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淺析工程結構設計創(chuàng )新技術(shù)論文
引言
隨著(zhù)結構設計輔助程序的普及，在某些工程師設計過(guò)程中產(chǎn)生有一種現象—重應用而輕概念、重計算而輕構造。如何正確的把握概念、合理的應用概念，一定程度上決定著(zhù)一個(gè)工程設計的成敗。下面針對幾個(gè)常遇的概念應用問(wèn)題進(jìn)行具體分析。
一、抗震設計中“強剪弱彎、強柱弱梁”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，容易把框架結構最重要的抗震原則—延性破壞，變成脆性破壞，反而更不利。正確的概念是：結構在中震下允許某些構件先屈服，出現塑性鉸，使結構剛度降低、塑性變形加大，當塑性鉸達到一定數量時(shí)，由于結構自震周期延長(cháng)，雖然結構承受的地震作用不再增加或增幅較小，但結構變形卻迅速增加。為了使抗震結構能維持承載能力而又具有較大的塑性變形能力，設計時(shí)應遵循“強剪弱彎、強柱弱梁”，保證主要耗能部位具有延性的設計原則。通過(guò)控制受壓區高度、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)保證梁端塑性鉸區有足夠的轉動(dòng)能力；通過(guò)各種內力調整系數，來(lái)保證“強剪弱彎、強柱弱梁”，具體涵義是調整梁端負筋、箍筋、梁底縱筋與柱縱筋、箍筋的相對比例關(guān)系，使結構在地震作用下梁端塑性鉸較普遍、較早出現，柱端塑性鉸較少、較晚出現。通過(guò)塑性耗能，避免在較強地震作用下的結構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，成了決定結構在較強或更強地震作用下破壞模型的關(guān)鍵因素。
二、工業(yè)建筑的樓面設計的活荷載合理取值
據《建筑結構荷載規范（2006年版）》，民用建筑的樓面活荷載及相關(guān)參數取值遵照4.1節規定，工業(yè)建筑的樓面活荷載及相關(guān)參數取值遵照4.2節規定執行。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�；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)——合理的計算步驟根據“附錄C”，按照板、次梁、主梁（柱和基礎）各構件來(lái)取三次相應的標準值分別計算，同時(shí)注意組合值系數和準永久值系數與民用建筑要求的區別。
三、樓梯的荷載輸入和計算模型
框架結構建筑中，當局部有電梯間、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，一般整體設計時(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��；當集中荷載對梁起控制作用時(shí)，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別。第二種方式應注意，平臺小立柱截面一般小于300mm，強度設計值應乘以強度折減系數0.8，立柱及平臺梁端部應配足夠的負筋，以抵抗實(shí)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(cháng)方向產(chǎn)生彎矩、在垂直方向產(chǎn)生扭矩，計算中沒(méi)考慮，構造應加強配筋。
四、地下連梁（地框梁）的設置
基礎埋深較大時(shí)，常設地下連梁承底層墻的自重和減小結構層高度。為了簡(jiǎn)化計算，常在結構計算模型中按多一層框架梁設計，此時(shí)較易出現短柱，有幾種處理方法：①形成短柱后，嚴格按抗震規范計算其強度配筋等，并應同時(shí)建立兩個(gè)計算模型：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算長(cháng)度系數應為1.25～1.0之間；二是取消地框梁層計算一次，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頂面，此時(shí)是基礎設計中常見(jiàn)的基礎拉梁，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(shí)應改變計算模型中的二層柱計算長(cháng)度系數，由1.25改為1.0左右，基礎連梁考慮彎矩和軸向拉力后一般構造配筋；不必理會(huì )軟件提示的底層柱抗剪不足問(wèn)題。③參照《建筑地基基礎設計規范》第8.2.6條的高杯口基礎做成高頸現澆基礎，高頸至地下連梁頂處，高頸剛度大于柱剛度4倍以上（非線(xiàn)剛度）。此時(shí)宜按正常模型計算，一層柱底至高頸處，注意按地基規范復核高頸配筋。
五、輕鋼人字梁混凝土排架結構的計算模型
當鋼梁采用人字梁時(shí)，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(shí)排架柱的聯(lián)系構件實(shí)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，盡量少采用這種結構體系；當采用時(shí)，柱宜短、梁跨宜小，每側柱的內力計算及配筋可采用較保守的懸臂模型單獨進(jìn)行。
六、地基基礎設計的作用組合
按照《建筑抗震設計規范（20xx年版）》第4.2節要求，一般多層建筑是不需要地基及基礎的抗震承載力驗算的。當地基進(jìn)行抗震承載力驗算時(shí)，且地基持力層或下臥層為軟土層時(shí)：因為確定基底面積時(shí)采用了地震作用組合，可能基底面積受其控制，在沉降計算中又不含地震作用組合，此時(shí)應復核準永久組合下的基礎的沉降差值是否滿(mǎn)足規范要求，避免在常態(tài)下基礎沉降不均。:
七、對圖集手冊和程序結果的合理使用
不要對圖集、手冊過(guò)分的崇拜！不可對軟件結構過(guò)分依賴(lài)！圖集、手冊的使用節約了設計者的精力，方便了施工，也是監理、建設監管部門(mén)控制審查的依據。各種圖集和手冊大部分來(lái)自規范和經(jīng)驗總結，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。其中的內容不是適合每個(gè)具體工程，適用錯了則適得其反。因為市場(chǎng)化的原因，這類(lèi)書(shū)籍層出不窮，既有精華也有糟粕，作為設計者，要辨證的分析利用。個(gè)人認為：“對結構體系的力學(xué)概念把握是解決問(wèn)題的根本方法”，各種規范的制定也是由力學(xué)分析和實(shí)驗數據而得來(lái)的具有可操作性的工具手冊。規范也在不斷修訂完善，在合理的情況下還可以超規范設計，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�，F代高效能計算機的應用，能對復雜結構模型做出可靠的分析，但更需要運用結構基礎知識正確的做出判斷。尤其是當我們把結構開(kāi)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)行結構安全控制時(shí)，應遵循規范的指導，但規范或設計程序不可能取代設計人員所必需的理論知識、經(jīng)驗和判斷力。設計人員必須自己承擔設計的全部責任，針對不同的設計對象、環(huán)境和使用條件，合理地選用設計程序中的數據和結果。
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