【摘要】PKPM系列软件是中国建筑科学研究院研发的建筑结构设计软件，包括建筑、结构、特种结构、设备、概预算五个方面的内容。应用范围全面,功能强大,自动化程度高,是众多建筑设计软件中最权威的设计软件之一。其中尤以结构设计软件最受设计人员的青睐,成为结构设计人员不可或缺的重要工具。本文笔者主要对PMCAD软件的运用及应注意到的问题进行简要的分析。

【关键词】结构设计；PKPM软件；注意事项；

中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：

一、PKPM软件在建筑结构设计中的运用

（一）结构计算振型数的确定

采用振型分解反应谱法进行结构水平地震作用计算时,《抗规》第5.2.2条规定:不进行扭转耦联计算的结构,确定水平地震作用标准值的效应,可只取前2-3个振型,当基本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5时,振型个数应适当增加。《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高规》)第3.3.10条规定:对于不考虑扭转耦联振动影响的结构,结构计算振型数规则结构可取3；当建筑较高、结构沿竖向刚度不均匀时,可取5-6。上述规范的条文说明均要求振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量90%所需的振型数。《高规》第5.1.13条规定:B级高度的高层建筑结构和复杂高层建筑结构抗震计算时,考虑平扭耦联计算结构的扭转效应,振型数不应小于15；对多塔结构的振型数不应小于塔楼数的9倍,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。TAT在TAT-4.out文件、SATWE在WZQ.out文件PMSAP在工程名TB.RPT文件中查看X,Y向的有效质量系数。我们都知道,结构计算振型数增加,水平地震作用效应增大,即内力和变形增大；振型数如取少了,后续振型产生的地震作用效应未能计入,导致计算结果不安全,所以,振型数要尽量取得多。但对大型结构,过多的振型数,导致运算时间过长,并对计算机的内存也要求大,而最后的那些高振型对结构地震作用贡献也不大,因此,也不必所有的振型都计算,当有效质量系数超过0.9,就意味着计算振型数够了；如果小于0.9,说明后续振型产生的地震作用效应不能忽略,应增加振型数重算。需要注意是,振型数也不能超过结构固有振型总数,否则,会引起计算的混乱,以致造成严重的分析错误。结构固有振型总个数等于结构自由度总数。每块刚性楼板上所有的节点只有3个自由度(2个独立的水平平动自由度和1个转动自由度),每个弹性节点各有2个独立的水平平动自由度。也就是说,对于有n块刚性楼板的结构,独立于刚性楼板的弹性节点数为m,则结构的自由度数为(3n+2m)个。所以,当结构存在大量弹性楼板、越层柱、大开洞错层时,如空旷的错层工业厂房、体育馆等,按常规的以楼层数为基数来确定振型数,有时很可能远远不够。所以,检查计算结果时,有效质量系数是否超过0.9,是必须检查项目之一。

（二）周期比控制及调整方法

􀀁《高规》第4.3.5条对结构位移比、周期比作出了具体控制要求。在实际工作中,位移比可以从输出文件中直接检查,而周期比需要先根据振型的平动系数、扭转系数区分各振型是平动振型还是扭转振型,然后从中分别找出周期最长的扭转振型和侧振振型,得到对应的第一扭转周期Tt,第一侧振周期T1,计算出Tt/T1,看其是否符合规程要求。需要注意的是,周期比针对的是高层建筑整体振动效应,要在“刚性楼板假定”前提下来分析,多层建筑不必控制周期比。多塔结构验算周期比时,不是在同一结构中定义多塔,而是按塔分成多个结构分别验算。

周期比主要控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的相对关系,即抗侧力构件平面布置的合理性,避免结构出现过大的扭转效应。当周期比不满足要求时,说明结构扭转刚度相对于侧移刚度偏小,这时单纯增加结构尺寸,往往收效甚微,通常应通过整体调整结构布置,来获取良好的改善效果。如加强外圈结构刚度、增设抗震墙、增加连梁的高度、削弱内筒的刚度等措施。

（三）边缘构件设计

《高规》第7.2.15规定:一、二级抗震等级设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件,其它部位以及三、四级抗震设计和非抗震设计的剪力墙墙肢端部均应设置构造边缘构件。而《抗规》第6.4.6条规定:上述部位设置约束边缘构件还要取决于墙肢底截面在重力荷载代表值作用下的轴压比大小。PKPM软件是按《高规》的要求操作。当房屋层数少、剪力墙的轴压比很小时,就应按《抗规》的相关要求,可以将软件计算输出结果中设置的约束边缘构件改为构造边缘构件。约束边缘构件就是用箍筋约束的暗柱、端柱和翼墙。箍筋形式:《抗规》图6.4.7阴影部分必须采用箍筋,阴影范围以外可采用箍筋或拉筋,但约束边缘构件的边界处应为箍筋。构造边缘构件的边界处应为箍筋,底部加强部位及抗震墙转角处宜用箍筋,箍筋范围内的其他部位可用拉筋。软件计算输出的构件简图中箍筋有2种标注:约束边缘构件用PSV标出箍筋率,构造边缘构件用ASV标出最小直径和间距。

软件对于剪力墙配筋的输出结果分别提供直线剪力墙段和边缘构件的配筋结果。需要注意的是,直线剪力墙段的暗柱主筋仅给出了计算值,如果计算值小于零,则取零,并未考虑构造要求;而边缘构件的配筋输出结果则同时考虑了钢筋计算值和构造要求值,取二者中的大值。所以,剪力墙的配筋应以边缘构件输出结果为准,直线剪力墙段的配筋图仅供校核。

二、建筑结构设计中的注意事项

（一）交互式结构模型的建立与PK文件的生成

结构平面辅助设计软件PMCAD的应用PMCAD是PKPM系列软件的核心模块，是建筑与结构连接的接口软件，也是结构平面设计软件，在这个模块中建立的结构模型应力求准确，能够反应结构的实际情况。

1、交互式结构模型的建立

结构模型中所有的构件均在此项操作中输入，应当注意的是：凡是结构布置形式及构件尺寸和荷载不同的结构层均应描述为不同的结构标准层。对于上下层柱变截面情况用构件相对于节点的偏心描述，注意在节点过密的时候墙体及梁布置的连续性。在布置过两个或更多的标准层后，不能使用图案编辑菜单对某一层或某一部分拖动或平移，因为所有的节点位置都是用相对于原点的位置描述的，拖动或平移会造成上下层节点错位。全楼的组装必须是自下而上的标准层组装，不能把后一个标准层组装于前一个标准层之前。填充墙不能作为墙体输入。另外，输入的荷载值应是荷载标准值，不是设计值。

2、PK文件的生成

对于砖混结构，按连梁生成的墙梁的PK文件，在没有进行砖混抗震验算时梁上没有上部墙体及以上层楼板传来的荷载。底框砖房的底层框架梁不可以用生成连梁的方法生成PK文件，否则会引起框架上地震荷载的漏项，而用PK所画的梁施工图其节点构造不满足“抗规”要求。在此项操作中生成的连梁PK文件应打开修改支座情况，主要是依据实际情况修改梁与柱的铰接还是固接。在此菜单生成的框架PK文件应打开修改梁惯性矩增大系数和梁端弯矩调幅系数，否则PK软件按梁混凝土弹性工作配筋，使支座钢筋偏大而跨中钢筋偏小。

（二）平面框排架计算及绘图软件PK的应用

PK是PKPM系列软件的重要组成部分，不但可以单独使用，而且还可以和SATWE、TAT等模块联合使用。

1、框架绘图

在设计计算中有时计算结果显示梁柱超筋时，往往能够通过绘图，但是要注意此时的绘图结果有时是错误的，其显示的配筋情况可能比计算小得多，必须修改计算数据文件，使梁柱计算都不超筋时其绘图结果才是可信的。另外，在修改钢筋操作中对梁钢筋进行了通长修改后，一定要对所形成的施工图进行检查，使显示结果与绘图结果不一致。

2、注意审查每一个柱的轴压比信息

PK软件对柱的超筋控制是以最大配筋率来控制的，有时虽然软件未显示柱的超筋信息，但并不能说明我们所选的柱截面是合适的。

3、梁柱施工图软件的应用

梁柱施工图软件是PKPM系列建筑结构CAD系统软件的重要组成部分。应用梁柱施工图软件不仅参数要输入正确而且要注意调整支座。三维结构计算软件TAT、SATWE、PMSAP中能自动识别支座,但有时识别不完全准确,这就需要设计人员去调整,程序提供了平面和立面两种调整方法。

（三）独立基础及条形基础设计软件JCCAD的应用

1、对砖混结构而言,一般应在荷载组合中加入经PMCAD软件进行砖混抗震计算后的荷载。

2、对框架结构而言,一般应计入经PK软件计算的PK荷载,并在PK荷载中计入地震荷载组合,并经纵横两个方向的验算后确定基础选用的合理值,或计入经TAT、SATWE计算的荷载组合。若只经PM恒、活荷载计算,则结果在地震区会明显偏小。

3、对弹性地基梁及筏板基础的计算还应注意以下几个方面:应根据现场勘探情况利用软件对地基进行验算。应根据地基及设计情况不同选用适当的地基刚度系数。根据上部结构及场地情况,选取适当的基础形式和计算方法。经过反复地试算,最后确定较为合适的梁截面和翼缘宽度。一般认为,如果确定了一种梁截面或翼缘厚度时,加大或减小其截面尺寸都会引起配筋量的增加,那就说明选定的这个截面是较为合适的。

三、结束语

总而言之，在工程设计时,即从模型简化、荷载汇总、结构计算到施工图绘制的全过程中,应认真的考虑设计的每一环节,不仅保证计算模型的简化与工程实际相吻合,使计算假定与实际情况相一致,而且应注意设计软件的适用条件及其技术条件,正确的使用CAD软件,保证计算结果准确；更要加强规范的学习,加强概念设计,保证结构满足各项构造措施的要求,使建筑结构能够承受可能出现的各种作用,保证结构具有良好的工作性能和耐久性能。

【参考文献】

[1]GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[2]杨祚国,张俊.浅谈建筑结构设计与PKPM软件的运用[J].工程与建设,2009（4）