淺議建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)重點(diǎn)

魯華培 侯偉偉

河南正陽建設(shè)工程有限公司（450000）

0 引言

當(dāng)前，新的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，在結(jié)構(gòu)的可靠度、設(shè)計(jì)計(jì)算和配筋構(gòu)造方面均有重大更新和補(bǔ)充。特別是對(duì)抗震及結(jié)構(gòu)的整體性、規(guī)則性作出了更高的要求，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可能一次完成。如何正確運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，以滿足新規(guī)范的要求，是每個(gè)設(shè)計(jì)人員都非常關(guān)心的問題。以SATWE軟件為例，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算步驟的討論，對(duì)一個(gè)典型工程而言，計(jì)算分四步較為科學(xué)。

1 完成整體參數(shù)的正確設(shè)定

計(jì)算之前，設(shè)計(jì)人員首先要根據(jù)新規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊(cè)對(duì)參數(shù)意義的描述，以及工程的實(shí)際情況,對(duì)軟件初始參數(shù)和特殊構(gòu)件進(jìn)行正確設(shè)置。必須對(duì)每個(gè)參數(shù)確定其合理取值，才能保證后續(xù)計(jì)算結(jié)果的正確性。有些參數(shù)包括振型組合數(shù)、最大地震力作用方向和結(jié)構(gòu)基本周期等，在計(jì)算前很難估計(jì)，需要經(jīng)過試驗(yàn)才能得到，將這些對(duì)全局有控制作用的整體參數(shù)先行計(jì)算出來，正確設(shè)置。否則其后的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際差別很大。

2 確定整體結(jié)構(gòu)的合理性

整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性是規(guī)范特別強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容。用于控制結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)為∶周期比、位移比、軸壓比、剪重比、剛度比、剛重比、層間受剪承載力之比、參與陣型質(zhì)量比、傾覆力矩比、樓層最大位移與層高之比。這些指標(biāo)既要滿足規(guī)范限值的要求，也不應(yīng)超出規(guī)范過多。同時(shí)，對(duì)電算結(jié)果作出合理判斷，可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行檢查∶

1）周期、陣型判斷：如非耦聯(lián)計(jì)算，其第一周期一般在以下范圍(其中N為計(jì)算層數(shù)且N≤40)∶

框架∶T1=(0.1～0.15)N;框剪∶T1=(0.08～0.12)N；剪力墻∶T1=（0.04～0.08）N。

查看陣型曲線是否光滑連續(xù)，零點(diǎn)位置是否符合一般規(guī)律,比如第一陣型無零點(diǎn),第二陣型在（0.7～0.8）H 處，第三陣型分別在（0.4～0.5）H 及（0.8～0.9）H處。

2）地震力判斷∶根據(jù)目前許多工程的計(jì)算結(jié)果，截面尺寸、結(jié)構(gòu)布置比較正常的結(jié)構(gòu)，其底部剪力大約在以下范圍（G為結(jié)構(gòu)總質(zhì)量）∶

8 度，二類場(chǎng)地∶FEK=（0.03～0.06）G；

7 度，二類場(chǎng)地∶FEK=（0.015～0.03）G。

3）平衡性分析∶分析在單一重力荷載或風(fēng)荷載作用下，內(nèi)外力平衡條件是否滿足。必要時(shí)可檢查底層的平衡條件。

其中，Ni為柱墻在單組重力荷載下的軸力，其和應(yīng)等于總重量G,校核時(shí)不應(yīng)考慮分層加載;Vi為風(fēng)荷載作用下的底層墻柱剪力,∑P為全部風(fēng)力值。

4）合理性∶設(shè)計(jì)校正的結(jié)構(gòu)，一般而言，不應(yīng)有太多超筋界面，基本上符合以下規(guī)律∶a）柱墻軸力設(shè)計(jì)值絕大部分為壓力；b）柱墻大部分為構(gòu)造配筋;c）梁基本上無超筋；d）除個(gè)別墻段外，剪力墻基本上滿足截面的抗剪要求。

5）漸變性∶豎向剛度、質(zhì)量變化較均勻的結(jié)構(gòu)，在較均勻變化的外力作用下，其內(nèi)力位移等計(jì)算結(jié)果，自上而下也均勻變化，不應(yīng)有大正、大負(fù)、大出大進(jìn)等突變。

3 對(duì)單構(gòu)件作優(yōu)化設(shè)計(jì)

前幾步，主要是對(duì)結(jié)構(gòu)整體合理性的計(jì)算和調(diào)整。這一步，則主要進(jìn)行結(jié)構(gòu)單個(gè)構(gòu)件內(nèi)力和配筋計(jì)算，包括梁、柱、剪力墻軸壓比計(jì)算，構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

1）軟件對(duì)混凝土梁計(jì)算顯示超筋信息有以下情況∶

①當(dāng)梁的彎矩設(shè)計(jì)值M大于梁的極限承載彎矩Mu時(shí)，提示超筋。

②規(guī)范對(duì)混凝土受壓區(qū)高度限制

四級(jí)及非抗震∶ξ≤ξb；

二、三級(jí)∶ξ≤0.35（計(jì)算時(shí)取 AS’＝0.3 AS）；

一級(jí)∶ξ≤0.25（計(jì)算時(shí)取 AS’＝0.5 AS）；

當(dāng)ξ不滿足以上要求時(shí),程序提示超筋。

③《抗震規(guī)范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%，當(dāng)大于此值時(shí)，提示超筋。

④混凝土梁斜截面計(jì)算要滿足最小截面的要求,如不滿足則提示超筋。

2）剪力墻超筋分三種情況∶①剪力墻暗柱超筋：軟件給出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的，而各規(guī)范均要求剪力墻主筋的配筋面積以邊緣構(gòu)件方式給出，沒有最大配筋率。所以程序給出的剪力墻超筋是警告信息，設(shè)計(jì)人員可以酌情考慮；②剪力墻水平筋超筋則說明該結(jié)構(gòu)抗剪不夠，應(yīng)予以調(diào)整；③剪力墻連梁超筋大多數(shù)情況下，是在水平地震力作用下抗剪不夠。規(guī)范中規(guī)定允許對(duì)剪力墻連梁剛度進(jìn)行折減。折減后的剪力墻連梁在地震作用下基本上都會(huì)出現(xiàn)塑性變形，即連梁開裂。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪力墻連梁設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮其配筋是否滿足正常狀態(tài)下極限承載力的要求。

3）柱軸壓比計(jì)算∶柱軸壓比的計(jì)算在《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》中的規(guī)定并不完全一樣，《抗震規(guī)范》第6.3.7條規(guī)定，計(jì)算軸壓比的柱軸力設(shè)計(jì)值既包括地震組合，也包括非地震組合。而《高規(guī)》第6.4.2條規(guī)定，計(jì)算軸壓比的柱軸力設(shè)計(jì)值僅考慮地震作用組合下的柱軸力。軟件在計(jì)算柱軸壓比時(shí)，當(dāng)工程考慮地震作用，程序僅取地震作用組合下的的柱軸力設(shè)計(jì)值計(jì)算；當(dāng)工程不考慮地震作用時(shí)，程序才取非地震作用組合下的柱軸力設(shè)計(jì)值計(jì)算。因此，設(shè)計(jì)人員會(huì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同一個(gè)工程，計(jì)算地震力和不計(jì)算地震力其柱軸壓比結(jié)果會(huì)不一樣。

4）剪力墻軸壓比計(jì)算∶為了控制在地震力作用下結(jié)構(gòu)的延性，新的《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對(duì)剪力墻均提出了軸壓比的計(jì)算要求。需要指出的是，軟件在計(jì)算斷指剪力墻軸壓比時(shí),是按單向計(jì)算的，這與《高規(guī)》中規(guī)定的短肢剪力墻軸壓比按雙向計(jì)算有所不同，設(shè)計(jì)人員可以酌情考慮。

5）構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計(jì)∶計(jì)算結(jié)構(gòu)不超筋，并不表示構(gòu)件初始設(shè)置的截面和形狀合理。設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)行構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)，使構(gòu)件在保證受力要求的條件下截面的大小和形狀合理，并節(jié)省材料。但需要注意的是，在進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以保證整體結(jié)構(gòu)合理性為前提。因?yàn)闃?gòu)件截面的大小直接影響到結(jié)構(gòu)的剛度，從而對(duì)整體結(jié)構(gòu)的周期、位移、地震力等一系列參數(shù)產(chǎn)生影響。不可盲目減小構(gòu)件截面尺寸，使結(jié)構(gòu)整體安全性降低。

4 滿足規(guī)范抗震措施的要求

在施工圖設(shè)計(jì)階段，還必須滿足規(guī)范規(guī)定的抗震措施要求?！痘炷烈?guī)范》、《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造提出了非常詳盡的規(guī)定。這些規(guī)定是很多震害調(diào)查和抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，也是保證結(jié)構(gòu)安全的最后一道防線，設(shè)計(jì)人員不可麻痹大意。

5 結(jié)論

通過以上分析，筆者建議在用SATWE軟件做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意從上述幾點(diǎn)控制，在對(duì)規(guī)范理解的基礎(chǔ)上靈活處理有關(guān)問題，從大體上把握結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)時(shí)要留有余地，重點(diǎn)部位要保守要放大，好鋼用在刀刃上。

[1]GB50011-2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[2]JGJ3-2002,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[3]中國建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部.2008版SATWE用戶手冊(cè)[M].北京:中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)軟件研究所,2008.