PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件學習與應(yīng)用

關(guān)鍵詞：PKPM；設(shè)計；學習；應(yīng)用

PKPM是一套集建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備設(shè)計及概預(yù)算、施工軟件等于一體的大型建筑工程綜合CAD系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的特點就是不斷根據(jù)專業(yè)和實際需要進行取舍，因此沒有必要介紹PKPM所有的功能和命令。

一、回顧PKPM課程的學習

1.PKPM課程的針對性

針對建筑工程設(shè)計專業(yè)，在學習過程中，最主要的四大課程教學內(nèi)容是：（1）：結(jié)構(gòu)平面計算機幫助設(shè)計（PMCAD）；（2）：框排架計算機幫助設(shè)計（PK）；（3）：結(jié)構(gòu)空間有限元研究設(shè)計軟件（SAT－8）；（4）：基礎(chǔ)工程計算機幫助設(shè)計（JCCAD）。在PKPM實踐教學這一階段，可以以不一樣種類的工程項目為載體，如磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等，學習應(yīng)用PMCAD進行結(jié)建立模，然后接力SAT－8進行有限元計算，再把上部結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)傳到JCCAD進行基礎(chǔ)設(shè)計，最后采用施工圖設(shè)計模塊對智能化生成的施工圖進行后處理并轉(zhuǎn)換為AutoCAD圖形進行編輯，從而完成一套工程項目的結(jié)構(gòu)施工圖。

2.PKPM課程的實踐練習性

在學習過程中，參照實際工程項目的設(shè)計要求，以實際數(shù)據(jù)為依據(jù)來對本身所做項目的設(shè)計參數(shù)進行選取，如對結(jié)構(gòu)的抗震等級、結(jié)構(gòu)體系的部署方式、不一樣用途房間的活荷載、構(gòu)件的截面尺寸、材料的強度等級、鋼筋的強度等級和采用的直徑等的選取。并采用正確的檢查方法以包管結(jié)構(gòu)設(shè)計信息、計算信息等輸入的正確性。如經(jīng)過對整樓模型的仔細觀察，檢查構(gòu)件部署是否正確；經(jīng)過平面荷載表現(xiàn)校核這一模塊中的荷載圖，來研究荷載輸入的正確性等。驗證這些提前定的參數(shù)經(jīng)過計算后是否合理，將直接影響結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟。

經(jīng)過這個反復(fù)試算的整個過程，掌握模型優(yōu)化的具體方法和操縱本領(lǐng)。結(jié)構(gòu)模型優(yōu)化完成后，在進行施工圖繪圖的時候,正確選擇和應(yīng)用結(jié)構(gòu)施工圖的繪圖軟件，可以快速準確地繪出施工圖。并強調(diào)施工圖繪制與結(jié)構(gòu)制圖知識（知識是人類生產(chǎn)和生活經(jīng)驗的總結(jié)）的聯(lián)合，避免在繪制結(jié)構(gòu)施工圖時出現(xiàn)很多不規(guī)范繪圖難題，從而包管施工圖的完整性和正確性和圖面質(zhì)量。在這個實踐教學整個過程中會全面運用到大量以前所學的混凝土結(jié)構(gòu)、建筑抗震、地基基礎(chǔ)、工程制圖等知識，處理實際難題的本領(lǐng)，都會覺得本身的專業(yè)技能。

3.PKPM課程的有效考核

我們要求在一定時間內(nèi)快速完成相應(yīng)的結(jié)構(gòu)施工圖的繪制。實踐證明，這種考核方式，能比力客觀的考查總體知識和技能（對動作方式的一種概括，是按一定的方式反復(fù)聯(lián)系或模仿而形成的熟練的動作）的掌握情況，能更好地刺激引發(fā)學生的學習積極性和主動性。在平時作業(yè)的要求方面，可適當放寬時間，但一定要求本人動手去做，不可以眼高手低，真正應(yīng)用時才發(fā)現(xiàn)不會操縱。并且在今后的課程里面要增設(shè)計算機幫助設(shè)計（PKPM）的課程設(shè)計（指擬訂一門課程的組織形式和組織結(jié)構(gòu)），也作為整個課程考核中的一部分。

二、PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用

1.抗震分析

抗震分析,更是作了具體明確的要求,設(shè)計人員在運用軟件進行結(jié)構(gòu)計算時,對軟的功能要有切實的了解,才能正確運用,并且對計算結(jié)果要進行判別,確認其合理有效后,方能在設(shè)計中使用,千萬不可盲目依賴于計算軟件。隨著軟件功能的日益完善,相當一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)用軟件時不夠重視其技術(shù)條件與相關(guān)規(guī)范、標準規(guī)定的相符性。PKPM系軟件在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用較廣泛。

2.結(jié)構(gòu)計算振型數(shù)的確定

采用振型分解反應(yīng)譜法進行結(jié)構(gòu)水平地震作用計算時,《抗規(guī)》第5.2.2條規(guī)定:不進行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算的結(jié)構(gòu),確定水平地震作用標準值的效應(yīng),可只取前2～3個振型,當基本自振周期大于115s或房屋高寬比大于5時,振型個數(shù)應(yīng)適當增加�！陡邔咏ㄖ�混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(以下簡稱《高規(guī)》)第3.3.10條規(guī)定:對于不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動影響的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)計算振型數(shù)規(guī)則結(jié)構(gòu)可取3;當建筑較高、結(jié)構(gòu)沿豎向剛度不均勻時,可取5～6。上述規(guī)范的條文說明均要求振型個數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達到總質(zhì)量90%所需的振型數(shù)。

結(jié)構(gòu)抗震計算時,考慮平扭耦聯(lián)計算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),振型數(shù)不應(yīng)小于15;對多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓數(shù)的9倍,且計算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)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向的有效質(zhì)量系數(shù)。我們都知道,結(jié)構(gòu)計算振型數(shù)增加,水平地震作用效應(yīng)增大,即內(nèi)力和變形增大;振型數(shù)如取少了,后續(xù)振型產(chǎn)生的地震作用效應(yīng)未能計入,導(dǎo)致計算結(jié)果不安全,所以,振型數(shù)要盡量取得多。但對大型結(jié)構(gòu),過多的振型數(shù),導(dǎo)致運算時間過長,并對計算機的內(nèi)存也要求大,而最后的那些高振型對結(jié)構(gòu)地震作用貢獻也不大,因此,也不必所有的振型都計算,當有效質(zhì)量系數(shù)超過0.9,就意味著計算振型數(shù)夠了;如果小于0.9,說明后續(xù)振型產(chǎn)生的地震作用效應(yīng)不能忽略,應(yīng)增加振型數(shù)重算。需要注意的是,振型數(shù)也不能超過結(jié)構(gòu)固有振型總數(shù),否則,會引起計算的混亂,以致造成嚴重的分析錯誤。結(jié)構(gòu)固有振型總個數(shù)等于結(jié)構(gòu)自由度總數(shù)。對于有n個獨立的水平塊剛性樓板的結(jié)構(gòu),獨立于剛性樓板的彈性節(jié)點數(shù)為m,則結(jié)構(gòu)的自由度數(shù)為(3n+2m)。所以,當結(jié)構(gòu)存在大量彈性樓板、越層柱、大開洞錯層時如空曠的錯層工業(yè)廠房、體育館等,按常規(guī)的以樓層數(shù)為基數(shù)來確定振型數(shù),有時很可能遠不夠。所以,檢查計算結(jié)果時,有效質(zhì)量系數(shù)是否超過0.9,是必須檢查項目之一。

3.周期比控制及調(diào)整方法

《高規(guī)》第4.3.5條對結(jié)構(gòu)位移比、周期比作出了具體控制要求。在實際工作中,位移比可以從輸出文件中直接檢查,而周期比需要先根據(jù)振型的平動系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)區(qū)分各振型是平動振型還是扭轉(zhuǎn)振型,然后從中分別找出周期最長的扭轉(zhuǎn)振振型,得到對應(yīng)的第一扭轉(zhuǎn)周期Tt,第一側(cè)振周期T1,計算出Tt/T1,看其是否符合規(guī)程要求。需要注意的是,周期比針對的是高層建筑整體振動效應(yīng),要在“剛性樓板假定”前提下來分析,多層建筑不必控制周期比。多塔結(jié)構(gòu)驗算周期比時,不是在同一結(jié)構(gòu)中定義多塔,而是按塔分成多個結(jié)構(gòu)分別驗算。周期比主要控制的是側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之間的相對關(guān)系,即抗側(cè)力構(gòu)件平面布置的合理性,避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。當周期比不滿足求時,說明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度相對于側(cè)移剛度偏小,這時單純增加結(jié)構(gòu)尺寸,往往收效甚微,通應(yīng)通過整體調(diào)整結(jié)構(gòu)布置,來獲取良好的改善效果。如加強外圈結(jié)構(gòu)剛度、增設(shè)抗震墻、增加外圍連梁的高度、削弱內(nèi)筒的剛度等措施。

4.進行位移比、位移角驗算時關(guān)聯(lián)選項的確定

判斷結(jié)構(gòu)是否屬扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時,樓蓋計算,即對結(jié)構(gòu)位移比、位移角的控制要求均為在“剛性樓板假定”條件下的計算值。《抗規(guī)》第3.4.2條的條文說明已明確應(yīng)按剛性《抗規(guī)》表3.4.2-1規(guī)定:樓層的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移),大于該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值112倍為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)進行水平地震作用計算時,應(yīng)計及扭轉(zhuǎn)影響�！陡咭�(guī)》第3.3.3條規(guī)定:“計算單向地震作用時應(yīng)考慮偶然偏心的影響……”《抗規(guī)》第5.2.3條第1款規(guī)定:“規(guī)則結(jié)構(gòu)不進行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時,平行于地震作用方向的2個邊榀其地震作用效應(yīng)應(yīng)乘以增大系……”因此,在應(yīng)用軟件驗算位移比時,總是要考慮偶然偏心。一般偶偏心對位移比的影響還比較明顯�！陡咭�(guī)》第4.6.3條規(guī)定:層間位移角的計算不考慮偶然偏心的影響,因此,程序操作時應(yīng)分2次進行。

5.結(jié)構(gòu)整體性能控制

1)位移控制：新高規(guī)的4.3.5條規(guī)定,樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移角,A、B級高度高層建筑均不宜大于該樓層平均值的1.2倍；且A級高度高層建筑不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍,B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑,不應(yīng)大于該樓層平均值的1.3倍。

2)周期控制：新高規(guī)的4.3.5條規(guī)定,結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1之比,A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9；B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.850。

3）層剛度比控制：新抗震規(guī)范附錄E2.1規(guī)定,筒體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下層的側(cè)向剛度比不宜大于2；新高規(guī)的4.4.3條規(guī)定,抗震設(shè)計的高層建筑結(jié)構(gòu),其樓層側(cè)向剛度不宜小于相臨上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相臨三層側(cè)向剛度平均值的80%；新高規(guī)的5.3.7條規(guī)定,高層建筑結(jié)構(gòu)計算中,當?shù)叵率业捻敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固端時,地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍:新高規(guī)的10.2.6條規(guī)定,底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,應(yīng)符合高規(guī)附錄D的規(guī)定。

4)、框剪結(jié)構(gòu)中框架承擔的傾覆力矩計算；新抗震規(guī)范第6.1.3條、高規(guī)8.1.3條規(guī)定,框架一剪力墻結(jié)構(gòu),在基本振型地震作用下,若框架部分承擔的地震傾覆力矩大于總地震傾覆力矩的50%,其框架部分的抗震等級應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定,柱軸壓比限值宜按框架結(jié)構(gòu)采用。

6.結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計計算

1）柱軸壓比計算：新抗震規(guī)范6.3.7條、高規(guī)的6.4.2條和混凝土規(guī)范的11.4.16條,都規(guī)定了柱軸壓比的限值,并規(guī)定建造于IV類場地且較高的高層建筑柱軸壓比限值應(yīng)適當降低。柱軸壓比指柱考慮地震作用組合的軸壓力設(shè)計值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值乘積之比:可不進行地震計算的結(jié)構(gòu),取無地震作用組合的軸壓力設(shè)計值。

2)剪力墻軸壓比計算：新抗震規(guī)范6.4.6條、高規(guī)的7.2.14條和混凝土規(guī)范的11.7.13條,都規(guī)定了剪力墻軸壓比的限值。目前新規(guī)范程序給出各個墻肢的軸壓比。

3)剪力墻強區(qū)：底部加新抗震規(guī)范和新高規(guī)對剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強部位的定義略有不同,分別定義如下:新抗震規(guī)范6.1.10條規(guī)定,部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震墻,其底部加強部位的高度,可取框支層加上框支層以上兩層的高度及落地抗震墻總高度的l/8二者的較大值,且不大于15m,其它結(jié)構(gòu)的抗震墻,其底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部二層高度二者的較大值,且不大于15m。新高規(guī)的7.1.9條規(guī)定,一般剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強部位的高度可取墻肢總高度的l/8和底部二層高度二者的較大值,當剪力墻高度超過150m時,其底部加強部位的范圍可取墻肢總高度的1/10。新高規(guī)的10.2.5條規(guī)定,帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu),剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強部位可取框支層加上框支層以上兩層的高度及墻肢總高度的1/8二者的較大值。

4)剪力墻的約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件：新高規(guī)的7.2.15條規(guī)定,抗震設(shè)計時,一、二級剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強部位及以上一層的墻肢設(shè)置約束邊緣構(gòu)件,一、二級剪力墻的其它部位以及三、四級和非抗震設(shè)計的剪力墻墻肢均應(yīng)設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。

5結(jié)論

相比操縱性強的PKPM課程的教學和學習，合理的選擇教學主要內(nèi)容，運用綜合的考試考核方式，掌握計算機幫助設(shè)計的真本事，努力應(yīng)用好PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計，協(xié)助工程建設(shè)更好發(fā)展。

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