第九章 PKPM软件在框架结构设计中的应用

9.1 PKPM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

9.2.1 PMCAD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。

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2.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9-1 PMCAD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。

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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”

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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

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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

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