中国建科院PKPM内部资料(异形柱结构)

第26卷第4期2010年8月结 构 工 程 师Str uctural Engi n eersVo.l 26,No .4Aug .2010收稿日期:2009-12-07*联系作者,Em ai:l yqwangt@j hot m ai.l co m使用PKP M 软件计算异形柱结构的注意事项王依群*曹 茹(天津大学建筑工程学院暨港口与海洋工程教育部重点实验室,天津300072)摘 要 国家行业标准5混凝土异形柱结构技术规程6(JGJ 149)2006)颁布实施以来,全国建设异形柱结构的数目逐年增加。

相对于矩形柱结构来讲,异形柱结构仍处于少数,所以,多数设计单位采用的设计软件PKP M 2S AT WE 关于异形柱结构设计计算功能还远不如矩形柱结构的相关功能完善,设计人员对用该软件设计异形柱结构也有不熟悉的地方,甚至出现用混凝土规范对矩形柱的规定设计异形柱,造成异形柱结构的安全度降低。

针对此,介绍了使用P KP M 软件设计异形柱结构要注意的事项,特别是目前软件与规程要求不一致的地方。

关键词 钢筋混凝土,异形柱,PKP M ,设计,软件K ey Iss ues i n Desi gn of Structures w ith Speci a lly Shaped Col umns by Using PKP M Soft wareWANG Y i q un *C AO Ru(School of C ivil Engineer i ng ,T ian ji n University ,T ian ji n 300072,China)Abstr act Si n ce the Techn ica l spec if action f or concrete structures w ith specially shaped col u mns was issued ,t h e number of this k i n d of structures has been increac i n g year by year .Bu,t co mpared w ith struct u res w ith rectangle col u mns ,the number of structures w ith specia lly shaped columns is i n the m i n ority .So ,so me desi g ners are not fa m iliar w ith the later as sa me as the f o r m er ,the sa me situation was occurred in thecalcu l a ti o n f uncti o n ofPKP M desi g n sof t w are .For exa mple ,so me aspects of the structures with spec i a ll y shaped col u mns desi g ned by the desi g ners using PKP M soft w are were accordance w ith the spec if action f or struct u res w it h rectangle coul m ns ,it poses a threat to t h e saf ety of the struct u res .Fro m th is poi n t of vie w ,so me key issues i n the desi g n of th is kind of structures by usi n g PKP M soft w are are d iscussed ,particu larly about the d iff erence bet w een the soft w are and the spec ifaction.K eyword s re i n f o rced concrete ,specially shaped col u mn ,PKP M ,desi g n ,soft w are1 引 言异形柱结构由于其室内不露柱角,受到住户的欢迎,但经研究其在静载作用下及抗震性能均不及矩形柱结构[1,2]。

PKPM计算异形柱结构PKPM计算异形柱结构注意的问题中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所1、梁、柱节点重叠部分简化为刚域异形柱结构设计时一般选择该项，程序对梁进行如下处理简化：1、梁的自重按扣除刚域后的梁长计算2、梁上的外荷载按梁两端节点间长度计算。

3、截面设计按扣除刚域后的梁长计算。

2、异形柱单双偏压的选择及计算不管如何选择，异形柱的配筋计算都按双偏压进行。

需要说明的是，SATWE采用的是混凝土规范附录F任意截面构件正截面承载力计算提供的方法，即异形柱的固定钢筋和分布钢筋均为受力钢筋。

，即异形柱的固定钢筋和分布钢筋均为受力钢筋。

3、异形柱最小配筋率的控制《异形柱规程》6.2.5条规定：1、异形柱中全部纵向受力钢筋的配筋率不应小于表6.2.5规定的数值;规程规定的最小配筋率仅包含端部受力钢筋，不包含竖向分布筋；而程序计算的最小配筋率包含固定钢筋和分布钢筋。

2、按柱全截面面积计算的柱肢各肢端纵向受力钢筋的配筋率不应小于0.2%；3、建于四类场地且高于28m的框架，全部纵向受力钢筋的最小配筋率应按表6.2.5中的数值增加0.1%。

程序目前暂没有执行上述两条。

4、薄弱层的定义《异形柱规程》3.2.5-2条规定：当楼层承载力突变时，其薄弱层地震剪力应乘以1.2的增大系数；SATWE可采用如下方法实现：1、与其他结构类型一样，SATWE可以给出每层的受剪承载力，但需由人工判定薄弱层并填入该层层号。

2、SATWE对人工指定的薄弱层仍乘以1.15的增大系数，为此，可在“全楼地震放大系数”中针对此层再人为放大1.04倍，程序对其放大也仅限于该层。

5、地震作用方向定义《异形柱规程》4.2.4条规定：一般情况下，应允许在结构两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担，7度（0.15g）和8度（0.2g)时尚应对与主轴成45度的方向进行补充验算；6、轴压比的判定《异形柱规程》表6.2.2对异形柱轴压比作出了规定，分L形、T 形、十字形三种截面。

PKPM计算异形柱结构PKPM（Public Static Analysis Program）是一种常用的结构分析软件，可以用于计算各种异形柱结构。

在PKPM中，可以通过给定结构的几何性质和加载条件，计算柱的应力、应变、变形等参数，并对结构进行安全性评估。

下面将介绍PKPM计算异形柱结构的基本步骤。

1.结构建模：在PKPM中，首先需要输入异形柱结构的几何性质。

包括柱的截面形状、尺寸、钢材强度等参数。

可以选择不同的截面形状，如矩形、圆形、椭圆形等，并设置相应的尺寸。

2.载荷设定：在计算异形柱结构之前，需确定结构受到的载荷条件。

包括静态荷载、动态荷载、风荷载等。

可以设置不同的加载条件，并输入相应的荷载数值。

3.材料性质设定：在PKPM中，需要输入异形柱结构所使用的材料的性质。

包括钢材的弹性模量、屈服强度、抗拉强度、抗压强度等参数。

根据材料的性质，可以计算得到柱的应力应变关系。

4.结构分析：通过输入结构的几何性质、载荷条件和材料性质，可以进行结构分析，并计算出柱的应力、应变、变形等参数。

在PKPM中，可以选择静力分析、动力分析、稳定性分析等不同的分析方法。

根据实际需要，可以选择适当的分析方法。

5.结果输出：在分析完成后，可以输出计算得到的结果。

包括柱的应力、应变、变形等参数。

可以通过图形显示和数据表格等方式，对计算结果进行查看和分析。

6.安全性评估：根据计算得到的柱的应力等参数，可以对结构进行安全性评估。

通过与结构设计规范的要求进行比较，判断结构的受力情况是否满足规范的要求。

如果不满足规范要求，则需要进行结构的优化设计。

总结起来，PKPM可以通过输入异形柱的几何性质、载荷条件和材料性质，进行结构的分析计算，并输出计算结果。

通过对计算结果的分析，可以进行结构的安全性评估。

PKPM是一种功能强大且广泛应用的结构分析软件，在工程实践中有着重要的作用。

PKPM计算异形柱结构注意的问题中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所1、梁、柱节点重叠部分简化为刚域异形柱结构设计时一般选择该项，程序对梁进行如下处理简化：1、梁的自重按扣除刚域后的梁长计算2、梁上的外荷载按梁两端节点间长度计算。

3、截面设计按扣除刚域后的梁长计算。

2、异形柱单双偏压的选择及计算不管如何选择，异形柱的配筋计算都按双偏压进行。

需要说明的是，SATWE采用的是混凝土规范附录F任意截面构件正截面承载力计算提供的方法，即异形柱的固定钢筋和分布钢筋均为受力钢筋。

，即异形柱的固定钢筋和分布钢筋均为受力钢筋。

3、异形柱最小配筋率的控制《异形柱规程》6.2.5条规定：1、异形柱中全部纵向受力钢筋的配筋率不应小于表6.2.5规定的数值;规程规定的最小配筋率仅包含端部受力钢筋，不包含竖向分布筋；而程序计算的最小配筋率包含固定钢筋和分布钢筋。

2、按柱全截面面积计算的柱肢各肢端纵向受力钢筋的配筋率不应小于0.2%；3、建于四类场地且高于28m的框架，全部纵向受力钢筋的最小配筋率应按表6.2.5中的数值增加0.1%。

程序目前暂没有执行上述两条。

4、薄弱层的定义《异形柱规程》3.2.5-2条规定：当楼层承载力突变时，其薄弱层地震剪力应乘以1.2的增大系数；SATWE可采用如下方法实现：1、与其他结构类型一样，SATWE可以给出每层的受剪承载力，但需由人工判定薄弱层并填入该层层号。

2、SATWE对人工指定的薄弱层仍乘以1.15的增大系数，为此，可在“全楼地震放大系数”中针对此层再人为放大1.04倍，程序对其放大也仅限于该层。

5、地震作用方向定义《异形柱规程》4.2.4条规定：一般情况下，应允许在结构两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担，7度（0.15g）和8度（0.2g)时尚应对与主轴成45度的方向进行补充验算；6、轴压比的判定《异形柱规程》表6.2.2对异形柱轴压比作出了规定，分L形、T形、十字形三种截面。

12212计算书项目编号: No.1项目名称: XXX项目计算人: XXX设计师专业负责人: XXX总工校核人: XXX设计师日期: 2015-XX-XX中国建筑科学研究院目 录一. 设计依据 ................................................................................................................................................................................................................................. 3 二. 计算软件信息 ......................................................................................................................................................................................................................... 3 三. 结构模型概况 ......................................................................................................................................................................................................................... 3 1. 系统总信息 ....................................................................................................................................................................................................................... 3 2. 楼层信息 ........................................................................................................................................................................................................................... 6 3. 层塔属性 ........................................................................................................................................................................................................................... 7 四. 工况和组合 .. (7)1. 工况设定 ........................................................................................................................................................................................................................... 7 2. 构件内力基本组合系数 ................................................................................................................................................................................................... 7 五. 质量信息 (7)1. 结构质量分布 ................................................................................................................................................................................................................... 7 六. 荷载信息 (8)1. 风荷载信息 ....................................................................................................................................................................................................................... 8 七. 立面规则性 (10)1. 楼层侧向剪切刚度及刚度比 ......................................................................................................................................................................................... 10 2. [楼层剪力/层间位移]刚度 .............................................................................................................................................................................................. 10 3. 楼层薄弱层调整系数 ..................................................................................................................................................................................................... 11 八. 抗震分析及调整 . (11)1. 结构周期及振型方向 ..................................................................................................................................................................................................... 11 2. 各地震方向参与振型的有效质量系数 ......................................................................................................................................................................... 12 3. 地震作用下结构剪重比及其调整 ................................................................................................................................................................................. 12 九. 结构体系指标及二道防线调整 . (14)1. 竖向构件倾覆力矩及百分比(抗规方式) ....................................................................................................................................................................... 14 2. 竖向构件地震剪力及百分比 ......................................................................................................................................................................................... 15 3. 单塔多塔通用的框架0.2V0(0.25V0)调整系数 ............................................................................................................................................................. 16 十. 变形验算 . (16)1. 结构位移指标统计(同时适用于普通结构和复杂空间结构) ....................................................................................................................................... 16 2. 大震下弹塑性层间位移角 ............................................................................................................................................................................................. 20 十一. 舒适度验算 .. (21)1. 结构顶点风振加速度 ..................................................................................................................................................................................................... 21 十二. 抗倾覆和稳定验算 .. (21)1. 抗倾覆验算 ..................................................................................................................................................................................................................... 21 2. 整体稳定刚重比验算 ..................................................................................................................................................................................................... 21 十三. 超筋超限信息 . (21)1. 超筋超限信息汇总 ......................................................................................................................................................................................................... 21 十四. 结构分析及设计结果简图 .. (21)1. 结构平面简图 .................................................................................................................................................................................2. 荷载简图 .........................................................................................................................................................................................3. 配筋简图 .........................................................................................................................................................................................4. 边缘构件简图 .................................................................................................................................................................................5. 柱、墙轴压比简图.........................................................................................................................................................................一. 设计依据本工程按照如下规范、规程进行设计:1. 《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)2. 《钢结构设计规范》(GB50017-2003)3. 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)4. 《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)5. 《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)6. 《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)7. 《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)8. 《钢管混凝土结构技术规范》(GB50936-2014)9. 《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS 28-2012)10. 《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)11. 《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001)12. 《混凝土异形柱结构技术规程》(JGJ149-2006)二. 计算软件信息本工程计算软件为PMSAP V3.1版。

PKPM在短肢剪力墙+异形柱结构别墅中的应用发表时间：2019-08-05T09:29:40.563Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：柏乃军[导读] 摘要：目前对于多层别墅建筑，采用带有少量短肢剪力墙的异形柱框架结构，既可以保证结构的刚度、位移，又可以使室内空间方正合理，避免卧室阳角，提高视觉感和居住品质且能节约造价。

江苏省建筑工程集团有限公司建筑设计研究院摘要：目前对于多层别墅建筑，采用带有少量短肢剪力墙的异形柱框架结构，既可以保证结构的刚度、位移，又可以使室内空间方正合理，避免卧室阳角，提高视觉感和居住品质且能节约造价。

本文作者仅根据自身设计的一个别墅小区的实际经历，浅谈下PKPM在这种结构中的应用及注意事项。

关键词：房屋结构设计；建筑结构设计；PKPM应用1、引言目前，随着人民生活越来越富足，对居住也提出更高要求，别墅产品也随之应运而生。

一般别墅产品为多层住宅，采用砌体结构，由于开动率等原因造型受限；采用框架结构，卧室有柱角；采用剪力墙结构，造价大幅增加；异形框架柱结构能满足建筑功能品质，但计算指标难通过。

唯有采用短肢剪力墙和异形柱结合，既能满足建筑功能品质，又能节省造价。

短肢剪力墙的受力、变形特征，类似于框剪结构，它比框架结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别也比框剪结构小，传给基础的荷载更均匀、合理。

它的结构布置方式灵活，墙肢可长可短，一般均采用空间有限元分析软件SATWE计算。

本文根据《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010（2016 年版）（以下简称《抗规》）和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称《高规》）中的相关规定，对在PKPM中如何实现短肢剪力墙的输入及其计算结果进行分析。

2、短肢剪力墙的布置根据《高规》7.1.1条要求短肢剪力墙布置应遵循以下原则：（1）将一般剪力墙布置在建筑四角处，短肢剪力墙应双向均匀对称布置，尽量避免单向有墙的布置形式。

异形柱结构学习随着人们对住宅，特别是别墅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构有露梁露柱的缺点、砖混结构抗震性能比较差。

于是近年来异形柱结构发展迅速。

以下内容为异形柱结构型式的受力特点、计算分析及构造要求及与矩形柱结构比较等。

一、异形柱结构的特点：1、异形柱柱肢平面内外两个方向刚度对比相差较大，导致各向刚度不一致，其各向承载能力也有较大差异；2、对于长柱（H/h>4）可以不考虑剪切变形的影响，控制轴压比较小时，受力明确，变形能力较好。

而对短柱（H/h<4），剪切变形占有相当比例，构件变形能力下降。

异形柱通常在短柱范围，且属薄壁构件，弯曲变形性能有限，延性较差；3、异形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范围之外，受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力，这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力，而该剪应力的存在，使柱肢易先出现裂缝，也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态，它使得异形柱较普通截面柱变形能力低，脆性破坏明显；4、异形柱不同于矩形柱，它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况，其延性更差。

由于其受力性能的复杂，设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。

二、异形柱与矩形柱定义及布置：1、异形柱定义：截面几何形状为L型、T型、十字形，且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。

（1）异形柱截面的肢厚不应小于200，肢高不应小于500。

（2）按照异形柱定义，对肢厚200的异形柱肢高不能超过800。

实际对住宅而言，因异形柱剪跨比限制，不管肢厚多少肢高都不能超过800，一般不等肢异形柱肢高比一般不超过1.6。

（3）对Z型的异形柱，可输入两个L型异形柱，PKPM建模时两个异形柱用刚性梁连接处理。

（4）对一字形异形柱，设计时尽量改为300宽的矩形柱，当建筑要求不能改动时，可布短肢墙，当墙厚为200时，可布200x1050的短肢墙。

注意异形柱框架结构不能出现较多的短肢墙，计算按照异形柱框架结构计算，短肢墙编号按照DZQ等墙体编号，不能编号为KZ;当短肢墙较多时应按照异形柱框剪结构计算，应布置适当的长肢墙。

异形柱结构设计要点3.1.2 异形柱结构适用的房屋最大高度应符合表 3.1.2的要求。

表3.1.2 异形柱结构适用的房屋最大高度（m）结构体系非抗震设计抗震设计6度7度8度0.05g 0.10g 0.15g 0.20g框架结构24 24 21 18 12框架－剪力墙结构45 45 40 35 28注：1 房屋高度指室外地面至主要屋面板的高度（不包括局部突出屋顶部分）；2 框架－剪力墙结构在基本振型地震作用下，当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，其适应的房屋最大高度可比框架结构适当增加；3 平面和竖向均不规则的异形柱结构或Ⅳ类场地上的异形柱结构，适应的房屋最大高度应适当降低；4 底部抽柱带转换层的异形柱结构，适应的房屋最大高度应符合本规程附录A的规定；5 房屋高度超过表内规定的数值时，结构设计应有可靠依据，并采取有效的加强措施。

3.1.4 异形柱结构体系应通过技术、经济和使用条件的综合分析比较确定，除应符合国家现行标准对一般钢筋混凝土结构的有关要求外，还应符合下列规定：1 异形柱结构中不应采用部分由砌体墙承重的混合结构形式；2 抗震设计时，异形柱结构不应采用多塔、连体和错层等复杂结构形式，也不应采用单跨框架结构；3 异形柱结构的楼梯间、电梯井应根据建筑布置及结构抗侧向作用的需要，合理地布置剪力墙或一般框架柱；4 异形柱结构的柱、梁、剪力墙均应采用现浇结构。

3.1.5 异形柱结构的填充墙与隔墙应符合下列要求：1 填充墙与隔墙应优先采用轻质墙体材料，根据不同条件选用非承重砌体或墙板；2 墙体厚度应与异形柱柱肢厚度协调一致，墙身应满足保温、隔热、节能、隔声、防水和防火等要求；3 填充墙和隔墙的布置、材料强度和连接构造应符合国家现行标准的有关规定。

3.2.1 异形柱结构宜采用规则的结构设计方案。

抗震设计的异形柱结构应符合抗震概念设计的要求，不应采用特别不规则的结构设计方案。

3.2.3 异形柱结构的平面布置应符合下列要求：1 异形柱结构的一个独立单元内，结构的平面形状宜简单、规则、对称，减少偏心，刚度和承载力分布宜均匀；2 异形柱结构的框架纵、横柱网轴线宜分别对齐拉通；异形柱截面肢厚中心线宜与框架梁及剪力墙中心线对齐；3.2.4 异形柱结构的竖向布置应符合下列要求：1 建筑的立面和竖向剖面宜规则、均匀，避免过大的外挑和内收；2 结构的侧向刚度沿竖向宜均匀变化，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力沿竖向的突变，竖向结构构件的截面尺寸和材料强度不宜在同一楼层变化；3 异形柱框架-剪力墙结构体系的剪力墙应上下对齐连续贯通房屋全高。