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既有钢结构建筑鉴定中PKPM与ETABS的验算比较


1 第 27 卷增刊 2011 年 6 月 [文章编号] 10028528 ( 2011 ) 增刊 1022402









Vol. 27 , Supplement1 Jun. 2011

BUILDING SCIENCE

既有钢结构建筑鉴定中 PKPM 与 ETABS 的验算比较
刘立渠 , 张国强 , 韩继云 ( 中国建筑科学研究院, 北京 100013 )
[摘 要] 通过对某钢结构主楼的 PKPM 与 ETABS 的验算比较, 结合两者的建模方法 、 参数选取及计算结果等, 给出两种 为实际钢结构工程鉴定验算提供参考 。 计算软件应用需要注意的问题, [关键词] 钢结构; PKPM ; ETABS [中图分类号] TU391 ; TU311. 41 [文献标识码] A

Application of Existing Steel Buildings Compared with PKPM and ETABS
LIU Li-qu , ZHANG Guo-qiang , HAN Ji-yun ( China Academy of Building Research , Beijing100013 , China )
[Abstract] Based on a existing steel building checking compared with PKPM and ETABS ,combining the modeling method , parameter selection and calculation e results ,software application problems are given. Therefore ,this paper can provide reference for other actual steel structure. [Key words] steel structure ; PKPM ; ETABS

1

前言
随着既有钢结 构 建 筑 的 检 测 工 作 增 加, 采用合

学的钢结构主楼进行检测与安全鉴定 。

适的计算软件进行 安 全 性 及 抗 震 验 算 十 分 重 要, 本 文结合某二层钢结构建筑, 选取进行验算比较, 结合 参数选取及计算结果等, 给出两种 两者的建模方法 、 计算软件应用需要 注 意 的 问 题, 为实际钢结构工程 鉴定验算提供参考 。
图1 某钢框架结构教学楼

2

工程概况
某小学钢结构 主 楼 为 二 层 钢 框 架 结 构 教 学 楼,

房屋平面布局大致呈矩形, 房屋总长度为 72. 0m , 中 间无分缝, 楼盖采用 压 型 钢 板 现 浇 钢 筋 混 凝 土 组 合 屋盖 采 用 轻 钢 屋 架, 外立面照片如图 1 所 钢楼板, 示, 首层结 构 立 面 如 图 2 所 示 。 汶 川 5. 12 大 地 震 后, 国家组织对各类学校校舍进行抗震鉴定, 为了解 该钢结构主楼的质量情况与安全性能, 为此, 对该小
[收稿日期] 2011 0526 [基金项目] “十一五 ” 国家科技 支 撑 计 划 课 题《既 有 建 筑 检 测 与 评 ( 2006 BAJ03A02 ) 定技术研究 》 [作者简介] 刘立渠( 1978 -) , 男, 高级工程师 [联系方式] liuliqu@ cabrtech. com

图2

首层结构立面图

3
3. 1

PKPM 与 ETABS 验算比较
结构分析基本参数 依照现场检测数据, 建模计算取值依照以下: ( 1 ) 楼面和屋面 活 荷 载 标 准 值 ( 采 用 原 设 计 取

2 2 值) : 楼面取 2. 0kN / m ; 不上人屋面取 0. 5kN / m ;

增刊 1

刘立渠, 等: 既有钢结构建筑鉴定中 PKPM 与 ETABS 的验算比较

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( 2) 楼 面 和 屋 面 恒 载 标 准 值 ( 采 用 原 设 计 取 值) : 楼面取 4. 5kN / m , 屋面取 0. 5kN / m ; ( 3 ) 风荷载: 基 本 风 压 取 0. 45kN / m , 地面粗糙 度类别为 B 类; ( 4 ) 地震作用: 基本 烈 度 8 度, 设计基本地震加 速度值 0. 20g , 设计地震分组第一组; ( 5 ) 依照里氏硬度 现 场 检 测 结 果, 框 架 柱、 梁均 按 Q235 钢验 算 。 钢 材 的 强 度 设 计 值 依 照《钢 结 构 ( GB 500172003 ) 设计规范 》 相符, 按原设计取用 。 3. 2 型 建模及结构总信息比较 采 用 PKPM 与 ETABS 计 算 软 件 建 立 计 算 模
[2 , 3] [1] 2 2 2

PKPM 与 ETABS 建模相比, ETABS 软 件 也 采 用 轴网与楼层的概念, 结合图形操作界面系统 ( GUI ) , 利用面向对象的操 作 方 法 来 建 模, 对于不规则的建 ETABS 更 为 适 合, 筑物, 但对于体型规则的建筑物 ( 较多相同 标 准 层 ) , PKPM 建 模 效 率 较 高 。 从 表 1 和表 2 可知, 两种软 件 的 计 算 模 型 的 结 构 总 信 息 基 本一致 。 3. 3 内力及构件验算比较 按照不同工况条件, 梁的 内 力 ( 弯 矩 和 剪 力 ) 图 整理见图 4 。 同 样, 选取不同钢构件的应力需求比 整理见表 3 。

取用;

( 6 ) 主要构件的截面 尺 寸 现 场 检 测 结 果 与 设 计

, ETABS 计 算 模 型 如 图 3 所 示 。 对 两 种 建 模

剪重比 、 周期及振型等进 的结构总信息选取总质量 、 整理见表 1 与表 2 。 行比较,

图3

钢结构建筑 ETABS 计算模型

表1
结构总信息 结构总质量 / t 剪重比 地震作用最大 层间位移角 稳定性计算

两种计算模型的结构总信息比较
PKPM 553. 4 X Y X Y X 向刚重比 Y 向刚重比 8. 72 % 10. 74% 1 /357 1 /415 31. 21 66. 50 X Y X Y X 向刚重比 Y 向刚重比 ETABS 559. 8 8. 80 % 10. 82% 1 /353 1 /404 31. 30 63. 10 序 号 1 2 构件 1 层 1-A 柱 1 层 4-B 柱 2 层 1-A 柱 2 层 4-B 柱 1 层 1-A 1 层 3-A 2 层 1-A 2 层 6-A B梁 B梁 B梁 B梁

图4

两种模型的内力计算比较 钢构件计算需求比
计算正应力 与强度设计值 之比 0. 66 /0. 65 0. 64 /0. 65 0. 35 /0. 34 0. 20 /0. 20 0. 69 /0. 68 0. 72 /0. 72 0. 55 /0. 54 0. 72 /0. 72 整体稳定应力 与强度设计值 之比 0. 49 /0. 45 0. 42 /0. 41 0. 25 /0. 24 0. 17 /0. 17 0 /0 0 /0 0 /0 0 /0 是否 满足 规范 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足

表3

表2
结构基本周期 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T1 / T3

两种计算模型的振型比较
PKPM 周期 / s 0. 8082 0. 5966 0. 5513 0. 3283 0. 2198 0. 2034 1. 47 振型 X Y 扭转 X Y 扭转 ETABS 周期 / s 0. 8151 0. 6133 0. 5655 0. 3310 0. 2281 0. 2104 1. 44 振型 X Y 扭转 X Y 扭转

3 4 5 6 7 8

“/” 注: 横杠 上方是 PKPM 计算值, 下方是 ETABS 计算值 。

( 下转第 229 页)

增刊 1

杨旭东, 等: 混凝土结构鉴定软件的适用性评价

229

目前还没有一套 专 门 用 于 已 有 房 屋 的 可 靠 性 鉴 作, 定计算软件, 目前阶段, 构件承载力是否满足规范要 求主要是通过构件计算配筋面积与实际配筋面积的 对比, 而不能直观的 计 算 出 构 件 在 实 际 混 凝 土 强 度 构件的抗力( 即承载力) 与 和实际钢筋配置情况下, 荷载效应的比较结 果, 同时也不能实现整体结构或 建议软件研发部门和检测 构件的可靠性指标 计 算,
图 10 截面计算界面

鉴定单位 共 同 进 行 专 用 鉴 定 计 算 软 件 的 研 究 和 开 发。 [ 参考文献]
[ 1] 中国建筑科学研究院 PKPM CAD 工程部 . PKPM 系列 2010 版 2010. 用户手册及技术条件[M]. 北京, [ 2] 任为教, 陈岱林, 孙松良, 等 . 建筑抗震鉴定和加固设计的软件 2010 , 32 ( 2 ) : 103 实现方法[A]. 工程抗震与加固改造, 111 .

图 11

楼板计算界面 1

( 上接第 225 页) ETABS 软件整 合 了 中 国 2002 系 列 规 范, 可以 方便地进行钢结构 设 计 与 复 核 工 作, 而且采用面向 对象的操作方法来 读 取 内 力 结 果 及 复 核 结 果, 相比 PKPM 设计软件, ETABS 更 适 合 结 构 分 析 及 鉴 定 要 两种软件的内力计算结果 求 。 从图 4 和表 3 可 知, 相差大致在 5% 之内, 计算结果基本一致 。
图 12 楼板计算界面 2

4

结语
通过某钢结 构 主 楼 的 PKPM 与 ETABS 的 验 算

用户可输入需 鉴 定 的 框 架 梁 、 柱和楼板构件的 混凝土实测强度和 实 测 尺 寸, 进行构件承载力的验 算, 即进行构件安全性验算, 用户将验算所需钢筋面 积与构件实际配筋 面 积 进 行 比 较, 从而确定该构件 承载力是否满足国 家 规 范 要 求, 而且软件可对构件 的弹性挠度和最大 裂 缝 宽 度 等 进 行 验 算, 即进行构 件正常使 用 性 验 算 。 在 混 凝 土 结 构 检 测 鉴 定 工 作 经常有部分和个别构件存在明显挠度变形 、 受力 中, 裂缝等缺陷, 而整体结构未见明显异常, 这种情况可 采用该软件进行数 值 计 算, 对变形和裂缝出现原因 进行分析 。

比较, 可以得出以下几点体会: ( 1) 对 于 体 型 规 则 的 建 筑 物 ( 较 多 相 同 标 准 PKPM 建模效率较高; 层) , ( 2 ) 由 于 ETABS 软 件 采 用 面 向 对 象 的 操 作 方 法来读取计算结果, 更适合结构分析及鉴定要求; ( 3 ) 两种 计 算 软 件 从 建 模 、 参数选取及计算结 果比较可知, 计算结果基本一致 。 [ 参考文献]
[ 1] GB 500172003 钢结构设计规范[S]. [ 2] 黄怡, 王元清, 陈宏, 石永久 . 多层轻钢框架结构的抗震性能分 2006 ,12. 析[J]. 工业建筑, [ 3] 蔡 宏 红, 卢 士 强 . 手 算 与 PKPM 和 ETABS 在 框 架 结 构 计 算 中 2008 ,34 ( 1 ) . 的比较[J]. 山西建筑,

3

展望
现有结构计算软件研发主要目的是用于设计工


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