浅谈PKPM在结构设计中的应用

张铁壮

摘要：本文主要阐述PKPM在结构计算中模型设计参数的合理选取，地震系数的调整，结构整体性能的控制，计算结果正确性的判断等相关问题。

关键词：地震 调整 模型 设计参数

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

0 引言

在计算机迅速发展普及的形势下，结构设计引入计算机辅助计算得到了有力的技术支持，PMPM在目前的结构计算中得到了广泛的应用。合理的应用计算机软件使选择参数更符合规范条文及实际工程就变得尤为重要。

1 设计参数的选取

1.1 抗震等级确定

(1)规范中抗震等级均指“丙”类建筑，如果是“甲”、“乙”、“丁”则需按规范要求对抗震等级进行调整。

(2)接近或等于高度分界时，应结合房屋不规则程度及场地、地基条件适当确定抗震等级。

(3)当转换层的位置设置在3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震墙等级宜按《抗规》和《高规》 相关条款提高抗震等级采用，已为特一级时可不再提高。

(4)新版《建筑抗震设计规范》已经提出对钢结构框架抗震等级的划分要求，与以往有很大区别，应尤为注意。

1.2 振型组合数的选取

在计算地震力时，振型个数的选取应使振型参与质量达到总质量90％以上所需的振型数。同时要注意以下几点：

(1)振型数不能超过结构固有的振型总数，因一个楼层最多只有三个有效动力自由度，所以一个楼层也就最多可选3个振型。如果所选振型多于结构固有的振型总数则会造成地震力计算异常。

(2)对于进行藕联计算的结构，所选振型数应大于9个，多塔结构应更多些，但要注意应是3的倍数。

1.3 地震力作用方向

(1)设计应注意查看SATWE文本文件“周期、振型、地震力WZQ OUT”，程序输出结果中给出了地震作用的最大方向是否与设计假定一致，对于交角≥15度时应将此方向输入，重新计算。

(2)对于主体结构中存在斜向放置的梁、柱时，也要分别计算各抗力构件方向的水平地震力。

1.4 周期折减系数

周期折减是强制性条文，但折减多少则不是强制性条文，这就要求在折减时慎重考虑，因为折减不仅影响结构的内力，同时还影响结构的位移。

1.5 活荷载折减系数

活荷折减系数使用时应注意软件默认的是按住宅取用的，当不属于这种情况(如工业建筑)时应按规范取用。

1.6 关于柱计算长度系数

实际工程中有的柱会连续两到三层，计算时应注意把每层的柱取相同的计算长度，否则计算结果会不真实。

1.7 关于梁的几个调整系数

(1)针对梁刚度的凋整系数Bk，对于预制楼板，板柱体系的等代梁则取1.0。注意此放大系数对连梁不起作用。

(2)对于负弯矩调幅系数Bt要注意：a、程序隐含规定钢梁为不调幅的梁；b、不要将梁跨中弯矩增大系数与其混淆。

(3)梁弯矩放大系数Bm，选用时应注意，如果考虑活载不利布置时此系数应取为1.0，否则配筋量将增大15％左右。

(4)连梁刚度折减系数Blz，要注意如果连梁的跨高比≥5时，建议按框架梁输入，因此时梁往往是受弯为主，刚度不应折减。

(5)梁扭矩折减系数，程序规定对于不与刚性楼板相连的梁及弧梁，此系数不起作用。

1.8 关于偶然质量偏心

对于不规则结构必须选此项，主要用来判断结构平面的规则性。此时，必须对所有楼层强制采用”刚性假定”，执行这一开关后所计算的地震力、杆件内力均不能用，仅仅用来判断楼层的最大水平位移与层间位移比值。对一个不规则结构，带有弹性楼板的结构，应计算两遍，一是强楼板刚性控制位移；二是按真实情况计算地震力、杆件内力。

1.9 关于双向地震的扭转效应

《高规》：“计算单向地震力时应考虑偶然偏心的影响，条文说明当计算双向地震作用时，可不考虑质量偶然偏心的影响”。

1.10 关于楼层刚度的计算方法的选取

程序给出了三种计算方法，三种计算方法给出差别较大的刚度比，所以设计应根据工程实际情况做出正确选择，可按下列原则选取：

(1)剪切刚度：对于底层大空间层数为一层时，可近似采用转换层上、下结构的等效剪切刚度比表示转换层上、下层的刚度变化。此时可近似只考虑剪切变形的影响，适用于多层(砌体、砖混底框)，不带转换层的剪力墙结构也宜选用此项。

(2)剪弯刚度：对于底层大空间层数大于一层时，可近似采用转换层上、下结构的等效剪弯刚度比表示转换层上、下层的刚度变化。此时同时考虑结构剪切变形和弯曲变形的影响，适用于带斜撑的钢结构，不带转换层的框架—剪力墙结构也宜选用此项。

(3)地震剪力与地震层间位移比值：适用于其它多层建筑结构。

1.11 关于上部结构嵌固端的选取

《高规》规定：当地下室顶板作为上部结构的嵌固层时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍，而规范中设计内力调整系数所对应的底层即指嵌固层楼板。因此，正确选取嵌固层就成为结构整体计算是否正确的关键。

1.12 弹性楼板的选取

对于各种楼板的应用范围可采用如下方法确定：

(1)弹性楼板6假定，一般用于板柱结构和板柱抗震墙结构的计算。

(2)弹性楼板3假定是针对厚板转换层结构的转换厚板提出的。

(3)弹性膜假定，主要针对空旷的工业厂房和体育场馆结构、楼板局部开大洞结构、楼板平面较长或有较大凹人以及平面弱连接结构等。

2 地震作用的调整

2.1 最小地震剪力调整

程序自动调整，无须人工干预。但建议设计者注意查看SATWE文本文件“周期、地震力及振型输出文件WZQ.OUT”，目的是从中可判断薄弱层所在楼层。

2.2 O.2V0的调整系数

(1)对柱少剪力墙多的框架剪力墙结构，让框架梁柱承担20％的基底剪力会使放大系数过大，以致梁柱无法设计。所以20％的调整一般只用于主体结构，一旦结构内收则不应往上调整。

(2)若考虑调整后框架梁柱内力增加过大，可调整文件中的放大系数，程序将按V02Q.OUT的系数调整。

(3)0.2V0调整的放大系数只针对框架梁柱的弯矩及剪力，不调整轴力。

(4)程序对框剪结构，依据规范要求进行0.2V0调整，设计者可以指定调整楼层的范围，同时可人工干预调整系数。

2.3 竖向不规则结构地震作用效应调整

《抗规》及《高规》规定：楼层侧向刚度小于上层的70％或其上三层平均值的80％时，其薄弱层地震剪力应乘以1.15的增大系数。设计者应注意：此条要求设计者必须指出薄弱层所在楼层，然后程序将根据设计者指定的薄弱层层号，将这些楼层地震作用的内力乘以1.15的增大系数。

2.4 特殊构件地震力调整系数

(1)转换梁在地震作用下的内力调整：《高规》规定：转换梁在特一级、一级、二级抗震设计时，其地震作用下的内力分别放大1.9、1.6、1.3倍。设计时注意：设计必须在特殊构件定义时人工定义了转换梁，则程序会自动对其进行调整。

(2)框支柱在地震作用下的内力调整：设计时注意：设计必须在特殊构件定义时人工定义了框支柱，则程序会自动对其进行调整。由于调整系数往往很大，为了避免异常情况，程序给出一个控制开关。设计者可决定是否对与框支柱相连的框架梁的弯矩剪力进行调整。

(3)另外对于“不调幅的梁”、“铰接梁”、“滑动支座梁”、“刚性梁”、“铰接柱”、“铰接支撑”、“弹性楼板”、“临空墙”等均需人工定义。

3 结构整体性能的控制