PKPM框架结构设计分析

2018-02-17代发能

建材与装饰 2018年30期

代发能

（贵州省城乡规划设计研究院贵州贵阳 550081）

我国社会科学技术发展迅猛，在建筑工程设计过程中，PKPM框架结构设计方法的应用越来越普遍，采用PKPM框架结构设计的平面布置灵活，可应用于大空间厂房、商场、住宅等，满足各种功能的建筑布置需求。建筑框架结构设计主要分成为四个阶段，分别是结构方案布置、结构计算分析、构件设计和施工图绘制。PKPM软件主要应用在结构计算分析和构件设计阶段，本文也主要讨论这两个阶段中的一些经验和方法。

1 建模前的准备工作

在建模之前，设计人员需要根据建筑方案的布置，选取合适的结构布置方案和计算参数，确保软件的参数设置正确和结构方案布置的合理性，才能够保证后期得出计算结果的正确性。设计人员应根据工程所在地及建筑类别，确定抗震烈度、抗震等级、场地类别，风荷载、雪荷载等活荷载，根据建筑功能按照《荷载规范》统计墙体荷载、楼板恒载和活荷载。应按照规范要求布置伸缩缝、抗震缝，根据经验初估梁柱截面尺寸、混凝土等级，输入平面模型完成结构方案布置。

2 选择结构计算参数

框架结构可以采用TAT或SATWE计算，参数定义是计算中的重要工作，参数定义不仅要结合实际情况，还要对几个非常关键的参数实行原则性选择，如下：

（1）总信息

以实际情况为依据选择结构方式，如果为框架结构，参数计算时就直接点击“框架结构”；总信息中的地震力计算可直接选“计算水平地震”，竖向力计算方面设置为“模拟施工加载1”；多层框架房屋一般可不考虑P-Δ效应，高层一般需要考虑；

（2）地震信息

地震信息分析中的对称结构要注意扭转耦连，常规结构可以选择不考虑。计算振型数量的过程中，当地震力计算采用侧刚计算法时，不用关注耦连的振型数与结构层数的关系，直接考虑耦连的振型数是否为不大于3的倍数；当地震力计算采用总刚计算法时，振型数会超过12。周期折减系数方面，结构中由于存在填充墙施工导致结构在实际施工中体现出来的刚度明显大于计算得出的刚度，因此会导致计算出来的地震作用效应小于实际的数值，降低了框架结构选型的安全度，所以填充墙参数的取值范围设计成0.7～1.0，填充墙越多，取值会篇小；框架结构的阻尼比，取值是0.03，有5%为偶然偏心，高层建筑受偶然偏心的影响比较大，容易产生不安全的地震作用力。地震剪力系数最小的楼层中，以程序默认值为主。

（3）调整信息

楼板对梁刚度有着很大的影响，在研究影响参数时需放大系数，明确楼板与梁刚度的影响关系。TAT以及SATWE两种计算软甲当中输入的梁大部分为矩形截面，忽视了楼板T型界面导致的刚度增强，因此在利用这两种软件进行计算式，可以适当性的放大梁刚度，计算出正确的地震剪力。中梁参数是1.5～2，连梁参数是1～1.5；梁端负弯矩调整时，系数的取值范围0.7～1中，折减主梁中的弯矩数值，如正弯矩增大，系数选择0.85；梁弯矩的系数放大后，受活荷载的影响，最不利的结构布置时要选择系数1.0，排除活荷载影响时，最不利的布置参数为1.2；梁扭转折减系数设置时，以楼板对梁的扭转效应为参考，结构中不具备楼板、弧梁时，系数取值是1；

（4）材料信息

混凝土容重，注意抹灰的影响，系数范围是26～28；梁箍筋间距中，需要填入加密区的间距数据，并且以规范数据为主。柱箍筋间距也要填写加密区的间距，同样以规范要求为主；

（5）设计信息

柱墙活荷载折减，常规下选“按规范折减”；

（6）风荷载信息

根据是否应该重新计算风荷载，在TAT中定义多塔、弹性节点等，如有必要选择“重新计算”。

3 结构设计计算分析和结构合理性判断

按照建筑布置建好模型，输入荷载和合理计算参数后，可采用TAT或SATWE进行结构计算，对于软件计算结果，还需特别强调整体结构布置的科学性和合理性，对于多层框架结构的整体合理性，设计人员应对周期和周期比、位移比等结果进行分析判断和调整模型。而梁柱的构件设计，应特别注意柱轴压比，梁配筋率的经济合理值。

（1）周期和周期比

查看计算结果中周期、地震力、振型的输出参数。因SATWE电算结果中不能直接得出周期比，所以要以常规的规则单塔楼结构为主，采用人工操作的步骤验算周期比。首先按照不同振型中的平动系数、扭转系数（三者之和等于1）判断振型的扭转状态是否符合周期、周期比的要求，区分扭振振型和侧振振型，周期最长扭振振型实现在第一扭振周期Tt位置，周期最长的侧振振型出现在第一侧振周期T1位置。计算出Tt/T1的结果，与系数0.9或0.85进行比较，对于多塔结构周期比，无法直接使用上述的验算方法，这时要把多塔结构划分为若干单塔，利用多结构形式分别计算，并且验算（注意验算期间不要在同一结构内实行定义，而是根据塔分的若干单塔结构进行）。

周期比反应了结构中侧向刚度和扭转刚度的相对关联，并不是指绝对大小，周期比的目的是保障抗侧力构件平面布置结构的有效性、合理性，结构中不要出现超出规范标准的扭转效应。周期比的控制不仅仅是保障结构的结实度，更是完善结构的承载布局。周期比有一定的限制标准，以限制标准为参考，规划结构平面的布设状态，按照新规范的角度进行分析，结构可以设置成“平面不规则结构”。如果周期比自身不满足结构的要求，就要利用平面布置的方法改善结构状态，以整体改变为主要方式，局部改变时采用微调的方法。周期比数值达不到规范标准时，表明结构的扭转刚度在侧移刚度角度上是偏小的，总调整时应该加强结构外圈的设置，也可以采取削弱内筒的方法。

（2）位移比

查看计算结果中位移输出文件，如果位移比高于规范要求（通常为1.2，或1.5），那么就需要在信息参数的设置期间就要考虑双向地震产生的作用[4]。位移比的验算需要综合考虑建筑工程可能会出现的偶然偏心作用，同时也需要选择强制刚性的楼板假定，如果设计当中发生了楼板局部不够连续时，则需要应用能够符合建筑平面实际刚度变化的计算模型，改善当前的平面不对称问题。建筑工程中的最大层间位移以及位移比都是刚性楼板假设之下的控制参数，但是可以选计算出刚性楼板的位移，然后再分析和计算出弹性楼板的位移数据。

（3）结构计算需要针对结构当中包含的各个构件内力以及配筋进行有效的计算，包含有柱轴压比的计算还有梁轴压比的计算等，优化构件的截面设计。柱截面设计我们主要用轴压比来控制，轴压比首先《混凝土规范》、《抗震规范》的要求[1]，但轴压比值过小说明混凝土强度未充分利用，柱截面偏大，所以需要调整模型中柱截面或混凝土等级，在满足建筑功能的情况，接近规范限值以保证经济性。梁截面设计的控制要点是“适筋梁”。设计人员保证梁配筋率在规范规定的最小最大配筋率之间是硬性要求，但如何找到所谓的“经济配筋率”，需要设计人员丰富的经验来把控，优秀的设计，正是保证安全的情况下，经济合理。个人在具体工程设计时，通常把多数框架梁跨中配筋率控制在0.8～1.2%，梁端部配筋率控制在1.0～1.5%。