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摘要：由中國建築科學分析院開發的PKPM系列軟件是現在國内應用最為廣泛的結構計算軟件之一，國内大多數設計院結構設計是經過該軟件來完成的，已經成為結構設計人員一定正确掌握熟練應用的基本技能。但在實際應用的時候往往因為練習和實踐不夠，造成不少分析差漏，給工程參數和工程質量帶來麻煩，本文就PKPM系列軟件學習要領和實際應用進行分析，旨在說明工程設計人員要不斷的進行學習，并在學習的基礎上不斷的進行試驗練習，逐漸鞏固所學内容和用好所學内容。

關鍵詞：PKPM；設計；學習；應用

PKPM是一套集建築設計、結構設計、設備設計及概預算、施工軟件等于一體的大型建築工程綜合CAD系統，這個系統的特點就是不斷根據專業和實際需要進行取舍，因此沒有必要介紹PKPM所有的功能和命令。

一、回顧PKPM課程的學習

1. PKPM課程的針對性 針對建築工程設計專業，在學習過程中，最主要的四大課程教學内容是：（1）：結構平面計算機幫助設計（PMCAD）；（2）：框排架計算機幫助設計（PK）；（3）：結構空間有限元研究設計軟件（SAT－8）；（4）：基礎工程計算機幫助設計（JCCAD）。在PKPM實踐教學這一階段，可以以不一樣種類的工程項目為載體，如磚混結構、框架結構等，學習應用PMCAD進行結建立模，然後接力SAT－8進行有限元計算，再把上部結構模型數據傳到JCCAD進行基礎設計，最後采用施工圖設計模塊對智能化生成的施工圖進行後處理并轉換為AutoCAD圖形進行編輯，從而完成一套工程項目的結構施工圖。

2. PKPM課程的實踐練習性

在學習過程中，參照實際工程項目的設計要求，以實際數據為依據來對本身所做項目的設計參數進行選取，如對結構的抗震等級、結構體系的部署方式、不一樣用途房間的活荷載、構件的截面尺寸、材料的強度等級、鋼筋的強度等級和采用的直徑等的選取。并采用正确的檢查方法以包管結構設計信息、計算信息等輸入的正确性。如經過對整樓模型的仔細觀察，檢查構件部署是否正确；經過平面荷載表現校核這一模塊中的荷載圖，來研究荷載輸入的正确性等。驗證這些提前定的參數經過計算後是否合理，将直接影響結構的安全和經濟。

經過這個反複試算的整個過程，掌握模型優化的具體方法和操縱本領。結構模型優化完成後，在進行施工圖繪圖的時候,正确選擇和應用結構施工圖的繪圖軟件，可以快速準确地繪出施工圖。并強調施工圖繪制與結構制圖知識（知識是人類生産和生活經驗的總結）的聯合，避免在繪制結構施工圖時出現很多不規範繪圖難題，從而包管施工圖的完整性和正确性和圖面質量。在這個實踐教學整個過程中會全面運用到大量以前所學的混凝土結構、建築抗震、地基基礎、工程制圖等知識，處理實際難題的本領，都會覺得本身的專業技能。

3. PKPM課程的有效考核 我們要求在一定時間内快速完成相應的結構施工圖的繪制。實踐證明，這種考核方式，能比力客觀的考查總體知識和技能（對動作方式的一種概括，是按一定的方式反複聯系或模仿而形成的熟練的動作）的掌握情況，能更好地刺激引發學生的學習積極性和主動性。在平時作業的要求方面，可适當放寬時間，但一定要求本人動手去做，不可以眼高手低，真正應用時才發現不會操縱。并且在今後的課程裡面要增設計算機幫助設計（PKPM）的課程設計（指拟訂一門課程的組織形式和組織結構），也作為整個課程考核中的一部分。

二、PKPM結構設計軟件應用

1.抗震分析 抗震分析,更是作了具體明确的要求,設計人員在運用軟件進行結構計算時,對軟的功能要有切實的了解,才能正确運用,并且對計算結果要進行判别,确認其合理有效後,方能在設計中使用,千萬不可盲目依賴于計算軟件。随着軟件功能的日益完善,相當一部分結構設計人員應用軟件時不夠重視其技術條件與相關規範、标準規定的相符性。PKPM 系軟件在結構設計中應用較廣泛。

2.結構計算振型數的确定

采用振型分解反應譜法進行結構水平地震作用計算時, 《抗規》 第 5. 2. 2 條規定:不進行扭轉耦聯計算的結構,确定水平地震作用标準值的效應,可隻取前2～3 個振型,當基本自振周期大于115 s 或房屋高寬比大于 5 時,振型個數應适當增加。《高層建築混凝土結構技術規程》 (以下簡稱《高規》 )第 3. 3. 10 條規定:對于不考慮扭轉耦聯振動影響的結構,結構計算振型數規則結構可取 3 ;當建築較高、結構沿豎向剛度不均勻時,可取 5～6。上述規範的條文說明均要求振型個數一般可以取振型參與質量達到總質量 90 %所需的振型數。

結構抗震計算時,考慮平扭耦聯計算結構的扭轉效應,振型數不應小于 15 ;對多塔結構的振型數不應小于塔樓數的 9 倍 ,且計算振型數應使振型參與質量不小于總質量的 90 %。TAT 在 TAT -4. out 文件、SATWE 在WZQ. out 文件、PMSAP 在工程名- TB. RPT 文件中查看 X , Y 向的有效質量系數。我們都知道,結構計算振型數增加,水平地震作用效應增大,即内力和變形增大;振型數如取少了,後續振型産生的地震作用效應未能計入,導緻計算結果不安全,所以,振型數要盡量取得多。但對大型結構,過多的振型數,導緻運算時間過長,并對計算機的内存也要求大,而最後的那些高振型對結構地震作用貢獻也不大,因此,也不必所有的振型都計算,當有效質量系數超過 0. 9,就意味着計算振型數夠了;如果小于0. 9,說明後續振型産生的地震作用效應不能忽略,應增加振型數重算。需要注意的是,振型數也不能超過結構固有振型總數,否則,會引起計算的混亂,以緻造成嚴重的分析錯誤。結構固有振型總個數等于結構自由度總數。對于有 n 個獨立的水平塊剛性樓闆的結構,獨立于剛性樓闆的彈性節點數為m ,則結構的自由度數為(3 n 2 m)。所以,當結構存在大量彈性樓闆、越層柱、大開洞錯層時如空曠的錯層工業廠房、體育館等 ,按常規的以樓層數為基數來确定振型數 ,有時很可能遠不夠。所以,檢查計算結果時,有效質量系數是否超過 0. 9,是必須檢查項目之一。

3.周期比控制及調整方法 《高規》 第 4. 3. 5 條對結構位移比、 周期比作出了具體控制要求。在實際工作中, 位移比可以從輸出文件中直接檢查,而周期比需要先根據振型的平動系數、扭轉系數區分各振型是平動振型還是扭轉振型 ,然後從中分别找出周期最長的扭轉振振型,得到對應的第一扭轉周期Tt,第一側振周期 T1,計算出 Tt/ T1,看其是否符合規程要求。需要注意的是,周期比針對的是高層建築整體振動效應,要在“剛性樓闆假定”前提下來分析,多層建築不必控制周期比。多塔結構驗算周期比時,不是在同一結構中定義多塔,而是按塔分成多個結構分别驗算。周期比主要控制的是側向剛度與扭轉剛度之間的相對關系,即抗側力構件平面布置的合理性 ,避免結構出現過大的扭轉效應。當周期比不滿足求時,說明結構扭轉剛度相對于側移剛度偏小,這時單純增加結構尺寸,往往收效甚微,通應通過整體調整結構布置,來獲取良好的改善效果。如加強外圈結構剛度、增設抗震牆、增加外圍連梁的高度、削弱内筒的剛度等措施。

4.進行位移比、位移角驗算時關聯選項的确定 判斷結構是否屬扭轉不規則時,樓蓋計算,即對結構位移比、位移角的控制要求均為在“剛性樓闆假定”條件下的計算值。《抗規》第 3. 4. 2 條的條文說明已明确應按剛性《抗規》表 3. 4. 2 -1 規定:樓層的最大彈性水平位移(或層間位移) ,大于該樓層兩端彈性水平位移(或層間位移)平均值112 倍為扭轉不規則。扭轉不規則結構進行水平地震作用計算時,應計及扭轉影響。《高規》第3. 3. 3 條規定:“計算單向地震作用時應考慮偶然偏心的影響……”《抗規》第 5. 2. 3 條第 1 款規定:“規則結構不進行扭轉耦聯計算時,平行于地震作用方向的 2 個邊榀其地震作用效應應乘以增大系……”因此,在應用軟件驗算位移比時,總是要考慮偶然偏心。一般偶偏心對位移比的影響還比較明顯。《高規》第 4. 6. 3 條規定:層間位移角的計算不考慮偶然偏心的影響,因此,程序操作時應分 2 次進行。

5.結構整體性能控制

1)位移控制：新高規的4.3.5條規定,樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移角,A、B級高度高層建築均不宜大于該樓層平均值的1.2倍；且A級高度高層建築不應大于該樓層平均值的1.5倍,B級高度高層建築、混合結構高層建築及複雜高層建築,不應大于該樓層平均值的1.3倍。

2)周期控制：新高規的4.3.5條規定,結構扭轉為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1之比,A級高度高層建築不應大于0.9；B級高度高層建築、混合結構高層建築及複雜高層建築不應大于0.850。

3）層剛度比控制：新抗震規範附錄E2.1規定,筒體結構轉換層上下層的側向剛度比不宜大于2；新高規的4.4.3條規定,抗震設計的高層建築結構,其樓層側向剛度不宜小于相臨上部樓層側向剛度的70%或其上相臨三層側向剛度平均值的80%；新高規的5.3.7條規定,高層建築結構計算中,當地下室的頂闆作為上部結構嵌固端時,地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的2倍:新高規的10.2.6條規定,底部大空間剪力牆結構,轉換層上部結構與下部結構的側向剛度,應符合高規附錄D的規定。

4)、框剪結構中框架承擔的傾覆力矩計算；新抗震規範第6.1.3條、高規8.1.3條規定,框架一剪力牆結構,在基本振型地震作用下,若框架部分承擔的地震傾覆力矩大于總地震傾覆力矩的50%,其框架部分的抗震等級應按框架結構确定,柱軸壓比限值宜按框架結構采用。

6.結構構件設計計算

1）柱軸壓比計算：新抗震規範6.3.7條、高規的6.4.2條和混凝土規範的11.4.16條,都規定了柱軸壓比的限值,并規定建造于IV類場地且較高的高層建築柱軸壓比限值應适當降低。柱軸壓比指柱考慮地震作用組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比:可不進行地震計算的結構,取無地震作用組合的軸壓力設計值。

2)剪力牆軸壓比計算：新抗震規範6.4.6條、高規的7.2.14條和混凝土規範的11.7.13條,都規定了剪力牆軸壓比的限值。目前新規範程序給出各個牆肢的軸壓比。

3)剪力牆強區：底部加新抗震規範和新高規對剪力牆結構底部加強部位的定義略有不同,分别定義如下:新抗震規範6.1.10條規定,部分框支抗震牆結構的抗震牆,其底部加強部位的高度,可取框支層加上框支層以上兩層的高度及落地抗震牆總高度的l/8二者的較大值,且不大于15m,其它結構的抗震牆,其底部加強部位的高度可取牆肢總高度的1/8和底部二層高度二者的較大值,且不大于15m。新高規的7.1.9條規定,一般剪力牆結構底部加強部位的高度可取牆肢總高度的l/8和底部二層高度二者的較大值,當剪力牆高度超過150m時,其底部加強部位的範圍可取牆肢總高度的1/10。新高規的10.2.5條規定,帶轉換層的高層建築結構,剪力牆結構底部加強部位可取框支層加上框支層以上兩層的高度及牆肢總高度的1/8二者的較大值。

4)剪力牆的約束邊緣構件和構造邊緣構件：新高規的7.2.15條規定,抗震設計時,一、二級剪力牆結構底部加強部位及以上一層的牆肢設置約束邊緣構件,一、二級剪力牆的其它部位以及三、四級和非抗震設計的剪力牆牆肢均應設置構造邊緣構件。

結論

相比操縱性強的PKPM課程的教學和學習，合理的選擇教學主要内容，運用綜合的考試考核方式，掌握計算機幫助設計的真本事，努力應用好PKPM結構設計，協助工程建設更好發展。

參考文獻：

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［2］歐新新，崔欽淑.建築結構設計與PKPM系列程序應用［M］．北京：機械工業出版社，2005．130—131．

［3］張字蠢，劃海成，張星源.PKPM結構設計應用［M］.上海：同濟大學出版社，2006．17—18．

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