利用PKPM软件进行结构设计的流程

　　摘要：作为通用结构设计软件，PKPM被广泛的用于中国各个建筑设计院以及科研机构。PKPM软件具有简单易学，操作直观的特点。正是基于以上特点，PKPM软件受到广大建筑设计人员的青睐。但是本文作者在从事建筑设计多年后，深感设计人员过分的依赖计算机，从而忽略结构基本理论及规范的条文规定。本文将结合设计经验，同时结合规范及结构理论，将结构设计流程做一下详细的论述。
　　关键词：结构设计；PKPM；设计流程
　　
　　
　　0前言
　　结构计算软件出现之前，对于简单的框架以及砌体结构，结构师要得到近似的解答，往往也要手算数月，对于高层或者复杂结构，则只能使束手无策。随着计算机技术的高速发展，PKPM软件被广泛应用于各种建筑的结构设计中。这就使得结构师从事高层或者复杂结构有了可能。随着软件的革新，结构师越来越依靠结构软件，以至于在很多设计中，并没有经过理论分析和查找相应的规范就草草利用软件进行设计，使得计算结果偏离实际很多。本文着重讨论设计流程，并且强调采用结构设计基本理论与规范相结合进行设计。只有这样，才能得到理想的结果，使得结构设计工作者有的放矢。
　　1设计前的工作
　　结构师在拿到工程后，首先在拿到设计任务时应仔细研究一下方案，全面分析，与建筑设计人员充分沟通，充分了解工程的各种情况（如平面布置、平面功能、立面造型等），而不要盲目建模。
　　模型输入的时候采用的是PKPM中的PMCAD，一定要了解每个参数的意义，不清楚的地方不应盲目改动，应及时查阅用户手册及技术条件。在输入荷载时，应准确计算，按照《荷载规范》（GB50009-2001）严格执行。根据建筑做法，房间使用功能来计算，不应估算，不应随意扩大荷载。在计算中，应考虑在满足设计规范的条件下，尽量经济、合理，不应随意加大配筋和加大构件的截面尺寸
　　2基础设计
　　基础设计的原则是①基础本身应具有足够的强度来传递整个建筑物的荷载，而地基则应具有良好的稳定性以保证建筑物的均匀沉降不超过允许值;②基础还应具有足够的耐久性；③基础及人工地基方案的确定，要做到技术合理、经济并符合当地施工条件。
　　基础荷载计算时，不应漏掉荷载。计算机倒算的荷载，是恒载+活载，计算基底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时应采用荷载标准组合；确定基础配筋和验算材料强度时应采用荷载基本组合。对于墙下条基应考虑基础重叠作用。但对于框架结构，不应仅考虑竖向荷载作用（恒+活），还应考虑其余各种荷载组合，选取最不利组合，最好采用JCCAD进行荷载选取。
　　采用桩基础时，同一结构单元宜避免采用不同类型的桩，而且不能将浅基础和深基础混用。桩基础的设计应严格按照JGJ94-2008《桩基规范》和GB50007-2002《地基规范》8.5节的规定执行。
　　3楼板设计
　　板的厚度一般应由设计计算确定，应满足承载能力、刚度和裂缝的要求，还应考虑使用要求、预埋管线、施工和经济方面的因素。板厚度可参考表一中的数值确定。当现浇板内需预埋管道时，板的最小厚度应大于3倍预埋管道外径，而且预埋管道应放置在顶部和底部钢筋之间，其混凝土保护层不宜小于40MM。
　　
　　板的厚度与跨度的最小比值HL。表一
　
　　注：1.L。为板的计算跨度；对双向板为短向计算跨度。
　　2.跨度〉4m的板应适当加厚。荷载较大时，板厚另行考虑。
　　
　　现浇板的负筋不宜选用较细的钢筋，可避免施工时被踩下。在连续双向板中，负筋断点应左右相等且应按大跨的1/4确定。当板的净跨度≤2200~2400MM时，负筋应拉通配置，而不应采用分离式配筋。受力钢筋应尽量采用三级钢，但间距不宜过大，以防裂缝。板的配筋应根据计算确定，使用PMCAD自动生成时，应检查和复核配筋；对于异型板PMCAD生成的配筋结果不准确，需要用单独的板计算软件计算。
　　4梁设计
　　梁的截面高度一般情况下可参照表二采用。在结构中，一般主梁至少比次梁高处50MM，如主梁下部钢筋为双层配置，或附加横向钢筋采用吊筋时，应高处100MM。梁的截面宽度一般取250MM、300MM，如果取350MM或以上应采用四肢箍。梁的截面高宽比：矩形梁为2.0~3.5。
　　在使用软件计算梁配筋时，一定要首先明确梁的支座情况，分清主次梁；核对梁的跨度、标高以及荷载情况。

　　梁截面高度尺寸的一般规定表二

　　1. L为梁的计算跨度。
　　2. 梁的跨度大于等于9M时，表中数值应乘以系数1.2。
　　5柱设计
　　钢筋混凝土柱是结构中的组成重要部分。在砌体结构中，构造柱的设置非常重要，必须严格按照《震规》（GB50011-2001）（2008版）的规定严格执行。
　　框架结构的设计应遵守：“强柱、弱梁、更强节点”的原则，柱的作用也非常重要，必须满足一些构造要求：框架柱为矩形截面时边长不宜小于300MM，圆柱截面直径不宜小于350MM，错层处框架柱的的截面高度不应小于600MM，柱剪跨比宜大于2，柱截面高宽比不宜大于三。柱剪跨比不大于2时，应按短柱进行处理。设计中应尽量避免设计成短柱，当无法避免时，应采取措施。柱的配筋必须满足最小配筋率。
　　6高层结构设计
　　在进行高层结构设计时根据已经确定好的平面布置和立面效果，假定好构件尺寸，通过程序计算，这样最主要的就是判断计算结果的正确性，也就是对计算结果的分析。在PKPM程序中主要是指七种比值：
　　1、柱及剪力墙轴压比是否满足要求，这一项主要是控制结构的延性。
　　2、剪重比是否满足要求，这一项主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性。规范规定了各楼层水平地震力的最小值，该值如果不满足要求，则说明结构有可能出现比较明显的薄弱部位，必须进行调整。
　　3、位移比是否满足要求，这一项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；。其限值在《震规》和《高规》中均有明确的规定。但规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的。
　　4、刚度比是否满足要求，这一项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。根据《震规》和《高规》的要求，软件提供了三种刚度比的计算方式，分别是剪切刚度，剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比三种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关键：1）剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定；2)剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构；3)地震力与层间位移比是执行《震规》第3.4.2条和《高规》4.3.5条的相关规定，通常工程都用此法计算刚度比。
　　5、刚重比是否满足要求，这一项主要为控制结构稳定性以免产生滑移和倾覆；刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性的重要因素，也是影响重力二阶效的主要参数。该值如果不满足要求，则可能引起结构失稳倒塌，应当引起设计人员的足够重视。
　　6、周期比是否满足要求，这一项主要为控制结构的扭转效应，减小扭转对结构带来的不利影响；控制周期比的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理，使结构不至出现过大的扭转。如果周期比不满足规范的要求，说明该结构的扭转效应明显，设计人员需要增加结构周边构件的刚度，降低结构中间构件的刚度，以增大结构的整体抗扭刚度。
　　7、有效质量比是否满足要求，这一项主要为控制结构的地震力是否全计算出来。。《高规》5.1.13-2条规定，抗震计算时，宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应，振型数不宜小于15，对多塔结构的振型数不应小于塔楼的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90％。振型组合数是否取值合理，可以看软件计算书中的x，y向的有效质量系数是否大于0.9。必须指出的是，结构的振型组合数最大值不能超过结构得总自由度数。
　　6 结论与建议
　　本文讨论了利用通用通用结构计算软件PKPM进行结构设计的流程，分别对基础、梁
　　板、柱的设计进行了讨论。通过本文讨论可以看出，在进行结构设计时，应该以结构基本理论作为设计的指导，同时一定参考相关规范，不能盲目的受计算软件摆布。同时，应该对计算结果进行合理的判断，不盲从与结构设计软件，而这更需要对结构理论以及设计规范做深刻的学习及理解。