)構(gòu)內(nèi)力，分析一個兩頭鉸接10米高柱子來講述該問題（如圖1（a））。

柱子承擔(dān)的荷載是水荷載，壓力布局模式顯然是三角形。在計(jì)算時，將式（1）輸進(jìn)EXCEL表上，就能輕松的將三角形和梯形荷載變成等效節(jié)點(diǎn)力（如圖1（b））。

其中，Pi表示第i個集中力，kN；q1、q2分別是力集度最大值與最小值，kN/m；表示等分距；n表示等分?jǐn)?shù)，通常n=10；i表示等分節(jié)點(diǎn)號。

圖1（c）是通過計(jì)算獲得的彎矩圖，圖1（d）是通過PKPM系統(tǒng)求出的彎矩圖?；趫D1（c）與圖1（d）得知，彎矩最大值分別為64.2kN/m與63.8kN/m，二者的絕對差值僅有0.4kN/m，相對差值僅有0.63%，該精度符合水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要。

注意事項(xiàng)

在采用PKPM系統(tǒng)時，有很多需要注意的地方，像荷載分項(xiàng)參數(shù)與組合參數(shù)、鋼筋保護(hù)層大小、梁運(yùn)算跨度、測算震型量、梁端彎矩調(diào)節(jié)參數(shù)等，若這些問題解決不好，其運(yùn)算結(jié)果將難以接近標(biāo)準(zhǔn)的配筋范圍，通常相差±24%左右[3]。經(jīng)長時間的使用發(fā)現(xiàn)，荷載分項(xiàng)參數(shù)與組合參數(shù)對內(nèi)力及配筋計(jì)算干擾最大，所以，其是最需要注意的地方。

式（2）與式（3）分別為《水工砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》與建筑領(lǐng)域《砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中所使用的極限平均負(fù)荷組合方程式：

通過比較式（2）與式（3）得知，式（2）與式（3）左右兩端都存在差別。右端差別為式（2）有結(jié)構(gòu)系數(shù)γd，但式（3）沒有；式（2）與式（3）的左端差異為：在式（2）上，無論是可變荷載或者永久荷載，于負(fù)荷組合過程都乘以設(shè)計(jì)情況系數(shù)ψ，但在式（3）中和ψ相呼應(yīng)的角色是能夠變化的荷載組合值參數(shù)ψCi，但ψCi不和永久荷載及第一可變荷載得到相乘，僅和第二個之后的可變荷載相乘，除此以外，該種可變荷載組合參數(shù)ψCi的取值和式（2）中設(shè)計(jì)情況參數(shù)ψ取值存在明顯差別。此外，在PKPM系統(tǒng)規(guī)范中，介紹了物種荷載分項(xiàng)參數(shù)與兩種可變荷載組合參數(shù)，所以，若要讓輸入的荷載所求得的內(nèi)力和式（2）左端一致，唯一且最好的措施即在PKPM實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)信息交互輸入時，先將所輸入的每種荷載乘以γ0、RG、RQ與ψ，并乘上結(jié)構(gòu)參數(shù)γd，即消減式（2）左邊的γd，如此式（2）與式（3）右邊存在的不同僅僅是砼材料質(zhì)量等悉數(shù)的差別；對PK設(shè)置的荷載分項(xiàng)參數(shù)與組合參數(shù)，能在形成信息文件以后，通過Windows上的書寫器調(diào)整PKPM設(shè)置的荷載分項(xiàng)參數(shù)與組合參數(shù)。若非如此，求得的內(nèi)力可能過大或過小，則計(jì)算得到的配筋量也會較大和較小。盡管這時內(nèi)力計(jì)算達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)，需要，但PKPM求解的配筋量卻很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算值，所以這時式（2）右邊的材料性能系數(shù)還未考慮，因此，用PKPM系統(tǒng)計(jì)算配筋量還需要乘上一個修正參數(shù)β。結(jié)合應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與多種實(shí)例驗(yàn)證，修正參數(shù)β受到砼規(guī)劃強(qiáng)度fcm與界面計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)高度h0的干擾，其取值通常在1.01-1.10之內(nèi)，即修正參數(shù)β的改變范圍為1-10%范圍以內(nèi)。

通過分析兩種標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)與驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)PKPM能夠用來計(jì)算水工砼結(jié)構(gòu)內(nèi)力與配筋，而且PKPM在求解內(nèi)力與配筋方面具有較強(qiáng)的高效性，可以做到迅速、精準(zhǔn)。但要想使用好PKPM系統(tǒng)，還需注意部分系統(tǒng)操作上與輸入?yún)?shù)設(shè)置上的技巧，若輸入?yún)?shù)處理異常，其計(jì)算結(jié)果的偏差通常會大于標(biāo)準(zhǔn)值±23%，如果

5、結(jié)束語

綜上所述，PKPM系統(tǒng)是我國建筑科研所研制的土建結(jié)構(gòu)規(guī)劃系統(tǒng)程序，在工民建領(lǐng)域已比較成熟，因?yàn)樗娬窘ㄖY(jié)構(gòu)的繁瑣性與獨(dú)特性，所以在對水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析時，必須選用準(zhǔn)確的軟件參數(shù)，以確保設(shè)計(jì)結(jié)果不出現(xiàn)很大偏差，必須按照各水工結(jié)構(gòu)的具體情況，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，讓PKPM系統(tǒng)更好迎合水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝桃，肖開學(xué)，肖玉會.PKPM在劉家拱橋水庫啟閉排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].四川水利，2016，37（02）：13-15.

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[3]石廣斌，楊經(jīng)會，張曉莉，牛天武，安盛勛.PKPM在水工混凝土結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2003（06）：27-30.