探析PKPM在水工結構設計中的應用

程微

摘要：PKPM系統在國內建筑領域已經推廣了很長時間，在工民建、發電機建筑與副廠房等結構設計中廣泛使用，通過相關行業及人員對兩種行業標準系統的分析對比及諸多項目實例的檢驗發現，PKPM系統能在水工結構設計中進行有效使用。

關鍵詞：PKPM系統；水工結構；設計應用

PKPM屬于我國科學院結構研究院特意為建筑規劃、結構設計等研發的一種專業系統。在砼結構配筋設計上有很多特殊的優越性及便利性，盡管其所用的標準本就和《水工混凝土結構設計標準》存在一些差別，但這并不影響PKPM在水工結構設計中的推廣使用。針對兩種標準中配鏡設計公式存在的一些差別，是因為雙方所應用的行業不同而造成相關計算公式上所取的參數類別和系數值不一樣，其設計理論的關鍵的相同的。

1、PKPM分析

PKPM系統是我國建筑科研研究所研制的土建結構規劃系列程序，框架模塊包含PMCAD、STAWE以及梁柱設計圖等。PMCAD用于模型的創建與輸入，界面與AutoCAD相似，操作簡單，屬前工作；STAWE是工程設計模塊的關鍵部位，采取空間有限元來分析計算，獲得結構每個位置的內力、移動；梁柱設計圖就是按照STAWE求出的內力、位移成果制作出每層結構設計圖，PKPM系統在我國建筑領域中已推行很長時間，在民用工程、工業建筑、火力發電建筑、水利發電建筑和副廠房等結構設計中得到普遍使用。

2、PKPM在水工結構中的適用

在中國，因為行業覆蓋的范圍不同，水工行業砼結構設計標準在其各自領域內同時采用，但兩者之間存在很多差別[1]。PKPM系統在我國建筑領域已推廣很就，在工民建、發電機建筑與副廠房等結構設計中普遍使用，其結構配筋設計的依據為《混凝土結構設計標準》，但在水工結構設計環節，水工砼結構配筋設計的依據為《水工混凝土結構設計標準》，兩種標準均采取以概率理論為前提的極限狀態規劃方式，以穩定指標度量建筑部件的穩定性，采取以分項參數的規劃表達式來設計，但因為適應各自領域的獨特性，各自設計的表達式存在一些差別，通過相關研究人員對兩種標準系統的研究比較與諸多項目實例的證實，發現PKPM系統能用于水工結構設計之中。

3、PKPM系統在水工結構設計中使用的技巧

PKPM系統的研發是以建筑中所實施的各種項目設計規程標準為依據的，所以，其所服務的主體是建筑結構，而且只要熟練掌握其原理，就可能得到很好的使用，由于水工中的相關規范與建筑中的標準核心基本相同，僅僅是各自所對應的領域不同，而出現一定的差別，該種差異關鍵是修正系數，涉及荷載分項參數與組合參數[2]。正是如此，在實際使用PKPM系統時有許多使用技巧，本文就重點分析三角形荷載解決方法。

應用過PKPM系統的人都了解，PKPM模塊自身就存在12項種類的荷載，但添加于樁柱上的荷載模型沒有三角形荷載，其中，三角形荷載還是水工結構中十分常見的荷載之一，比如水荷載。為處理改種問題，采取等效節點力的措施。文章為了敘述方便與方便求出結構內力，分析一個兩頭鉸接10米高柱子來講述該問題（如圖1（a））。

柱子承擔的荷載是水荷載，壓力布局模式顯然是三角形。在計算時，將式（1）輸進EXCEL表上，就能輕松的將三角形和梯形荷載變成等效節點力（如圖1（b））。

其中，Pi表示第i個集中力，kN；q1、q2分別是力集度最大值與最小值，kN/m；表示等分距；n表示等分數，通常n=10；i表示等分節點號。

圖1（c）是通過計算獲得的彎矩圖，圖1（d）是通過PKPM系統求出的彎矩圖。基于圖1（c）與圖1（d）得知，彎矩最大值分別為64.2kN/m與63.8kN/m，二者的絕對差值僅有0.4kN/m，相對差值僅有0.63%，該精度符合水工結構設計需要。

注意事項

在采用PKPM系統時，有很多需要注意的地方，像荷載分項參數與組合參數、鋼筋保護層大小、梁運算跨度、測算震型量、梁端彎矩調節參數等，若這些問題解決不好，其運算結果將難以接近標準的配筋范圍，通常相差±24%左右[3]。經長時間的使用發現，荷載分項參數與組合參數對內力及配筋計算干擾最大，所以，其是最需要注意的地方。

式（2）與式（3）分別為《水工砼結構設計標準》與建筑領域《砼結構設計標準》中所使用的極限平均負荷組合方程式：

通過比較式（2）與式（3）得知，式（2）與式（3）左右兩端都存在差別。右端差別為式（2）有結構系數γd，但式（3）沒有；式（2）與式（3）的左端差異為：在式（2）上，無論是可變荷載或者永久荷載，于負荷組合過程都乘以設計情況系數ψ，但在式（3）中和ψ相呼應的角色是能夠變化的荷載組合值參數ψCi，但ψCi不和永久荷載及第一可變荷載得到相乘，僅和第二個之后的可變荷載相乘，除此以外，該種可變荷載組合參數ψCi的取值和式（2）中設計情況參數ψ取值存在明顯差別。此外，在PKPM系統規范中，介紹了物種荷載分項參數與兩種可變荷載組合參數，所以，若要讓輸入的荷載所求得的內力和式（2）左端一致，唯一且最好的措施即在PKPM實現結構信息交互輸入時，先將所輸入的每種荷載乘以γ0、RG、RQ與ψ，并乘上結構參數γd，即消減式（2）左邊的γd，如此式（2）與式（3）右邊存在的不同僅僅是砼材料質量等悉數的差別；對PK設置的荷載分項參數與組合參數，能在形成信息文件以后，通過Windows上的書寫器調整PKPM設置的荷載分項參數與組合參數。若非如此，求得的內力可能過大或過小，則計算得到的配筋量也會較大和較小。盡管這時內力計算達到了標準，需要，但PKPM求解的配筋量卻很難達到標準的計算值，所以這時式（2）右邊的材料性能系數還未考慮，因此，用PKPM系統計算配筋量還需要乘上一個修正參數β。結合應用經驗與多種實例驗證，修正參數β受到砼規劃強度fcm與界面計算標準高度h0的干擾，其取值通常在1.01-1.10之內，即修正參數β的改變范圍為1-10%范圍以內。

通過分析兩種標準系統與驗證，發現PKPM能夠用來計算水工砼結構內力與配筋，而且PKPM在求解內力與配筋方面具有較強的高效性，可以做到迅速、精準。但要想使用好PKPM系統，還需注意部分系統操作上與輸入參數設置上的技巧，若輸入參數處理異常，其計算結果的偏差通常會大于標準值±23%，如果

5、結束語

綜上所述，PKPM系統是我國建筑科研所研制的土建結構規劃系統程序，在工民建領域已比較成熟，因為水電站建筑結構的繁瑣性與獨特性，所以在對水工結構進行設計分析時，必須選用準確的軟件參數，以確保設計結果不出現很大偏差，必須按照各水工結構的具體情況，進行適當調整，讓PKPM系統更好迎合水工結構設計的要求。

參考文獻：

[1]謝桃，肖開學，肖玉會.PKPM在劉家拱橋水庫啟閉排架結構設計中的應用[J].四川水利，2016，37（02）：13-15.

[2]曹惠. PKPM在水工鋼筋混凝土渡槽結構設計中的應用[D].西華大學，2015.

[3]石廣斌，楊經會，張曉莉，牛天武，安盛勛.PKPM在水工混凝土結構配筋計算中的應用[J].水利水電技術，2003（06）：27-30.