PKPM计算结果分析及调整方法

PKPM计算结果分析及调整方法

马文莉李云福

云南省先进制造技术研究中心

云南省机电一体化应用技术重点实验室

云南省机械研究设计院

摘要：PKPM是目前在国内设计行业应用最为普遍的CAD系统，拥有用户上万家，市场占有率达90%以上，它紧跟行业需求和规范更新，及时满足了我国建筑行业快速发展的需要，显著提高了设计效率和质量。在该程序使用过程中，设计人员应注意对计算机的后处理结果和中间计算结果认真分析并做相应调整，不能盲目直接采用和出图，这既有利于保证设计项目的产品质量也有利于提高设计人员的专业水平。

关键词：PKPM计算结果，分析，调整

1、对输入的各种参数和原始数据进行检查比较，核对模型与分析图进行整体分析。包括系统总信息，楼层信息，各层等效尺寸，层塔属性，工况信息等。核查结构质量分布，楼层质量沿高度宜均匀分布，楼层质量不宜大于相邻下部楼层的1.5倍。

2、审查重力荷载作用下的内力图是否符合受力规律；可以利用结构底层检查竖向内外力的平衡，即底层柱、墙在重力荷载作用下的轴力之和应等于总重量；如果结构对称、荷载对称，其结构内力图必然对称，即检查其对称性。

3、复核风荷载作用下的内力图和位移是否符合受力规律；如果结构沿竖向的刚度变化较均匀、且风荷载沿高度的变化也较均匀时，其结构的内力和位移沿高度的变化也应该是均匀的，不应有大的突变。

4、核查立面规则性的相关数据。高规3.5.3条规定，A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%。

5、抗震分析和调整方法

5.1、 轴压比：

柱(墙)轴压比N/(fcA)是指柱(墙)轴压力设计值与柱(墙)的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比。主要为控制结构的延性，为了使墙柱具有很好的延性和耗能能力，规范采取的措施之一就是限制轴压比，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见抗规6.3.6和6.4.5。定义。轴压比不满足情况下，可以增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。抗震等级越高的建筑结构，其延性要求也越高，因此对轴压比的限制也越严格。对于框支柱、一字形剪力墙等情况而言，则要求更严格。抗震等级低或非抗震时可适当放松，但任何情况下不得小于1.05。

5.2、剪重比：剪重比即最小地震剪力系数λ，主要为控制各楼层最小地震剪力，尤其是对于基本周期大于3.5S的结构,以及存在薄弱层的结构,剪重比若不满足最小值要求，说明结构有可能出现比较明显的薄弱层，出于对结构安全的考虑,规范增加了对剪重比的要求。参见抗震规范表5.2.5。程序对算出的“楼层最小地震剪力系数”如果不满足规范的要求，将给出是否调整地震剪力的选择。但规范规定如果不满足，就应调整结构方案，直到达到规范的值为止，而不能简单的调大地震力。

5.3、刚度比：结构的侧向刚度与重力荷载设计值之比称为刚重比。主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。抗震规范附录E2.1规定，筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2；高规的3.5.2条规定，对于框架结构，其楼层侧向刚度比本层与相邻上层的比值不宜小于0.7，与相临上部三层侧向刚度平均值的比值不宜小于0.8。对框架-剪力墙、板柱-剪力墙、剪力墙结构等，楼层与其相邻上层的比值不宜小于0.9，当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时，该比值不宜小于1.1；对结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5。

竖向刚度不规则结构的程序处理：抗震规范3.4.3条规定，竖向不规则的建筑结构，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数；针对这些条文，程序通过自动计算楼层刚度比,来决定是否采用1.15的楼层剪力增大系数；并且允许用户强制指定薄弱层位置，对用户指定的薄弱层也采用1.15的楼层剪力增大系数（参数补充输入）通过用户指定转换梁、框支柱来实现转换构件的地震内力放大（特殊构件补充定义）。刚重比不满足规范下限要求，只能通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。

5.4、位移比：位移比包含两项内容（1）楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值；（2）楼层竖向构件的最大层间位移与平均层间位移的比值；位移比是控制结构的扭转效应的参数。主要为控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。见抗规3.4.3条高规4.3.5条规定。位移比不满足简便的调整方法：调整结构平面布置，使结构规则，刚度均匀，减小结构刚心与形心的偏心距，高层建筑位移比计算应考虑偶然偏心的影响，位移比是判断结构规则性的重要依据，对是否考虑双向地震有重要参考作用。若位移比超过1.2，则需要在总信息参数设置中考虑双向地震作用。构件设计与位移信息不是在同一条件下的结果（即构件设计可以采用弹性楼板计算，而位移计算必须在刚性楼板假设下获得），故可先采用刚性楼板算出位移，而后采用弹性楼板进行构件分析。

5.5、周期比：即结构扭转为主的第一自振周期（也称第一扭振周期）Tt与平动为主的第一自振周期（也称第一侧振周期）T1的比值。主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，具体要求见高规3.4.5条。如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。一旦出现周期比不能满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善。这种改善一般是整体性的，局部小调整往往收效甚微。总的调整原则是要加强结构外圈，或者削弱内筒。周期比控制的不是结构足够结实，而是在承载力布局合理性，限制结构抗扭刚度不能太弱。

5.6、刚重比：结构的侧向刚度与重力荷载设计值之比称为刚重比。它是控制结构整体稳定的重要指标，也是影响重力二阶（p-Δ）效应的主要参数,且重力二阶效应随着结构刚重比的降低呈双曲线关系增加。高层建筑在风荷载或水平地震作用下,若重力二阶效应过大则会引起结构的失稳倒塌，故控制好结构的刚重比，则可以控制结构不失去稳定。刚重比不满足规范上限要求，在SATWE的“设计信息”中勾选“考虑P-Δ效应”，程序自动计入重力二阶效应的影响。刚重比不满足规范下限要求，只能通过调整改变结构布置，加强墙、柱等竖向构件的刚度来进行。

5.7、层间受剪承载力比： 层间受剪承载力比也是控制结构竖向不规则性和判断薄弱层的重要指标。具体要求见高规的3.5.3条规定和抗规3.4.4条规定。层间受剪承载力比不满足时可以在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号，将该楼层强制定义为薄弱层，SATWE按2010版高规3.5.8将该楼层地震剪力放大1.25倍。如果还需人工干预，可适当提高本层构件强度（如增大配筋、提高混凝土强度或加大截面）以提高本层墙、柱等抗侧力构件的承载力，或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的承载力。

参考文献：

[1]建筑抗震设计规范(GB50011-2010)[2016年版].中国建筑工业出版社,2010.

[2]混凝土结构设计规范(GB50011-2010)[2015年版].中国建筑工业出版社,2010.

[3]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010,J186-2010).中国建筑工业出版社,2010.

[4]SATWES-3多层级高层建筑结构空间有限元分析与设计软件用户手册.