探析PKPM在水工结构设计中的应用

程微

摘要：PKPM系统在国内建筑领域已经推广了很长时间，在工民建、发电机建筑与副厂房等结构设计中广泛使用，通过相关行业及人员对两种行业标准系统的分析对比及诸多项目实例的检验发现，PKPM系统能在水工结构设计中进行有效使用。

关键词：PKPM系统；水工结构；设计应用

PKPM属于我国科学院结构研究院特意为建筑规划、结构设计等研发的一种专业系统。在砼结构配筋设计上有很多特殊的优越性及便利性，尽管其所用的标准本就和《水工混凝土结构设计标准》存在一些差别，但这并不影响PKPM在水工结构设计中的推广使用。针对两种标准中配镜设计公式存在的一些差别，是因为双方所应用的行业不同而造成相关计算公式上所取的参数类别和系数值不一样，其设计理论的关键的相同的。

1、PKPM分析

PKPM系统是我国建筑科研研究所研制的土建结构规划系列程序，框架模块包含PMCAD、STAWE以及梁柱设计图等。PMCAD用于模型的创建与输入，界面与AutoCAD相似，操作简单，属前工作；STAWE是工程设计模块的关键部位，采取空间有限元来分析计算，获得结构每个位置的内力、移动；梁柱设计图就是按照STAWE求出的内力、位移成果制作出每层结构设计图，PKPM系统在我国建筑领域中已推行很长时间，在民用工程、工业建筑、火力发电建筑、水利发电建筑和副厂房等结构设计中得到普遍使用。

2、PKPM在水工结构中的适用

在中国，因为行业覆盖的范围不同，水工行业砼结构设计标准在其各自领域内同时采用，但两者之间存在很多差别[1]。PKPM系统在我国建筑领域已推广很就，在工民建、发电机建筑与副厂房等结构设计中普遍使用，其结构配筋设计的依据为《混凝土结构设计标准》，但在水工结构设计环节，水工砼结构配筋设计的依据为《水工混凝土结构设计标准》，两种标准均采取以概率理论为前提的极限状态规划方式，以稳定指标度量建筑部件的稳定性，采取以分项参数的规划表达式来设计，但因为适应各自领域的独特性，各自设计的表达式存在一些差别，通过相关研究人员对两种标准系统的研究比较与诸多项目实例的证实，发现PKPM系统能用于水工结构设计之中。

3、PKPM系统在水工结构设计中使用的技巧

PKPM系统的研发是以建筑中所实施的各种项目设计规程标准为依据的，所以，其所服务的主体是建筑结构，而且只要熟练掌握其原理，就可能得到很好的使用，由于水工中的相关规范与建筑中的标准核心基本相同，仅仅是各自所对应的领域不同，而出现一定的差别，该种差异关键是修正系数，涉及荷载分项参数与组合参数[2]。正是如此，在实际使用PKPM系统时有许多使用技巧，本文就重点分析三角形荷载解决方法。

应用过PKPM系统的人都了解，PKPM模块自身就存在12项种类的荷载，但添加于桩柱上的荷载模型没有三角形荷载，其中，三角形荷载还是水工结构中十分常见的荷载之一，比如水荷载。为处理改种问题，采取等效节点力的措施。文章为了叙述方便与方便求出结构内力，分析一个两头铰接10米高柱子来讲述该问题（如图1（a））。

柱子承担的荷载是水荷载，压力布局模式显然是三角形。在计算时，将式（1）输进EXCEL表上，就能轻松的将三角形和梯形荷载变成等效节点力（如图1（b））。

其中，Pi表示第i个集中力，kN；q1、q2分别是力集度最大值与最小值，kN/m；表示等分距；n表示等分数，通常n=10；i表示等分节点号。

图1（c）是通过计算获得的弯矩图，图1（d）是通过PKPM系统求出的弯矩图。基于图1（c）与图1（d）得知，弯矩最大值分别为64.2kN/m与63.8kN/m，二者的绝对差值仅有0.4kN/m，相对差值仅有0.63%，该精度符合水工结构设计需要。

注意事项

在采用PKPM系统时，有很多需要注意的地方，像荷载分项参数与组合参数、钢筋保护层大小、梁运算跨度、测算震型量、梁端弯矩调节参数等，若这些问题解决不好，其运算结果将难以接近标准的配筋范围，通常相差±24%左右[3]。经长时间的使用发现，荷载分项参数与组合参数对内力及配筋计算干扰最大，所以，其是最需要注意的地方。

式（2）与式（3）分别为《水工砼结构设计标准》与建筑领域《砼结构设计标准》中所使用的极限平均负荷组合方程式：

通过比较式（2）与式（3）得知，式（2）与式（3）左右两端都存在差别。右端差别为式（2）有结构系数γd，但式（3）没有；式（2）与式（3）的左端差异为：在式（2）上，无论是可变荷载或者永久荷载，于负荷组合过程都乘以设计情况系数ψ，但在式（3）中和ψ相呼应的角色是能够变化的荷载组合值参数ψCi，但ψCi不和永久荷载及第一可变荷载得到相乘，仅和第二个之后的可变荷载相乘，除此以外，该种可变荷载组合参数ψCi的取值和式（2）中设计情况参数ψ取值存在明显差别。此外，在PKPM系统规范中，介绍了物种荷载分项参数与两种可变荷载组合参数，所以，若要让输入的荷载所求得的内力和式（2）左端一致，唯一且最好的措施即在PKPM实现结构信息交互输入时，先将所输入的每种荷载乘以γ0、RG、RQ与ψ，并乘上结构参数γd，即消减式（2）左边的γd，如此式（2）与式（3）右边存在的不同仅仅是砼材料质量等悉数的差别；对PK设置的荷载分项参数与组合参数，能在形成信息文件以后，通过Windows上的书写器调整PKPM设置的荷载分项参数与组合参数。若非如此，求得的内力可能过大或过小，则计算得到的配筋量也会较大和较小。尽管这时内力计算达到了标准，需要，但PKPM求解的配筋量却很难达到标准的计算值，所以这时式（2）右边的材料性能系数还未考虑，因此，用PKPM系统计算配筋量还需要乘上一个修正参数β。结合应用经验与多种实例验证，修正参数β受到砼规划强度fcm与界面计算标准高度h0的干扰，其取值通常在1.01-1.10之内，即修正参数β的改变范围为1-10%范围以内。

通过分析两种标准系统与验证，发现PKPM能够用来计算水工砼结构内力与配筋，而且PKPM在求解内力与配筋方面具有较强的高效性，可以做到迅速、精准。但要想使用好PKPM系统，还需注意部分系统操作上与输入参数设置上的技巧，若输入参数处理异常，其计算结果的偏差通常会大于标准值±23%，如果

5、结束语

综上所述，PKPM系统是我国建筑科研所研制的土建结构规划系统程序，在工民建领域已比较成熟，因为水电站建筑结构的繁琐性与独特性，所以在对水工结构进行设计分析时，必须选用准确的软件参数，以确保设计结果不出现很大偏差，必须按照各水工结构的具体情况，进行适当调整，让PKPM系统更好迎合水工结构设计的要求。

参考文献：

[1]谢桃，肖开学，肖玉会.PKPM在刘家拱桥水库启闭排架结构设计中的应用[J].四川水利，2016，37（02）：13-15.

[2]曹惠. PKPM在水工钢筋混凝土渡槽结构设计中的应用[D].西华大学，2015.

[3]石廣斌，杨经会，张晓莉，牛天武，安盛勋.PKPM在水工混凝土结构配筋计算中的应用[J].水利水电技术，2003（06）：27-30.