探討PKPM課程教學中的結構參數含義

【摘要】文章通過對PKPM結構設計軟件中部分概念的解釋，提高解決設計問題的能力，以概念為本，結合規(guī)范，對結構安全性、經濟性進行更合理分析設計。

【關鍵詞】結構設計; 框架柱; 框架梁; 承載力

【中國分類號】G642.0【文獻標志碼】A

經營與管理

〖FQ（4*1。82mm，YX-W〗

〖HJ158mm〗

[定稿日期]2020-12-10

[作者簡介]郭培成（1978～），男，碩士，副教授，主要從事土木工程專業(yè)的教學與研究工作。

從20世紀90年代開始，計算機輔助設計軟件與結構設計軟件不斷出現，為建筑設計提供了更加便捷的工具和方式。尤其是PKPM軟件，在近三十年的發(fā)展過程中，不斷在技術方面、操作方面完善，能夠滿足絕大多數建筑結構設計的要求，例如框架結構、框架-剪力墻結構、剪力墻結構、框架-核心筒結構、筒中筒結構等。

1 PKPM功能介紹

PKPM主要有基本模型建立、SATWE參數設置、SATWE計算、結果查看。在設計過程中的基本具體流程或順序（部分可以調整先后順序），節(jié)點形成、構件選擇與布置、樓板厚度定義、樓板錯層定義、梁上線荷載或集中力定義布置、樓板恒與活荷載布置、樓層高度組裝、SATWE參數設置（特數梁、特殊柱、多塔、地震信息、設計信息等完善）、結果查看（位移角、位移比、軸壓比、剛度比、配筋信息等），針對結果進行模型修改，直到結果信息的各項指標滿足規(guī)范規(guī)定的要求。為了適應本科生教學，設計過程中的參數均以框架結構為例。為了更有效地掌握該軟件，要不斷進行操作命令的鞏固學習，這樣有利于熟悉菜單;課后積極查閱專業(yè)課本，如《高層建筑結構設計》、《混凝土設計原理全冊》、《抗震設計》、《基礎工程》等課程，掌握了基本的專業(yè)課程后，然后再去熟悉相應的規(guī)范;看懂建筑施工圖、結構施工圖、101圖集，對后期進行繪圖、計算分析均有很大幫助。

2 部分結構參數的分析

2.1 特殊梁的處理

特殊梁：調幅梁、非調幅梁、連梁、框支梁、一端鉸接、兩端鉸接等。按照受力特征有框架梁（KL）與非框架梁（L），主梁與次梁。框架梁是指一端或兩端與框架柱剛性連接，非框架梁是指兩端與其它梁連接。梁與梁連接，支撐的梁稱為主梁，被主梁支撐的梁稱為次梁，次梁根據支撐條件分為一級次梁、二級次梁、三級次梁等，非框架的作用分隔樓板的大小、支撐其上部填充墻傳下來的線荷載。在PKPM設計過程中，主梁僅一側或兩側有次梁時，次梁端部宜按鉸接處理，次梁底彎矩增大，底筋縱向鋼筋面積增大，在豎向重力荷載下次梁偏安全，同時也減少了次梁傳給主梁的平面外扭矩。鉸接處理時，應保證主梁的寬度滿足鋼筋水平錨固的構造要求?？蚣芰菏强蚣芙Y構的一部分，參與整體受力分析;非框架梁僅僅承受豎向荷載，不參與抗震抗風?？蚣芰嚎拐鸫胧目拐鸬燃墑澐譃橐患?、二級、三級、四級，非框架梁不需要進行劃分抗震等級。對于混凝土連續(xù)梁中間支座不建議點鉸接，點鉸接僅僅用于端支座。

2.2 特殊柱的處理

特殊柱包括上端鉸接、下端鉸接、角柱等，一般在設計中，主要用來定義和判斷角柱。角柱的含義是指框架柱（KZ）與兩根框架梁相連接，且框架梁相互近似垂直，產生兩個近似垂直方向的不平衡彎矩，類似于雙向偏心受壓構件。特別強調角柱不一定是角部的框架柱。框架柱根據位置和受力特征分為角柱、邊柱、中柱，類型不同延性不同，導致構造措施不相同。若未處理角柱，程序會按照普通框架柱進行計算，會導致該柱受力分析結果與實際受力有較大差異。

2.3 框架梁、框架柱截面尺寸的確定

JGJ3-2010《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》以下簡稱《高規(guī)》6.3.1，框架梁截面高度取柱距或跨度的1/10-1/18（稱為系數，該系數不是固定值，隨條件改變而改變）左右，但應滿足相應的強度、剛度、延性、耗能要求，一般在具體計算分析過程中，取1/10-1/12左右。其高度與設防烈度、結構高度、建筑物抗震設防分類、層高、跨數、填充墻材料性質等有關。在實際工程中，四周外部框架梁截面高度取系數1/10左右，同時還應結合立面要求。一般內部框架梁由于兩邊有樓板，受扭較小，因此其截面高度較相同的四周外部框架梁會小一些，取系數1/12左右?？蚣苤藵M足最小截面構造要求外，還要結合設防烈度、結構高度、建筑物抗震設防分類、層高、層數、柱距等分析決定。

2.4 框架梁箍筋確定

框架梁箍筋考慮以下幾方面因素：首先由SATWE內力計算分析得出數據，稱為計算值;其次結合梁箍筋構造要求，參見《高規(guī)》6.3.2條第4、表6.3.2-2、6.4.6、6.3.5來確定箍筋最小直徑、箍筋加密區(qū)最大肢距、最小配箍率（ρsv≥（A）ftfyv）驗算，A代表系數，取值0.24、0.26、0.28、0.30，由抗震等級決定;最后結合梁縱向鋼筋的面積。由以上信息來綜合確定箍筋的直徑、肢數。

2.5 框架柱箍筋確定

框架柱箍筋考慮幾方面：首先由SATWE內力計算分析得出數據，稱為計算值;其次結合柱箍筋構造要求，參見《高規(guī)》6.4.3條第2、6.4.6、6.4.8、6.4.7來確定箍筋最小直徑、箍筋加密區(qū)最大肢距、最小體積配箍比（ρv≥λvfcfyv）驗算，λv代表最小配箍率特征值，與軸壓比、抗震等級、箍筋形式有關，具體參見《高規(guī)》表6.4.7;最后結合柱縱向鋼筋的面積與相應截面方向的根數。以上綜合確定箍筋的直徑、肢數。

2.6 框架梁與非框架梁出現抗剪、抗彎不足如何解決

框架梁與非框架梁的受彎過大與其截面尺寸和內力分配有關，一般解決的方案加大截面高度，尤其非框架梁按照這樣處理效果明顯改善，但是框架梁如果跨高比比較大，加大截面效果不明顯的原因是因為梁的截面越大分配到的內力增加越多，這時建議減小截面高度。在進行抗剪分析時，框架梁與非框架梁基本可以加大梁截面寬度或混凝土標號，梁截面高度一般不加大，因為梁的剛度與截面高度的平方成正比，會導致其分配到的內力急劇增加。

2.7 框架柱出現軸壓比過大、縱筋配筋率過高如何解決

軸壓比是指組合的軸壓力設計值與柱全截面面積與混凝土軸心抗壓強度設計值乘積的比值（μ=NfcA），減小軸壓比的措施可以采用增加柱截面寬度和高度，也可以提高混凝土強度等級，降低軸壓比可以有效提高其延性。若框架柱配筋率過大，說明該柱受彎矩較大，截面抗彎能力較小，一般采用增大柱截面尺寸，從而降低配筋率，也有利于鋼筋的布置。柱配筋率參見《高規(guī)》6.4.3第1條，一般情況下，框架柱配筋率控制在1 %～1.5 %之間，過大則說明柱截面偏小，受力效果不理想。

2.8 梁柱活荷載折減探討

根據規(guī)范規(guī)定，柱軸壓比計算采用考慮地震作用下組合的軸力設計值，地震作用組合中的活荷載代表值組合系數取值0.5～0.8左右，該系數考慮了各層活載的出現概率。由于規(guī)范修正，V3、V4版本在柱軸壓比考慮活荷載折減，但V5版本柱軸壓比計算時活荷載不進行折減。

2.9 如何控制框架結構合理的位移比、位移角、周期比

規(guī)范對結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期的比值進行了規(guī)定限制，一般情況下，高層建筑結構規(guī)定該比值不應大于0.9，其比值越小，扭轉作用就越小。周期比與位移比都是控制結構平面扭轉不規(guī)則的。位移比計算時，我們通常會選擇整體指標，考慮剛性樓板。

2.10 側向剛度不規(guī)則、樓層受剪承載力突變怎么解決

側向剛度不規(guī)則是指本層側向剛度小于上一層的70 %或上部連續(xù)三層平均值的80 %，一般處理方式，加大本層構件截面尺寸或降低上部若干層構件截面尺寸，加大或減小過程要結合相鄰層的信息綜合分析。樓層受剪承載力突是指本層小于上一層的80 %，處理的方法加大本層截面或減小上一層截面尺寸。

2.11 斜截面受剪承載力與樓層受剪承載力的含義

樓層受剪承載力按照GB 50011-2010（2016年版）《建筑抗震設計規(guī)范》3.5.3條或《抗規(guī)》3.4.3條規(guī)定，在水平地震作用下，該層全部框架柱、剪力墻、斜撐的受剪承載力之和（框架柱受剪承載力根據柱兩端實配的受彎承載力按照兩端同時屈服反算，剪力墻受剪承載力可根據實配鋼筋按照抗剪設計公式計算）。斜截面受剪承載力通常指梁柱進行剪力驗算采用的計算公式，與截面尺寸、混凝土標號等有關。例如地震區(qū)跨高比大于2.5的框架梁，其斜截面受剪承載力為

2.12 模型中樓層高度如何考慮

PKPM模型中各層層高均指結構層高，與建筑層高含義不同。結構模型一層結構高度是指基礎頂部到二層樓面的垂直距離，由三部分組成，基礎頂部到室外地面（查地質勘察報告確定）、室內外高差（由建筑立面圖或剖面圖提供）、一、二層建筑樓層高差。在這部分一定注意結構高度并非建筑高度，含義完全不一樣。

2.13 對于躍層柱，如何建模

將躍層柱打斷，分別建立在各層，稱為模型1;將躍層構件建立在上層，通過降低柱底高度的方式建模，稱為模型2。以上兩種建模方式均較常用，程序對于兩個模型在周期、振型、構件內力計算上基本一致。但對其它指標及配筋，程序處理上存在差異。

模型1統(tǒng)計2層位移指標時，會將2層所有節(jié)點都統(tǒng)計在內，包括二層范圍內的躍層柱。模型2統(tǒng)計2層位移指標時，雖然2層內存在3層降低柱底標高的躍層柱，但此躍層柱是在3層建立的，此構件歸屬于3層，2層在統(tǒng)計位移指標時，不會將此躍層柱中間節(jié)點的位移統(tǒng)計在內。因此導致兩模型2層位移指標有差異，包括位移比、位移角的統(tǒng)計。

3 結束語

（1）熟悉PKPM各種命令的含義與操作流程，為以后從事設計工作打下基礎;將所學專業(yè)知識與相應的規(guī)范結合起來，有深度地理解規(guī)范，尤其強制性條文。

（2）結合PKPM的計算結算結果，對出現的各種問題結合專業(yè)知識，用有效的方法去解決各種不合理的設計問題，使結構設計的各項指標符合要求，做到安全、經濟、適用。

（3）對于設計參數，不要機械式的記憶，學會根據不同情況選擇不同的定義。結構設計過程中，通過不斷地分析、解決問題，積累自己的判斷能力和解決問題的能力。

參考文獻

[1] JGJ 3-2010 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[2] 卿科.剪力墻數量與空間位置對框架剪力墻結構抗震性能影響的研究[D].長沙：湖南大學，2007： 15-18.

[3] GB 50011-2010 （2016年版） 建筑抗震設計規(guī)范[S].

[4] GB 5009-2006 （2016年版） 建筑結構荷載規(guī)范[S].

[5] 張宇鑫， 劉海成， 張星源. PKPM結構設計應用[M]. 2版.上海：同濟大學出版社，2010.