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1第九章PKPM软件在框架结构设计中的应用9.1PKPM软件介绍毕业设计除了需要对一榀具有代表性的框架进行手算分析外，还要求应用结构设计软件对手算结果进行复核比较并完成整个工程的结构分析及施工图。目前国内勘察设计部门最常用的是PKPM系列软件，本章对应用该软件进行框架结构设计的过程做简单介绍，并对软件中的一些重要的参数设定加以说明。PKPM是由中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的一套集建筑设计、结构设计、设备设计及概预算、施工软件于一体的大型建筑工程综合CAD系统。该系统在国内率先实现建筑、结构、设备、概预算数据共享。从建筑方案设计开始，建立建筑物整体的公用数据库，全部数据可用于后续的结构设计，各层平面布置及柱网轴线可完全公用，并自动生成建筑装修材料及围护填充墙等设计荷载，经过荷载统计分析及传递计算生成荷载数据库。并可自动地为上部结构及各类基础的结构计算提供数据文件，如平面框架、连续梁、框剪空间协同计算、高层三维分析、砖混及底框砖房抗震验算等所需的数据文件。由于可自动生成设备设计的条件图，大大提高了结构分析的正确性及使用效率。PKPM系列结构类设计软件装有先进的结构分析软件包，容纳了国内最流行的各种计算方法，如平面杆系、矩形及异形楼板、高层三维壳元及薄壁杆系、梁板楼梯及异形楼梯、各类基础、砖混及底框抗震、钢结构、预应力混凝土结构分析等等。全面反映了规范要求的荷载效应组合，设计表达式，抗震设计新概念要求的强柱弱梁、强剪弱弯、节点核心、罕遇地震以及考虑扭转效应的振动耦连计算方面的内容。该系统还具有丰富和成熟的结构施工图辅助设计功能，可完成框架、排架、连梁、结构平面、楼板配筋、节点大样、各类基础、楼梯、剪力墙等施工图绘制。并在自动选配钢筋，按全楼或层、跨、剖面归并，布置图纸版面，人机交互干预等方面独具特色。在砖混计算中可考虑构造柱共同工作，也可计算各种砌块材料，底框上砖房结构，CAD适用任意平面的一层或多层底框。还可绘制钢结构平面图、梁柱及门式刚架施工详图，桁架施工图。自1988年开发以来，国内外数以万计的工程应用证明了其适用性和正确性，但设计者在使用时仍应注意对PKPM电算结果进行分析、判断和修正，确保设计成果的安全可靠、经济合理。9.2框架结构设计在PKPM系列软件中的实施9.2.1PMCAD全楼结构模型建立9.2.1.1主要参数结构平面计算机辅助设计软件PMCAD是整个结构CAD的核心，它建立的全楼结构模型是PKPM各二维、三维结构计算软件的前处理部分，也是梁、柱、剪力墙、楼板等施工图设计软件和基础CAD的必备接口软件。PMCAD还是建筑CAD与结构的必要接口，该模块中需要设定的主要参数有：1.总信息a）结构体系、结构主材、地下室层数：按实际取。b）与基础相连接的最大楼层号：要说明的是除了平面荷载和最下层的荷载能传递到基础外，其他嵌固层的基脚内力现在的程序都不能传递到基础。22.材料信息3.地震信息a）设计地震分组：按抗震规范的附录A选择即可。b）场地类别：一般在地质勘察报告里，都要提出此参数。c）计算振型个数：这个参数需要根据工程的实际情况来选择。一般的结构，取其层数n就可以。对于复杂、多塔、平面不规则的就要多选，但是不要超过3n（n为层数）。高层一般取15就足够，只要保证计算振型数能使振型参与质量不少于总质量的90%，即“有效质量系数”大于90%即可。d）周期折减系数：根据填充墙的多少来确定，填充墙多，对结构的周期等影响大，周期折减系数就应取小些。一般可取框架：0.6~0.7；框剪：0.7~0.8；剪力墙：0.9~1.0。4.风荷载信息修正后基本风压：即基本风压。按照规范，对普通多层，采用50年重现期基本风压，而对于高层，则采用100年重现期基本风压。根据《建筑结构荷载规范》的7.1.2条，对与高层、高耸以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。按《高层建筑混凝土结构技术规程》的3.2.2条，对与特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，其基本风压应按100年重现期的风压值采用。按规范的解释，房屋高度大于60m的都是对风荷载比较敏感的高层建筑。9.2.1.2设计操作步骤在PKPM系列软件中选择“结构”模块→PMCAD→建筑模型与荷载输入见图9-1。图9-1PMCAD建筑模型与荷载输入界面1．轴线输入本书例题模型为规整的四层钢筋混凝土框架结构，轴线输入时可采用“正交轴网”输入。步骤如下：主菜单→轴线输入→正交轴网，在对话框中分别输入开间和进深，单位为mm,见图9-2。3图9-2轴线输入2．轴线命名直接点选该层菜单中的“轴线命名”或者进入“网格生成”子菜单，点“轴线命名”功能即可对已输入的轴线进行命名。由于本例中大多数轴线是有规律的，采用成批输入的方法更快捷（按Tab键可在几种输入方式中切换），弧轴线可不予命名，轴线名见图9-3。图9-3结构平面轴线及柱网3．网点编辑进入“网点编辑”子菜单，点“删除节点”功能即可删除不必要的节点，PMCAD中默认轴线交点即形成节点，对于简单规整的此例，可以不进行，但对于平面复杂、轴线数量多的结构，应删除不需要的节点，满足程序最大节点数限制。４．楼层定义本例中定义了两个结构标准层：第一结构标准层梁柱布置见图9-4。在布置构件前要求先定义构件的截面形式和尺寸（点图9-5中的“新建”按钮），可根据经验初步估计该结构中的梁、柱、墙、洞口及斜杆的截面形式及尺寸，由于本例为框架结构，所以无墙（此处的“墙”4指的是剪力墙或者砌体结构中的承重墙，框架结构中的填充墙往往是以线荷载形式输入到墙下的梁上），因此也不可能有洞口。点取要布置的截面形式，再点图9-5中的“布置”按钮进行布置，此处需注意的是主梁和次梁采用同一套截面定义的数据，如对主梁截面进行修改，次梁也会随之变化。输入时可先将柱按无偏心输入，然后利用“偏心对齐”中“柱与柱对齐”的“边对齐”功能即可得到它们的精确位置。同样边轴线上的梁也可利用“梁与柱对齐”这一功能来对齐。图9-4截面定义与布置图图9-5梁截面定义图9-6层信息输入布置次梁可点选“次梁布置”，由于本例中结构平面未设置次梁，可不布。第一结构标准层布置完毕后，通过“换标准层”进入第二标准层。第二结构标准层是将第一结构标准层通过“完全复制”得到，不需重新进行构件布置。需要说明的是，本例中两个结构标准层完全相同，定义两个标准层是为了对不同层局部荷载进行修改。软件默认结构标准层和荷载标准层相同层的其它荷载均相同。在每个结构标准层完成结构布置后，应根据实际情况对“本层信息”中的部分内容进行查看修改，本例将梁、柱的混凝土强度等级改为C20，板厚改成120，层高在此处可暂时不改,见图9-6。5．输入荷载本例只有楼面荷载（楼梯间荷载采用楼板厚度为0的近似导入方法，因此不需在此处输入），输入时未考虑墙荷载（填充墙较少，主要是窗）。由于层数较少，楼面活载折减系5数为1.0，共有两个荷载标准层：第一荷载标准层是楼面荷载层，恒载标准值为3.692kN/m2(输入的恒载中包括楼板及其面层、顶棚自重，梁、柱自重由程序自动计算；BC跨板厚先按AB跨输入，在下一步改正)，活载标准值为2.0kN/m2；第二荷载标准层是屋面荷载层，恒、活载标准值为4.87kN/m2和0.7kN/m2。6．楼层组装本例结构有四层：第一层采用第一结构标准层、第一荷载标准层，层高5.2m；第二层、第三层仍采用第一结构标准层。第一荷载标准层，层高3.6m；第四层采用第二结构标准层、第二荷载标准层，层高3.6m。结构组装后的情况见图9-7。图9-7楼层组装不要忘记对该菜单下的“设计参数”进行查看，对不符合本工程的参数应进行修改，否则程序自动设置这些参数，见图9-8。(a)总信息输入(b)材料信息输入6(c)地震信息输入(d)风荷载信息输入图9-8设计参数本例中的主要参数选择如上图9-8所示，其中有些参数需特别注意：框架梁端负弯矩调幅系数为0.9（与手算一致），此项会影响配筋计算；混凝土容重为27kN/m3（通过人为增大来考虑构件抹灰的容重）；计算振型个数可取为楼层层数4，或者按每个楼层三个自由度，取4×3＝12，最大不能超过12；周期折减系数取为0.7（考虑墙体对周期的折减）。7．退出主菜单1至此已完成整个结构的整体描述，可退出此菜单，回到PMCAD主菜单。退出时应存盘，且需生成数据文件，以用于以后的结构计算。8．进入主菜单2“结构楼面布置信息”，见图9-9本例采用近似方法处理楼梯间荷载，将楼梯间板厚改为0，由程序自动将楼梯荷载导至周围的梁和墙上，此时忽略楼梯平台梁对框架的影响（否则平台梁应作为层间梁处理，可能使框架柱变为短柱）。将走道板板厚修改为100mm。结构标准层楼面布置如图9-10所示。图9-9PMCAD结构楼面布置信息界面7(a)第一结构标准层楼面板厚布置(b)第二结构标准层楼面板厚布置图9-10结构标准层楼面板厚布置9．进入主菜单3“楼面荷载传导计算”首先将第一荷载标准层走道的恒载修改为3.192kN/m2，不对导荷方式进行变更，即采用程序默认的四边导荷方式，点选“输入完毕”，进入第二荷载标准层，将走道恒载修改为4.37kN/m2。应注意，此处“荷载修改”仅能对“荷载标准层”进行修改，当第一层输入完成后，程序自动跳动第四层，无法对第二、三层上的楼面荷载和次梁荷载进行修改，这是因为在“楼层组装”中定义第一～三层的荷载标准层为同一个，所以在输入时要特别注意“荷载标准层”的定义，输入后荷载标准层楼面荷载分布图见图9-11。(a)第一荷载标准层楼面荷载分布图（括号中为活荷载值，单位kN/m2）8(b)第二荷载标准层楼面荷载分布图（括号中为活荷载值，单位kN/m2）图9-11荷载标准层楼面荷载分布输入完毕后，在“荷载倒算选择”弹出框中点选“生成各层荷载传到基础的数据”，不考虑活荷载折减（为与手算步骤中未考虑一致）。10．平面荷载显示校核若上一步输入的荷载较多，对输入荷载的准确性没有把握，可进入主菜单A进行查看。11．形成PK文件对较规则的框架结构，其框架和连续梁的配筋计算及施工图绘制可用PK模块来完成，而PK计算所需的数据文件可直接通过PMCAD主菜单4生成。本例中没有次梁，故只生成框架文件，点选第八榀框架，输入文件名“PK-8”生成文件。如果结构输入中有次梁，那么在此菜单下还可生成包括连续次梁的计算数据文件，该数据文件名程序默认为LL-01（亦可修改），有几个不同的连续次梁亦需输入对应的名称，如LL1、LL2…等，用于施工图中各连梁的命名。由于两组连续梁画在同一张施工图上，故共用一个计算数据据文件。12．画楼板配筋图进入主菜单5后应首先对画平面图的参数进行查看和修改，然后进行绘制结构平面图工作。画板筋时最好采用逐间配筋方式，只画部分有代表性房间，其余用代号表示，以免图面过于杂乱。若采用TAT软件进行结构计算，该步应在执行完梁柱施工图主菜单1和4后才可自动标注梁柱编号。二层楼面板配筋图见图10-7。对熟悉AutoCAD的用户，在该菜单下画完各层楼板配筋图后（图名为PM*.T，*代表层号），可将它们转为“.DWG”文件（该工作由主菜单9完成），对其进行进一步修改完善，也可在本菜单中对“.T”文件进行直接修改。99.2.2PK模块分析单榀框架内力9.2.2.1主要功能及参数钢筋混凝土框排架及连续梁结构计算与施工图绘制软件PK模块具有二维结构计算和钢筋混凝土梁柱施工图绘制两大功能，模块本身提供一个平面杆系的结构计算软件，适用于工业与民用建筑中各种规则和复杂类型的框架结构、框排架结构、排架结构，剪力墙简化成的壁式框架结构及连续梁、拱形结构、桁架等，规模在30层20跨以内。在整个PKPM系统中，PK承担了钢筋混凝土梁、柱施工图辅助设计的工作。该软件计算所需的数据文件可由PMCAD自动生成，也可通过交互方式直接输入。图9-12PK模块主菜单界面1．主菜单1PK结构交互数据输入和计算进入该菜单，有三种方式生成框架数据文件：新建文件、打开已有交互文件、打开已有数据文件。若选用“新建文件”，程序要求分别输入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