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工程力学PKPM建模中次梁的合理输入摘要：在使用PKPM软件进行结构计算时，输入次梁可按主梁和按次梁两种不同的方式，通过对两种不同输入方式的建模对计算结果进行比较和分析，得出次梁按主梁输入时输入比较方便并且更接近于实际工程情况。关键词：PKPM 次梁 主梁引言结构计算是结构设计中非常重要的部分，目前国内广泛使用PKPMCAD软件来进行结构计算。建模时就有多种不同的方式，其中次梁的输入就有两种方式，分别为按主梁方式和按次梁方式，对于按不同方式输入的次梁，程序在建模、计算等方面都有不同的处理方法和规则，下面就通过本科时毕业设计的工程对两种不同的输入方式进行分析和比较。1、工程概况本工程为实际应用课题，地点位于江苏省徐州市，为中学教学楼设计。本工程的建筑场地约52m18m，建筑面积约5000m2，为3跨5层的钢筋混凝土框架结构。基本风压值：0.40kN/m2 基本雪压：0.65kN/m2抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第二组。结构标准层布置如图1所示。图1 结构标准层布置2 计算结果对比对该模型的次梁分别采用按主梁输入和按次梁输入两种不同建模方式。取图1中箭头所示次梁作为计算对象，对不同建模方式的结果进行对比，计算结果如下。（1）周期对比。表1 结构周期建模方式第一周期第二周期第三周期第四周期按次梁输入0.84160.77330.73860.2576按主梁输入0.81940.73680.71650.2555结构周期汇总为表1。两种输入方式的前几个周期相差很小,按主梁输入时要稍微小一些，两种建模方式的结构质量基本相等，可知按主梁输入时，由于次梁参与结构整体计算,增大了结构的整体刚度，使得周期有所减小（2） 结构反应对比表2 结构反应类型最大地震反应力(KN)最大层剪力(KN)最大倾覆弯矩(KN.m)最大层位移(mm)X向地震作用按次梁输入462.21666.126057.49.4按主梁输入466.481787.7226287.59.22（3） 结构质量对比表3 结构质量建模方式恒载质量（t）活载质量(t)总质量(t)按主梁输入401.764360.6924762.453按次梁输入401.764360.2384761.998两次计算的结构质量汇总为表3由结果可见两种建模方式的结构质量基本相等，说明两种建模方式对结构质量没有影响。（4） 结构质量对比表4 次梁内力（恒载）次梁L弯矩(kn.m)次021.8-20.7主-4.920.7-17.4剪力(KN)次32.4-51.5主20.9-26.5配筋(mm2)次-250263-250主-250249-250通过计算可以得出按主梁输入时,对于同一房间内的次梁内力，中部次梁支座负弯矩和跨中弯矩均比端部次梁大；长跨次梁支座负弯矩较短跨次梁小，跨中正弯矩较短跨次梁大。按次梁输时，内力分布与按主梁输入时趋势基本相同，只是按主梁输入时比按次梁输入分布均匀，中部次梁内力较端部次梁大；按次梁输入时，短跨次梁将承担更大的内力。对于端支座主梁，按次梁输入的计算结果稍大于按主梁输入；对于中间支座主梁，按次梁输入的计算结果小于按主梁输入。3 结果分析通过以上的计算结果可以看出，次梁按主梁方式输入和按次梁方式输入还是有所区别的。就两种不同输入方式的计算原理对结果进行分析，得出两种输入方式在如下方面的不同。3.1导荷方式对比分析当次梁按主梁输入时，这时的次梁就相当于主梁，它和主梁一起参与结构的整体计算。楼板荷载直接传递到同边的主次梁上，不管是否次梁，程序把都整层梁按交叉梁系分析，至于次梁与主梁的传力关系就由程序自动确定。当次梁按次梁输入时，这时的楼板荷载传递就有明显的先后顺序，楼板荷载先传递到次梁上，然后从次梁传递荷载到主梁。如果次梁有相互交叉，则程序先对次梁做交叉梁系分析，程序确定各次梁间的力的传递关系，再传递力到主梁上。显然这两种建模方式所带来的导荷方式的关键不同之处，是导荷的顺序不同。第一种是：楼板荷载主梁、次梁；第二种是：楼板荷载次梁主梁。但两种导荷方式的结构总荷载没有变化，所以柱的轴压比基本相同。但是正因为主、次梁的荷载传递顺序的不同，必然会导致主梁构件内力的不同。3.2结构计算模式对比分析当次梁按主梁输入时，次梁与主梁为刚性连接，次梁不仅仅传递竖向力，还传递弯矩。当用SATWE 进行结构空间整体计算时，各层平面的交叉梁系内力计算分析由次梁和主梁一起完成。正因为次梁与主梁的刚性连接，使主梁受到影响，特别是端跨处的次梁和主梁之间这种刚性连接对主梁的影响更大。当程序出错时，我们可以对这种连接方式进行人工干预，把刚性连接指定为铰接连接。当次梁按次梁输入时，程序是按二维连续梁的模型进行计算。计算时，次梁将以铰接形式支承于主梁上，即次梁的两端部为铰支。支座主梁无竖向位移。其节点只传递竖向力，次梁与主梁无弯矩和扭矩传递。3.3 网格划分不同当按照主梁输入时，程序会在所有次梁的相交处形成节点，这样就会将主梁分割为许多的梁段，使得计算时结构的节点数和梁段数有所增加；主梁参与房间的划分，使得计算时房间的数量有所增加；由于轴线方向和位置的任意性，次梁的布置方向无限制，并且可以设置偏心。当按照次梁输入时，次梁与次梁的相交处不形成节点，次梁与主梁的相交处主梁不被分割，主梁自然的形成了次梁的支座；次梁不参与房间的划分，这样如果在一个房间区间内出现楼梯间等需要局部修改板厚便不能实现。3.4 梁支座负弯矩调幅控制不同SATWE 在计算时将两端都有支座的梁作为普通梁，在其支座弯矩和跨中弯矩进行调幅计算，把两端都没有支座或仅有一端有支座的梁（次梁和悬臂梁等） 定义为不调幅梁。当按主梁输入时，次梁就被程序定义为不调幅梁，如需对次梁调幅则要在特殊构件补充定义中将其改为调幅梁。当按次梁输入时，程序会提示设计人员输入调幅系数，并按照此调幅系数进行调幅。4 结语由上述建模、内力计算、构件内力等方面的对比可发现，对两种输入方式在结构自振周期、主梁内力等稍有差别，但差别不大；但两者在端部次梁的内力上相差较大。通过对两种建模过程及结果的分析比较可以看出，在结构设计中，次梁宜按主梁输入，既方便模型的建立及荷载的输入，同时SATWE 有限元计算出来的配筋结果更加接近实际受力情况，建议结构设计人员在采用PKPMCAD 软件进行结构设计时，次梁宜按主梁进行输入。参考文献1 杨星. PKPM结构软件从入门到精通M . 中国建筑工业出版社, 2008.2 中国建筑科学研究院