应用PKPM进行建筑结构设计优化分析

李复炫

（兰州煤矿设计研究院，兰州 730000）

应用PKPM进行建筑结构设计优化分析

李复炫

（兰州煤矿设计研究院，兰州 730000）

PKPM，是目前我国建筑结构设计中使用量最大的软件之一，其具备了操作简单、适用领域宽、界面清晰整洁等特点，被广大建筑设计工作者所喜爱。如今，PKPM软件已经在我国建筑结构设计的领域得到了广泛的应用，为整个建筑事业的发展作出了极大贡献。本文对PKPM下各种应用软件对建筑结构设计的优化作用进行了系统的分析，并提出了应用过程中应该注意的几个重要问题。

PKPM软件；建筑结构设计；优化

0 引言

PKPM，是我国建筑科学研究院所研发的针对于建筑结构设计的软件，其内容主要包含建筑、结构（特种结构）、概预算、设备。而关于PKPM下的应用程序，则主要包含了SATWE、TAT、PMCAD、JCCAD、PK等。PKPM软件不仅功能强大、自动化程度较高，同时其应用的范围也极为全面，是目前各种建筑设计软件当中最具权威的软件，逐渐地成为建筑结构设计人员不可或缺的必备工具之一。

1 PKPM下各种应用软件对于建筑结构设计的应用及优化作用

1.1 SATWE程序

SATWE程序，其是为了适应现代高层建筑、多层建筑的发展需求而专门研制的一种空间组合结构有限元分析软件。“解决楼板与剪力墙的模型化问题；使高层建筑与多层建筑结构的简化分析模型更加合理；让模型化的误差尽量减小；将结构的真实受力状态更好地反映出来”即是SATWE程序工作中的核心内容。SATWE程序的应用所采用的是空间杆单元的模拟柱（梁）等杆件，应用于在壳元基础上而凝聚而成的墙元模拟剪力墙上[1]。另外，SATWE程序的功效在高层与多层钢筋砼框架、剪力墙结构、框架与剪力墙、砼混合结构与高层钢结构或钢的应用中能够得到最大的体现。SATWE程序充分的考虑到了高层与多层建筑当中的一些特殊结构形式，如楼板局部开大洞、转换层、多塔、错层等。而对于建筑结构在风、恒、活与地震作用下的动力时程分析、内力分析以及荷载效应组合的计算而言，通过SATWE程序的应用必然将良好的完成，而同时也能良好的完成活荷不利布置计算。在进行分析时，SATWE程序是将建筑结构的上部与地下室看做成一个整体，不仅能够有效地对钢结构进行截面验算，也能够对钢筋砼结构进行截面配筋计算。

1.2 TAT程序

作为一个三维空间分析的程序，TAT程序与SATWE程序有所不同，其采用的是空间杆系计算柱（梁）等杆件。针对于剪力墙的计算，则是通过薄壁柱原理来实现。TAT程序可以用于框架与剪力墙、剪力墙结构的计算、高层建筑与多层建筑的框架计算，平面与立面体型是TAT程序最适用的结构形式。TAT程序能够有效地完成建筑结构在风、恒、活的内力计算以及地震作用下的地震作用计算。同时，TAT程序还能够有效地完成荷载效应组合，并且能够实现对钢结构强度是否稳定的验算、对钢筋混凝土结构的截面配筋计算以及多层或高层建筑的钢（钢结构）与混凝土混合结构的计算[2]。从总体来看，TAT程序充分的考虑到了建筑结构中的斜柱、斜支撑以及水平支撑等问题，其尤其善于对高层建筑中特种结构（如错层、多塔等）的处理，具体来说主要包含了中部或上部连接下部多塔的情况、大底盘上部高塔的情况。而针对于多塔、错层信息的判断与处理而言，TAT程序能够根据实际的建筑模型来自动的生成。

1.3 PMCAD程序

作为PKPM结构设计软件当中最为基础的程序，PMCAD程序所采用的是人机交互的方式。通过对设计人员的引导，来逐层的布置各层楼面与平面，然后再通过层高的输入建立起一套能够对建筑物整体结构进行充分描述的数据。其实，PMCAD程序的运行过程即是为结构计算而建立起模型的过程。PMCAD程序具有超强的传导计算功能与荷载统计功能，不仅能够对结构的自重进行精密的计算，同时也能够自动的完成“从楼板到次梁→从次梁到主梁→从主梁到承重柱墙→从上部结构到基础”整个过程的精密计算，而由于局部区域往往会存在外加荷载，因此可以为整栋建筑建立起荷载数据。而通过建立整栋建筑的荷载数据之后，PMCAD程序的应用即能够有效的为PKPM各个功能设计程序有效的数据接口。

1.4 JCCAD程序

JCCAD程序的应用能够有效地完成墙下条形基础、墙下筏板、柱下独立基础、柱下平板、柱下独立桩基承台基础、带肋筏板、弹性地基梁、桩格梁基础、桩筏基础以及单桩的设计。与此同时，JCCAD程序的应用还能够对那种由上述多种基础所组合起来的大型混合基础进行有效的设计，并且在处理的过程当中，一次处理的筏板块数能够达到10块之多。而其也能够对桩基、条基以及独基进行良好的处理，筏板基础的梁肋不仅可以朝下，也能够朝上。另外，通过JCCAD程序的应用能够有效的读取上部结构当中首层的异形桩，比如钢管混凝土柱等，在基础平面图与交互输入中将建筑结构的设计绘制而出。另外，JCCAD具有极强的绘图功能与交互功能，其能够通过基础交互输入菜单即可对各种类型、各种形状的基础进行方便的布置，让各种计算的参数得以确定，并将这些确定出的参数应用于之后的计算分析之中。通过JCCAD程序的应用，不仅能良好的完成设计，同时也能够实现主要工程量的统计，比如钢筋用量、垫层用量、砌体用量、混凝土用量等，最终为概预算软件提供有利数据。

1.5 PK程序

所谓PK程序，即是集建筑、结构、设备为一体的集成化软件。就目前的情况来看，其在我国建筑结构设计的领域中得到了广泛的应用，深为广大建筑结构设计人员所熟悉。尤其是在对连续梁、排架以及框架进行计算与绘图时，PK程序的应用显然是最佳的手段。通过绘图补充数据文件与相关结构计算的数据文件的准备，PK程序通过3步操作即可有效地完成计算与绘图。

2 PKPM软件在建筑结构设计中应注意的问题

2.1 地震作用

一是针对于刚度与质量的分布存在着严重不对称的结构而言，应该将其计入到双向水平地震作用之下的扭转影响之中。通过计算得知，在双向水平地震作用下，规则框架的角柱配筋将出现10%上下的增大，而其他柱并不会出现任何变化。而不规则框架角柱、边柱、中柱的配筋都会出现明显的增大。采用双偏压计算、柱按单偏压计算以及双向地震力的方法来对两者进行比较，可以看出在双向水平地震作用之下，不规则框架计算柱的钢筋比规则框架的计算柱的钢筋变化更大。所以，如果同时勾选了柱双向配筋与双向地震力的时候，我们需要足够的谨慎；二是耦联选项。结构的质量与刚度分布无论是对称还是不对称，都应该得到一定程度的采用；三是建筑结构的阻尼比。一般情况下，钢筋混凝土结构仅取0.05。对于超过了12层的钢结构，应该取0.02。而针对于没有超过12层的钢结构而言，应该取0.035。混合结构则应该取0.03[3]；四是对单向的地震力的计算而言，应该对偶然偏心的影响引起足够的重视。经调查研究发现，因考虑实际的施工过程而出现的偶然偏心占据了5%的比例。而通过精密的计算得知，如果在计算的过程中考虑到了偶然偏心，那么构件的内力得到5%至10%的增大，同时也会让构件的位移出现明显的增大，将增大18%左右。但是，针对于不规则的结构而言，应该对双向地震作用进行充分的应用，并且在整个实施过程中避免与偶然偏心同时作用，这两者只能选其一。那么，在实际的建筑结构设计中，建议采用如下的选用方法：针对于≤30 m且≤8层的多层建筑而言，仅仅需要充分的考虑扭转耦联与非扭转耦联即可。针对于一般的高层建筑而言，则可选用偶然偏心与耦联相结合的方法。而针对于不规则高层建筑来说，在满足位移比接近限值以及抗规两条以上不规则性时，应该充分的考虑到双向地震作用。

2.2 关于梁端负弯矩调幅系数

钢筋混凝土框架梁的设计只有在竖向荷载的作用下才应该考虑混凝土的塑性变形中内力重分布，从而对支座负弯矩进行适当的减小。并且，通过支架钢筋用量的减小，来有效的让施工框架梁端支座负弯矩得到一定的调幅。而程序自动则将按照平衡条件对梁跨中弯矩进行相应的增加，但是支座负弯矩的调幅不应该过大，一般情况下，梁端负弯矩的调幅系数都应该在0.8~1.0的范围内选取，始终都应该控制在弹性理论计算弯矩的20%之内。一旦调幅系数的取值比较低时，相应的设计者就必须进入施工图菜单中对其进行严格的核查，根据计算的结果来检查配镜梁支座处的裂缝宽度是否能够满足于规范要求。如果出现了不满足的情况，就应该及时地对梁端负弯矩的调幅系数进行重新的选取，通过重新的调整来满足正确的裂缝宽度要求。

2.3 某些参数的确定

针对于绝大部分的工业厂房而言，其基础的部分都会有若干的管道穿过，这样的情况就直接造成了基础梁较深的特点，很多基础梁顶标高去-1.5 m，一旦基础梁顶与基顶处于平行的状态时，若按照规范底层柱的计算长度，应该取至基顶，而柱的计算长度是较大的，所以如果按此算出的结构，必然其自振周期会偏大。

例1：我们将某一栋单层工业厂房作过实例来进行计算与探讨：如果建筑的层高为4.8 m，而柱截面则为600 mm×600 mm，那么其底层柱的计算长度就应该取至基顶，TAT-8计算自振周期为Tx1=0.6 891 s，Tx2=0.6 913 s，而底层柱的计算长度通常情况下都是取-0.8 m，那么其自振周期则为Tx1=0.5 847 s，Tx2=0.9 318 s。

例2：如果设定实例厂房为两层的话，那么在相同层高与相同柱截面，底层柱的计算长度同样取至基顶-1.5 m的前提下，TAT-8计算自振周期则为Tx1=0.8 942 s、Tx2=0.9 318 s，而同样在底层柱计算长度取-0.8 m时，其自振周期为Tx1=0.7 896 s、Tx2=0.8 227 s。

显然，从上述的计算数据来看，在地坪弹性嵌固的作用之下，加之底层柱的计算长度具有差异性，因此结构的自振周期必然将偏大，而这样的自振周期也将直接导致计算的结果偏于“不安全”。因此，在实际的建筑结构设计过程中，必须通过对结构自振周期的适当折减，其计算的结果才会具备一定的安全性。

3 结语

PKPM结构设计软件问世以来，通过人们对其的不断改进，其不仅功能越来越强大，而且自动化的程度也在不断的提升。但是，任何事物都不可能是万能的，如果不能够处理好如上述所说的地震作用问题与关于梁端负弯矩调幅系数的问题，那么PKPM软件的功效必然将无法得到充分的展现。因此，作为建筑结构设计人员，应该不断的提升相关理论知识储备，在实践中不断进行经验的总结，对PKPM软件能够合理的使用，从而让PKPM软件的应用更具效率，让建筑结构的设计更加合理。

[1]林亿.PKPM软件在结构设计中的应用分析[J].中华民居（下旬刊），2014（09）：139.

[2]李冉.PKPM软件在砌体结构中鉴定加固处理应用的研究[D].邯郸：河北工程大学，2013.

[3]张玲.浅谈PKPM软件在结构设计中的几点问题[J].科技风，2010（14）：205.

TU201.4

A

1673-1093（2015）08-0067-03

李复炫（1976），男，甘肃省白银市人，工程师，硕士研究生。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.08.017

2015-03-24；

2015-04-02