PKPM軟件在高層結構計算中的應用及調整方法

徐小朝

(漯河市誠信巖土工程勘察有限公司,河南漯河 462000)

PKPM軟件在高層結構計算中的應用及調整方法

徐小朝

(漯河市誠信巖土工程勘察有限公司,河南漯河 462000)

本文通過對《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程JGJ3-2010》中技術指標的扼要說明,闡述了軸壓比、剪重比、剛度比、位移比、周期比、剛重比、層間受剪承載力比的設計要求和調整方法

高層結構計算 應用及調整

隨著我們國家的經濟發(fā)展和土地節(jié)約化利用，高層建筑得到迅速發(fā)展，建筑外型及平面越來越多樣化，結構體系也隨之多樣和復雜。如何保證結構的的安全和建筑成本的控制，就要求設計人員在利用軟件計算過程中，能正確判別技術指標和結構參數的準確度和有效性，因此高層結構設計時，所需控制的七個指標參數必須予以重視，才能保證結構的安全適用和實現建筑成本的經濟合理。

(1)軸壓比(μ=N/fcA)：限制軸壓比主要是為了保證豎向承重構件的塑形變形能力，保證結構有較強的抗地震倒塌能力。

點擊PKPMSATWE軟件第4欄框“分析結果圖形和文本顯示”，在SATWE后處理-圖形文件輸出的“梁彈性撓度，柱軸壓比，墻邊緣構件簡圖”中，直觀看到軸壓比數值，數值為紅色的，說明超出規(guī)范允許值要求，設計人員應判明原因找出解決方法。

當軸壓比超出規(guī)范允許值要求時，可以采用以下調整方法：

1)試用軟件調整：SATWE軟件沒有軸壓比調整的程序設置，故不采用。

2)人工調整：超出規(guī)范限值較少時，可以提高該樓層墻、柱混凝土強度等級，超出限值較多時，應該加大該處剪力墻、框架柱截面尺寸。

(2)剪重比(地震作用與重力荷載代表值的比值)：為保證結構基本周期大于3s的房屋結構安全性，規(guī)范提出對各樓層的最小水平地震剪力進行限制。

剪重比是規(guī)范考慮長周期結構采用底部剪力法和振型分解反應譜法計算時，因為地震影響系數α的取值可能偏低，造成相應計算的水平地震作用標準值偏小，因此考慮結構安全必要性，規(guī)范規(guī)定了樓層水平地震剪力的最小值.見《高層技術規(guī)程》4.3.12公式VEKi≥λ∑Gi，λ-水平地震剪力系數，剪重比不滿足規(guī)范要求的調整措施：

1)軟件程序的調整：當剪重比偏小與規(guī)范限值相差不大(如剪重比達到規(guī)范限值的80%以上)時，下列三個方法中任選取其一進行調整：①SATWE“分析與設計參數補充定義”內“調整信息”選項中，勾選“按抗震規(guī)范5.2.5調整各樓層地震內力”，②SATWE“調整信息-地震作用調整”，在“全樓地震作用放大系數”框內，輸入大于1的系數，以增加水平地震作用，③SATWE“地震信息”，在“周期折減系數”框內，適當減小系數的數值。

2)結構構件調整：當計算的剪重比偏小，與規(guī)范允許限值偏差較大時，應考慮增加豎向承重構件的截面尺寸，進一步提高整體結構的側向剛度。

(3)剛度比：主要為保證結構豎向布置的規(guī)則性，避免結構剛度沿豎向突變，形成薄弱層，導致地震時變形過于集中，出現嚴重災害甚至倒塌。

柱軸壓比限值(見《抗震規(guī)范》表6.3.6)

抗震設計時，高層建筑相鄰樓層的側向剛度變化應符合下列規(guī)定，見《高層規(guī)程》3.5.2。

1)對于框架結構，該層與相鄰上部三層剛度平均值的比值不宜小于0.8，與相鄰上層側向剛度比值不宜小于0.7。

2)對于框剪結構、剪力墻結構、框筒結構等，該層與相鄰上層側向剛度比值不宜小于0.9；當本層層高大于相鄰上層層高1.5倍時，比值不宜小于1.1。

對于形成的薄弱層則按《高層技術規(guī)程》3.5.8，所對應的地震作用標準值的剪力，乘以1.25的增大系數予以加強。

(4)位移比：位移比的大小是反映結構平面規(guī)則與否的重要依據，平面不規(guī)則的結構，容易造成扭轉效應的顯著增加，扭轉效應過大會對結構產生不利影響。

考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用，樓層豎向構件最大的水平位移和層間位移的要求，見《高層技術規(guī)程》3.4.5條。

在PKPMSATWE軟件“分析結果圖形和文本顯示”中，可在“文本文件輸出”的結構位移WDISP.out文檔中，查到每個工況下，在地震作用下各個樓層的最大位移。

位移比不滿足規(guī)范要求時，可以按以下方法進行調整：

1)程序調整：SATWE軟件不能對程序參數修改，達到實現位移比的調整。

2)結構調整：通過調整結構平面布置，盡量保證平面規(guī)則性，減小結構剛度中心與質量中心的偏心距離；

①位移比是在剛性樓板假定下計算的，在結構的邊角部位往往出現最大水平位移與層間位移值；通過調整結構外圍對應位置抗側力構件的剛度，達到降低結構剛度中心與質量中心之間偏心距的目的。

②對于位移比超出規(guī)范要求的樓層，在SATWE程序“分析結果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構件編號簡圖”內，利用程序節(jié)點查詢，找到對應位移最大的節(jié)點號，提高該節(jié)點對應位置結構構件的側向剛度(加大截面尺寸最為有效)，直到位移比滿足規(guī)范要求。同樣也可以找到位移最小的節(jié)點，可以降低該節(jié)點對應位置剪力墻、框架柱等構件的剛度，降低工程造價成本。

(5)周期比：為減小扭轉效應對結構產生不利影響，對結構的周期比值規(guī)范提出了要求。

在SATWE軟件“分析結果圖形和文本顯示”中，可在“文本文件輸出”的周期陣型地震力WZQ.out文檔中，查到每個陣型號的周期、轉角、平動系數和扭轉系數。

出現周期比不滿足規(guī)范要求時，常見做法是調整平面布置?？偟恼{整原則是加強結構外圍承重構件的剛度，減弱結構內筒的剛度。

(6)剛重比(結構的側向剛度和重力荷載設計值之比)，是影響重力二階效應的主要參數，主要目的為控制結構的穩(wěn)定性，避免結構產生滑移和傾覆。

1)剪力墻結構、框剪結構、板柱剪力墻結構和筒體結構。

2)框架結構。

不滿足規(guī)范要求時調整方法如下：①剛重比不滿足規(guī)范上限要求，在SATWE軟件程序“分析和設計參數補充定義”中“設計信息”內，勾選“考慮P-Δ效應”此項，程序會自動計入和計算重力二階效應的影響。②結構調整：剛重比不滿足規(guī)范下限要求，通過加強剪力墻、框架柱等豎向構件的剛度，達到滿足規(guī)范要求的目的。③規(guī)范給定的剛重比的上限值是2.7，當小于這個值時需要考慮重力二階效應；當大于這個值時沒有必要考慮重力的二階效應。

(7)層間受剪承載力比，是為了保證結構的豎向規(guī)則性，避免樓層結構構件豎向不規(guī)則，造成受剪承載能力沿豎向突變，在該樓層形成薄弱層。

層間受剪承載力比不滿足規(guī)范要求時，按以下方法調整：

1)程序調整：在SATWE軟件程序“調整信息”中的“指定薄弱層個數”選項內，填入對應的樓層層號，將該樓層強制定義為薄弱層，SATWE軟件會按程序設定將該樓層地震剪力放大1.15倍。

2)人工調整：提高本層豎向承重構件的強度，如增加框架柱箍筋和剪力墻水平分布筋、提高混凝土強度等級或加大截面尺寸，以提高本層抗側力構件的抗剪承載能力，或可以減弱上部相關聯(lián)樓層的抗剪承載能力，達到調整目的。

(8)總述。綜述以上參數的含義，只是做好高層結構概念設計的初步，還要依靠長時間的工作積累和多項工程的經驗總結，設計人員要靈活掌握規(guī)范條文，勤學多練，才能設計出好作品。

結構專業(yè)從最初的方案階段，就要配合各專業(yè)做好基本工作，為接下來的設計階段打好基礎，無形中減少工作量提高工作效率。結構設計人員要具備責任意識，選擇合理的結構體系，構件布置要符合傳力途徑簡單化，這對業(yè)主控制建筑成本很關鍵，對于減少材料使用，降低能源消耗，促進社會環(huán)境改善也有重大意義。

[1]建筑抗震設計規(guī)范(GB50011-2010)[S].

[2]高層建筑混凝土結構技術規(guī)程(JGJ3-2010)[S].

[3]多層及高層鋼筋混凝土結構設計釋疑及工程實例[M].張維斌：中國建筑工業(yè)出版社,2011.10.

[4]施嵐清.一二級注冊結構工程師專業(yè)應試指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[5]PKPM軟件及用戶使用手冊.