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次梁在PKPM中不同建模方式的对比分析
RSS 打印 复制链接 发布时间2019-03-22 11:59:44

摘要:详细分析了应用PKPM进行结构设计时次梁按主梁输和按次梁输两种建模方式的导荷方式结构计算模式的不同之处以及两种建模方式对结构周期构件内力配筋等所造成的不同影响分别按两种建模方式建立实例模型对比两种模型的各项结果验证所分析的正确性为结构设计人员应用PKPM时提供了一个正确的建模方式.

关键词:PKPM建模 次梁输入 主梁输入

0 引言

设计人员进行框架结构设计时一般使用PKPMCAD软件来进行结构计算.进行建模时次梁有两种建模方式输入也就是按主梁输入和按次梁输入.如果在PMCAD主菜单1中次梁和其它主梁一起建模时称为“按主梁输入次梁”如果在PMCAD主菜单1中按“次梁布置”建模时称为“按次梁输入次梁”.这两种不同的建模方式在程序处理上有很多不同比如导荷方式不同结构计算模型不同等等同时不同的建模方式会对结构周期构件内力计算构件配筋等都带来不同的影响.本文详细分析这两种不同方式进行次梁建模时所带来的不同.

1 两种方式的模型对比分析

1.1 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.
1.2 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?#30340;?#21147;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?#26377;?#24335;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.

2 两种方式的计算结果对比分析

2.1 结构周期比对比分析 根据w=√k/mT=2π/w可发现若结构的总体质量保持不变当结构的整体刚度增大就会导致结构的自振频?#35797;?#22823;从而导致结构的自振周期减小.而当次梁按主梁输入时由于次梁与主梁是刚性连接参与结构的整体计算对结构刚度有一定?#27605;ף?#24517;然会使得结构的自振周期减小同样次梁按次梁输入时次梁不参与结构整体计算次梁有单独的计算模块所以这时的结构自振周期比按主梁输入时的小一些.

2.2 结构构件内力对比分析 按主梁输入时次梁与主梁一起参加结构受力分析与计算次梁与主梁刚接导致次梁会传给主梁扭矩.这样由于支座主梁的位移与转角次梁内力相对均匀一些.而按次梁输入时按二维连续模型计算支座主梁无竖向位移次梁铰接与支座主梁端跨次梁?#21644;?#30697;一定为0.0次梁与主梁无扭矩传递跨中支座两边次梁?#21644;?#30697;相等将会导致端跨与中跨内力相差较大.
至于对主梁的内力影响按次梁输时次梁导荷传给两边主梁的荷载值相等而按主梁输时由于次梁参与结构整体计算中间支座主梁较端主梁将承担更多的内力.但由于主梁是关键的受力构件总的来?#25285;?#20004;种输入方式的支座主梁内力相差不会太大两种建模方式关键的差别只是在局部内力分布上但这差别也不是很大总荷载值相等.

2.3 配筋对比分析 由于两种输入方式无论在内力标准值上还是在内力组合上都有差别因此在计算结构配筋上必然会有差别.在施工图设计时对于按主梁输的次梁程序会根据支座判断规则重新进行主次梁判断所以当程序出错时我们可以对主次梁的支座连接方式进行人工干预把刚性连接指定为铰接连接让程序判断其为次梁.按次梁输时如果不进行人工干预则程序会按次梁处理.无论是按次梁输入还是按主梁输入两种建模方式的施工图虽然在结构受力配筋上会有差别但由于两种模式的设计原则及配筋参数是相同?#27169;?#22240;此当构造配筋起控制作用时两种输入方式的配筋数量还是相同的.

3 实例模型

以三层框架结构的计算模型为例该模型层高3.3m.梁长跨7.5m短跨6m主梁300mm×650mm次梁250mm×500mm.楼板厚100mm楼面恒载5.0kN/m2.关于梁的几个参数均设为1.0其他设计参数均取程序默?#29616;?
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.分别对不同建模方式的结果进行对比.结果对比发现有以下这些规律:

3.1 周期对比 对两种不同建模方式的结构自振周期进行对比发现按主梁输入时的自振周期较按次梁输入时的高如表1所示.这验证了之前说分析的正确性正是由于次梁按主梁输入时次梁参与整体计算这个原因导致了其自振周期比按次梁输入时大.

3.2 主次梁内力对比 对模型中的一根次梁在恒载作用下的弯矩情况进行分析对比发现如图2所示按主梁输时对于本例多跨次梁的同?#29615;考?#20869;的次梁内力中部次梁支座?#21644;?#30697;和跨中弯矩均较端部次梁较大但跨中弯矩总体上是比较均匀不会相差太大.按次梁输入时内力分布与按主梁输时趋势基本相同只是按次梁输入时较按主梁输入时变得不均匀中部次梁内力较端部次梁大而且在次梁端部?#21644;?#30697;必为零.按次梁输入更突出短跨次梁的作用短跨次梁将承担更大的内力.这验证了之前所分析的正确性.
对不同建模方式的主梁查看其弯矩图如图3所示发现对于端支座主梁按次梁输的计算结果稍大于按主梁输对于中间支座主梁按次梁输的计算结果小于按主梁输.主要原因正是因为按次梁输时次梁导荷传给两边主梁的荷载值相等而按主梁输时由于次梁参与结构整体计算中间支座主梁较端主梁将承担更多的内力中间支座主梁弯矩大.总的来?#25285;?#19981;同建模方式只是在局?#21487;?#26377;不同但总体上相差不大.

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?#23548;?#21463;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:
李磊.PKPM中次梁不同建模方式的对比[J].山西建筑.2009.35(18).73~74.
高宗娟.关于次梁在PKPM中两种不同定义方法的比较分析[J].硫磷设计与粉体工程.2006.(5).48~49.
周丽玲.PKPM系列软件及其在结构设计中几个问题的研究[D].?#26412;??#26412;?#31185;技大学硕士学位论文.2004.
中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部.PKPM系列结构设计软件2005版本改进说明[M].2005

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