PKPM程序學習的一些體會學習時間：2003.2.25~2003.2.27主要的內容：1、PKPM的發展方向2、空間計算程序部分一、PKPM的發展方向PKPM程序的發展方向主要有兩個方面：●一個方面就是計算，它的方向就是集成化、通用化。集成化大家都能感覺到，PKPM程序都是以PM程序所建數據為條件，以空間計算為核心，基礎、后期的CAD出圖都能采用前面的數據。所有這些都構成了程序集成化的雛形。程序的通用化主要表現在計算上，PKPM程序的計算程序由以前的平面計算（PK）---->三維空間桿件（TAT）---->空間有限元（SATWE）---->整體通用有限元程序（PMSAP）。能計算的結構類型有磚混、底框、鋼筋混凝土結構、鋼結構等。現在又在開發特種結構的計算程序：如高壓塔架、巨型油罐等。在PM程序中就可以建立起這些結構的空間模型。當然現在的PKPM系列程序還不能計算。●PKPM程序發展的第二個方向就是開放計算參數的開關。有很多參數以前都是放在程序的“黑匣子”里的，設計人員不能干預。程序放開這些參數有兩個原因，首先就是要讓設計人員真正的掌握工程的設計過程，能夠盡可能的控制設計過程。其次就是要把一些關鍵的責任交由設計人員來負，程序只能起到設計工具的作用，不能代替設計。所以就需要我們的結構設計人員充分的理解程序的適用范圍、條件和校對結果的合理性、可靠性。如《高層建筑混凝土結構技術規程》的5.1.16條要求“對結構分析軟件的計算結果，應進行分析結果判斷，確認其合理、有效后方可作為工程設計的依據”。二、空間計算程序部分1、PKPM幾個空間程序的不同（這是我們這次學習班一個學員提的問題）現在，PKPM程序擁有的空間計算程序有三個，即TAT、SATWE、PMSAP1）、TAT--它是一個空間桿件程序，對柱、墻、梁都是采用桿件模型來模擬的，特殊的就是剪力墻是采用薄壁柱原理來計算的，在它的單元剛度矩陣中多了一個翹曲的自由度θ'，相應的力矩多了雙力矩。因此，在用TAT程序計算框剪結構、剪力墻結構等含鋼筋混凝土剪力墻的結構都要對剪力墻的洞口、節點做合理的簡化，有點讓實際工程來適應我們的計算程序的味道。作這種簡化都是因為分析手段的局限所制（資料書的P129）。當然，在作結構方案時，對結構作這樣的調整對建筑結構方案的簡潔、合理有很大的好處。它的樓蓋是作為平面內無限剛、平面外剛度不考慮的假設。在新版的TAT程序中，允許增設彈性節點，這種彈性節點允許在樓層平面內有相對位移，且能承擔相應的水平力。增加了這種彈性節點來加大TAT程序的適用范圍，使得TAT程序可以計算空曠、錯層結構。2）、SATWE--空間組合結構有限元程序，與TAT的區別在于墻和樓板的模型不同。SATWE對剪力墻采用的是在殼元的基礎上凝聚而成的墻元模型。采用墻元模型，在我們的工程建摸中，就不需要象TAT程序那樣做那么多的簡化，只需要按實際情況輸入即可。對于樓蓋，SATWE程序采用多種模式來模擬。有剛性樓板和彈性樓板兩種。SATWE程序主要是在這兩個方面與TAT程序不同。3）、PMSAP---是一個結構分析通用程序。當然，它是偏向于建筑的，但它是一個發展方向。現在的比較著名的通用計算程序有：SAP84、SAP91、SAP2000、ANSYS、ETABS等程序，這些程序各有特長。2、程序的參數及選擇開關1）、PMCAD中的參數（1）總信息：●結構體系、結構主材：主要是不同的結構體系有不同的調整參數。●地下室層數：必須準確填寫，主要有幾個原因，風荷載、地震作用效應的計算必須要用到這個參數，有了這個參數，地下室以下的風荷載、水平地震效應就沒有往下傳，但豎向作用效應還是往下傳遞。地下室側墻的計算也要用到。底部加強區也要用到這個參數。●與基礎相連接的下部樓層數：要說明的是除了PM荷載和最下層的荷載能傳遞到基礎外，其他嵌固層的基腳內力現在的程序都不能傳遞到基礎。（2）、材料信息：其他與老的程序一樣填法，就是鋼筋采用了新規范的新符號。（3）地震信息●設計地震分組：就是老的抗震規范的近震、遠震。按抗震規范的附錄A選擇即可。內江的三縣兩區都是第一組，6度區，設計基本地震加速度為0.05g。●場地類別：程序是“場地土類型”，按《地基基礎規范》的3.0.3條的4款，應該是“場地類別”。《建筑抗震設計規范》的3.3.2、3.3.3條也是提的“建筑場地”，而不是“場地土”。一般的地質勘察報告要提出此參數的。●計算震型個數：這個參數需要根據工程的實際情況來選擇。對于一般工程，不少于9個。但如果是2層的結構，最多也就是6個，因為每層只有三個自由度，兩層就是6個。對復雜、多塔、平面不規則的就要多選，一般要求“有效質量系數”大于90%就可以了，證明我們的震型數取夠了。這個“有效質量系數”最先是美國的WILSON教授提出來的，并且將它用于著名的ETABS程序。《高層建筑混凝土結構技術規程》的5.1.13-2條要求B級高度的建筑和復雜的高層建筑“抗震計算時，宜考慮平扭藕連計算結構的扭轉效應，振型數不應小于15，對多塔樓結構的振型數不應少于塔數的9倍，且計算振型數應使振型參與質量不少于總質量的90%”●周期折減系數：這個參數是根據《高層建筑混凝土結構技術規程》的3.3.16條（強條）要求，按3.3.17條進行折減的。框架：0.6~0.7框剪：0.7~0.8剪力墻：0.9~1.0（4）風荷載：修正后基本風壓：根據《建筑結構荷載規范》的7.1.2條，對與高層、高聳以及對風荷載比較敏感的其他結構，基本風壓應適當提高，并應由有關的結構設計規范具體規定。按《高層建筑混凝土結構技術規程》的3.2.2條，對與特別重要或對風荷載比較敏感的高層建筑，其基本風壓應按100年重現期的風壓值采用。按規范的解釋，房屋高度大于60m的都是對風荷載比較敏感的高層建筑。2）、TAT的參數及開關（1）、用TAT程序計算建模應注意的幾點：●剪力墻必須要有洞口，不能形成封閉“口”字形。這樣在構件截面上的剪力流才有進口和出口，否則，程序無法對構件進行計算。這是TAT程序對薄壁柱數學模型模擬的要求。●剪力墻內的洞口要求要上下對齊，且要有規律性。如果不這樣，那么內力的傳遞將通過節點間剛域來傳遞，這與實際有時很大差別，引起很大的計算誤差。且洞口布置不規律，計算結果具有很大的突變性。（2）、參數：在PM參數中說過的就不在說了。●柱的計算長度：程序中增加了一個選項“柱長度系數按混凝土土規范的7.3.11-3計算。以前老程序是按表7.3.11-1和表7.3.11-2采用的。7.3.11-3條是新規范新增的。“當水平荷載產生的彎矩設計值占總彎矩設計值的75%以上時，框架柱的計算長度lo可按公式7.3.11-1和公式7.3.11-2計算結果的較小者取值。這是因為近年來對框架結構二階效應的研究表明，豎向荷載在有側移的框架中引起的P-△效應只增大有水平荷載在柱端截面中引起的彎矩Mh，而原則上不增大由豎向荷載引起的彎矩Mv。因此，框架柱柱端考慮二階效應后的總彎矩應是：M=Mh+ηs*Mv（1-1）式中ηs為反映二階效應增大Mh幅度的彎矩增大系數。但在傳統的η——lo法中，是用η同時增大Mv和Mh的，即：M=η（Mh+Mv）（1-2）因此，如果要使所求的總彎矩相等，那么必然有：ηs>η與ηs相應的lo也就必然比與η相應的lo取得大一點。對于一般工程中的多層框架結構，（在Mv/Mh為常見比例，即>1/3，框架節點的柱梁線剛度的比例也為常見值時）按規范表7.3.11-2的lo計算出的η再按1-2公式計算出的彎矩和按規范7.2.11-3條計算出的lo在按公式1-1算出的彎矩，兩者差異不大。所以在一般多層框架，沒有特殊的水平荷載和特殊的框架節點情況下，采用7.2.11-2和7.2.11-3計算的lo對計算結果沒有大的影響。但是，對于Mv/Mh<1/3或梁注線剛度相差較大的情況下，采用7.2.11-2條計算的lo對計算結果就很大的影響了，而且是偏于不安全的，所以在這種情況下就要求采用7.2.11-3計算。建議都采用7.2.11-3計算。本來規范采用η——lo法就是不盡和理的，因此規范就在7.3.12條要求采用剛度折減法，這種方法也是國外通行的考慮二階效應的計算方法，且也是準確的較為合理的計算方法，但遺憾的是這種方法在PKPM程序中還沒有得到實現。●豎向力計算信息：程序有四個選擇-----不計算豎向力：它的作用主要用于對水平荷載效應的觀察和對比等。-----一次性加載計算：主要用于多層結構，而且多層結構最好采用這種加載計算法。因為施工的層層找平對多層結構的豎向變位影響很小，所以不要采用模擬施工方法計算。-----模擬施工方法1加載：就是按一般的模擬施工方法加載，對高層結構，一般都采用這種方法計算。但是對于“框剪結構”，采用這種方法計算在導給基礎的內力中剪力墻下的內力特別大，使得其下面的基礎難于設計。于是就有了下一種豎向荷載加載法。------模擬施工方法2加載：這是在“模擬施工方法1”的基礎上將豎向構件（柱、墻）的剛度增大10倍的情況下再進行結構的內力計算，也就是再按模擬施工方法1加載的情況下進行計算。采用這種方法計算出的傳給基礎的力比較均勻合理，可以避免墻的軸力遠遠大于柱的軸力的不和理情況。由于豎向構件的剛度放大，使得水平梁的兩端的豎向位移差減少，從而其剪力減少，這樣就削弱了樓面荷載因剛度不均而導致的內力重分配，所以這種方法更接近手工計算。但是我認為這種方法人為的擴大了豎向構件與水平構件的線剛度比，所以它的計算方式值得探討。所以，專家建議：在進行上部結構計算時采用“模擬施工方法1”；在基礎計算是，用“模擬施工方法2”的計算結果。這樣得出的基礎結果比較合理。●是否考慮P-△效應：選擇否，就按規范的7.3.11條計算柱的計算長度系數，如果選擇“是”，則柱的計算長度系數為1，再按程序的計算方法來計算P-△效應。●是否考慮梁柱重疊的影響：---不考慮：對于普通的多層框架，一般都采用這種選擇。---考慮梁端彎矩折減：M邊=M中-Min（0.38*M中，B*V中/3）---考慮梁兩端剛域的影響：扣除梁兩端剛域后的梁計算長度為：Lo=L-（Dbi+Dbj）但計算荷載還是按節點間梁長來計算的。●水平力與整體坐標的夾角：---主要用于有斜向抗水平力結構榀時填寫，在0~90之間。改寫后，風荷載要變化，主要是受風面積變化、風荷載作用的坐標變化；抗側力結構榀的剛度變化引起地震力的變化，所以要重新進行數檢。●回填土對地下室的相對剛度：---根據程序編制專家的解釋，填3大概為70%~80%的嵌固，填5就是完全嵌固，填在樓層數前加“-”，表示在所填樓層完全嵌固。到底怎樣的土填3或填5，完全取決于工程師的經驗。●是否考慮扭轉藕連：《高層建筑混凝土結構技術規程》的3.3.2-2條，“質量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結構，應計算雙向水平地震作用下的扭轉影響；其他情況，應計算單向水平地震作用下的扭轉影響；”《建筑抗震設計規范》的5.1.1-3條，也與高規有相同的規定。●地震設防烈度、設計地震分組、結構的抗震等級：按結構的實際填入即可。●豎向地震作用系數：程序取的是規范的計算值。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》的3.3.14條，這個數值的來源有：Fevk=avmaxGeqGeq=0.75Geavmax=0.6amax所以有：Fevk=0.75*0.6amax*Ge由于高規的3.3.14-3要求“宜乘以增大系數1.5”。所以最后Fevk=1.5*0.75*0.65amax*Ge=0.73125amax*Ge填入的就是“0.73125amax”，也是程序給出的隱含值。●樓層最小地震剪力系數：參見《高層建筑混凝土結構技術規程》的表3.3.13；地震規范的表5.2.5同。程序對算出的“樓層最小地震剪力系數”如果不滿足規范的要求，將給出是否調整地震剪力的選擇。根據規范組的解釋，如果不滿足，就應調整結構方案，直到達到規范的值為止，而不能簡單的調大地震力。●雙向水平地震作用扭轉效應選擇：如果選擇，地震力將增大很多，所以在選用的時候要慎重。●5%的偶然偏心：這是《高層建筑混凝土結構技術規程》的要求，3.3.3條要求：“計算單向地震作用時應考慮偶然偏心的影響”。計算雙向地震作用時，可不考慮質量偶然偏心的影響。●結構的阻尼比：按《高層建筑混凝土結構技術規程》的3.3.8條“除專門規定外，鋼筋混凝土高層建筑結構的阻尼比應取0.05”程序提供的參考值：鋼結構：0.02；混合結構：0.03。這個阻尼值不但用于地震作用計算，也要用于風荷載的計算。●水平、罕遇地震影響系數最大值：按《建筑抗震設計規范》的表5.1.4-1取。●特征周期值：根據場地類別和地震分組按《建筑抗震設計規范》的表5.1.4-1選用。在調整系數中，有以下的幾個參數開關：●0.2Qo（0.25Qo）調整：這條是針對框架-剪力墻結構，主要要注意以下幾點：對于框架柱數量從下到上基本不變的規則建筑，Qo（Vo-規范表示）取得是“地震作用標準值的結構底部總剪力”。對于框架柱數量從下至上分段有規律的變化的結構，Qo（Vo-規范表示）取得是“每段最下一層的地震作用標準值的總剪力”對復雜結構框架的調整應專門研究框架剪力的調整方法。框架剪力的調整必須滿足規范規定的樓層“最小地震剪力系數（剪重比）”的前提下進行。在設計過程中根據“計算結果”來確定調整層數。●溫度應力折減系數：程序一般推薦0.75或更低。《混凝土結構設計規范》的5.3.6條只是提出了原則性的要求。材料信息就按實際情況填寫即可。設計信息：●分項系數和組合系數：一般工程都采用程序給出的隱含值，不要去改動它。《建筑結構荷載規范》的3.2.5條“對于永久荷載效應控制的組合”永久荷載的分項系數應取1.35，但程序只給出了“有可變荷載效應控制的組合”的永久荷載分項系數1.2，按“程序編制組”的解釋，他們已經在程序內部考慮了這種組合，所以不需要設計人員考慮，只需按一般情況填就可以了。●活荷載重力荷載代表值系數：按《建筑抗震設計規范》的5.1.3條取。●柱、墻荷載折減標志：要說明的是，在PM建摸中也有“荷載折減”，他們是疊加的，也就是PM中折減了，在空間程序計算中要在以前折減的基礎上再折減。所以需要設計者在選用這項時特別慎重。●柱配筋方式選擇：有良種方式，單偏壓和雙偏壓。單偏壓程序就是按規范的公式進行配筋計算的。雙偏壓，程序是按數值積分法計算的，所以對于不同的“柱截面鋼筋放置方式”就會得出不同的配筋計算結果。所以，建議整體計算還是按“單偏壓”計算，在得出固定的“柱截面鋼筋放置方式”后，再進行復核。●結構基本自振周期：程序給出的隱含值是按《高層建筑混凝土結構技術規程》的附錄B的公式：B.0.2計算的。最好是將程序計算的精確值反填回來，再計算。（3）、TAT中的彈性節點：在TAT程序中也叫“特殊節點”，由于TAT程序采用的是“剛性樓板假定”所以，在同層中，各節點具有相同的位移，沒有相對位移。彈性節點就是為了彌補這種假定對很多“空曠結構、錯層結構”不合理模擬的補充。3）、SATWE的參數及開關總信息中：●墻元側向節點信息：這是剪力墻計算“精度和速度”取舍的一個選擇。選擇“內部節點”，那么剪力墻側邊的節點將作為內部節點而凝聚掉，但這樣速度快，精度稍有降低；作為“外部節點”，那么剪力墻側邊的節點也將作為出口節點，這樣墻元的變形協調性好，計算準確，但速度慢。所以程序建議規則的結構可以選擇“內部節點”，復雜的結構還是選擇“外部節點”進行計算。地震信息中：●斜交抗側力構件方向附加地震數：主要是針對“非正交的、平面不規則”的結構，這里填的是除了兩個正交的，還要補充計算的方向角數。●相應角度：就是除0、90這兩個角度外需要計算的其他角度，個數要與“斜交抗側力構件方向附加地震數”相同，且不得大于90和小于0。這樣程序計算的就是填入的角度再加上0度和90度這些方向的地震力。特殊構件：●樓板的分類：----剛性樓板：在程序中考慮為“平面內剛度無窮大，平面外剛度為零”----彈性樓板3：假定平面內無限剛，真實的模擬樓板平面外剛度----彈性樓板6：程序真實的計算樓板的平面內外的剛度----彈性膜：程序真實的計算樓板平面內的剛度，樓板平面外的剛度不考慮。●多塔定義：注意折線圍區可以重疊，但同一構件不能同時屬于兩個不同的區域。最好是從最高樓層編起。3、PKPM程序對底層-框架抗震墻的計算：1）、模型數據的輸入：模型盡量按原型輸入：即洞口、挑梁、磚墻等都要按原型輸入。節點盡量具有規律性：節點盡量上下一致，這樣才能保證荷載傳遞的正確。參數的輸入要合理：（1）、在“交互式”的設計參數輸入中結構體系要選擇相應的結構體系（砌體、底框抗震墻）。（2）、在PM的“次梁樓板”輸入中，要求把墻體材料選擇為“磚”，混凝土抗震墻做個別修改。（3）、樓面剛度類別：按《砌體結構設計規范》的表4.2.1中“屋蓋或樓蓋類別分為三類：整體式、裝配整體式和裝配式無棱體系鋼筋混凝土屋蓋或鋼筋混凝土樓蓋---剛性；裝配式有棱體系鋼筋混凝土屋蓋、輕鋼屋架和有密鋪望板的木屋蓋或木樓蓋---剛柔性；瓦屋面的木屋蓋和輕鋼屋蓋---柔性。在這里要說明的是樓蓋的“剛柔性”和房屋的靜力計算方案的“剛彈性”是兩回事，樓蓋的“剛柔性”僅僅是確定房屋的靜力計算方案的“剛彈性”的一個條件，還有房屋橫墻間距這個條件。（4）墻體材料的自重：對于機制磚，程序隱含為21Kn/m3，對于抹灰荷載、墻磚荷載，就在砌體容重中考慮。不要采用加厚墻體來體現，因為這樣會增加墻體剛度，與墻體的實際剛度不符。（5）、混凝土剪力墻等效系數：相當于混凝土墻與磚墻剛度的比值。對于底框-抗震墻結構的底部抗剪墻剛度計算及地震剪力分配中該值不起作用。（6）、構造柱參與共同工作：首先構造柱要按普通柱輸入，程序對構造柱參與工作的計算是按《砌體結構設計規范》的10.3.2條來計算的。2）、PM程序對磚混底框的計算：（1）、墻體的計算：墻體的受壓計算：是以墻段為計算單元的。一是門窗洞口間墻；一是兩節點間的墻段；對于墻段長小于250的程序將忽略不記，這引起我們對小墻支強度的重視，程序根本沒有計算，也沒有給出警告，我們就認為他是滿足要求的，就留下了隱患。而實際上這樣的墻段也不能作為結構構件來使用的，要求我們在做結構時特別小心。墻體高厚比計算：是將相鄰有相交的墻肢支撐的墻段生成墻高厚比計算的單元，對墻長度小于1.9m的墻段單元不作高厚比計算。墻體的局部受壓計算：計算的條件是在該節點上支撐有一根在交互式輸入中輸入的梁，且有墻體，在節點位置沒有柱，可以有墊塊和圈梁。（2）、底框的計算：參數輸入：●底