结构平面计算机辅助设计软件 ( PMCAD ) 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也是建筑CAD与结构的必要接口。 用简便易学的人机交互方式输入各层平面布置及各层楼面的次梁、预制板、洞口、错层、挑檐等信息和外加荷载信息,在人机交互过程中提供随时中断、修改、拷贝复制、查询、继续操作等功能。
结构平面计算机辅助设计软件 ( PMCAD )
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也是建筑CAD与结构的必要接口。
用简便易学的人机交互方式输入各层平面布置及各层楼面的次梁、预制板、洞口、错层、挑檐等信息和外加荷载信息,在人机交互过程中提供随时中断、修改、拷贝复制、查询、继续操作等功能。
自动进行从楼板到次梁、次梁到承重梁的荷载传导并自动计算结构自重,自动计算人机交互方式输入的荷载,形成整栋建筑的荷载数据库,可由用户随时查询修改任何一部位数据。由此数据可自动给PKPM系列各结构计算软件提供数据文件,也可为连续次梁和楼板计算提供数据。
绘制各种类型结构的结构平面图和楼板配筋图。包括柱、梁、墙、洞口的平面布置、尺寸、偏轴、画出轴线及总尺寸线,画出预制板、次梁及楼板开洞布置,计算现浇楼板内力与配筋并画出板配筋图。画砖混结构圈梁构造柱节点大样图。
作砖混结构和底层框架上层砖房结构的抗震分析验算。
统计结构工程量,并以表格形式输出。
钢筋砼框架、框排架、连续梁结构计算与施工图绘制软件 (PK)
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。除接力PK二维计算结果,可完成钢筋混凝土框架、排架、连续梁的施工图辅助设计外,还可接力多高层三维分析软件TAT、SATWE、PMSAP计算结果及砖混底框、框支梁计算结果,可为用户提供四种方式绘制梁、柱施工图,包括梁柱整体画、梁柱分开画、梁柱钢筋平面图表示法和广东地区梁表柱表施工图,绘制100层以下高层建筑的梁柱施工图。
PK软件可处理梁柱正交或斜交、梁错层,抽梁抽柱,底层柱不等高,铰接屋面梁等各种情况,可在任意位置设置挑梁、牛腿和次梁,可绘制十几种截面形式的梁,可绘制折梁、加腋梁、变截面梁,矩型、工字梁、园型柱或排架柱,柱箍筋形式多样。
按新规范要求作强柱弱梁、强剪弱弯、节点核心、柱轴压比,柱体积配箍率的计算与验算,还进行罕遇地震下薄弱层的弹塑性位移计算、竖向地震力计算、框架梁裂缝宽度计算、梁挠度计算。
按新规范和构造手册自动完成构造钢筋的配置。
具有很强的自动选筋、层跨剖面归并、自动布图等功能,同时又给设计人员提供多种方式干预选钢筋、布图、构造筋等施工图绘制结果。
在中文菜单提示下,提供丰富的计算模型简图及结果图形,提供模板图及钢筋材料表。
可与“PMCAD”软件联接,自动导荷并生成结构计算所需的平面杆系数据文件。
程序最终可生成梁柱实配钢筋数据库,为后续的时程分析、概预算软件等提供数据。
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框架:0.6~0.7
框剪:0.7~0.8
剪力墙:0.9~1.0
(4)风荷载:
修正后基本风压: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。
2)、TAT的参数及开关
(1)、用TAT程序计算建模应注意的几点:
●剪力墙必须要有洞口,不能形成封闭“口”字形。这样在构件截面上的剪力流才有进口和出口,否则,程序无法对构件进行计算。这是TAT程序对薄壁柱数学模型模拟的要求。
●剪力墙内的洞口要求要上下对齐,且要有规律性。如果不这样,那么内力的传递将通过节点间刚域来传递,这与实际有时很大差别,引起很大的计算误差。且洞口布置不规律,计算结果具有很大的突变性。
(2)、参数:在PM参数中说过的就不在说了。
●柱的计算长度:程序中增加了一个选项“柱长度系数按混凝
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土土规范的7.3.11-3计算。以前老程序是按表7.3.11-1和表7.3.11-2采用的。7.3.11-3条是新规范新增的。“当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75%以上时,框架柱的计算长度 lo 可按公式7.3.11-1和公式7.3.11-2计算结果的较小者取值。
这是因为近年来对框架结构二阶效应的研究表明,竖向荷载在有侧移的框架中引起的P-△效应只增大有水平荷载在柱端截面中引起的弯矩 Mh,而原则上不增大由竖向荷载引起的弯矩 Mv。因此,框架柱柱端考虑二阶效应后的总弯矩应是:
M=Mh+ηs*Mv(1-1)
式中ηs为反映二阶效应增大Mh幅度的弯矩增大系数。但在传统的η——lo法中,是用η同时增大Mv和Mh的,即:
M=η(Mh+Mv)(1-2)
因此,如果要使所求的总弯矩相等,那么必然有:
ηs>η
与ηs相应的lo也就必然比与η相应的lo取得大一点。
对于一般工程中的多层框架结构,(在 Mv/Mh为常见比例,即>1/3,框架节点的柱梁线刚度的比例也为常见值时)按规范表7.3.11-2的lo计算出的η再按1-2公式计算出的弯矩和按规范7.2.11-3条计算出的lo在按公式1-1算出的弯矩,两者差异不大。所以在一般多层框架,没有特殊的水平荷载和
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特殊的框架节点情况下,采用7.2.11-2和7.2.11-3计算的lo对计算结果没有大的影响。
但是,对于Mv/Mh<1/3或梁注线刚度相差较大的情况下,采用7.2.11-2条计算的lo对计算结果就很大的影响了,而且是偏于不安全的,所以在这种情况下就要求采用7.2.11-3计算。建议都采用7.2.11-3计算。
本来规范采用η——lo法就是不尽和理的,因此规范就在7.3.12条要求采用刚度折减法,这种方法也是国外通行的考虑二阶效应的计算方法,且也是准确的较为合理的计算方法,但遗憾的是这种方法在PKPM程序中还没有得到实现。
●竖向力计算信息:程序有四个选择
-----不计算竖向力:它的作用主要用于对水平荷载效应的观察和对比等。
-----一次性加载计算:主要用于多层结构,而且多层结构最好采用这种加载计算法。因为施工的层层找平对多层结构的竖向变位影响很小,所以不要采用模拟施工方法计算。
-----模拟施工方法1加载:就是按一般的模拟施工方法加载,对高层结构,一般都采用这种方法计算。但是对于“框剪结构”,采用这种方法计算在导给基础的内力中剪力墙下的内力特别大,使得其下面的基础难于设计。于是就有了下一种竖向荷载加载法。
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------模拟施工方法2加载:这是在“模拟施工方法1”的基础上将竖向构件(柱、墙)的刚度增大10倍的情况下再进行结构的内力计算,也就是再按模拟施工方法1加载的情况下进行计算。采用这种方法计算出的传给基础的力比较均匀合理,可以避免墙的轴力远远大于柱的轴力的不和理情况。由于竖向构件的刚度放大,使得水平梁的两端的竖向位移差减少,从而其剪力减少,这样就削弱了楼面荷载因刚度不均而导致的内力重分配,所以这种方法更接近手工计算。
但是我认为这种方法人为的扩大了竖向构件与水平构件的线刚度比,所以它的计算方式值得探讨。
所以,专家建议:在进行上部结构计算时采用“模拟施工方法1”;在基础计算时,用“模拟施工方法2”的计算结果。这样得出的基础结果比较合理。(高层建筑)
●是否考虑P-△效应:选择否,就按规范的7.3.11条计算柱的计算长度系数,如果选择“是”,则柱的计算长度系数为1,再按程序的计算方法来计算P-△效应。
●是否考虑梁柱重叠的影响:
---不考虑:对于普通的多层框架,一般都采用这种选择。
---考虑梁端弯矩折减:
M边=M中-Min(0.38*M中,B*V中/3)
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---考虑梁端刚域的影响:
扣除梁梁端刚域后的梁计算长度为:
Lo=L-(Dbi+Dbj)
但计算荷载还是按节点间梁长来计算的。
●水平力与整体坐标的夹角:????????????
--- 主要用于有斜向抗水平力结构榀时填写,在0~90之间。改写后,风荷载要变化,主要是受风面积变化、风荷载作用的坐标变化;抗侧力结构榀的刚度变化引起地震力的变化,所以要重新进行数检。
●回填土对地下室的相对刚度:
--- 根据程序编制专家的解释,填3大概为70%~80%的嵌固,填5就是完全嵌固,填在楼层数前加“-”,表示在所填楼层完全嵌固。到底怎样的土填3或填5,完全取决于工程师的经验。????????????????????????????
●是否考虑扭转藕连:
《高层建筑混凝土结构技术规程》的3.3.2-2条,“质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应计算单向水平地震作用
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下的扭转影响;”《建筑抗震设计规范》的5.1.1-3条,也与高规有相同的规定。
●地震设防烈度、设计地震分组、结构的抗震等级:
按结构的实际填入即可。
●竖向地震作用系数:程序取的是规范的计算值。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的3.3.14条,这个数值的来源有:
Fevk=avmaxGeq
Geq=0.75Ge
avmax=0.6amax
所以有:
Fevk=0.75*0.6amax*Ge
由于高规的3.3.14-3要求“宜乘以增大系数1.5”。
所以最后
Fevk=1.5*0.75*0.65amax*Ge
=0.73125amax*Ge
填入的就是“0.73125amax”,也是程序给出的隐含值。
●楼层最小地震剪力系数:
参见《高层建筑混凝土结构技术规程》的表3.3.13;地震规范的表5.2.5同。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
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整地震剪力的选择。根据规范组的解释,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。
●双向水平地震作用扭转效应选择:如果选择,地震力将增大很多,所以在选用的时候要慎重。
●5%的偶然偏心:这是《高层建筑混凝土结构技术规程》的要求,3.3.3条要求:“计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响”。计算双向地震作用时,可不考虑质量偶然偏心的影响。
●结构的阻尼比:按《高层建筑混凝土结构技术规程》的3.3.8条“除专门规定外,钢筋混凝土高层建筑结构的阻尼比应取0.05”程序提供的参考值:钢结构:0.02;混合结构:0.03。这个阻尼值不但用于地震作用计算,也要用于风荷载的计算。
●水平、罕遇地震影响系数最大值:按《建筑抗震设计规范》的表5.1.4-1取。
●特征周期值:根据场地类别和地震分组按《建筑抗震设计规范》的表5.1.4-1选用。
在调整系数中,有以下的几个参数开关:
●0.2Qo(0.25Qo)调整:
这条是针对框架-剪力墙结构,主要要注意以下几点:
对于框架柱数量从下到上基本不变的规则建筑,Qo(Vo-规
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范表示)取得是“地震作用标准值的结构底部总剪力”。对于框架柱数量从下至上分段有规律的变化的结构,Qo(Vo-规范表示)取得是“每段最下一层的地震作用标准值的总剪力”对复杂结构框架的调整应专门研究框架剪力的调整方法。
框架剪力的调整必须满足规范规定的楼层“最小地震剪力系数(剪重比)”的前提下进行。
在设计过程中根据“计算结果”来确定调整层数。
●温度应力折减系数:程序一般推荐0.75或更低。《混凝土结构设计规范》的5.3.6条只是提出了原则性的要求。
材料信息就按实际情况填写即可。
设计信息:
●分项系数和组合系数:一般工程都采用程序给出的隐含值,不要去改动它。《建筑结构荷载规范》的3.2.5条“对于永久荷载效应控制的组合”永久荷载的分项系数应取1.35,但程序只给出了“有可变荷载效应控制的组合”的永久荷载分项系数1.2,按“程序编制组”的解释,他们已经在程序内部考虑了这种组合,所以不需要设计人员考虑,只需按一般情况填就可以了。
●活荷载重力荷载代表值系数:按《建筑抗震设计规范》的5.1.3条取。
●柱、墙荷载折减标志:要说明的是,在PM建摸中也有“荷载折减”,他们是叠加的,也就是PM中折减了,在空间程
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序计算中要在以前折减的基础上再折减。所以需要设计者在选用这项时特别慎重。
●柱配筋方式选择:有两种方式,单偏压和双偏压。单偏压程序就是按规范的公式进行配筋计算的。双偏压,程序是按数值积分法计算的,所以对于不同的“柱截面钢筋放置方式”就会得出不同的配筋计算结果。所以,建议整体计算还是按“单偏压”计算,在得出固定的“柱截面钢筋放置方式”后,再进行复核。
●结构基本自振周期:程序给出的隐含值是按《高层建筑混凝土结构技术规程》的附录B的公式:B.0.2计算的。最好是将程序计算的精确值反填回来,再计算。
(3)、TAT中的弹性节点:在TAT程序中也叫“特殊节点”,由于TAT程序采用的是“刚性楼板假定”所以,在同层中,各节点具有相同的位移,没有相对位移。弹性节点就是为了弥补这种假定对很多“空旷结构、错层结构”不合理模拟的补充。
3)、SATWE的参数及开关
总信息中:
●墙元侧向节点信息:这是剪力墙计算“精度和速度”取舍的一个选择。选择“内部节点”,那么剪力墙侧边的节点将作为内部节点而凝聚掉,但这样速度快,精度稍有降低;作为“外部节点”,那么剪力墙侧边的节点也将作为出口节点,这样墙元的变形协调性好,计算准确,但速度慢。
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所以程序建议规则的结构可以选择“内部节点”,复杂的结构还是选择“外部节点”进行计算。
地震信息中:
●斜交抗侧力构件方向附加地震数:主要是针对“非正交的、平面不规则”的结构,这里填的是除了两个正交的,还要补充计算的方向角数。
●相应角度:就是除0、90这两个角度外需要计算的其他角度,个数要与“斜交抗侧力构件方向附加地震数”相同,且不得大于90和小于0。这样程序计算的就是填入的角度再加上0度和90度这些方向的地震力。
特殊构件:
●楼板的分类:
----刚性楼板:在程序中考虑为“平面内刚度无穷大,平面外刚度为零”
----弹性楼板3:假定平面内无限刚,真实的模拟楼板平面外刚度
----弹性楼板6:程序真实的计算楼板的平面内外的刚度
----弹性膜:程序真实的计算楼板平面内的刚度,楼板平面外的刚度不考虑。
●多塔定义:注意折线围区可以重叠,但同一构件不能同时属于两个不同的区域。最好是从最高楼层编起。
3、PKPM程序对底层-框架抗震墙的计算:
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