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　　摘要：隨著社會經濟的發(fā)展和人們物質生活水平的提高，以及城市發(fā)展的需要，現代建筑向復雜化、大型化發(fā)展。工程設計時對結構分析計算軟件的依賴性越來越強，如何保證計算模型的合理性及計算結果的可靠性，已成為結構工程師們面對的首要問題。本文就PKPM結構設計軟件的參數應用和設計范圍進行探討，對軟件計算的參數合理選取進行分析。

　　關鍵詞：PKPM,結構設計,計算參數,選取

　　隨著建筑結構新規(guī)范全面頒布，新規(guī)范在工程設計已全面開始，這對于如何在工程設計中正確應用理解規(guī)范條文，正確選擇設計軟件及合理選取設計參數顯得尤為重要。

　　一、地震作用效應計算與調整

　　1.調整范圍及計算大小

　　地震作用調整主要對最小地震剪力調整、0.2V.的調整系數、豎向不規(guī)則結構地震作用效應調整、特殊構件地震力調整系數。

　　《建筑抗震設計規(guī)定》5.2.5條規(guī)定，抗震驗算時，結構任一樓層的水平地震的剪重比不應小于表5.2.5給出的最小地震剪力系數，此條程序自動調整，無須人工干預。但建議設計者注意查看SATWE文本文件“周期、地震力及振型輸出文件WZQ.OUT”，目的是從中可判斷薄弱層所在樓層。

　　對于框架剪力墻結構，一般剪力墻的剛度很大，剪力墻吸引了大量的地震力，而框架所承擔的地震力很小。對于框架部分，如果按這樣的地震力進行設計，在剪力墻開裂后會很不安全，所以需要讓框架部分承擔至少20%的基底剪力和按框架剪力墻分析的框架部分各樓層地震剪力中最大值1.5倍二者的較小值，以增加框架的安全度。

　　《建筑抗震設計規(guī)定》3.4.3條及《高層建筑混凝土技術規(guī)程》5.1.14條規(guī)定：樓層側向剛度小于上層的70%或其上三層平均值的80%左時，其薄弱層地震剪力應乘以1.15的增大系數。設計者應注意：此條要求設計者必須指出薄弱層所在樓層，然后程序將根據設計者指定的薄弱層層號，將這些樓層地震作用的內力乘以1.15的增大系數。

　　有關特殊構件地震力調整系數，主要考慮以下幾個方面：（1）轉換梁在地震作用下的內力調整：《高層建筑混凝土技術規(guī)程》10.2.23條規(guī)定：轉換梁在特一級、一級、二級抗震設計時，基地震作用下的內力分別放大1.8、1.5、1.25倍。設計時注意：設計必須在特殊構件定義時人工定義了轉換梁，則程序會自動對其進行調整。（2）框支柱在地震作用下的內力調整：《高層建筑混凝土技術規(guī)程》10.2.7條規(guī)定也要調整，設計時注意：設計必須在特殊構件定義時人工定義了框支柱，則程序會自動對其進行調整。由于調整系數往往很大，為了避免異常情況，程序給出一個控制開關，設計者可決是否對與框支柱相連的框架梁的彎矩剪力進行調整。（3）另外對于“不調幅的梁”、“鉸接梁”、“滑動支座梁”、“剛性梁”、“鉸接件”、“鉸接支撐”、“彈性樓板”、“臨空墻”等均需人工定義。

　　2.調整信息以及標準值

　　在調整匯總中，其中剪力墻加強層起算層號如填0，表示加強區(qū)從±0.00層起算；此項填-1表示加強區(qū)從負一層地下室起算．無論此項填何值，都不影響加強區(qū)的絕對高度．有地下室時，地下室墻是否算加強區(qū)，一般情況不希望墻的配筋下小上大．對一層地下室算加強區(qū)較好；對9度及一級框架結構梁柱的超配系數隱含值為1.15．相當過去考慮的二個1.1；樓層水平地震剪力調整：根據抗震規(guī)范5.2.5條要求，若要求調整，程序將自動調整不滿足剪重比的樓層內力．但一般情況希望不調整．因為計算結果小于剪重比的要求，很可能結構的方案不合理；薄弱層：薄弱層的判斷，可通過計算結果中的剛度比．設計人通過第一次計算結果判斷出薄弱層，再對此項進行填寫；荷載組合：（1）增加了由永久荷載效應控制的組合．（2）可以調整活荷載的分項系數和活荷載的組合系數；程序中轉換梁的內力調整，嚴格按規(guī)范執(zhí)行．轉換梁及框肢柱需要設計人自行定義．框肢柱分為二類：一是四周是梁．二是剪力墻的邊榀．一個方向不是柱，為剪力墻的一部分．另一方向是柱；程序將與剪力墻相連柱承擔的傾覆彎矩，歸屬剪力墻．而不歸屬框架柱．否則框架柱承擔的傾覆彎矩可能超過50％．

　　二、設計參數的合理選取

　　1.抗震等級的確定：鋼筋混凝土房屋應根烈度、結構類型和房屋高度的不同分別按《建筑抗震設計規(guī)定》6.1.2條或《高層建筑混凝土技術規(guī)程》〉4.8條確定本工程的抗震等級。但需注意如果是“甲”、“乙”、“丁”類建筑則需按規(guī)范要求對抗震等級進行調整；當轉換層大于或等于3及以上時，其框支柱、剪力墻底部加強部的抗震墻等級宜按《建筑抗震設計規(guī)定》6.1.2條或《高層建筑混凝土技術規(guī)程》〉4.8條查的抗震等級提高一級采用，已為特一級時可不調整。

　　2.振型組合數的選取：在計算地震力時，振型個數的選取應是振型參與質量要達到總質量90%以上所需要振型數。但要注意振型個數不能超過結構固有的振型總數，因一個樓層最多只有三個有效動力自由度，所以一個樓層也就最多可選3個振型。如果所選振型個數多于結構固有的振型總數，則會造成地震力計算異常。

　　3.主振型的判斷：對于剛度均勻的結構，在考慮扭轉耦聯計算時，一般來說前兩個或前幾個振型為其主振型；對于剛度不均勻的付雜結構，上述規(guī)律不一定存在，此時應注意查看SATWE文本文件“周期、振型、地震力”WZQ.OUT.程序輸出結果中，給出了輸出各振型的基底剪力總值，據此信息可以判斷出那個振型是X向或Y向的主振型，同時可以了解沒個振型對基底剪力的貢獻大小。

　　4.地震力、風力的作用方向：結構的參考坐標系建立以后，所求的地震力、風力總是沿著坐標系的方向作用。但設計應注意查看SATWE文本文件“周期、振型、地震力”WZQ.OUT.輸出結果中給出了地震作用的最大方向是否與設計假定一致，對于大于150度時，應將此方向輸入重新計算；對于有有斜交抗側力構件的結構，當大等于150度時，應分別計算各抗力構件方向的水平地震力。此處所指交角是指與設計輸入時，所選擇坐標系間的夾角；對于主體結構中存在有斜向放置的梁、柱時，也要分別計算各抗力構件方向的水平地震力。

　　5.周期折減系數和活荷載質量調整系數：高規(guī)3.3.17條規(guī)定：當非承重墻體為填充磚墻時，高層建筑結構的計算自振周期折減系數，可按下列規(guī)定取值。荷載組合系數，可按《建筑抗震設計規(guī)定》5.1.3條取值。注意該調整系數只改變樓層質量，不改變荷載總值，即對豎向荷載作用下的內力計算無影響。

　　6.關于梁的幾個調整系數（1）剛度調整系數Bk：梁的剛度調整，主要是考慮現澆樓板對梁的剛度貢獻，樓板與梁按T形共同工作。而程序是按矩形取，所以可以考慮梁的剛度放大。一般可取1.5—2.0，但對預制樓板、板柱結構的等代梁取1.0，注意剛度調整系數對連梁不起作用。（2）梁端負彎矩調整系數：框架梁在豎向荷載作用下梁端負彎矩調整系數，是考慮梁的塑性內力重分布。通過調整使梁端負彎矩減小，跨中正彎矩加大（程序自動加）。梁端負彎矩調整系數一般取0……85.注意：1：程序隱含鋼梁為不調幅梁。2：不要將梁跨中彎矩放大系數與其混淆。（3）梁彎矩放大系數Bm：當不計算活載或不考慮活載不利布置時，可通過此參數調正梁在恒、活載作用下的跨中正彎矩，一般取1.1—1.2.在選用時注意：如果活載考慮不利布置時則此系數取1.0.（4）連梁剛度折減系數BLz：主要是指那些與剪力墻一端或兩端平行連接的梁，由于梁兩端往往變位差很大，剪力就會很大，所以很可能出現超筋。這就要求連梁在進入塑性狀態(tài)后，允許其卸載給剪力墻，而剪力墻的承載力往往較大，因此這樣的內力重分布是可以的。一般取0.55—0.7.注意：如連梁的跨高比大于等于5時，建議按梁輸入，因此時梁往往是受彎為主，剛度不應折減。（5）梁扭矩折減系數Tb：是針對新規(guī)范的梁抗扭設計而設的，由于目前梁在整體結構中的扭轉問題研究的還不多，樓板對梁平面外究竟有多大約束作用，還不十分清楚，所以程序給出的范圍較大0.4—1.0，建議取0.4.注意：程序規(guī)定對于不與剛性樓板相連的梁及弧梁不起作用。

　　7.關于頂部小塔樓放大系數：（1）對于頂部帶有小塔樓的結構，在動力分析中，可能會出現鞭梢效應，即二次共振，這對很不利。實際計算過程中。如果參與振型選的足夠多時，則可不再調整頂部小塔樓的地震力。如果參與振型選的不夠多時，則可按下列要求調整頂部小塔樓的地震力：計算模型振型個數放大系數非耦聯3<=NMODE<63.0非耦聯6<=NMODE<=91.5耦聯9<=NMODE<123.0耦聯12<=NMODE<=161.5（2）對于頂層帶有空曠大房間或為輕鋼結構的房屋，不宜視為突出屋面的小塔樓，并采用底部剪力法乘以憎大系數的方法計算地震作用效應，而應視為結構體系的一部分，用振型分解法計算。

　　三、計算結果正確性的判斷

　　《高層建筑混凝土技術規(guī)程》〉5.1.16條及《建筑抗震設計規(guī)定》3.6.5條均有要求：對結構分析軟件的計算結果，應進行分析判斷，確認其合理，有效后方可作為工程設計依據。如何判斷？當然只能依靠概念設計來判斷：概念設計是一種設計的思路，可以認為是定性的設計，概念設計不以精確的力學分析、生搬硬套的規(guī)范條文為依據，而是由我們對工程進行概括的分析，制定設計目標，采取相應措施，概念設計概念包括安全度的概念、力學的概念、材料的概念、荷載的概念、地震的概念、施工的概念、使用的概念等等。概念設計要求我們融合這些概念，并貫徹到結構方案設計、結構構件布置、計算簡圖抽象、計算結果處理中。對理論無法明確的部位，要有定義的認識。

　　建議對計算結果從以下方面檢查1.檢查原始數據是否有誤，特別是是否遺漏荷載；2.計算簡圖是否與實際相符，計算程序是選得正確；3.對計算結果分析：檢查設計參數是否選擇合適；4.檢查“七種比值”即：（1）柱及剪力墻軸壓比是否滿足要求，主要為控制結構延性；（2）剪重比：主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結構安全性；（3）剛度比：主要為控制結構豎向規(guī)則性，以免豎向剛度突形，形成薄弱層；（4）位移比：主要為控制結構豎向規(guī)則性，以免形成扭轉，對結構產生不利影響；（5）周期：主要為控制結構的扭轉效應，減少扭轉對結構帶來不利影響（此時要注意：第一、二震型在高層建筑中不能發(fā)扭轉為主第二振震型不能以`扭轉為主）；（6）剛重比：主要為控制結構的穩(wěn)定性，以免結構產生滑移和傾覆；（7）有效質量比：主要為控制結構的地震力是否全計算出來。

　　四、結束語

　　高層建筑結構設計中應注重概念設計，重視結構的選型和平、立面布置的規(guī)則性，擇優(yōu)選用抗震和抗風性能好且經濟合理的結構體系，加強構造措施。在抗震設計中，應保證結構的整體抗震性能，使整個結構具有必要的承載力、剛度和延性。應該來講概念設計在初步設計階段特別重要，設計中不能陷入只憑計算的誤區(qū)，不要盲目的依賴計算結果。

　　結構抗震概念設計的目標是使整體結構能發(fā)揮耗散地震能量的作用，避免結構出現敏感的薄弱部位，地震能量的耗散僅集中在極少數薄弱部位，導致結構過早破壞。現有抗震設計方法的前提之一是假定整個結構能發(fā)揮耗散地震能量的作用，在此前題下，才能以多遇地震作用進行結構計算、構件設計并加以構造措施，或采用動力時程分析進行驗算，試圖達到罕遇地震作用下結構不倒塌的目標。對一個結構并非設計得越剛強越好，一個好的設計應該是“結構剛度、承載力、延性、經濟性完美的匹配”所締造的偉大設計師。

　　參考文獻

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