淺談PKPM軟件有關(guān)連梁的兩種建模方式

摘要：高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元是剪力墻，剪力墻由墻肢和連梁兩種構(gòu)件組成。兩端與剪力墻墻肢在平面內(nèi)相連的梁為連梁。PKPM是目前國內(nèi)廣泛用于結(jié)構(gòu)計算的軟件，關(guān)于連梁的建模主要有兩種方式，對于不同的建模方式，程序以不同的計算方法對構(gòu)件進行計算，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體指標及內(nèi)力等計算結(jié)果存在差異。

關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu);連梁;建模方式;結(jié)果比較

目前PKPM關(guān)于連梁的建模方式有兩種：直接在剪力墻上布置洞口和按框架梁模擬計算。PKPM程序用殼單元模擬由剪力墻開洞形成的墻梁;用桿單元模擬框架梁。模擬方式不同會導(dǎo)致計算結(jié)果存在差異。本文以某高層建筑設(shè)計為例，標準層結(jié)構(gòu)平面布置如圖1所示，已知標準層層高3000mm，共28層，抗震設(shè)防烈度為6度。分析討論連梁在不同建模方式下對結(jié)構(gòu)計算結(jié)果的影響。

首先將與墻肢相連的梁全部用框架梁模擬，并在程序中將兩端與墻肢在平面內(nèi)相連的梁定義為連梁。是否定義框架梁為連梁對結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果有一定影響。以本設(shè)計中某連梁為例，PKPM程序?qū)⑵涠x為連梁（連梁剛度折減系數(shù)取0.6）時的計算受壓、受拉配筋面積為835mm2、776mm2;PKPM程序未將其定義為連梁，僅以框架梁模擬時的計算受壓、受拉配筋面積為964mm2、846mm2，差別不明顯。而當抗震設(shè)防烈度為8度時，相同處連梁在PKPM程序?qū)⑵涠x為連梁（連梁剛度折減系數(shù)取0.5）時的計算受壓、受拉配筋面積為856mm2、759mm2;PKPM程序未將其定義為連梁，僅以框架梁模擬時的計算受壓、受拉配筋面積為1597mm2、1579mm2，差別明顯。所以，是否在PKPM程序中對將某些特定框架梁定義為連梁要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)所處自然環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式及平面布置等技術(shù)措施而定。

按照延性剪力墻強墻肢弱連梁的要求，在地震作用下，連梁應(yīng)先于墻肢屈服，形成塑性鉸，耗散地震能量，同時彎矩和剪力仍能通過塑性鉸繼續(xù)傳遞，對墻肢起到一定的約束作用，使剪力墻保持足夠的剛度和強度。一般情況下，在結(jié)構(gòu)小震作用下的的抗震計算中，通過降低連梁的剛度來降低連梁的彎矩設(shè)計值，從而使連梁先于墻肢屈服。PKPM程序在計算中通過定義連梁剛度折減系數(shù)對連梁的剛度進行折減，但是當用框架梁模擬連梁進行計算時，無論是位移還是內(nèi)力，程序都會按照參數(shù)定義中的剛度折減系數(shù)進行計算，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度偏小，影響計算結(jié)果?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》規(guī)定“計算地震內(nèi)力時，抗震墻連梁剛度可折減;計算位移時，連梁剛度可不折減”。所以對于用框架梁模擬連梁的計算方法，應(yīng)分別計算結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力。本設(shè)計中，抗震設(shè)防烈度設(shè)為6度，取某連梁在剛度折減（剛度折減系數(shù)為0.6）與不折減情況下的計算受拉配筋為1091mm2、1094mm2;抗震設(shè)防烈度設(shè)為8度時，此連梁在剛度折減（剛度折減系數(shù)為0.5）與不折減情況下的計算受拉配筋為1685mm2、1902mm2。符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱《高規(guī)》）中“僅在計算地震作用效應(yīng)時可以對連梁剛度進行折減，對如重力荷載、風(fēng)荷載作用效應(yīng)計算不宜考慮連梁剛度折減”的規(guī)定。

《高規(guī)》中規(guī)定“跨高比小于5的連梁按剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，跨高比不小于5的連梁宜按框架梁設(shè)計”。所以對于之前實例中將連梁全部用框架梁來模擬的方法并沒有嚴格按規(guī)范要求執(zhí)行。而且，即使對連梁剛度進行折減，依然無法滿足某些連梁的超筋超限問題。通過PKPM參數(shù)定義中“框架連梁按殼單元計算控制跨高比”，用剪力墻開洞的方式模擬連梁，與之前用框架梁模擬連梁的方式進行對比，結(jié)果如表1所示。

可見，剪力墻開洞形成墻梁使結(jié)構(gòu)剛度顯著提高，結(jié)構(gòu)整體指標有了很大改善，同時解決了之前部分連梁超筋超限的問題。目前實際工程中對于最大層間位移角普遍要求控制在1/1000～1/1100，用剪力墻開洞模擬連梁計算得出的最大層間位移角還有很大余量，從計算結(jié)果來看似乎可以通過大量減小剪力墻長度達到更好的技術(shù)經(jīng)濟指標。

但是，《高規(guī)》中規(guī)定“兩端與剪力墻在平面內(nèi)相連的梁為連梁”、“當墻肢的截面高度與厚度之比不大于4時，宜按框架柱進行截面設(shè)計”。從計算結(jié)果可知，PKPM參數(shù)定義中“框架連梁按殼單元計算控制跨高比”是將所有跨高比小于5并與墻肢相連的梁按剪力墻開洞計算。對于某些一端與墻肢在平面內(nèi)相連，一端與墻肢在平面外相連的梁，程序?qū)⑵涠x為連梁并用剪力墻開洞模擬并不符合規(guī)范要求。對于截面高度與厚度之比不大于4的墻肢，在PKPM中是以框架柱建模還是以墻建模尚無規(guī)定，與此類構(gòu)件相連的梁是否可以按照剪力墻開洞也不能確定。所以，僅靠PKPM參數(shù)定義中“框架連梁按殼單元計算控制跨高比”為依據(jù)設(shè)計連梁會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度偏大，與實際情況不相符，以此為依據(jù)減小墻肢長度也不合理。

綜上所述，本設(shè)計采用“僅對兩端與截面高度和厚度之比大于4的墻肢在平面內(nèi)相連的梁按剪力墻開洞模擬連梁，其余連梁按框架梁模擬”的方法進行計算，與之前兩種計算方法進行對比，結(jié)果如表2所示。

可見，對于剪力墻結(jié)構(gòu)，相對于“將與墻肢相連的梁全部以剪力墻開洞方式進行模擬”的計算方法，“僅對兩端與截面高度和厚度之比大于4的墻肢在平面內(nèi)相連的梁按剪力墻開洞模擬連梁，其余連梁按框架梁模擬”的計算方法更符合規(guī)范要求，也更接近實際情況。也能有效解決“全部用框架梁模擬連梁”的計算方法產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)剛度不足和某些連梁超限超筋的問題。需指出，本文僅對抗震設(shè)防烈度為6度的地區(qū)的某工程實例進行分析，所得結(jié)論僅可對PKPM中關(guān)于連梁的建模方式提供參考，對于所處不同地區(qū)、不同結(jié)構(gòu)形式及不同平面布置的建筑結(jié)構(gòu)計算還需具體分析。

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作者簡介：白杰文（1991—），男，助理工程師，碩士研究生，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（作者單位：中國聯(lián)合工程有限公司）