① 怎樣用pkpm計算一榀框架
一榀平面框架內力計算首先要:設好框架的尺寸、層數、各層高及計算簡圖;估計好梁、柱截面尺寸,並計算各構件的線剛度、桿件數、節點編號;計算作用在其上的永久荷載、各種可變荷載並按承載能力、正常使用分別進行荷載的組合。按規范需作抗震驗算的房屋還要地震組合。
手算:各種近似方法中,建議用迭代法(卡尼法),按各種最不利布置荷載,相應計算各構件的某截面的最大彎矩、最大剪力、最大軸力。這一步是最麻煩的工作。正常使用狀態的計算還要設定材料強度。
電算:就用pk軟體或用satw.軟體。輸入需要的各種數據,得出的結果還可能需要調整再輸入。
pkpm介紹:
1. PK模塊具有二維結構計算和鋼筋混凝土樑柱施工圖繪制兩大功能:
模塊本身提供一個平面桿系的結構計算軟體,適用於工業與民用建築中各種規則和復雜類型的框架結構、框排架結構、排架結構,剪力牆簡化成的壁式框架結構及連續梁,拱形結構,桁架等。 規模在30層,20跨以內。
在整個PKPM系統中,PK承擔了鋼筋混凝土梁、柱施工圖輔助設計的工作。除接力PK二維計算結果,可完成鋼筋混凝土框架、排架、連續梁的施工圖輔助設計外,還可接力多高層三維分析軟體TAT、SATWE、PMSAP計算結果及磚混底框、框支梁計算結果。
可為用戶提供四種方式繪制梁、柱施工圖,包括樑柱整體畫、樑柱分開畫、樑柱鋼筋平面圖表示法和廣東地區梁表柱表施工圖,繪制100層以下高層建築的樑柱施工圖。
2.PK軟體可處理樑柱正交或斜交、梁錯層,抽梁抽柱,底層柱不等高,鉸接屋面梁等各種情況,可在任意位置設置挑梁、牛腿和次梁,可繪制十幾種截面形式的梁,可繪制折梁、加腋梁、變截面梁,矩型、工字梁、園型柱或排架柱,柱箍筋形式多樣。
3. 按新規范要求作強柱弱梁、強剪弱彎、節點核心、柱軸壓比,柱體積配箍率的計算與驗算,還進行罕遇地震下薄弱層的彈塑性位移計算、豎向地震力計算、框架梁裂縫寬度計算、梁撓度計算。
4. 按新規范和構造手冊自動完成構造鋼筋的配置。
5. 具有很強的自動選筋、層跨剖面歸並、自動布圖等功能,同時又給設計人員提供多種方式干預選鋼筋、布圖、構造筋等施工圖繪制結果。
6. 在中文菜單提示下,提供豐富的計算模型簡圖及結果圖形,提供模板圖及鋼筋材料表。
7. 可與「PMCAD」軟體聯接,自動導荷並生成結構計算所需的平面桿系數據文件。
8. 程序最終可生成樑柱實配鋼筋資料庫,為後續的時程分析、概預算軟體等提供數據。
結構平面計算機輔助設計軟體 ( PMCAD ):
PMCAD是整個結構CAD的核心,它建立的全樓結構模型是PKPM各二維、三維結構計算軟體的前處理部分,也是梁、柱、剪力牆、樓板等施工圖設計軟體和基礎CAD的必備介面軟體。
PMCAD也是建築CAD與結構的必要介面。
用簡便易學的人機交互方式輸入各層平面布置及各層樓面的次梁、預制板、洞口、錯層、挑檐等信息和外加荷載信息,在人機交互過程中提供隨時中斷、修改、拷貝復制、查詢、繼續操作等功能。
自動進行從樓板到次梁、次梁到承重梁的荷載傳導並自動計算結構自重,自動計算人機交互方式輸入的荷載,形成整棟建築的荷載資料庫,可由用戶隨時查詢修改任何一部位數據。由此數據可自動給PKPM系列各結構計算軟體提供數據文件,也可為連續次梁和樓板計算提供數據。
繪制各種類型結構的結構平面圖和樓板配筋圖。包括柱、梁、牆、洞口的平面布置、尺寸、偏軸、畫出軸線及總尺寸線,畫出預制板、次梁及樓板開洞布置,計算現澆樓板內力與配筋並畫出板配筋圖。畫磚混結構圈樑構造柱節點大樣圖。
② 桁架pkpm風荷載 豎向荷載作用下轉換桁架的受力和變形分析
摘 要:轉換層結構在工程中的應用越來越廣泛,轉換結構的形式也越來越多樣化。相對於應用較廣泛的梁式轉換,桁架轉換結構並不多見,對其進行的研究也不夠深入。文章主要運用MIDAS/Gen,對應的上部結構為框架結構這種情況,分析轉換桁架在豎向荷載作用下各桿件內力和桁架的豎向變形,為實際工程設計提供參考。
關鍵詞:豎向荷載;桁架轉換;受力特徵;變行
中圖分類號:TU323.4 文獻標識碼:A 文章編號:1000-8136(2012)03-0080-02
1 前言
隨著建築功能的多樣化,建築的結構形式需要在某一層發生變化,從而引起了豎向傳力途徑的變化,所以需要在結構發生變化的部位設置轉換結構。梁式轉換結構是工程中普遍採用的轉換形式,但是當跨度較大,轉換結構上不集中荷載較大時,轉換梁的截面高度就會非常大,造成較大的剛度突變,轉換梁的剛度遠大於支撐柱的剛度,達不到強柱弱梁的設計要求,對結構的抗震性能不利。桁架式轉換結構不僅有傳力明確、傳力途徑清楚,而且轉換桁架時開洞和設置管道方便,且它們的位置與大小具有很大的靈活性,使充分利用轉換層的建築空間成為可能。桁架式轉換結構自重和抗側力剛度比轉換梁小,使帶桁架轉換層高層建築的質量和剛度突變相對緩和,而因地震反應比帶轉換梁的高層建築要小的多。本文也將著重分析桁架式轉換層的受力特點。從經濟指標來看,採用桁架轉換層比採用梁式轉換層和厚板轉換層要經濟。[1]目前國內實際工程中應用的空腹桁架轉換結構型式主要有:空腹桁架、混合空腹桁架、斜腹桿桁架等。[2~4]
2 模型簡介
本文旨在研究探討桁架轉換層在豎向荷載作用下的靜力分析,為了排除干擾因素便於分析,建立的模型為含有桁架轉換層的局部結構,根據不同的桁架轉換形式,建立3個模型,分別為:空腹桁架支撐框架柱;斜腹桿桁架支撐框架柱;混合桁架支撐框架柱。
算例模型見圖1。桁架高為3 m,跨度18 m,豎向腹桿間距為3 m,上部框架柱間距6 m。框支柱截面1 200 mm×1 200 mm,桁架上部框架柱截面400 mm×600 mm,上弦桿截面400 mm×600 mm,下弦桿截面400 mm×600 mm,斜腹桿截面400 mm×400 mm,豎向腹桿截面400 mm×400 mm。各模型均採用C30混凝土,桁架各桿件採用一般梁單元。上部框架柱頂作用集中荷載500 kN,上部框架梁和桁架上弦桿上作用均布線荷載20 kN/m。
a. 空腹桁架支撐框架柱 b. 斜腹桁架支撐框架柱
c. 混合桁架支撐框架柱
圖1 模型簡圖
3 分析結果
3.1 空腹轉換桁架分析
空腹桁架MIDAS分析模型和分析結果,見圖2~圖5。
從圖2中可看出,空腹桁架下弦桿主要受拉,拉應力中間最大,向兩邊遞減,在端部會出現壓應力(見圖5);上弦桿中間受壓,向兩端遞減,兩端出現拉應力;豎向腹桿所受軸力從中間向兩邊遞增,靠近端部豎向腹桿所受壓力最大。從圖3中可看出,桁架所受剪力是從中間向兩端遞增。從圖4中可看出桁架所受彎矩與轉換梁相似中間小兩邊大,端部有負彎矩。從圖5中可看出,空腹桁架在豎向荷載作用下跨中撓度較大。
圖2 空腹桁軸力圖 圖3 空腹桁架剪力圖
圖4 空腹桁彎矩圖 圖5 空腹桁架應力變形圖
3.2 斜腹桿轉換桁架分析
斜腹桿桁架MIDAS分析模型和分析結果如下:
圖6 斜腹桿桁軸力圖 圖7 斜腹桿桁架剪力圖
圖8 斜腹桿桁彎矩圖 圖9 斜腹桿桁架應力變形圖
從圖6中可看出,斜腹桿桁架下弦桿如空腹桁架,主要受拉,拉應力中間最大,向兩邊遞減,在端部會出現壓應力;上弦桿中間受壓,向兩端遞減;斜腹桿所受軸力拉壓相間,絕對值從中間向兩邊遞增。從圖7中可看出,桁架所受剪力是從中間向兩端遞增,但是所受剪力值明顯低於空腹桁架剪力值。從圖8中可看出,斜腹桿桁架所受彎矩很小,受力特徵如空腹桁架。從圖9中可看出,斜腹桿桁架在豎向荷載作用下跨中撓度比空腹桁架小的多。
3.3 混合桁架分析
混合桁架MIDAS分析模型和分析結果如下:
圖10 混合桁軸力圖 圖11 混合桁架剪力圖
圖12 混合桁彎矩圖 圖13 混合桿桁架應力變形圖
從圖10~圖13可看出,混合桁架的受力特徵與斜腹桿桁架的受力特徵相似,混合桁架受力變形與斜腹桿桁架受力變形相差不大,桁架跨中豎向位移兩者接近。
4 結束語
通過對3種桁架轉換形式在豎向荷載作用下的受力及變形分析,得出以下結論,為實際工程設計提供參考:
(1)不論哪種桁架轉換形式,在豎向荷載作用下,桁架的下弦桿主要處於受拉狀態。尤其是下弦桿中間部位會處於非常大的拉應力狀態下,拉力值從中間向兩端遞減。上弦桿與下弦桿的受力特徵相反,中間受壓,壓力值向兩端遞減,端部可能會出現拉應力。
(2)有斜腹桿的轉換桁架在豎向荷載作用下所受剪力明顯小於空腹轉換桁架,桁架中的斜腹桿有承擔桁架剪力的作用。斜腹桿能有效的提高桁架的受剪承載力。
(3)帶斜腹桿的轉換桁架在豎向荷載作用下的跨中撓度相對於空腹桁架非常小,桁架斜腹桿可以將上部框架柱底部的集中荷載有效的傳遞給與桁架下部支撐柱,具有卸荷的作用。
參考文獻:
[1]曾科.梁式轉換層和桁架轉換層在豎向荷載作用下的內力分析[D].長沙理工大學,2008.
[2]傅傳國,蔣永生等.大跨度疊層空腹桁架整體轉換結構的設計[J].特種結構,2003(02).
[3]Bakke H P, Kloiber L A, Nuhn A C. Staggered truss building systems[J].Civil Engineering, ASCE, 1969(11).
[4]Finite M. Staggered transverse wall-beams for multistory concrete buildings[J].J of the American Concrete Institute. Proceedings, 1968.
(編輯:王平)
The Force and Deformation Analysis of Conversion Truss under the Vertical Load
Qin Qifeng, Wang Lihua
Abstract: The conversion layer structure is more and more widely applied in the project, and the form of conversion structure diverse is various. Relative to the broader beam conversion, transfer trusses and rare, their study was not thorough enough. The article, mainly using MIDAS/Gen, the upper structure of the corresponding structure is framework, analyzes the rod internal forces and truss of conversion truss』 vertical deformation under vertical loads, to provide a reference for practical engineering design.
Key words: vertical load; truss conversion; force characteristics; deformation
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③ pkpm三角桁架建模步驟
PKPM三角桁架建模的步驟如下:
1. 確定模型的整體結構和尺寸:根據實際需要,確定桁架的總體結構、跨度、高度和支座情況等參數。
2. 繪制草圖:根據確定的尺寸和結構要求,使用CAD軟體或手繪的方式繪制整個桁架的草圖。草圖應包括主要構件、連接方式、支座等。
3. 創建材料和荷載:根據實際情況,確定桁架的材料屬性和載入情況。在PKPM軟體中,可以創建適當的材料和荷載數據。
4. 創建節點:使用PKPM軟體,根據草圖上的節點位置,逐個創建節點。每個節點應包括其坐標和約束信息(例如,支座類型)。
5. 創建桁架構件:根據草圖上的構件形狀和尺寸,使用PKPM軟體中的工具創建桁架的構件。構件的屬性可以包括截面形狀、材料屬性等。
6. 連接構件:在PKPM軟體中,使用適當的工具將節點和構件進行連接。確保連接方式符合實際情況,如焊接、螺栓連接等。
7. 應用荷載:用PKPM軟體中的載荷工具,根據實際情況應用荷載,如重力荷載、風荷載等。根據需求,可以設定荷載的類型、大小和方向。
8. 設置邊界條件:根據實際情況,在PKPM軟體中設置邊界條件。這包括支座類型、約束條件等。確保邊界條件與實際情況一致。
9. 進行分析:使用PKPM軟體進行桁架的靜力分析。軟體會根據輸入的材料、幾何和載荷等信息,計算桁架的受力情況,並生成應力和位移等結果。
10. 結果評估:分析完成後,根據PKPM軟體生成的結果,評估桁架結構的合理性。確保關鍵位置的應力和位移等參數滿足設計要求。
11. 優化設計:根據分析結果,對桁架進行優化設計。可以通過調整截面尺寸、改變連接方式等方式,提高桁架的性能。
12. 輸出結果:最後,使用PKPM軟體生成桁架的分析報告和繪圖,包括受力圖、應力圖、位移圖等。這些結果可以作為桁架設計和施工的依據。
需要注意的是,PKPM軟體的具體操作細節可能會因版本而有所差異。因此,在進行實際建模之前,最好參考軟體的使用手冊或相關培訓材料。