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　　《科技致富向?qū)А冯s志融新聞性、科技性、創(chuàng)新性、可讀性、針對性為一體，以“引領(lǐng)科教新潮流，展現(xiàn)科技新成果”為宗旨，堅持對科技創(chuàng)新領(lǐng)域的研究與探討，匯集高等院校、學(xué)術(shù)研究機構(gòu)的研究成果、實戰(zhàn)派的寶貴經(jīng)驗，集學(xué)術(shù)性、前沿性、實踐性為一體，為科技、教育工作者打造一個學(xué)術(shù)交流的平臺，提供一個展示學(xué)術(shù)成果的園地。雜志以一線科教工作者為對象，追蹤科教工作新動態(tài)，關(guān)注基層科教工作者在其領(lǐng)域內(nèi)的探索、創(chuàng)新實踐活動和學(xué)術(shù)研究成果，是廣大科教工作者闡釋觀點的理論平臺。

　　摘要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的提高，以及城市發(fā)展的需要，現(xiàn)代建筑向復(fù)雜化、大型化發(fā)展。工程設(shè)計時對結(jié)構(gòu)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(jié)果的可靠性，已成為結(jié)構(gòu)工程師們面對的首要問題。本文就PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的參數(shù)應(yīng)用和設(shè)計范圍進行探討，對軟件計算的參數(shù)合理選取進行分析。

　　關(guān)鍵詞：PKPM,結(jié)構(gòu)設(shè)計,計算參數(shù),選取

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

　　一、地震作用效應(yīng)計算與調(diào)整

　　1.調(diào)整范圍及計算大小

　　地震作用調(diào)整主要對最小地震剪力調(diào)整、0.2V.的調(diào)整系數(shù)、豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)調(diào)整、特殊構(gòu)件地震力調(diào)整系數(shù)。

　　《建筑抗震設(shè)計規(guī)定》5.2.5條規(guī)定，抗震驗算時，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震的剪重比不應(yīng)小于表5.2.5給出的最小地震剪力系數(shù)，此條程序自動調(diào)整，無須人工干預(yù)。但建議設(shè)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(jié)構(gòu)，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(dān)的地震力很小。對于框架部分，如果按這樣的地震力進行設(shè)計，在剪力墻開裂后會很不安全，所以需要讓框架部分承擔(dān)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(shè)計規(guī)定》3.4.3條及《高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程》5.1.14條規(guī)定：樓層側(cè)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(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)。設(shè)計者應(yīng)注意：此條要求設(shè)計者必須指出薄弱層所在樓層，然后程序?qū)⒏鶕?jù)設(shè)計者指定的薄弱層層號，將這些樓層地震作用的內(nèi)力乘以1.15的增大系數(shù)。

　　有關(guān)特殊構(gòu)件地震力調(diào)整系數(shù)，主要考慮以下幾個方面：（1）轉(zhuǎn)換梁在地震作用下的內(nèi)力調(diào)整：《高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程》10.2.23條規(guī)定：轉(zhuǎn)換梁在特一級、一級、二級抗震設(shè)計時，基地震作用下的內(nèi)力分別放大1.8、1.5、1.25倍。設(shè)計時注意：設(shè)計必須在特殊構(gòu)件定義時人工定義了轉(zhuǎn)換梁，則程序會自動對其進行調(diào)整。（2）框支柱在地震作用下的內(nèi)力調(diào)整：《高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程》10.2.7條規(guī)定也要調(diào)整，設(shè)計時注意：設(shè)計必須在特殊構(gòu)件定義時人工定義了框支柱，則程序會自動對其進行調(diào)整。由于調(diào)整系數(shù)往往很大，為了避免異常情況，程序給出一個控制開關(guān)，設(shè)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(diào)整。（3）另外對于“不調(diào)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(diào)整信息以及標(biāo)準值

　　在調(diào)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(jié)構(gòu)梁柱的超配系數(shù)隱含值為1.15．相當(dāng)過去考慮的二個1.1；樓層水平地震剪力調(diào)整：根據(jù)抗震規(guī)范5.2.5條要求，若要求調(diào)整，程序?qū)⒆詣诱{(diào)整不滿足剪重比的樓層內(nèi)力．但一般情況希望不調(diào)整．因為計算結(jié)果小于剪重比的要求，很可能結(jié)構(gòu)的方案不合理；薄弱層：薄弱層的判斷，可通過計算結(jié)果中的剛度比．設(shè)計人通過第一次計算結(jié)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(yīng)控制的組合．（2）可以調(diào)整活荷載的分項系數(shù)和活荷載的組合系數(shù)；程序中轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力調(diào)整，嚴格按規(guī)范執(zhí)行．轉(zhuǎn)換梁及框肢柱需要設(shè)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?qū)⑴c剪力墻相連柱承擔(dān)的傾覆彎矩，歸屬剪力墻．而不歸屬框架柱．否則框架柱承擔(dān)的傾覆彎矩可能超過50％．

　　二、設(shè)計參數(shù)的合理選取

　　1.抗震等級的確定：鋼筋混凝土房屋應(yīng)根烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度的不同分別按《建筑抗震設(shè)計規(guī)定》6.1.2條或《高層建筑混凝土技術(shù)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(diào)整；當(dāng)轉(zhuǎn)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(shè)計規(guī)定》6.1.2條或《高層建筑混凝土技術(shù)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(diào)整。

　　2.振型組合數(shù)的選取：在計算地震力時，振型個數(shù)的選取應(yīng)是振型參與質(zhì)量要達到總質(zhì)量90%以上所需要振型數(shù)。但要注意振型個數(shù)不能超過結(jié)構(gòu)固有的振型總數(shù)，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(shù)多于結(jié)構(gòu)固有的振型總數(shù)，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(jié)構(gòu)，在考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)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(jié)構(gòu)，上述規(guī)律不一定存在，此時應(yīng)注意查看SATWE文本文件“周期、振型、地震力”WZQ.OUT.程序輸出結(jié)果中，給出了輸出各振型的基底剪力總值，據(jù)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(fēng)力的作用方向：結(jié)構(gòu)的參考坐標(biāo)系建立以后，所求的地震力、風(fēng)力總是沿著坐標(biāo)系的方向作用。但設(shè)計應(yīng)注意查看SATWE文本文件“周期、振型、地震力”WZQ.OUT.輸出結(jié)果中給出了地震作用的最大方向是否與設(shè)計假定一致，對于大于150度時，應(yīng)將此方向輸入重新計算；對于有有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)大等于150度時，應(yīng)分別計算各抗力構(gòu)件方向的水平地震力。此處所指交角是指與設(shè)計輸入時，所選擇坐標(biāo)系間的夾角；對于主體結(jié)構(gòu)中存在有斜向放置的梁、柱時，也要分別計算各抗力構(gòu)件方向的水平地震力。

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

　　6.關(guān)于梁的幾個調(diào)整系數(shù)（1）剛度調(diào)整系數(shù)Bk：梁的剛度調(diào)整，主要是考慮現(xiàn)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(yù)制樓板、板柱結(jié)構(gòu)的等代梁取1.0，注意剛度調(diào)整系數(shù)對連梁不起作用。（2）梁端負彎矩調(diào)整系數(shù)：框架梁在豎向荷載作用下梁端負彎矩調(diào)整系數(shù)，是考慮梁的塑性內(nèi)力重分布。通過調(diào)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(diào)整系數(shù)一般取0……85.注意：1：程序隱含鋼梁為不調(diào)幅梁。2：不要將梁跨中彎矩放大系數(shù)與其混淆。（3）梁彎矩放大系數(shù)Bm：當(dāng)不計算活載或不考慮活載不利布置時，可通過此參數(shù)調(diào)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(shù)取1.0.（4）連梁剛度折減系數(shù)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(xiàn)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(nèi)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(yīng)折減。（5）梁扭矩折減系數(shù)Tb：是針對新規(guī)范的梁抗扭設(shè)計而設(shè)的，由于目前梁在整體結(jié)構(gòu)中的扭轉(zhuǎn)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(guān)于頂部小塔樓放大系數(shù)：（1）對于頂部帶有小塔樓的結(jié)構(gòu)，在動力分析中，可能會出現(xiàn)鞭梢效應(yīng)，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(diào)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(diào)整頂部小塔樓的地震力：計算模型振型個數(shù)放大系數(shù)非耦聯(lián)3<=NMODE<63.0非耦聯(lián)6<=NMODE<=91.5耦聯(lián)9<=NMODE<123.0耦聯(lián)12<=NMODE<=161.5（2）對于頂層帶有空曠大房間或為輕鋼結(jié)構(gòu)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(shù)的方法計算地震作用效應(yīng)，而應(yīng)視為結(jié)構(gòu)體系的一部分，用振型分解法計算。

　　三、計算結(jié)果正確性的判斷

　　《高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程》〉5.1.16條及《建筑抗震設(shè)計規(guī)定》3.6.5條均有要求：對結(jié)構(gòu)分析軟件的計算結(jié)果，應(yīng)進行分析判斷，確認其合理，有效后方可作為工程設(shè)計依據(jù)。如何判斷？當(dāng)然只能依靠概念設(shè)計來判斷：概念設(shè)計是一種設(shè)計的思路，可以認為是定性的設(shè)計，概念設(shè)計不以精確的力學(xué)分析、生搬硬套的規(guī)范條文為依據(jù)，而是由我們對工程進行概括的分析，制定設(shè)計目標(biāo)，采取相應(yīng)措施，概念設(shè)計概念包括安全度的概念、力學(xué)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(shè)計要求我們?nèi)诤线@些概念，并貫徹到結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置、計算簡圖抽象、計算結(jié)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(jié)果從以下方面檢查1.檢查原始數(shù)據(jù)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(jié)果分析：檢查設(shè)計參數(shù)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(jié)構(gòu)延性；（2）剪重比：主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結(jié)構(gòu)安全性；（3）剛度比：主要為控制結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響；（5）周期：主要為控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減少扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)為主第二振震型不能以`扭轉(zhuǎn)為主）；（6）剛重比：主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移和傾覆；（7）有效質(zhì)量比：主要為控制結(jié)構(gòu)的地震力是否全計算出來。

　　四、結(jié)束語

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

　　結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計的目標(biāo)是使整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)敏感的薄弱部位，地震能量的耗散僅集中在極少數(shù)薄弱部位，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過早破壞。現(xiàn)有抗震設(shè)計方法的前提之一是假定整個結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)計算、構(gòu)件設(shè)計并加以構(gòu)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(jié)構(gòu)不倒塌的目標(biāo)。對一個結(jié)構(gòu)并非設(shè)計得越剛強越好，一個好的設(shè)計應(yīng)該是“結(jié)構(gòu)剛度、承載力、延性、經(jīng)濟性完美的匹配”所締造的偉大設(shè)計師。

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