使用新规范与pkpm系列软件时设计人员常遇问题及对策1.ppt

使用新结构规范与结构设计软件 PKPM系列软件时常遇问题及对策,中国有色工程设计研究总院 魏利金 教授级高级工程师，所总工程师，国家一级注册结构工程师，1985年毕业于西安建筑科技大学，一直从事建筑结构设计与研究工作。先后发表过二十多篇学术论文。,1.关于排架及门式刚架二维计算时-吊车荷载 1).应注意程序要求输入的是在最大轮压PMAX、最小轮压Pmin产生的吊车 荷载DMAX , Dmin ，不是指吊车资料中的最大轮压PMAX和最小轮压PMIN，而是 根据影响线求出的最大轮压DMAX，最小轮压, Dmin 2).吊车的水平杀车力应按荷载规范5.1.2条计算出每台吊车的总水平力标准值 然后平均分配给各轮,然后根据影响线求出每侧的T MAX。 此时要特别注意：程序中要求的T MAX是两侧总的值-即应填2 T MAX 否则水平杀车力将会少一半,2.用门规计算带有夹层的门式刚架柱平面内计算长度的选取 1）门式刚架规程所规定的计算长度确定方法是针对单层轻型钢结构房屋，仅适用于单层门式刚架。 2）对于工程中带有夹层的结构，建议按下列方法计算,对于这类结构，如果要按门规计算，在选择门规验算时，首先要修改柱的计算长度，柱的计算长度的确定方法可以按普钢的线刚度比方法计算。具体用STS软件的计算过程如下： 第一步；在建模中，修改计算叁数；选用普钢规范计算，按有侧移框架考虑。运行二维分析，从分析结果中获取与夹层梁相连柱的计算长度系数并记录下来。 第二步；修改交建摸中与夹层梁相连柱的计算长度系数：一般在交互建摸平面内的计算长度系数，程序默认所有杆件均为“-1”，表示由程序自动计算长度系数。 第三步：按门规进行验算,3.门式刚架柱，梁平面外计算长度的合理选取 采用平面分析程序，由于没有平面外信息，程序自身无法正确判断平面外计算长度的选取，程序默认取的平面外计算长度为杆件自身的长度，此时设计人员应对平面外计算长度进行确认和修改。 平面外的计算长度应取平面外有效支撑之间的间距。对于门式刚架类型，对于边柱和屋面梁，有墙檩和屋面檩条并设有隅撑的情况下，隅撑能起到对边柱及屋面梁的平面外支撑作用，此时边柱和屋面梁平面外的计算长度应取为隅撑的间距。 另外门规7.2.14条：在檐口位置，刚架斜梁与柱内翼缘交接点附近的檩条和墙檩处，应设置一道隅撑。在斜梁下翼缘受压区应设置隅撑，其间距不的大于受压翼缘宽度的16b( 235/fy),4.计算门式刚架时，关于风荷载体形系数us的合理选用 大家知道：在进行门式刚架计算时，有两种风荷载体形系数可供选则： 一种是按门规附录A,这是叁考美国房屋规范制定的，主要适用于跨度小且较底房屋； 另一种是按荷载规范选用。已在我国应用50多年。 这两种us的取值，所算得的风荷载组合弯矩设计值相比，有较大的差别。 门规在多数情况下算得的值偏小。但在有些情况下又较大。,为此建议设计时应按下列原则选取 a.当跨高比L/H4时，门式刚架应按门规选用： C,目前这两种风荷载体形系数us共存，设计都在采用，但大家一定要注意有些软件仅有一种风荷载体形系数。,5.关于简支檩条计算方法的合理选则 目前程序对于“C”、”Z”型檩条，提供了三种计算方法： 方法一：按门规CECS102：2002计算（风吸力作用下按附录E） 方法二：按薄壁规范GB50018-2002计算 方法三：按门规CECS102：2002计算（风吸力作用下按6.3.7.-2）计算 而对于采用高频焊结“H”型钢檩条提供了二种计算方法：,在风吸力作用下檩条的稳定计算结果出入较大。如：设计条件为 屋面坡度 5，檩条跨度为6m,间距1.5m,Q235,选用C180X70X2.5 设置两道拉条，屋面板能阻止檩条失稳，基本风压0.45kpa 静载为：0.3Kpa,活载为：0.5kpa 计算结果如下 C180x70x2.5 强度 风吸力稳定 扰度 控制条件 方法一； 170 118 24.6 强度 方法二； 170 85 24.6 强度 方法三； 170 70 24.6 强度,设置一道拉条，屋面板能阻止檩条失稳，基本风压0.45kpa 静载为：0.3Kpa,活载为：0.5kpa 计算结果如下 C180x70x2.5 强度 风吸力稳定 扰度 控制条件 方法一； 183 186 24.6 稳定 方法二； 183 105 24.6 强度 方法三； 181 85 24.6 强度 由上述计算结果可以看出：三种计算方法计算强度，变形一致。但在风吸力作用下檩条下翼缘稳定计算结果有教大的差异。 因此建议大家采用方法一计算。,而对于采用高频焊结“H”型钢檩条提供了二种计算方法： 方法一：按钢结构设计规范的方法 方法二：按门规CECS102：2002计算（风吸力作用下按6.3.7.-2）计算 两种方法计算结果基本一致；建议设计时两种方法同时计算，选则最不利的结果 另外大家注意：拉条的多少直接影响檩条的大小,6.TAT、SATWE等程序中的约束边缘构件配筋图与配筋简图不符。 以约束边缘构件配筋图为准 7.跨层柱(跃层柱)计算长度系数程序是如何计算? 程序会自动区分跨层柱(跃层柱)给出不同的计算长度系数，例如同层的其他柱计算长度系数如果是1.25，那么跃层柱的计算长度系数是K=1.25（h1+h2)/h1，因为考虑了柱子跨层的情况。,8.在用STS计算钢桁架，钢支架时，要注意：下图两种简图有所不同,1.如果按左图输入，与结构实际受力较符合，但此时一定要注意杆件平面内计算长度系数的修改，因程序自定义为“-1”，应改为“1” 2.如果按右图输入，与结构实际受力不完全相符，但对结构受力影响不大，此图平面内计算长度系数与程序假定一致。,9.较规则的框架结构，可否认为按单偏压设计柱子就能确保安全，不必采用双偏压计算?当计算考虑双向地震作用时，是否一定要采用双偏压来验算柱子? 一般建议用户使用单偏压计算，使用双偏压校核。双向地震与双偏压无对应关系。 10.由于按双偏压构件进行柱截面计算时，求得的配筋结果是多解的，因而有时程序给出的结果不太合理(两方向配筋差异很大)，而对角柱等受双向弯距作用的柱，规范要求必须按双向偏压构件计算。 定义了角柱，程序自动按照双偏压计算。,11框支剪力墙有限元分析时，程序中如何从SATWE、TAT等空间结构计算结果导荷载至单榀的平面结构中的，在选取切榀范围时应注意哪些事项? FEQ主要针对框支剪力墙结构中框支榀的二次分析，当次梁承托剪力墙时，不能用FEQ分析。所以应注意以下几点： （1） 只能分析主梁承托的框支榀； （2） 在截取计算榀时，最好全轴线截取，以减少与整体分析时的误差； （3） 在截取层数时，只能截取框支层上部不超过4层。因为在整体分析时，框支托梁的竖向刚度要远小于落地墙的轴向刚度，竖向荷载按刚度分配后，使托梁承担的荷载远小于托梁上部的总荷载，所以取转换梁上部3-4层，计算得到的托梁的内力才有参考价值； （4） FEQ主要计算框支托梁配筋、剪力墙加强部位的配筋，其他部位、构件的配筋应参考整体分析的结果。,12.现有程序输出的基础计算荷载，包含了Vxmax，Vymax，Nmin，Nmax，Mxmax，Mymax，D+L等7种不利内力工况，但其中含震工况和无震工况是混合在一起进行判定的，有可能遗漏无震工况中的不利组合。因为按地震工况计算时，地基和基础均要乘以一个承载力提高系数，故地震工况时不一定是最不利的。 目前推荐采用基础软件直接读取上部结构的标准内力，自行组合计算。而不是采用上部结构传给基础简化荷载这种方法。,13.错层结构的刚度，位移比程序是如何计算控制的? 此时用户需明确“层”的概念，刚度、位移比控制应适用于真正的“层”。 14.混凝土柱加实腹钢梁的单层工业厂房： 混凝土柱加钢梁的结构形式，严格地讲，它并不是真正意义上的门式刚架。它更像排架，类似于单层工业厂房混凝土柱加梯形钢屋架或轻型钢屋架的做法。但它又不同于排架结构，排架结构的计算模型假定屋架是刚性的，水平方向无变形。而砼柱钢梁体系中，梁始终对柱有水平力产生。 当屋面采用轻质材料时： 宜按STS中的排架结构设计。 当屋面采用重型材料时：宜用pk中的排架结构设计。,程序对于混凝土柱自动按 混凝土规范计算。对于这种结构型式，关键是做好混凝土柱和钢梁的节点铰接设计，这个连接节点目前需由用户自行设计；有条件的话建议在钢梁下部设置一根单拉杆来释放钢梁对柱顶产生的较大水平力。 砼柱门式钢梁这种形式，水平推力应该比纯钢结构要大，既然纯钢结构都需要设置抗剪键,那么显然砼柱钢梁这种形式更需要设置抗剪键，（屋架、屋面梁受力形式与砼柱钢梁完全不同，基本没有推力）。由于高空作业比较困难，一般施工单位都非常不希望做抗剪键，因为那样，就必然有二次灌浆，施工比较困难。 请大家注意：钢规8.4.13条，柱脚锚栓不宜用以承受水平剪力,因此建议大家按下列两种方法处理： 一种方法是：做个预埋板，除了锚栓以外，还另设置4或6根D12（或D14）的锚爪，通过锚爪抗剪。至于钢梁与预埋板连接，除了锚栓连接以外，还在节点的中心线上焊接一段（钢梁与预埋板），大概（80-100mm，根据计算求得），通过这段焊缝来传递剪力给预埋板，再通过锚爪传给柱子，由于这段焊缝在中心处，仍可认为是铰接. 第二种作法是：计算模型采用支座一端铰接,另一端做成平动释放，这样比较合理。平动释放端支座构造上应做处理，常采用椭圆孔，不过椭圆孔的长孔大小必须根据结构分析确定的最大滑动位移确定，而且必须留有余量。,15。彻底了解在PKPM中主梁与次梁的区别 次梁在PMCAD主菜单1和主菜单2不同输入方法的比较分析 次梁可在PMCAD主菜单1中和其它主梁一起输入，程序上称为“按主梁输入的次梁”，也可在PMCAD主菜2的“次梁布置”菜单中输入，此时不论在矩形或非矩形房间内均可输入次梁，但只能以房间为单元输入，输入方式不如在PMCAD主菜单1中方便。 次梁在主菜单1输入时，梁的相交处会形成大量无柱联接节点，节点又把一跨梁分成一段段的小梁，因此整个平面的梁根数和节点数会增加很多。因为划分房间单元是按梁进行的，因此整个平面的房间碎小，数量众多。次梁在主菜单2输入时，次梁端点不形成节点，不切分主梁，次梁的单元是房间两支承点之间的梁段，次梁与次梁之间也不形成节点，这时可避免形成过多的无柱节点，整个平面的主梁根数和节点数大大减少，房间数量也大大减少。因此，当工程规模较大而节点，杆件或房间数量可能超出程序允许范围时，把次梁放在主菜2输入可有效地、大幅度减少节点、杆件和房间的数量。 在主菜单1中输入次梁（简称当主梁输）和在主菜单2中输入的次梁（简称当次梁输）在程序处理上有很多不同点，计算和绘图结果也会不同。,1、导荷方式 作用于楼板上的恒活荷是以房间为单元传导的，次梁当主梁输时，楼板荷载直接传导到同边的梁上。当次梁输时，该房间楼板荷载被次梁分隔成若干板块，楼板荷载先传导到次梁上，该房间上次梁如有互相交叉，再对次梁作交叉梁系分析（交叉梁系仅限于本房间范围），程序假定次梁简支于房间周边，最后得出每次梁的支座反力，房间周边梁将得到由次梁围成板块传来的线荷载和次梁集中力。 两种导荷方式的结构总荷载应相同，但平面局部会有差异。 2、结构计算模式 在PM主菜单1中输的次梁将由SATWE、TAT进行空间整体计算，次梁和主梁一起完成各层平面的交叉梁系计算分析，其它要特征是次梁交在主梁的支座是弹性支座，有竖向位移。有时，主梁和次梁之间是互为支座的关系。 在PM主菜单2输入的次梁按连续梁的二维计算模式计算。计算时，次梁铰接于主梁支座，其端跨一定铰支，中间跨连续。其各支座均无竖向位移。,3、梁的交点的连接 按主梁输的次梁与主梁为刚接连接，之间不仅传递竖向力，还传递弯矩和扭矩。特别是端跨处的次梁和主梁间这种固端连接的影响更大。当然用户可对这种程序隐含的连接方式人工干预指定为铰接端。 PM主菜2输的次梁和主梁的连接方式是铰接于主梁支座，其节点只传递竖向力，不传递弯矩和扭矩。对于其端跨计算支座弯距一定为0。 4、梁支座负弯矩调幅 在SATWE、TAT计算时对PM主菜单1中输的次梁均隐含设定为“不调幅梁”，此时用户指定的梁支座弯矩调整系数仅对主梁起作用，对不调幅梁不起作用。如需对该梁调幅，则用户需在“特殊梁柱定义”菜单中将其改为“调幅梁”。 在PM主菜单2输入的次梁按连续梁计算，均可读取用户设定的调幅系数进行调幅。,5、绘梁施工图前对梁的相交支座的支座修改 次梁按主梁输入时： 在PM主菜单1当作主梁输入的次梁，经过三维程序计算后，程序不一定认定他是次梁。 此时程序判定次梁的过程是： 对每个无柱节点需要判断为“支座”（用三角形表示）或“连通”（用园圈表示），该节点处于负弯矩区的为支座，为正弯矩区的为连通。 支座时，梁本身应为次梁，支座梁则为主梁。 连通时，连通节点两端的两跨梁将合并为一跨，成为主梁，节点上的另一方向梁成为次梁。 支座时，施工图上的梁下部钢筋在支座锚固长度仅为15倍钢筋直径。因处于负弯矩区而按非受拉锚固设计。连通时，该节点两端的梁下钢筋必然在节点下连通，程序不会出现锚入支座节点，因为处于受拉区。,对处于端跨的次梁（支承在梁支座上），程序需将其判断为“悬挑梁”或是“端支承梁”。 当端跨梁下无正弯矩，全跨均作用负弯矩时，程序判定该端跨为挑梁，在该跨端部用园圈表示。反之，程序认定该跨为端支承梁，在该跨端部用三角支座表示。 对如上程序自动判定的支座状况，一般人工应做干预修改。在中间跨，把支座改为连通将合并梁跨，施工图设计偏于安全。一般不应将连通改为支座。对于交叉梁系，更应注意把有些支座改为连通，才能得到符合实际的施工图设计。 次梁按次梁输入时： 对于在PM主菜单2输入的次梁，其跨度、跨数都已确定，与在PM主菜单1输入的主梁相交处，其本身是次梁的性质不能修改，其支座处的梁肯定当作主梁处理，也就是说，对这种次梁，一般没有修改支座的问题,6、三维空间程序的活荷载不利布置计算 按主梁方式输入的次梁，将在层平面上形成大量的房间。SATWE、TAT的活荷不利布置计算是按每个房间逐个布置活载的过程，这时可能造成活荷不利 计算过于繁琐费时。按次梁方式输入的次梁，层平面上形成的房间均为不考虑次梁划分的大房间，其活荷不利布置计算更快捷。 7、楼板配筋 由于板底钢筋的配置是以房间为单元进行的，按主梁方式输入次梁的房间可能过多过密，此时作楼板配筋施工图时，一般不应采用“逐间布筋”或“自动布筋”的方式，因为这种方式的板底钢筋是细碎的小段筋。一般应采用“通长配筋”菜单将板底钢筋按不同范围拉通配置。,16.在PKPM系统中，输入楼板厚度的唯一作用是计算楼板配筋，别无他用。 对于TAT或SATWE，因为已经假设了楼板在平面内无限刚，平面外刚度为零，楼板厚度对于刚度计算不起作用。所以大家使用TAT或SATWE时，应考虑该假定的合理性。,17.关于错层 PKPM中，如果楼板相错500以上，一般要按错层考虑。错层时，应在PM中按两个标准层进行输入，TAT和SATWE会自动形成错层数据。如果按一层输入并考虑错层影响，应该在TAT或SATWE中，定义弹性节点等措施。,# 错层结构的模型输入： 当错层高度不大于框架梁的截面高度时，一般可近似地忽略错层的影响。 当错层高度大于框架梁的截面高度时，按两个标准层建模计算。,18.关于节点太近 如果在PKPM输入时，不进行轴线简化，在节点较多较密的情况下，程序会提示节点太密（小于150）。此时应进行轴线简化调整，使上下节点尽量对齐。哪怕相近节点不在同一层，也会对后面的计算产生影响。 （节点不能太密小于150 ，应进行轴线简化调整,19、特殊梁、柱、支撑定义，采用异或方式，即原有属性再次定义则取消原属性。 举例：一下端铰接支撑要想定义为两端铰接，应该先再次定义下端铰接，此时上下端均为刚接，然后定义两端铰接。,20：带支撑的钢结构框架，SATWE算得的底层柱底内力： 目前SATWE输出的底层柱底内力未包含与柱脚连接的支撑构件内力。在STS钢框架节点连接设计程序中可以自动完成支撑构件内力到柱脚节点内力的转换。如果必须要进行人工柱交节点设计，建议另建一个计算模型并在最底层再增加一个很矮的标准层，形成一段短柱得到合并后的柱脚内力设计值。,21关于钢结构设计分析时注意事项 1.特殊构件和特殊风荷载的定义 # 对于按支撑输入的斜柱，应在“特殊构件”定义中把其两端的连接属性改为两端刚结。 #当考虑钢梁和楼板的共同作用时，可以将钢梁定义为“组合梁”构件。 #多钢刚结构的顶层为轻钢门式钢架屋顶时，当梁，柱采用变截面构件时，对变截面梁，柱，通过将其定义为门式钢梁，柱，软件就按门规验算构件的强度及稳定。 #目前程序风荷载不适用于“非封闭的多层钢结构厂房和带坡屋面的钢结构房屋”，对于这类房屋应通过输入节点风荷载，梁杆件节间风荷载修正程序计算的风荷载,2.关于钢结构中“刚性楼板与弹性楼板”问题 #对设置现浇混凝土楼板，组合楼板的钢结构房屋，结构分析采用的楼板刚度同混凝土结构中的假定。 #对于多层钢结构厂房和轻钢屋面的对层钢结构房屋，楼板可能为花纹钢板或压型钢板。由于该类钢板和下面的肋调，次梁，檩条等共同作用，准确考虑这种钢板的刚度是比较困难的.对这类房屋，楼板刚度可按下列原则考虑： a.当纲板和肋条的平面内刚度很弱时，将板厚定义为“0” 按没有楼板考虑； b.当纲板和肋条的平面内刚度很强时，按刚性楼板考虑； c.当介于二者之间时，可将楼板等效为混凝土板，按弹性楼板计算，等效楼板厚h=txES/EC,3 钢结构的整体分析 #应根据钢结构变形较大的特点，考虑P-效应，对重要的结构还应考虑弹塑性变形分析，考虑P-效应后，水平位移大约增大5%-10%，一般当层间位移角大于1/250时应考虑P-效应； #刚结构的“侧移”或“无侧移”选则，可按以下原则考虑： a.有支撑的结构，且层间位移角不大于1/1000时（也就是说是强支撑时），可以按无侧移结构考虑计算柱计算长度系数； b.对纯框架结构，或有支撑的结构，但层间位移角大于1/1000时（也就是说是弱支撑时），可以按有侧移结构考虑计算柱计算长度系数；,c.当框架结构一个方向无侧移，另一方向有侧移时，柱的计算长度系数应计算两次，先按为侧移计算，计录下无侧移方向柱的计算长度系数，然厚再按有侧移结构计算，但要注意修改无侧移方向柱的计算长度系数。 d.目前软件没有考虑钢梁，柱节点的剪切变形。剪切变形对于H型钢柱节点和高层钢结构中的其他柱点影响较大，设计可通过采取在节点中间夹焊缀板等措施，来加强钢柱的节点域刚度，减少节间域剪切变形。,22.较规则框架结构，柱配筋的单偏压和双偏压： 一般建议用户使用单偏压计算，双偏压复核。双向地震与双偏压无对 应关系。如果在特殊构件定义中指定了角柱，程序自动按双偏压计算。 23：多层框架结构的周期比： 对于多层建筑不需要控制周期比，只有高层建筑才需要需要控制周期比 24：三维计算参数中的梁刚度放大系数，对无板翼沿的梁是否有用，想不让 它起作用，怎么办？ 对无板翼沿的梁是有作用的，想不让它起作用，暂时不行。但应该仔细 分析，此类梁对计算的结果影响。梁刚度放大系数，原本就是为了弥补 刚性板假定不考虑板平面外抗弯刚度影响，故应对结构布置综合考虑,25：柱长度系数是否执行“混凝土规范7.3.11-3条”: 是否执行“混凝土规范7.3.11-3条”,需要用户首先自行判断水平荷载产生的弯距设计值是否占到总弯距的75%以上,然后用户自行决定是否执行该条文。执行该条文可能 使得计算长度系数变化较大，并会影响到跃层柱的计算长度自动搜索。 一般建筑的高宽比在规范要求的范围内时，都可不考虑此问题，但当高宽比超出规范的限值时就应注意此问题，另外对于工业建筑当有较大的水平力作用在建筑物上时就要注意此问题,26:关于建模的注意事项： 1、当发生节点过密情况，特别是各结构标准层合并后的总网格中节点过密时，可点网格生成菜单下的节点距离菜单，加大合并的节点距离从而把相距过近的多个节点合并为一。 2、上、下层位置应对齐的网格节点应确保对齐，以免形成总网格后的节点过多过密。 3、多使用偏心布置构件以减少过近过密网格节点产生，但不应把杆件偏心至另一相邻节点上。