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PKPM培训资料1简介Pkpm是中国建筑科学研究院根据我国现行建筑设计规范主编的在目前土木行业应用非常普遍的设计软件，其有一整套针对各专业的设计模块，可分为以下几部分：1、建筑（APM）2、结构、3、设备、4、节能、5、概预算、6、钢结构、特种结构等。但是由于现在各专业的专用软件发展的很快，已经有各自专业更加便利的软件，以及建筑造型的多样化，结构设计人员需要为建筑物体现建筑造型的目的而重新进行结构方案的设计，所以pkpm的其他专业的功能已经逐渐淡化，而其在结构计算方面的适用性在国内各大设计院还是用的比较广泛的。在上世纪90年代初主要用于平面框架、排架等等的计算，后随着软件的进一步开发，本世纪该软件已经广泛开始了空间模型的分析设计。其核心模块为satwe模块。该模块在土木行业应用非常广泛，下面我们就结合实际模型一起主要探讨一下该软件的实际应用。SATWE是SPACEANALYSISOFTALL-BUILDINGSWITHWALL-ELEMENT的词头缩写，这是应现代多、高层建筑发展要求专门为多、高层建筑设计而研制的空间组合结构有限元分析软件。SATWE的多层版记为SAT-8，适用于8层及8层以下的多层结构。SATWE采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件，用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙。墙元是专用于模拟多、高层结构中剪力墙的，对于尺寸较大或带洞口的剪力墙，按照子结构的基本思想，由程序自动进行细分，然后用静力凝聚原理将由于墙元的细分而增加的内部自由度消去，从而保证墙元的精度和有限的出口自由度。这种墙元对剪力墙的洞口（仅考虑矩形洞）的大小及空间位置无限制，具有较好的适用性。墙元不仅具有墙所在的平面内刚度，也具有平面外的刚度，可以较好地模拟工程中剪力墙的实际受力状态。对于楼板，SATWE给出了四种简化假定，即楼板整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板。在应用中，可根据工程实际情况和分析精度要求，选用其中的一种或几种简化假定。SATWE作为PKPM系列CAD软件的一模块，其前处理工作主要由PMCAD完成。对于一个工程，经PMCAD的1、2、3项菜单后，生成如下数据文件（假定工程文件名为AAA）：AAA.*和*.PM。这些文件是进行SATWE计算所必需的。SATWE的第一项主菜单（即“接PM生成SATWE数据”菜单）的主要功能就是在PMCAD生成的上述数据文件的基础上，补充高层结构分析所需的一些参数，并对一些特殊结构（如多塔、错层结构）、特殊构件（如角柱、非连梁、弹性楼板等）作出相应设定，最后将上述所有信息自动转换成高层结构有限元分析及设计所需的数据格式，生成几何数据文件STRU.SAT、竖向荷载数据文LOAD.SAT和风荷载数据文件WIND.SAT，供SATWE的第二、三项主菜单调用。总信息............................................................水平力与整体座标夹角（度）：ARF=0.0概念：地震沿着不同的方向作用，结构地震反应的大小一般也不同。结构地震PKPM培训资料2反应是地震作用方向角的函数，存在某个角度使得结构地震反应取极大值，那么这个方向我们就称为最不利地震作用方向。逆时针方向为正。使用：TAT、SATWE和PMSAP可以自动计算出这个最不利方向角，并在文件中输出。如该角度大于±15度，用户可以把这个角度值回填到：“水平力与整体坐标夹角（度）”参数项中，重新进行计算，以体现最不利地震作用的影响。一般可取0~90（地震力、风力作用方向与结构整体座标的夹角，逆时针为正，单位为度），本参数修改后应重新进行数检。当平面复杂（如L形、三角形）或抗侧力结构非正交时，需要进行多方向侧向力验算时，应分别按各抗侧力构件方向角计算一次。程序在形成SATWE数据文件时，自动考虑此参数的影响。注意：此时“混凝土构件配筋简图”中给出的梁配筋有问题，具体表现为支座、跨中的计算配筋值会互换位置。“水平力与整体座标夹角”与“地震信息”栏中“斜交抗侧力构件附加地震角度”的区别是：“水平力”不仅改变地震力而且同时改变风荷载的作用方向；而“斜交抗侧力”仅改变地震力方向，是按《抗规》5.1.1条2款执行的。对于计算结果，“水平力”需用户根据输入的角度不同分两个计算工程目录，人为去比较两个不同的结果，取不利情况进行配筋设计等；而“斜交抗侧力”程序可自动考虑每一方向地震作用下构件内力的组合，可直接用于配筋设计，不需要人为判断。详见2006年《PKPM新天地》2期中“关于SATWE参数输入中两个角度的计算”一文。混凝土容重（kN/m3）：Gc=27.0一般情况下，钢筋混凝土的容重取25.0。当考虑构件表面粉刷重量后，混凝土容重宜取27~30。一般多层混凝土框架可取27.0。如果不想让程序计算梁、柱的自重荷载，该参数可填0。钢材容重（kN/m3）：Gs=78.0一般情况下，钢材容重取78.0。当考虑构件表面装修层重量后，钢材容重可比78.0适当增大后取用。裙房层数：MANNEX=0程序设置了‘裙房层数’参数，作为多塔楼结构底部加强部位的判断因素，即底部加强部位的高度还要满足裙房层数的要求，从而加强墙的抗震构造。‘裙房层数’参数的加强仅限于剪力墙，程序没有对塔楼之间裙房连接体的屋面梁以及塔楼中与裙房连接体相连的外围柱构造上应予以特别加强。对于这些部位用户应在施工图中特别加强。如果有裙房，必须在此处指明裙房层数，以便进行内力调整；无裙房时填0。裙房层数应包括地下室层数。《抗规》6.1.3条2款及《高规》4.8.6条规定，“主楼结构在裙房顶部上、下各一层应适当加强抗震构造措施”。程序中此项参数作用暂时没有反映，实际工程中可参考《高规》10.6.4条，将裙房顶部上、下各一层框架柱（含剪力墙端柱）箍筋全高加密，适当提高纵筋配筋率，予以构造加强。转换层所在层号：MCHANGE=0PKPM培训资料3如果有转换层，必须在此处指明其层号；无转换层时填0。转换层所在的层号不管是否有地下室应从下往上数层数，地下室信息由地下室层数参数（MBASE=X）自动识别。当结构设有转换层时，即存在竖向不规则，故转换层内力由程序根据《抗规》3.4.3条2款、《高规》3.3.13及5.1.14条进行调整。针对这些条文，程序通过自动计算楼层刚度比，来决定是否采用1.15的楼层剪力增大系数。但是只要有转换层，就必须人工输入“转换层所在层号”，以准确实现水平转换构件的地震内力放大。地下室层数：MBASE=0该参数是为导算风荷载和自动形成嵌固约束信息服务的，因为地下室无风荷载作用。无地下室时填0。填写时须注意以下几点：①程序据此信息决定底部加强区范围和内力调整部位；②当地下室局部层数不同时，以主楼地下室层数输入；③地下室一般与上部结构共同作用分析；④地下室刚度大于上部结构抗侧刚度的2倍时，可不采用共同分析。注：这里的地下室层数是指与上部结构同时进行内力分析的地下室部分。墙元细分最大控制长度（m）：DMAX=2.0本参数是在墙元细分时需要的一个参数，对于尺寸较大的剪力墙，在作墙元细分形成一系列小壳元时，为确保分析精度，要求小壳元的边长不得大于给定限值，程序限定1.0≤Dmax≤5.0，隐含为2。对于一般工程取2.0，对于框支剪力墙结构取1.5或1.0。详见《SATWE用户手册》11页中7）条。对所有楼层强制采用刚性楼板假定：[是]或[否]2006年《PKPM新天地》1期咨询台指明，“只有位移比验算需要按‘刚性板假定’计算；其它的比值（如位移角、周期比等）计算没有那么严格，只要有能力判断结构的整体振动和局部振动即可”。建议在进行结构的整体参数控制（如六个比值的计算）时选[是]，并应在设计时采取必要措施保证楼板平面内的整体刚度（依据见《高规》5.1.5条）；当楼板凹凸不规则、开大洞、不连续时，应按“楼板弹性膜假定”再计算一次，并按“弹性膜假定”的内力计算结果进行配筋，即计算构件内力与配筋时选[否]。选中该项后，“特殊构件补充定义”中定义的弹性楼板将不起作用。在局部错层结构中（局部错层一般指错层高差在0.5m以内的错层），应选中此项。SATWE中把弹性板分为：弹性板6、弹性板3及弹性膜三种。对框架结构、剪力墙结构、框－剪结构、框架－核心筒结构等结构的复杂形状的楼板，不应采用弹性楼板6或弹性楼板3，而只能采用弹性膜。因为弹性楼板6是采用壳单元真实地计算楼板的面内刚度和面外刚度，是针对板柱结构和板柱剪力墙结构提出的；采用弹性楼板6会使梁的配筋偏少，不安全。弹性楼板3则是假定楼板平面内无限刚，平面外刚度按楼板的真实情况用中厚板弯曲单元计算，是针对带厚板转换层结构的转换厚板提出的。PKPM培训资料4以前版本的TAT，程序内定楼板在平面内刚度无限大，故无此开关选项；而目前的新版中已增加了“按强制刚性楼板假定分析”选项。注：一般来说，当错层高度不大于框架梁的截面高度时，一般可以近似地忽略错层因素影响，可以归并为同一楼层参加结构计算，这一楼层的标高可近似取两部分楼面标高的平均值（也可以按较高一侧的层高来取）。当错层高度大于框架梁的截面高度时，各部分楼板应作为独立楼层参加整体计算，不宜归并为一层，此时每个错层部分都应视为独立楼层，即按人为分标准层的方法建立结构模型。墙元侧向节点信息：[内部节点]或[出口节点]剪力墙少时取[出口]；剪力墙多时取[内部]。[出口]精度高于[内部]，但非常耗时。一般取[内部节点]即可。计算理论见《SATWE用户手册》11页中9）条。墙梁转框架梁的控制跨高比（0为不转换）本参数主要用于底框结构。用户可根据《砌规》表7.3.2来选择：承重墙梁取10；自承重墙梁取15；不转换取0。本参数仅在SATWE中用，而在SAT-8中没有。结构材料信息：[钢混凝土结构]或[砌体结构]等钢筋混凝土结构：按混凝土结构有关规范计算地震力和风荷载；钢与砼混合结构：目前没有专门的规范，可参照相应的规范执行；有填充墙钢结构：按钢结构有关规范计算地震力和风荷载；无填充墙钢结构：按钢结构有关规范计算地震力和风荷载；砌体结构：按混凝土结构有关规范计算地震力和风荷载，并对砌块墙进行抗震验算。一般按主体结构材料填写。需要注意的是，如果结构材料信息选“砌体结构”，则[结构体系]中的参数已失效。“有填充墙钢结构”和“无填充墙钢结构”之分是为了计算风荷载中的脉动系数ξ。在荷载规范中，结构的脉动系数可以通过两个渠道得到：一是查《荷规》表7.4.3；二是根据《荷规》164页7.4.2-2式计算。需要注意的一点是，《荷规》表7.4.3中的“钢结构”是指“无填充墙钢结构”。注：对于多、高层钢筋混凝土结构和钢结构，采用振型分解法计算地震作用，地震影响系数由地震烈度、场地类别、设计地震分组等参数确定；对于砌体结构，采用底部剪力法计算地震作用，地震影响系数取最大值αmax，而αmax仅与地震烈度有关，与场地类别、设计地震分组无关。所以当地震烈度确定后，在交互式输入中输入的场地类别、设计地震分组参数在砌体结构抗震设计中不起作用。结构体系：[框架结构]或[剪力墙结构]等一般按主体结构计算假定体系填写，程序会按对应规范中相应的调整系数来进行构件的内力计算。结构体系分为框架、框剪、框筒、筒中筒、剪力墙、短肢剪力墙、复杂高层、板柱剪力墙、异形柱框架结构和异形柱框剪结构等。当结构体系设定为“短肢剪力墙结构”后，程序自动将其中的短肢墙构件（即墙肢高厚比为5~8的剪力墙）用提高后的抗震等级进行短肢墙构件的轴压比控制和剪PKPM培训资料5力设计值放大。2002版的PKPM程序对短肢墙的认定：SATWE及PMSAP均为单向认定（对于有长肢翼缘的短墙肢还认为是短肢墙）；TAT则为双向认定。2005版PKPM程序对短肢墙均改为双向认定，但墙长仍按节点间距计算，故布墙时建议节点间距按8.5墙厚考虑为宜。另外2005版SATWE在定义“短肢剪力墙结构”后，在“混凝土构件配筋简图”中短肢墙构件有白色描边显示。如何查看短肢剪力墙的底部倾覆力矩呢？首先，要在SATWE总信息中将结构体系设为“短肢