① 怎样用pkpm计算一榀框架
一榀平面框架内力计算首先要:设好框架的尺寸、层数、各层高及计算简图;估计好梁、柱截面尺寸,并计算各构件的线刚度、杆件数、节点编号;计算作用在其上的永久荷载、各种可变荷载并按承载能力、正常使用分别进行荷载的组合。按规范需作抗震验算的房屋还要地震组合。
手算:各种近似方法中,建议用迭代法(卡尼法),按各种最不利布置荷载,相应计算各构件的某截面的最大弯矩、最大剪力、最大轴力。这一步是最麻烦的工作。正常使用状态的计算还要设定材料强度。
电算:就用pk软件或用satw.软件。输入需要的各种数据,得出的结果还可能需要调整再输入。
pkpm介绍:
1. PK模块具有二维结构计算和钢筋混凝土梁柱施工图绘制两大功能:
模块本身提供一个平面杆系的结构计算软件,适用于工业与民用建筑中各种规则和复杂类型的框架结构、框排架结构、排架结构,剪力墙简化成的壁式框架结构及连续梁,拱形结构,桁架等。 规模在30层,20跨以内。
在整个PKPM系统中,PK承担了钢筋混凝土梁、柱施工图辅助设计的工作。除接力PK二维计算结果,可完成钢筋混凝土框架、排架、连续梁的施工图辅助设计外,还可接力多高层三维分析软件TAT、SATWE、PMSAP计算结果及砖混底框、框支梁计算结果。
可为用户提供四种方式绘制梁、柱施工图,包括梁柱整体画、梁柱分开画、梁柱钢筋平面图表示法和广东地区梁表柱表施工图,绘制100层以下高层建筑的梁柱施工图。
2.PK软件可处理梁柱正交或斜交、梁错层,抽梁抽柱,底层柱不等高,铰接屋面梁等各种情况,可在任意位置设置挑梁、牛腿和次梁,可绘制十几种截面形式的梁,可绘制折梁、加腋梁、变截面梁,矩型、工字梁、园型柱或排架柱,柱箍筋形式多样。
3. 按新规范要求作强柱弱梁、强剪弱弯、节点核心、柱轴压比,柱体积配箍率的计算与验算,还进行罕遇地震下薄弱层的弹塑性位移计算、竖向地震力计算、框架梁裂缝宽度计算、梁挠度计算。
4. 按新规范和构造手册自动完成构造钢筋的配置。
5. 具有很强的自动选筋、层跨剖面归并、自动布图等功能,同时又给设计人员提供多种方式干预选钢筋、布图、构造筋等施工图绘制结果。
6. 在中文菜单提示下,提供丰富的计算模型简图及结果图形,提供模板图及钢筋材料表。
7. 可与“PMCAD”软件联接,自动导荷并生成结构计算所需的平面杆系数据文件。
8. 程序最终可生成梁柱实配钢筋数据库,为后续的时程分析、概预算软件等提供数据。
结构平面计算机辅助设计软件 ( PMCAD ):
PMCAD是整个结构CAD的核心,它建立的全楼结构模型是PKPM各二维、三维结构计算软件的前处理部分,也是梁、柱、剪力墙、楼板等施工图设计软件和基础CAD的必备接口软件。
PMCAD也是建筑CAD与结构的必要接口。
用简便易学的人机交互方式输入各层平面布置及各层楼面的次梁、预制板、洞口、错层、挑檐等信息和外加荷载信息,在人机交互过程中提供随时中断、修改、拷贝复制、查询、继续操作等功能。
自动进行从楼板到次梁、次梁到承重梁的荷载传导并自动计算结构自重,自动计算人机交互方式输入的荷载,形成整栋建筑的荷载数据库,可由用户随时查询修改任何一部位数据。由此数据可自动给PKPM系列各结构计算软件提供数据文件,也可为连续次梁和楼板计算提供数据。
绘制各种类型结构的结构平面图和楼板配筋图。包括柱、梁、墙、洞口的平面布置、尺寸、偏轴、画出轴线及总尺寸线,画出预制板、次梁及楼板开洞布置,计算现浇楼板内力与配筋并画出板配筋图。画砖混结构圈梁构造柱节点大样图。
② 桁架pkpm风荷载 竖向荷载作用下转换桁架的受力和变形分析
摘 要:转换层结构在工程中的应用越来越广泛,转换结构的形式也越来越多样化。相对于应用较广泛的梁式转换,桁架转换结构并不多见,对其进行的研究也不够深入。文章主要运用MIDAS/Gen,对应的上部结构为框架结构这种情况,分析转换桁架在竖向荷载作用下各杆件内力和桁架的竖向变形,为实际工程设计提供参考。
关键词:竖向荷载;桁架转换;受力特征;变行
中图分类号:TU323.4 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2012)03-0080-02
1 前言
随着建筑功能的多样化,建筑的结构形式需要在某一层发生变化,从而引起了竖向传力途径的变化,所以需要在结构发生变化的部位设置转换结构。梁式转换结构是工程中普遍采用的转换形式,但是当跨度较大,转换结构上不集中荷载较大时,转换梁的截面高度就会非常大,造成较大的刚度突变,转换梁的刚度远大于支撑柱的刚度,达不到强柱弱梁的设计要求,对结构的抗震性能不利。桁架式转换结构不仅有传力明确、传力途径清楚,而且转换桁架时开洞和设置管道方便,且它们的位置与大小具有很大的灵活性,使充分利用转换层的建筑空间成为可能。桁架式转换结构自重和抗侧力刚度比转换梁小,使带桁架转换层高层建筑的质量和刚度突变相对缓和,而因地震反应比带转换梁的高层建筑要小的多。本文也将着重分析桁架式转换层的受力特点。从经济指标来看,采用桁架转换层比采用梁式转换层和厚板转换层要经济。[1]目前国内实际工程中应用的空腹桁架转换结构型式主要有:空腹桁架、混合空腹桁架、斜腹杆桁架等。[2~4]
2 模型简介
本文旨在研究探讨桁架转换层在竖向荷载作用下的静力分析,为了排除干扰因素便于分析,建立的模型为含有桁架转换层的局部结构,根据不同的桁架转换形式,建立3个模型,分别为:空腹桁架支撑框架柱;斜腹杆桁架支撑框架柱;混合桁架支撑框架柱。
算例模型见图1。桁架高为3 m,跨度18 m,竖向腹杆间距为3 m,上部框架柱间距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,上弦杆截面400 mm×600 mm,下弦杆截面400 mm×600 mm,斜腹杆截面400 mm×400 mm,竖向腹杆截面400 mm×400 mm。各模型均采用C30混凝土,桁架各杆件采用一般梁单元。上部框架柱顶作用集中荷载500 kN,上部框架梁和桁架上弦杆上作用均布线荷载20 kN/m。
a. 空腹桁架支撑框架柱 b. 斜腹桁架支撑框架柱
c. 混合桁架支撑框架柱
图1 模型简图
3 分析结果
3.1 空腹转换桁架分析
空腹桁架MIDAS分析模型和分析结果,见图2~图5。
从图2中可看出,空腹桁架下弦杆主要受拉,拉应力中间最大,向两边递减,在端部会出现压应力(见图5);上弦杆中间受压,向两端递减,两端出现拉应力;竖向腹杆所受轴力从中间向两边递增,靠近端部竖向腹杆所受压力最大。从图3中可看出,桁架所受剪力是从中间向两端递增。从图4中可看出桁架所受弯矩与转换梁相似中间小两边大,端部有负弯矩。从图5中可看出,空腹桁架在竖向荷载作用下跨中挠度较大。
图2 空腹桁轴力图 图3 空腹桁架剪力图
图4 空腹桁弯矩图 图5 空腹桁架应力变形图
3.2 斜腹杆转换桁架分析
斜腹杆桁架MIDAS分析模型和分析结果如下:
图6 斜腹杆桁轴力图 图7 斜腹杆桁架剪力图
图8 斜腹杆桁弯矩图 图9 斜腹杆桁架应力变形图
从图6中可看出,斜腹杆桁架下弦杆如空腹桁架,主要受拉,拉应力中间最大,向两边递减,在端部会出现压应力;上弦杆中间受压,向两端递减;斜腹杆所受轴力拉压相间,绝对值从中间向两边递增。从图7中可看出,桁架所受剪力是从中间向两端递增,但是所受剪力值明显低于空腹桁架剪力值。从图8中可看出,斜腹杆桁架所受弯矩很小,受力特征如空腹桁架。从图9中可看出,斜腹杆桁架在竖向荷载作用下跨中挠度比空腹桁架小的多。
3.3 混合桁架分析
混合桁架MIDAS分析模型和分析结果如下:
图10 混合桁轴力图 图11 混合桁架剪力图
图12 混合桁弯矩图 图13 混合杆桁架应力变形图
从图10~图13可看出,混合桁架的受力特征与斜腹杆桁架的受力特征相似,混合桁架受力变形与斜腹杆桁架受力变形相差不大,桁架跨中竖向位移两者接近。
4 结束语
通过对3种桁架转换形式在竖向荷载作用下的受力及变形分析,得出以下结论,为实际工程设计提供参考:
(1)不论哪种桁架转换形式,在竖向荷载作用下,桁架的下弦杆主要处于受拉状态。尤其是下弦杆中间部位会处于非常大的拉应力状态下,拉力值从中间向两端递减。上弦杆与下弦杆的受力特征相反,中间受压,压力值向两端递减,端部可能会出现拉应力。
(2)有斜腹杆的转换桁架在竖向荷载作用下所受剪力明显小于空腹转换桁架,桁架中的斜腹杆有承担桁架剪力的作用。斜腹杆能有效的提高桁架的受剪承载力。
(3)带斜腹杆的转换桁架在竖向荷载作用下的跨中挠度相对于空腹桁架非常小,桁架斜腹杆可以将上部框架柱底部的集中荷载有效的传递给与桁架下部支撑柱,具有卸荷的作用。
参考文献:
[1]曾科.梁式转换层和桁架转换层在竖向荷载作用下的内力分析[D].长沙理工大学,2008.
[2]傅传国,蒋永生等.大跨度叠层空腹桁架整体转换结构的设计[J].特种结构,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.
(编辑: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三角桁架建模步骤
PKPM三角桁架建模的步骤如下:
1. 确定模型的整体结构和尺寸:根据实际需要,确定桁架的总体结构、跨度、高度和支座情况等参数。
2. 绘制草图:根据确定的尺寸和结构要求,使用CAD软件或手绘的方式绘制整个桁架的草图。草图应包括主要构件、连接方式、支座等。
3. 创建材料和荷载:根据实际情况,确定桁架的材料属性和加载情况。在PKPM软件中,可以创建适当的材料和荷载数据。
4. 创建节点:使用PKPM软件,根据草图上的节点位置,逐个创建节点。每个节点应包括其坐标和约束信息(例如,支座类型)。
5. 创建桁架构件:根据草图上的构件形状和尺寸,使用PKPM软件中的工具创建桁架的构件。构件的属性可以包括截面形状、材料属性等。
6. 连接构件:在PKPM软件中,使用适当的工具将节点和构件进行连接。确保连接方式符合实际情况,如焊接、螺栓连接等。
7. 应用荷载:用PKPM软件中的载荷工具,根据实际情况应用荷载,如重力荷载、风荷载等。根据需求,可以设定荷载的类型、大小和方向。
8. 设置边界条件:根据实际情况,在PKPM软件中设置边界条件。这包括支座类型、约束条件等。确保边界条件与实际情况一致。
9. 进行分析:使用PKPM软件进行桁架的静力分析。软件会根据输入的材料、几何和载荷等信息,计算桁架的受力情况,并生成应力和位移等结果。
10. 结果评估:分析完成后,根据PKPM软件生成的结果,评估桁架结构的合理性。确保关键位置的应力和位移等参数满足设计要求。
11. 优化设计:根据分析结果,对桁架进行优化设计。可以通过调整截面尺寸、改变连接方式等方式,提高桁架的性能。
12. 输出结果:最后,使用PKPM软件生成桁架的分析报告和绘图,包括受力图、应力图、位移图等。这些结果可以作为桁架设计和施工的依据。
需要注意的是,PKPM软件的具体操作细节可能会因版本而有所差异。因此,在进行实际建模之前,最好参考软件的使用手册或相关培训材料。