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建筑结构设计中PKPM软件的应用

2017-08-22 10:38:21 来源网站:免费论文网创业好点子 本文移动端:建筑结构设计中PKPM软件的应用
  随着技术的发展,在建筑设计中,PKPM软件逐渐应用开来,PKPM软件是我国建筑结构设计人员主要采用的设计软件,本文对应用PKPM软件时容易产生的几个问题进行了阐述。

  《新建筑》(双月刊)创刊于1983年,主要介绍建筑设计、城市设计、环境设计的新理论、新方法、新作品以及建筑教育改革的新尝试。作为一份建筑科学类的学术期刊,新建筑带给读者的是新鲜学术空气的广角视窗。

  PKPM软件是我国建筑结构设计人员主要采用的设计软件,其建模方法的快捷、方便,计算能力的强大,使得设计人员在短时间内能够完成较为复杂的结构设计任务。

  1水平荷载的合理确定

  建筑结构设计中,主要需要考虑的水平荷载包括风荷载和地震荷载。水平作用产生的内力与位移随着建筑物增加高度而迅速增加,因此,结构设计中,水平作用是重要的控制性因素,这种重要性在高层的建筑结构设计中尤为明显。在使用PKPM进行设计时,能否将水平荷载合理的表现出来,关系到设计结果的可靠性。

  1.1风荷载的确定

  PKPM程序对于风荷载标准值采用的风压标准值的计算如下式(1):

  (1)

  参照这个程序用公式,进行PKPM中各个参数设定时要注意的因素如下:

  (1)(基本风压):基本风压在PKPM中是要求将修正后的值手动输入,根据《建筑结构荷载规范》的7.1.2条例规定,建筑结构设计中,将重现期为50年一遇的风压作为基本风压,各高耸、高层结构或是其它对风荷载敏感的结构,都要适当提高基本风压,具体规定要参照相关结构设计规范。对于对风荷载特别敏感的或是特别重要的建筑(按规范,房屋层数超过60米为对风荷载较为敏感),基本将一百年一遇的风压值作为基本风压。

  (2)其余三项系数除了地面粗糙度类别需要进行手动输入外,其余均是由程序根据模型的建立自动运算生成。地面粗糙度分为A、B、C、D四类,其中,需要注意的是,C类是指有密集建筑的城市市区;D类指的是有较高房屋建筑群的城市市区,应加以区别。

  (3)结构基本周期。结构基本周期基本是采用结构力学的专业方法进行计算,这里不再赘述。若是结构比较规则,也可以采用以下的近似方法进行计算:

  框剪结构、框筒结构:T=(0.06-0.08)M

  框架结构:T=(0.08-1.00)M

  剪力墙结构、筒中筒结构:=(0.05-0.06)M

  式中,M表示结构的层数。

  1.2地震荷载的确定

  (1)无论结构的质量和刚度是对称分布或是明显不对称分布,耦联这个选项均建议采用。

  (2)结构若是有着明显的质量和刚度上的不对称,应将之规划为双向水平地震作用下,产生的扭转影响。通过计算,可知规则的框架结构,在考虑双向水平地震作用是,仅仅角柱配筋增加了一成左右,其它柱没有大的变化;若是结构不规则的框架,中、角、边柱的配筋均在考虑了双向水平地震作用后有了明显的增大;通过对双向地震作用、柱按单向偏压计算以及双向地震作用、柱按双向偏压计算进行比较,可以得出,明显后者的配筋较前者增大了很多,因此在设计时,对于同时勾选柱双向配筋和双向地震作用要谨慎考虑。

  (3)在计算单向地震力时,不能遗漏偶然偏心的影响。从施工的角度来考虑,应选择5%的偶然偏心。大量的计算表明,计算时若是考虑了偶然偏心,结构的内力就会增大5%至10%,位移也有明显的增大,平均数据位18.74%。在考虑双向地震作用的时候,不用考虑偶然偏心。

  由上可知,一般情况下,选用如下的参数设置,效果较好:对于多层(层数小于8米,高度小于30米),考虑非扭转耦联与扭转耦联都可以;对于一般高层,可以采用耦联加上偶然偏心;若是结构为不规则高层或是位移比接近限值时,考虑采用双向地震作用。

  (4)振型个数计算。地震作用的计算中,选取振型个数应要遵循《建筑抗震设计规范(GBJ50011-2010)》中条例5.5.2:"当仅计算水平地震作用或者用规范方法计算竖向地震作用时,振型数应至少取3"。因此这一项可以填入的为大于等于3的倍数。采用侧刚计算地震作用时,若是不考虑耦联振动,振型个数不得大于结构的层数;若是考虑耦联振动,一般计算振型个数都大于等于9,同时小于等于层数的三倍值。当采用总钢进行地震作用时,振型的选择没有上限,一般取值都大于12。振型数与结构的层数和结构的形式有关,当结构有较多的层数或是有较大的结构层刚度突变的话,也应将振型数多取些,比如一些转换层、顶部有小塔楼的结构形式。

  2次梁的校核问题

  对于较为复杂的梁系,进行梁系的输入后,要对之进行校核。按照以下方法可以简单高效的进行校核:从最后一级的次梁开始,到主梁以及各相关的梁,分别将模型提取出来,经过PKPM计算得到梁端的剪力,即V。这个剪力V就是上一级梁相应的位置处的一个集中荷载P,由于V是设计值而P是标准值,因此这两个值应符合V=(1.2~1.4)P的关系式。若是计算值与这个关系式相差较大,就说问题出现,需要在PKPM数据文件中进行修改。

  如下图(1)所示,楼面的恒载标准值是4KN/,楼面的活载为2KN/,L1,L2上的恒载标准值分别为120KN/m,100KN/m,各个房间如下图箭头方向将预应力空心板布置好,提取L1,L2的模型,如图(2),可以得到的数据如下:

  图(1)平面图

  图(2)荷载模型总图

  恒载:P=115.8KN;V=158.5KN,得出V=1.37P;

  活载:P=4.2KN;V=5.3KN,得出V=1.26P;

  若是活载值较小,就可以不予以考虑,仅仅考虑恒载的作用。

  3模型简化中的问题及其处理方法

  在进行模型简化时,因为往往没有一个统一的标准,结构设计人员都会根据自己的意愿或是经验进行简化,是的最终设计的质量参差不齐,以下简单总结以下出现的问题并提出解决方法:

  3.1计算图形与施工图纸不符。由于结构专业过早建模,往往会对建筑方案进行多次调整,若是没能及时与结构设计人员进行有效地沟通,就会造成各个专业之间的设计工作有脱节,而最终的施工图校审阶段没有及时发现,就会造成剪力墙开洞大小、剪力墙长度及厚度、门洞窗位置等等与施工图不符。在使用PKPM软件分析之后,某些构建配筋会因此失真,严重者甚至可能造成配筋不足的危险。加强各个专业的设计人员在各个环节的交流,可以解决这些不必要的错误。

  3.2框架计算模型不合理。在实际设计中,往往会存在很多没有地下室的普通钢筋砼框架结构,如低层住宅、工业厂房等。这种结构在±0.000m旁没有基础梁,应该将基础梁作为一层进行输入,由于此层无楼板约束,就不满足PKPM程序中默认的平面刚度无限大这一计算假定。所以,在采用SATWE进行计算时,应要定义弹性节点,采用总纲分析。

  3.3底层的层高取值不当。设计人员在对各个标准层进行组装时,底层的层高一般取为±0.000m到首层楼盖顶面的高度,这种方法并不妥当。设计规范中,规定底层柱计算层高应该为基础到首层楼盖顶面的高度。

  4结语

  PKPM作为一个结构设计辅助软件,能够很好的帮助设计人员进行设计工作,其前提是设计人员切实的掌握程序的编制原理,明了各种技术条件,明白程序什么能干,什么不能干。在选择设计参数时,要结合设计规范合理进行,结构布置要遵循多方案必选原则,根据电算的结果调整不合理的结构布置,但不能过分的依赖软件本身,应要结合丰富的力学概念和工程经验,来进行结构的设计。

  参考文献:

  [1]王勍,刘晚成,左宏亮.PKPM在结构设计中常见问题解析.TU311141

  [2]范小平.PKPM软件在建筑结构设计中应注意的问题

  [3]蒋炳炎,部爱兰,石建军.应用PKPMCAD进行结构设计若干问题分析.1000-7024(2004)02-0259-03

  [4]张汝利.浅谈结构设计中的PKPM软件价值

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