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結(jié)構(gòu)設(shè)計中幾個概念的理解與應(yīng)用
摘要：設(shè)計人員必須自己承擔設(shè)計的全部責(zé)任，針對不同的設(shè)計對象、環(huán)境和使用條件，合理地選用設(shè)計程序中的數(shù)據(jù)和結(jié)果。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu) 概念 應(yīng)用
0 引言
隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計輔助程序的普及，在某些工程師設(shè)計過程中產(chǎn)生有一種現(xiàn)象—重應(yīng)用而輕概念、重而輕構(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工程設(shè)計的成敗。下面針對幾個常遇的概念應(yīng)用問題進行具體分析。
1 抗震設(shè)計中“強剪弱彎、強柱弱梁”不是剛柱柔梁，更不能片面的理解為：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，當塑性鉸達到一定數(shù)量時，由于結(jié)構(gòu)自震周期延長，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)計時應(yīng)遵循“強剪弱彎、強柱弱梁”，保證主要耗能部位具有延性的設(shè)計原則。通過控制受壓區(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保證梁端塑性鉸區(qū)有足夠的轉(zhuǎn)動能力；通過各種內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，來保證“強剪弱彎、強柱弱梁”，具體涵義是調(diào)整梁端負筋、箍筋、梁底縱筋與柱縱筋、箍筋的相對比例關(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)。通過塑性耗能，避免在較強地震作用下的結(jié)構(gòu)嚴重損傷和更強地震作用下發(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)在較強或更強地震作用下破壞模型的關(guān)鍵因素。
2 建筑的樓面設(shè)計的活荷載合理取值
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，它的特點是沒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在傳遞過程中的折減，是以樓面均布活荷載在。也就是說——合理的計算步驟根據(jù)“附錄C”，按照板、次梁、主梁（柱和基礎(chǔ)）各構(gòu)件來取三次相應(yīng)的標準值分別計算，同時注意組合值系數(shù)和準永久值系數(shù)與民用建筑要求的區(qū)別。
3 樓梯的荷載輸入和計算模型
框架結(jié)構(gòu)建筑中，當局部有電梯間、占總面積比例較小時，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)計時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梁下立小柱，此處按集中力輸入荷載，比較真實地模擬了實際受力。第一種方式的問題是：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，計算撓度和裂縫偏小；當集中荷載對梁起控制作用時，梁的斜截面抗剪計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，平臺小立柱截面一般小于300mm，強度設(shè)計值應(yīng)乘以強度折減系數(shù)0.8，立柱及平臺梁端部應(yīng)配足夠的負筋，以抵抗實際存在的彎矩。立柱下主框架梁也因為小立柱的存在，使其在沿梁長方向產(chǎn)生彎矩、在垂直方向產(chǎn)生扭矩，計算中沒考慮，構(gòu)造應(yīng)加強配筋。 4 地下連梁（地框梁）的設(shè)置
基礎(chǔ)埋深較大時，常設(shè)地下連梁承底層墻的自重和減小結(jié)構(gòu)層高度。為了簡化，常在結(jié)構(gòu)計算模型中按多一層框架梁設(shè)計，此時較易出現(xiàn)短柱，有幾種處理方法：①形成短柱后，嚴格按抗震規(guī)范計算其強度配筋等，并應(yīng)同時建立兩個計算模型：一個是有地框梁模型，考慮地下土體實際的約束作用，模型中的二層柱之計算長度系數(shù)應(yīng)為1.25～1.0之間；二是取消地框梁層計算一次，實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配。②地下連梁下移至基礎(chǔ)頂面，此時是基礎(chǔ)設(shè)計中常見的基礎(chǔ)拉梁，作用是平衡柱底彎矩。承受墻體自重，僅為了計算出圖的方便而仍按多一層的框架模型考慮。此時應(yīng)改變計算模型中的二層柱計算長度系數(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；不必理會軟件提示的底層柱抗剪不足問題。③參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(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）。此時宜按正常模型計算，一層柱底至高頸處，注意按地基規(guī)范復(fù)核高頸配筋。
5 輕鋼人字梁混凝土排架結(jié)構(gòu)的計算模型
當鋼梁采用人字梁時，鋼梁在豎向作用下，對柱產(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，此時排架柱的聯(lián)系構(gòu)件實質(zhì)上是鉸接彈簧。排架柱的計算模型為下端固接、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；當采用時，柱宜短、梁跨宜小，每側(cè)柱的內(nèi)力計算及配筋可采用較保守的懸臂模型單獨進行。
6 地基基礎(chǔ)設(shè)計的作用組合
按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范（2008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)的抗震承載力驗算的。當?shù)鼗M行抗震承載力驗算時，且地基持力層或下臥層為軟土層時：因為確定基底面積時采用了地震作用組合，可能基底面積受其控制，在沉降計算中又不含地震作用組合，此時應(yīng)復(fù)核準永久組合下的基礎(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。
7 對圖集手冊和程序結(jié)果的合理使用
不要對圖集、手冊過分的崇拜！不可對軟件結(jié)構(gòu)過分依賴！圖集、手冊的使用節(jié)約了設(shè)計者的精力，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)。各種圖集和手冊大部分來自規(guī)范和經(jīng)驗，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，甚至有些還是錯的。其中的內(nèi)容不是適合每個具體工程，適用錯了則適得其反。因為市場化的原因，這類書籍層出不窮，既有精華也有糟粕，作為設(shè)計者，要辨證的分析利用。個人認為：“對結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)概念把握是解決問題的根本方法”，各種規(guī)范的制定也是由力學(xué)分析和實驗數(shù)據(jù)而得來的具有可操作性的工具手冊。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，所以不必拘泥于某些標準圖和手冊，使用中要辯證的選用，去偽存真。高效能計算機的應(yīng)用，能對復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型做出可靠的分析，但更需要運用結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識正確的做出判斷。尤其是當我們把結(jié)構(gòu)開拓成綜合型、新材料和更大跨度的時候更是如此。工程師在進行結(jié)構(gòu)安全控制時，應(yīng)遵循規(guī)范的指導(dǎo)，但規(guī)范或設(shè)計程序不可能取代設(shè)計人員所必需的理論知識、經(jīng)驗和判斷力。設(shè)計人員必須自己承擔設(shè)計的全部責(zé)任，針對不同的設(shè)計對象、環(huán)境和使用條件，合理地選用設(shè)計程序中的數(shù)據(jù)和結(jié)果。
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