摘要；目前水电行业还没有开发出符合本行业相关规范的三维结构辅助设计计算软件，所以无法在现有条件下提高水工结构设计效率和精确性，本文应用三维结构整体设计理念，引入广泛应用于建筑工程行业的结构设计软件PKPM，使得结构计算更加精确合理，比传统方法大大缩短了设计周期，提高了设计效率。

关键词；PKPM软件结构设计效率

中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 文章编号：

一、PKPM 系列软件简介

PKPM系列软件中安装有先进的结构分析软件包。里面包含了各种在国内流行的计算方法，比如说，高层三维壳元及薄壁杆系、平面杆系、薄壁杆系以及梁板楼梯、各类钢结构、预应力混凝土结构分析等等，所有的结构计算都是按照设计规范来编制的。这套系列软件反映了抗震设计的新要求、规范要求的荷载效应组合以及强剪弱弯、罕遇地震、节点核心、振动祸连计算方面的内容。

PKPM系列软件具有丰富的结构施工图辅助设计功能，可以绘制很多种类的施工图，比如说框架、排架、节点大样、楼板配筋以及结构平面、各类基础、剪力墙等等。而且在人机交互干预、图纸版面的布置、自动选配钢筋等方面具有一定的特色。在砖混计算中可以计算各种砌块材料，能够绘制钢结构平面图、木行架施工图以及梁柱及门式钢架施工祥图，还能够考虑构造柱共同工作。底框上砖房结构CAD 适用于所有平层任意类型的底框。在国内，PKPM 系列软件率先实现了概预算、结构、设备、建筑数据的共享。可以从设计方案开始建立能够用于后续结构设计的建筑物整体公用数据库。这些数据也可以用于各层平面布置和网柱的轴线，并且能够自动生成围护填充墙和建筑装修材料等设计荷载，然后再通过荷载分析以及传递计算生成荷载数据库，可自动生成设备设计的条件图，自动的为各类基础的结构和上部结构提供所需的数据文件，比如说平面梁、连续梁协同计算，砖混和底框砖房抗震验算等。PKPM 系列软件大大的精简了设计人员的工作量，使结构分析的正确性和使用效率得到了大大的提高。闸门井启闭机室属于低层框架结构，本文主要应用PKPM结构设计软件中的PMCAD模块和PK模块来完成闸门井启闭机室的结构设计。

二、应用PKPM计算启闭机室的前提

PKPM软件的结构配筋计算程序主要是基于《混凝土结构设计规范》(GB 50010―2010)、《建筑结构荷载设计规范》(GB50009-2001)编制的，而水工混凝土结构配筋计算主要依据《水工混凝土结构设计规范》(DLT5057―2009)、《水工建筑物荷载设计规范》(DLT5077-1997)。两类规范的核心理论是相同的，都是采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用以分项系数的设计表达式进行设计，不同的是规范中设计表达式的系数取值以及某些材料性能参数有一定差别团。表1为两类规范选用参数对比表。

由于存在上述选用系数和参数的差异，在水工结构设计中正确应用PKPM软件进行结构设计需要满足一定的前提条件：首先，需要对两类规范的区别有一定的了解；其次，在计算过程中，应结合工程实际合理调整软件内部相关计算参数；最后，应根据工程经验或参考类似工程对计算结果进行定性分析检查，使计算结果与水电行业规范计算结果相近，满足设计要求。

三、PKPM启闭机室结构设计的基本思路

应用PKPM软件对闸门井启闭机室进行结构设计的基本思路是：依据金属结构专业提供的事故闸门布置总图，以及规范中关于板、梁、柱构造尺寸要求或参考同类工程，初步拟定楼板厚度和梁柱截面尺寸，画出启闭机室的结构布置图；依据结构布置图在PKPM软件PMCAD模块中建立模型；结合工程实际，对表1中列出的两种规范参数进行比较判断，修改相关参数为水工规范规定数值，输入经过转化折算的已知荷载，消除由于行业规范差别引起的计算误差， 实现将PKPM应用于启闭机室结构设计的目的；最后，采用PKPM软件相应模块对整体启闭机室模型的进行结构分析计算，生成启闭机室单榀框架钢筋图、连梁钢筋图和楼板钢筋图。

四、工程实例

（一）工程简介

某抽水蓄能电站上库闸门井为埋藏式竖井结构，矩形断面，设有1道事故闸门和两个通气孔。事故闸门启闭机室布置于闸门井顶部。启闭机室顺水流向跨度为10m。垂直水流向跨度为14.4m，高度为27.6m。启闭机室主要由楼梯间、操作层、天面层和造型层组成。其中操作层承受的荷载最大，该层的楼板自重为6.25 KN／O(包括5cm装修层重)，基本风压为0.3kN／O，人群活荷载为3.5kN／O，设备预埋螺栓荷载Q1=Q2=445kN，Q3=Q4=746kN，检修活荷载为40KN／O，最大砖墙荷载为31.44KN／O。

（二）计算工况

作用于启闭机室上的荷载主要有自重、楼梯荷载、砖墙荷载、设备预埋螺栓荷载、检修活荷载、人群活荷载、吊环设计荷载、风荷载等。计算将砖墙荷载简化为作用在梁上的线荷载，将楼梯荷载(梁氏楼梯)简化为作用在梁上的集中荷载。工程场地的地震基本烈度为Ⅵ度，根据《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5073―2000)，可不进行抗震计算。因此，计算工况以及相应的荷载组合见表2：

设计状况 计算工况 荷载组合

持久状况 正常蓄水位运行 自重+砖墙荷载+楼梯荷载+设备预埋螺栓荷载+人群活荷载+风荷载

短暂状况 下闸检修情况 自重+砖墙荷载+楼梯荷载+检修活荷载+人群活荷载+吊环设计荷载+风荷载

（三）结构内力及配筋计算

在具体分析计算过程中，需要注意以下几点：

1)当构件超筋时，可适当增加截面尺寸；未超筋时，应在保证整体结构合理、安全的前提下，适当优化构件截面尺寸，节省工程造价。

2)在用PK模块计算柱的配筋时，需要按两个方向计算才能确定柱的配筋。

3)PKPM结构计算考虑空间整体模型，因此，调整次梁截面对减小框架主梁配筋过大也有一定的作用。考虑其上库进出水口闸门井启闭机室的工程实际，PKPM软件结构配筋计算的主要参数设置见表3。

五、结语

1)实例表明，将PKPM应用于启闭机室结构设计中，很大程度上优化了结构，缩短了设计周期，大大提高了设计效率和计算精度。

2)水电工程有其复杂性和特殊性，在应用PKPM结构设计软件时。要结合工程实际和相应规范，合理调整计算参数，提高设计效率的同时，保证计算结果的准确性。

参考文献：

[1] 段伟，昊小波，钟辉．PKPM在水电工程中应用初探[J]．贵州水力发电，2010(24)．

[2] 李星荣，张守斌．PKPM结构系列软件应用于设计实例[M]．北京：机械工业出版社，2007．