对PKPM地震作用下输出结果探讨

王国栋　袁媛　钟宏伟

【摘 要】本文对PMPM工程设计软件中地震作用的分析结果（阵型、位移）进行了分析，并对分析地震作用下的结构自震周期、阵型曲线、层间水平位移角、地震力的结果等进行了分析，为结构设计人员提供有益的参考。

【关键词】PMPK；分析结果；计算

0 引言

PKPM[1]是中国建筑科学研究院开发的建筑结构计算为主导的一款结构设计软件，是目前国内应用最为广泛、被国内大多数设计院所认可的建筑结构程序。再当前设计院的工作人员越来越依赖于PKPM计算机程序完成机构计算工作的今天，如何正确理解和掌握PKPM的中间地震分析结果（阵型、位移），这样才能准确判断出结构的安全、适宜性，对于每一个结构设计人员来说尤为重要。以下就PKPM在地震作用下的结果进行探讨。

1 对水平地震荷载作用下计算结果的分析

水平地震荷载作用下，可以利用其结果进行如同风荷载作用下的渐变性分析，但不能进行对称性分析，也不能利用结构底层进行内外力平衡的分析（因为振型组合后的内力与地震作用力不再平衡）。水平地震荷载作用下，对其计算结果的分析重点如下。

1.1 结构的自振周期

对一般的工程，结构的自振周期[2]在考虑折减系数后应控制在一定的范围内。如结构的基本自振周期（即第一周期）大致为：

框架结构T1≈（0.12～0.15）n

框-剪和框-筒结构T1≈（ 0.08～0.12）n

剪力墙和筒中筒结构T1≈（0.04～0.06）n

式中，n为建筑物的总层数。

第二周期、第三周期与第一周期的关系大致为：

T2≈（1/3～1/5）T1

T3≈（1/5～1/7）T1

周期偏长，说明结构过“软”、所承担的地震剪力偏小，应考虑抗侧力构件（柱、墙）截面太小或布置不当；如周期偏短，说明结构过“刚”、所承担的地震力偏大，应考虑抗侧力构件截面太大或墙的布置太多或墙的刚度太大（宜设结构洞予以减小其刚度）。如果抗侧力构件的截面尺寸、布置都很正常，无特殊情况而自振周期偏离太远，则应检查输入数据是否有错误。对20层以上的高层建筑结构，如果一切正常，其基本自振周期往往在2.0～3.0之间（叫次长周期），则需要增加地震力（调整系数取1.5～1.8）重新进行计算。

以上的判断是根据平移振动振型分解方法得出来的。考虑弯扭耦连振动时情况要复杂得多，可以挑出与平移振动相对应的自振周期来进行上述比较，至于扭转周期的合理数值，由于缺乏经验尚难提出。

1.2 各振型曲线

对于竖向刚度和质量比较均匀的结构，如果计算正常，其振型曲线应是比较连续光滑的曲线），不应有大进大出、大的凹凸曲折。

水平位移特征

将结构各层位移（经振型组合后的位移）[3]连成侧移曲线，应具有图1所示的特征。

图1

剪力墙结构的位移曲线，具有悬臂弯曲梁的特征，位移越往上增长越快，呈外弯型曲线；

框架结构的位移曲线，具有剪切梁的特征，位移越往上增长越慢，呈内收型曲线；

框-剪结构及框-筒结构的位移曲线，介于以上两者之间，呈反S型曲线、中部接近为直线。

在竖向刚度较均匀的情况下，以上三种曲线均应连续光滑、无突然凹凸变化和明显的折点。

1.3 层间水平位移的限值

抗震规范[4]提出的层间弹性位移角和层间弹塑性位移角限值，实际上是控制层间水平位移不得过大，避免带来结构的P-△效应。两个阶段的层间位移要分别满足以下要求：

ΔUe≤[θe]H

ΔUp≤[θp]H

式中：

ΔUe—多于地震作用标准之产生的层间弹性位移；

ΔUp—罕遇地震作用下按弹性分析产生的层间位移；

[θe]—层间弹性位移角限制；

[θp]—层间弹塑性位移角限制；

H—第二阶段时指薄弱层（部位）的层高；

由于规范对层间弹性位移角限制放松较多，所以第一阶段抗震的变形验算往往容易满足。而对结构的自振周期、各振型曲线、水平位移特征和结构承受的地震力大小，规范并未提出定性或定量的要求，于是不少设计人会造成一种误解，认为满足层间弹性位移角限制即为合理的结构。事实上，这种理解是片面的。

因为抗震计算中，自振周期、水平位移、地震力大小均与结构的刚度有关。结构刚度偏小时，自振周期偏长，水平地震力也偏小，水平位移也偏小，虽然位移也有可能在限制范围内，但由于承担的地震力太小，结构并不安全。

1.4 地震力大小

结构承担的地震力大小可用底部总剪力与结构总质量之比（剪质比）来衡量。

对抗侧力构件布置、截面尺寸都比较正常的结构，其剪质比在下述范围内：

8度近震，Ⅱ类场地 Fek/G≈0.03～0.06

7度近震，Ⅱ类场地 Fek/G≈0.015～0.03

式中：

Fek ——结构总水平地震作用标准值

G——结构等效总重力荷载（即结构总质量）。

层数多、刚度小的结构，其剪质比偏小，如小于上述范围或接近最小值，宜适当增大构件截面或提高结构刚度，从而增大地震力以保证结构的安全；反之，地震力过大，宜适当渐低结构刚度，以取得合理的经济技术指标。

对框剪结构，还要分析剪力墙部分的承受的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩的50%，以检查其框架部分的抗震等级确定的是否合适。

宜绘出结构的整体弯矩图和剪力图，分析沿高度的受力状况。

2 结论

以上是笔者对PKPM地震作用下的输出结果谈了结构设计时应该注意的几个问题，其实设计中还有很多我们需要注意的问题，这需要我们不断的完善和总结才能使结构设计更加合理，从而保障人民群众的生命和财产安全。

【参考文献】

[1]PKPM系列软件《用户手册及技术条件》[M].中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部.

[2]GB50009-2012 《建筑结构荷载规范》[S].北京：中国建筑工业出版社出版社，2012.9.

[3]梁兴文.混凝土结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社出版社，2011.12.

[4]GB 50010-2010混凝土結构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社出版社，2010.8.

[责任编辑：朱丽娜]