PKPM 和探索者关于楼梯设计的比较

张兆凤

(煤炭工业太原设计研究院，山西太原 030001)

1 概述

过去，结构设计人员常用的钢筋混凝土板式楼梯设计(以下简称为“楼梯设计”)软件为PKPM中的LTCAD;最近几年，随着结构设计软件的多元化，许多小程序逐渐被设计人员了解并运用到楼梯设计工作中，比如TSSD(探索者)、世纪旗云、MorGain(摩根)和理正。尤其是TSSD(探索者)，由于它是内嵌于CAD的设计软件，不仅高效实用，而且充分考虑到结构设计人员的绘图习惯，所以使用起来非常方便快捷，深受设计人员的青睐。下面就通过一个楼梯设计实例，将PKPM和探索者这两种设计软件进行一次详细的比较。

2 对比分析

2.1 楼梯设计实例简介

山西某煤集团某煤业有限公司调度综合楼，结构形式为多层框架结构。该地区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g。本工程楼梯混凝土标号为C30，受力钢筋采用三级钢。楼梯斜板厚度暂定为t1=100 mm，楼梯平台板厚度为t2=100 mm，楼梯梁截面尺寸250×400，楼梯装修荷载为2.0 kN/m2，活荷载为3.5 kN/m2。楼梯结构简图如图1所示。

2.2 程序操作对比

图1 楼梯结构简图

就程序操作而言，PKPM相对繁琐，具体操作大概分为以下几步:1)进入LTCAD中的普通楼梯设计界面，从主菜单中选择主信息命令，输入绘图参数、荷载、混凝土强度等级、受力主筋级别、楼梯尺寸和保护层厚度等基本参数;2)选择新建楼梯工程命令，输入楼梯文件名;3)选择楼梯间命令，确定楼梯开间、净深及层高，还可以画轴线、墙线及梁线等;4)选择楼梯布置命令，再进一步选择楼梯布置中的对话输入，这一步是所有步骤中最重要的一步，在这一步中，首先选择楼梯类型，然后详细输入计算楼梯所需参数，并布置各个构件;5)选择竖向布置命令，可进行楼梯标准层的删除、插入、替换等命令，并进行全楼组装;6)进行数据检查;7)选择钢筋校核命令，可以通过对话框进行钢筋修改，还可以生成计算书、施工图、钢筋表等;8)选择施工图命令，将生成的各个施工图进行合并，还可以选择楼梯平法绘图;9)进入LTCAD中的图形编辑、打印及转换界面，将后缀为t的施工图文件转换为dwg文件。

而对于探索者来说，操作步骤要简单得多，只需一步就可搞定。具体操作如下:在CAD界面下，打开下拉菜单中的板式楼梯计算对话框，在此对话框中，即可输入计算楼梯所需的所有参数，并能同时生成详细的WORD计算书，最为方便的是，还可直接生成楼梯配筋详图。

通过以上对两种程序操作的简单介绍以及对程序的实际操作，可以发现两者主要有以下几点不同之处:

1)不难看出，最大的不同就是PKPM的操作步骤繁多，若要选择另外一个命令，必须先从当前命令返回才能继续选择新的命令，来回切换得非常麻烦;如果修改了某个参数，必须重新进行数据检查、钢筋校核、施工图生成合并、图形转换等命令。而探索者简洁明了，操作起来很方便，只需在一个对话框中就可以完成所有命令;若是修改了其中的一个参数，计算书和施工图都会相应自动变化。2)在输入楼梯装修荷载时，PKPM是把所有装修荷载折算成均布荷载输入，而且只需输入一个数值，对于以上楼梯设计实例，即输入2.0 kN/m2。而在探索者中，需要输入两个数值，一个是面层荷载1.0 kN/m2，另一个是栏杆线荷载1.0 kN/m，而抹灰荷载则由程序另行自动计算。3)PKPM可以进行全楼组装，可以计算所有楼层的楼梯板、休息平台板、楼梯梁，生成的图形类型也比较丰富，包括各层楼梯平面图、全楼的楼梯剖面图、配筋详图、钢筋表，另外还可以根据设计者的需要选择楼梯平法绘图。而探索者计算比较单一，只能计算单跑楼梯板，生成的图形也只有单跑楼梯板的配筋详图，也没有平法绘图这项功能。4)PKPM中并未计算楼梯板的挠度和裂缝，而探索者则对这两项指标进行了详细的计算。5)PKPM生成的楼梯计算书相对简单，只简单罗列出计算简图、荷载计算公式、荷载计算参数等，而且只给出了计算结果而没有计算过程，另外生成的计算书需专门导出。而探索者生成的计算书则非常详细，首先是完整的基本资料，包括示意图、依据规范、几何参数、荷载标准值、材料信息等;然后是计算过程，包括荷载、弯矩、配筋、挠度、裂缝等的计算，所有计算过程都给出了明确的公式并将数据代入;另外探索者在CAD界面下就可直接生成WORD计算书，无需另外导出。6)PKPM生成的施工图文件是后缀为t的图形文件，虽然也可以直接在PKPM界面下进行编辑打印，但许多结构设计人员都习惯于将图形先转换为dwg格式的文件，再进行后续操作。而探索者生成的楼梯配筋详图则已经是现成的dwg格式，非常人性化。

2.3 计算结果比较

2.3.1 弯矩和配筋

PKPM的计算结果为弯矩13.27 kN·m，配筋面积634 mm2，配筋结果为直径10，间距120;探索者的计算结果为弯矩16.44 kN·m，配筋面积689 mm2，配筋结果为直径10 mm，间距110 mm。经过比较可以看出，两种软件计算结果相差不明显，探索者稍大些。通过查看计算书，又经过反算，不难发现PKPM中楼梯板的计算跨度L0取值为2.8 m，并未考虑支座宽度，显然不合理;而探索者中计算跨度则考虑了支座宽度，并进行了明确的计算，计算结果为 L0=3.05 m。

2.3.2 挠度和裂缝

按照规范要求，混凝土构件应计算挠度和裂缝，但PKPM并未计算。根据我国几十年的工程经验总结:对于一般的楼梯，只要梯板厚度的取值满足(1/25～1/30)L0，通常可不考虑挠度和裂缝;但是对于跨度大于4 m的楼梯，则应进行挠度和裂缝的验算。对于本文中的设计实例，楼梯板厚取值为100，即板跨的1/28，按照经验设计，是满足要求的。通过查看探索者生成的计算书，我们发现，计算最大裂缝宽度为0.15 mm，完全可以满足规范要求;但对于挠度来说，限值为15.25 mm，计算结果为26.79 mm，显然远不能满足要求，而且计算过程中已经考虑了三角踏步对梯板挠度的影响。

那么，对于一般楼梯，究竟是否应该考虑挠度和裂缝，众所周知，楼梯间在地震发生时是唯一的逃生通道更是救援通道。新抗震规范中，无论是对砖混结构，还是对多层和高层混凝土结构的楼梯间，都提出了新的构造措施要求，可见楼梯的重要性。既然规范中明确要求混凝土构件应计算挠度和裂缝，结构设计人员就应对楼梯板的挠度和裂缝进行验算，而不应单凭经验取值。

通过计算可以发现，裂缝很容易满足要求，关键就是挠度问题。解决挠度超限问题，一般有两种办法，加大配筋或是增加板厚。但是如果配筋过大，会使构件地震时钢筋未屈服而混凝土压碎，导致脆性破坏，所以不能一味地加大配筋。另一方面，如果梯板越厚，楼梯刚度就越大，相应吸收的地震力也会越大，而且因为板厚的增加，配筋反而会减少，更容易导致破坏，所以盲目地增加板厚也是不合理的。所以，采取折中的方法，既加大配筋又增加板厚应该是不错的选择。

对于本文中的设计实例，当前板厚为100 mm，配筋为直径10 mm，间距110 mm。经过试算，将板厚调整为110 mm，将配筋调整为直径12 mm，间距100 mm，挠度计算结果为14.11 mm，可以满足要求。此时，板厚大约为跨度的1/25，配筋率也较合理。因此，折中的方法还是可取的。

3 结语

通过比较分析，两种楼梯设计软件在楼梯设计方面都有各自的优、缺点。总的来说，探索者还是比较实用的，实现了计算、绘图、计算书的一体化，大大提高了工作效率。但是，设计人员并不应采用单一的设计软件，而是应采用多种设计软件相结合的办法，取长补短，多比较，多分析。

［1］GB 50010—2010，混凝土结构设计规范［S］.

［2］GB 50009—2012，建筑结构荷载规范［S］.

［3］GB 50011—2010，建筑抗震设计规范［S］.