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淺析工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新技術(shù)論文
引言
隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輔助程序的普及，在某些工程師設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生有一種現(xiàn)象—重應(yīng)用而輕概念、重計(jì)算而輕構(gòu)造。如何正確的把握概念、合理的應(yīng)用概念，一定程度上決定著一個(gè)工程設(shè)計(jì)的成敗。下面針對(duì)幾個(gè)常遇的概念應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行具體分析。
一、抗震設(shè)計(jì)中“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁”不是剛柱柔梁
不能片面的理解為：大截面、多配筋，一味地加大截面和配筋，容易把框架結(jié)構(gòu)最重要的抗震原則—延性破壞，變成脆性破壞，反而更不利。正確的概念是：結(jié)構(gòu)在中震下允許某些構(gòu)件先屈服，出現(xiàn)塑性鉸，使結(jié)構(gòu)剛度降低、塑性變形加大，當(dāng)塑性鉸達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，由于結(jié)構(gòu)自震周期延長(zhǎng)，雖然結(jié)構(gòu)承受的地震作用不再增加或增幅較小，但結(jié)構(gòu)變形卻迅速增加。為了使抗震結(jié)構(gòu)能維持承載能力而又具有較大的塑性變形能力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁”，保證主要耗能部位具有延性的設(shè)計(jì)原則。通過(guò)控制受壓區(qū)高度、最小配筋率、梁上部和下部縱筋的比例關(guān)系以及梁端箍筋配置要求來(lái)保證梁端塑性鉸區(qū)有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力；通過(guò)各種內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，來(lái)保證“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁”，具體涵義是調(diào)整梁端負(fù)筋、箍筋、梁底縱筋與柱縱筋、箍筋的相對(duì)比例關(guān)系，使結(jié)構(gòu)在地震作用下梁端塑性鉸較普遍、較早出現(xiàn)，柱端塑性鉸較少、較晚出現(xiàn)。通過(guò)塑性耗能，避免在較強(qiáng)地震作用下的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p傷和更強(qiáng)地震作用下發(fā)生危及人身安全的局部或整體失效。在這里，梁端負(fù)筋、箍筋、梁底縱筋與柱縱筋、箍筋的之間的合理比例關(guān)系，成了決定結(jié)構(gòu)在較強(qiáng)或更強(qiáng)地震作用下破壞模型的關(guān)鍵因素。
二、工業(yè)建筑的樓面設(shè)計(jì)的活荷載合理取值
據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（2006年版）》，民用建筑的樓面活荷載及相關(guān)參數(shù)取值遵照4.1節(jié)規(guī)定，工業(yè)建筑的樓面活荷載及相關(guān)參數(shù)取值遵照4.2節(jié)規(guī)定執(zhí)行。工業(yè)建筑的樓面活荷載，它的特點(diǎn)是沒(méi)有像民用建筑的樓面活荷載那樣的荷載折減系數(shù)�；詈奢d在傳遞過(guò)程中的折減，是以樓面均布活荷載在。也就是說(shuō)——合理的計(jì)算步驟根據(jù)“附錄C”，按照板、次梁、主梁（柱和基礎(chǔ)）各構(gòu)件來(lái)取三次相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值分別計(jì)算，同時(shí)注意組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)與民用建筑要求的區(qū)別。
三、樓梯的荷載輸入和計(jì)算模型
框架結(jié)構(gòu)建筑中，當(dāng)局部有電梯間、占總面積比例較小時(shí)，不宜做混凝土井筒，更不能用砌體承重，避免體系上的混淆。目前，一般整體設(shè)計(jì)時(shí)采用兩種方式輸入樓梯荷載。一種是樓梯間樓板厚度輸入0，恒荷載折算后取7.0kN/m2左右，活荷載視具體使用功能而定；第二種是在半層平臺(tái)梁下立小柱，此處按集中力輸入荷載，比較真實(shí)地模擬了實(shí)際受力。第一種方式的問(wèn)題是：樓梯間周邊框架梁由三邊受集中力變成四邊受均布力（一邊框架梁為半層平臺(tái)處不受力）；因總荷載大致相等，造成了三邊框架梁上荷載偏小，計(jì)算撓度和裂縫偏��；當(dāng)集中荷載對(duì)梁起控制作用時(shí)，梁的斜截面抗剪計(jì)算與均布荷載下的公式不同，箍筋配置值和范圍均有區(qū)別。第二種方式應(yīng)注意，平臺(tái)小立柱截面一般小于300mm，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以強(qiáng)度折減系數(shù)0.8，立柱及平臺(tái)梁端部應(yīng)配足夠的負(fù)筋，以抵抗實(shí)際存在的彎矩。立柱下主框架梁也因?yàn)樾×⒅拇嬖冢蛊湓谘亓洪L(zhǎng)方向產(chǎn)生彎矩、在垂直方向產(chǎn)生扭矩，計(jì)算中沒(méi)考慮，構(gòu)造應(yīng)加強(qiáng)配筋。
四、地下連梁（地框梁）的設(shè)置
基礎(chǔ)埋深較大時(shí)，常設(shè)地下連梁承底層墻的自重和減小結(jié)構(gòu)層高度。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，常在結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中按多一層框架梁設(shè)計(jì)，此時(shí)較易出現(xiàn)短柱，有幾種處理方法：①形成短柱后，嚴(yán)格按抗震規(guī)范計(jì)算其強(qiáng)度配筋等，并應(yīng)同時(shí)建立兩個(gè)計(jì)算模型：一個(gè)是有地框梁模型，考慮地下土體實(shí)際的約束作用，模型中的二層柱之計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)應(yīng)為1.25～1.0之間；二是取消地框梁層計(jì)算一次，實(shí)際建筑一層柱配筋取二者包絡(luò)值，并短柱箍筋全高加密，建筑一層以上樓層梁、柱配筋取有地框梁模型實(shí)配。②地下連梁下移至基礎(chǔ)頂面，此時(shí)是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中常見的基礎(chǔ)拉梁，作用是平衡柱底彎矩。承受墻體自重，僅為了計(jì)算出圖的方便而仍按多一層的框架模型考慮。此時(shí)應(yīng)改變計(jì)算模型中的二層柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，由1.25改為1.0左右，基礎(chǔ)連梁考慮彎矩和軸向拉力后一般構(gòu)造配筋；不必理會(huì)軟件提示的底層柱抗剪不足問(wèn)題。③參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.2.6條的高杯口基礎(chǔ)做成高頸現(xiàn)澆基礎(chǔ)，高頸至地下連梁頂處，高頸剛度大于柱剛度4倍以上（非線剛度）。此時(shí)宜按正常模型計(jì)算，一層柱底至高頸處，注意按地基規(guī)范復(fù)核高頸配筋。
五、輕鋼人字梁混凝土排架結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型
當(dāng)鋼梁采用人字梁時(shí)，鋼梁在豎向作用下，對(duì)柱產(chǎn)生水平推力，在豎向力和水平力綜合作用下，人字鋼架彎曲變形不可忽略，已不能有效傳遞水平作用力，此時(shí)排架柱的聯(lián)系構(gòu)件實(shí)質(zhì)上是鉸接彈簧。排架柱的計(jì)算模型為下端固接、上端彈性連接，較水平為剛性桿的排架模型變形較大，受力較難量化分析。筆者建議，盡量少采用這種結(jié)構(gòu)體系；當(dāng)采用時(shí)，柱宜短、梁跨宜小，每側(cè)柱的內(nèi)力計(jì)算及配筋可采用較保守的懸臂模型單獨(dú)進(jìn)行。
六、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的作用組合
按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（20xx年版）》第4.2節(jié)要求，一般多層建筑是不需要地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算的。當(dāng)?shù)鼗M(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算時(shí)，且地基持力層或下臥層為軟土層時(shí)：因?yàn)榇_定基底面積時(shí)采用了地震作用組合，可能基底面積受其控制，在沉降計(jì)算中又不含地震作用組合，此時(shí)應(yīng)復(fù)核準(zhǔn)永久組合下的基礎(chǔ)的沉降差值是否滿足規(guī)范要求，避免在常態(tài)下基礎(chǔ)沉降不均。:
七、對(duì)圖集手冊(cè)和程序結(jié)果的合理使用
不要對(duì)圖集、手冊(cè)過(guò)分的崇拜！不可對(duì)軟件結(jié)構(gòu)過(guò)分依賴！圖集、手冊(cè)的使用節(jié)約了設(shè)計(jì)者的精力，方便了施工，也是監(jiān)理、建設(shè)監(jiān)管部門控制審查的依據(jù)。各種圖集和手冊(cè)大部分來(lái)自規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可能是比較好的解決方法，但并不是唯一的，也不一定都是完善的，甚至有些還是錯(cuò)的。其中的內(nèi)容不是適合每個(gè)具體工程，適用錯(cuò)了則適得其反。因?yàn)槭袌?chǎng)化的原因，這類書籍層出不窮，既有精華也有糟粕，作為設(shè)計(jì)者，要辨證的分析利用。個(gè)人認(rèn)為：“對(duì)結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)概念把握是解決問(wèn)題的根本方法”，各種規(guī)范的制定也是由力學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而得來(lái)的具有可操作性的工具手冊(cè)。規(guī)范也在不斷修訂完善，在合理的情況下還可以超規(guī)范設(shè)計(jì)，所以不必拘泥于某些標(biāo)準(zhǔn)圖和手冊(cè)，使用中要辯證的選用，去偽存真�，F(xiàn)代高效能計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，能對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型做出可靠的分析，但更需要運(yùn)用結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)正確的做出判斷。尤其是當(dāng)我們把結(jié)構(gòu)開拓成綜合型、新材料和更大跨度的時(shí)候更是如此。工程師在進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全控制時(shí)，應(yīng)遵循規(guī)范的指導(dǎo)，但規(guī)范或設(shè)計(jì)程序不可能取代設(shè)計(jì)人員所必需的理論知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和判斷力。設(shè)計(jì)人員必須自己承擔(dān)設(shè)計(jì)的全部責(zé)任，針對(duì)不同的設(shè)計(jì)對(duì)象、環(huán)境和使用條件，合理地選用設(shè)計(jì)程序中的數(shù)據(jù)和結(jié)果。
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