PKPM 和探索者關于樓梯設計的比較

張兆鳳

(煤炭工業太原設計研究院，山西太原 030001)

1 概述

過去，結構設計人員常用的鋼筋混凝土板式樓梯設計(以下簡稱為“樓梯設計”)軟件為PKPM中的LTCAD;最近幾年，隨著結構設計軟件的多元化，許多小程序逐漸被設計人員了解并運用到樓梯設計工作中，比如TSSD(探索者)、世紀旗云、MorGain(摩根)和理正。尤其是TSSD(探索者)，由于它是內嵌于CAD的設計軟件，不僅高效實用，而且充分考慮到結構設計人員的繪圖習慣，所以使用起來非常方便快捷，深受設計人員的青睞。下面就通過一個樓梯設計實例，將PKPM和探索者這兩種設計軟件進行一次詳細的比較。

2 對比分析

2.1 樓梯設計實例簡介

山西某煤集團某煤業有限公司調度綜合樓，結構形式為多層框架結構。該地區抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g。本工程樓梯混凝土標號為C30，受力鋼筋采用三級鋼。樓梯斜板厚度暫定為t1=100 mm，樓梯平臺板厚度為t2=100 mm，樓梯梁截面尺寸250×400，樓梯裝修荷載為2.0 kN/m2，活荷載為3.5 kN/m2。樓梯結構簡圖如圖1所示。

2.2 程序操作對比

圖1 樓梯結構簡圖

就程序操作而言，PKPM相對繁瑣，具體操作大概分為以下幾步:1)進入LTCAD中的普通樓梯設計界面，從主菜單中選擇主信息命令，輸入繪圖參數、荷載、混凝土強度等級、受力主筋級別、樓梯尺寸和保護層厚度等基本參數;2)選擇新建樓梯工程命令，輸入樓梯文件名;3)選擇樓梯間命令，確定樓梯開間、凈深及層高，還可以畫軸線、墻線及梁線等;4)選擇樓梯布置命令，再進一步選擇樓梯布置中的對話輸入，這一步是所有步驟中最重要的一步，在這一步中，首先選擇樓梯類型，然后詳細輸入計算樓梯所需參數，并布置各個構件;5)選擇豎向布置命令，可進行樓梯標準層的刪除、插入、替換等命令，并進行全樓組裝;6)進行數據檢查;7)選擇鋼筋校核命令，可以通過對話框進行鋼筋修改，還可以生成計算書、施工圖、鋼筋表等;8)選擇施工圖命令，將生成的各個施工圖進行合并，還可以選擇樓梯平法繪圖;9)進入LTCAD中的圖形編輯、打印及轉換界面，將后綴為t的施工圖文件轉換為dwg文件。

而對于探索者來說，操作步驟要簡單得多，只需一步就可搞定。具體操作如下:在CAD界面下，打開下拉菜單中的板式樓梯計算對話框，在此對話框中，即可輸入計算樓梯所需的所有參數，并能同時生成詳細的WORD計算書，最為方便的是，還可直接生成樓梯配筋詳圖。

通過以上對兩種程序操作的簡單介紹以及對程序的實際操作，可以發現兩者主要有以下幾點不同之處:

1)不難看出，最大的不同就是PKPM的操作步驟繁多，若要選擇另外一個命令，必須先從當前命令返回才能繼續選擇新的命令，來回切換得非常麻煩;如果修改了某個參數，必須重新進行數據檢查、鋼筋校核、施工圖生成合并、圖形轉換等命令。而探索者簡潔明了，操作起來很方便，只需在一個對話框中就可以完成所有命令;若是修改了其中的一個參數，計算書和施工圖都會相應自動變化。2)在輸入樓梯裝修荷載時，PKPM是把所有裝修荷載折算成均布荷載輸入，而且只需輸入一個數值，對于以上樓梯設計實例，即輸入2.0 kN/m2。而在探索者中，需要輸入兩個數值，一個是面層荷載1.0 kN/m2，另一個是欄桿線荷載1.0 kN/m，而抹灰荷載則由程序另行自動計算。3)PKPM可以進行全樓組裝，可以計算所有樓層的樓梯板、休息平臺板、樓梯梁，生成的圖形類型也比較豐富，包括各層樓梯平面圖、全樓的樓梯剖面圖、配筋詳圖、鋼筋表，另外還可以根據設計者的需要選擇樓梯平法繪圖。而探索者計算比較單一，只能計算單跑樓梯板，生成的圖形也只有單跑樓梯板的配筋詳圖，也沒有平法繪圖這項功能。4)PKPM中并未計算樓梯板的撓度和裂縫，而探索者則對這兩項指標進行了詳細的計算。5)PKPM生成的樓梯計算書相對簡單，只簡單羅列出計算簡圖、荷載計算公式、荷載計算參數等，而且只給出了計算結果而沒有計算過程，另外生成的計算書需專門導出。而探索者生成的計算書則非常詳細，首先是完整的基本資料，包括示意圖、依據規范、幾何參數、荷載標準值、材料信息等;然后是計算過程，包括荷載、彎矩、配筋、撓度、裂縫等的計算，所有計算過程都給出了明確的公式并將數據代入;另外探索者在CAD界面下就可直接生成WORD計算書，無需另外導出。6)PKPM生成的施工圖文件是后綴為t的圖形文件，雖然也可以直接在PKPM界面下進行編輯打印，但許多結構設計人員都習慣于將圖形先轉換為dwg格式的文件，再進行后續操作。而探索者生成的樓梯配筋詳圖則已經是現成的dwg格式，非常人性化。

2.3 計算結果比較

2.3.1 彎矩和配筋

PKPM的計算結果為彎矩13.27 kN·m，配筋面積634 mm2，配筋結果為直徑10，間距120;探索者的計算結果為彎矩16.44 kN·m，配筋面積689 mm2，配筋結果為直徑10 mm，間距110 mm。經過比較可以看出，兩種軟件計算結果相差不明顯，探索者稍大些。通過查看計算書，又經過反算，不難發現PKPM中樓梯板的計算跨度L0取值為2.8 m，并未考慮支座寬度，顯然不合理;而探索者中計算跨度則考慮了支座寬度，并進行了明確的計算，計算結果為 L0=3.05 m。

2.3.2 撓度和裂縫

按照規范要求，混凝土構件應計算撓度和裂縫，但PKPM并未計算。根據我國幾十年的工程經驗總結:對于一般的樓梯，只要梯板厚度的取值滿足(1/25～1/30)L0，通?？刹豢紤]撓度和裂縫;但是對于跨度大于4 m的樓梯，則應進行撓度和裂縫的驗算。對于本文中的設計實例，樓梯板厚取值為100，即板跨的1/28，按照經驗設計，是滿足要求的。通過查看探索者生成的計算書，我們發現，計算最大裂縫寬度為0.15 mm，完全可以滿足規范要求;但對于撓度來說，限值為15.25 mm，計算結果為26.79 mm，顯然遠不能滿足要求，而且計算過程中已經考慮了三角踏步對梯板撓度的影響。

那么，對于一般樓梯，究竟是否應該考慮撓度和裂縫，眾所周知，樓梯間在地震發生時是唯一的逃生通道更是救援通道。新抗震規范中，無論是對磚混結構，還是對多層和高層混凝土結構的樓梯間，都提出了新的構造措施要求，可見樓梯的重要性。既然規范中明確要求混凝土構件應計算撓度和裂縫，結構設計人員就應對樓梯板的撓度和裂縫進行驗算，而不應單憑經驗取值。

通過計算可以發現，裂縫很容易滿足要求，關鍵就是撓度問題。解決撓度超限問題，一般有兩種辦法，加大配筋或是增加板厚。但是如果配筋過大，會使構件地震時鋼筋未屈服而混凝土壓碎，導致脆性破壞，所以不能一味地加大配筋。另一方面，如果梯板越厚，樓梯剛度就越大，相應吸收的地震力也會越大，而且因為板厚的增加，配筋反而會減少，更容易導致破壞，所以盲目地增加板厚也是不合理的。所以，采取折中的方法，既加大配筋又增加板厚應該是不錯的選擇。

對于本文中的設計實例，當前板厚為100 mm，配筋為直徑10 mm，間距110 mm。經過試算，將板厚調整為110 mm，將配筋調整為直徑12 mm，間距100 mm，撓度計算結果為14.11 mm，可以滿足要求。此時，板厚大約為跨度的1/25，配筋率也較合理。因此，折中的方法還是可取的。

3 結語

通過比較分析，兩種樓梯設計軟件在樓梯設計方面都有各自的優、缺點?？偟膩碚f，探索者還是比較實用的，實現了計算、繪圖、計算書的一體化，大大提高了工作效率。但是，設計人員并不應采用單一的設計軟件，而是應采用多種設計軟件相結合的辦法，取長補短，多比較，多分析。

［1］GB 50010—2010，混凝土結構設計規范［S］.

［2］GB 50009—2012，建筑結構荷載規范［S］.

［3］GB 50011—2010，建筑抗震設計規范［S］.