論CAD軟件應(yīng)用與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中幾點問題分析

　　摘 要：本文主要針對當(dāng)前房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中一些常見卻又常被人們忽視的錯誤進(jìn)行了剖析，在工程設(shè)計過程中應(yīng)用CAD軟件所出現(xiàn)的問題,結(jié)合自己對PKPM系列建筑結(jié)構(gòu)CAD系統(tǒng)軟件的應(yīng)用經(jīng)驗,指出了錯誤的原因和后果，并給出了一些設(shè)計建議和構(gòu)造的要求。

　　關(guān)鍵詞：計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD) 抗震設(shè)計 概念設(shè)計

　　引 言

　　隨著科技的發(fā)展，計算機(jī)硬件技術(shù)和建筑結(jié)構(gòu)分析理論也在不斷地發(fā)展和完善，計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)系統(tǒng)在建筑工程設(shè)計領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)用最多的就是平面框排架計算與繪圖軟件（PK），它既是獨立的計算和繪圖軟件，又可作為PKPM系列其它高層分析程序的接口軟件，是結(jié)構(gòu)工程師非常熟悉的。

　　1 地基與基礎(chǔ)方面

　　1.1 多層房屋建筑無地質(zhì)詳勘報告，僅僅依據(jù)建設(shè)單位口頭或籠統(tǒng)參照附近建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計資料就進(jìn)行施工圖設(shè)計。地基與基礎(chǔ)設(shè)計要做到合理，安全適用，設(shè)計人員必須依據(jù)地質(zhì)勘察資料，統(tǒng)一考察多方面因素進(jìn)行基礎(chǔ)類型和上部結(jié)構(gòu)方寧設(shè)計，僅憑地耐力這一數(shù)據(jù)是不完全面的，也是不安全的，更不能盲目地把耐力容許值取得小一些就認(rèn)為成無一失了。

　　1.2 采用換土墊層進(jìn)行軟弱地基處理，不進(jìn)行換土墊層設(shè)計，只憑經(jīng)驗處置。有時設(shè)計者軟弱地基的危害認(rèn)識不足，只是簡單地憑借經(jīng)驗采用砂墊層加強一下承載力，沒有進(jìn)行墊層寬度和厚度計算，既不安全，又不經(jīng)濟(jì)。

　　1.3 民用建筑中柱，梁及基礎(chǔ)的負(fù)荷未按規(guī)范乘以折減系數(shù)。設(shè)計人員設(shè)計多層民用建筑時，在計算梁、柱和基礎(chǔ)的負(fù)荷 時未按現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范使用荷載乘折減系數(shù)計算其荷載值，因而荷載值不準(zhǔn)確。

　　2結(jié)構(gòu)平面輔助設(shè)計軟件PMCAD 的應(yīng)用

　　PMCAD 是PKPM系列軟件的核心模塊,是建筑與結(jié)構(gòu)連接的接口軟件,也是結(jié)構(gòu)平面設(shè)計軟件,在這個模塊中建立的結(jié)構(gòu)模型應(yīng)力求準(zhǔn)確,能夠反應(yīng)結(jié)構(gòu)的實際情況。

　　(1) 交互式結(jié)構(gòu)模型的建立。結(jié)構(gòu)模型中所有的構(gòu)件均在此項操作中輸入,應(yīng)當(dāng)注意的是:凡是結(jié)構(gòu)布置形式及構(gòu)件尺寸和荷載不同的結(jié)構(gòu)層均應(yīng)描述為不同的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層,對于上下層柱變截面情況用構(gòu)件相對于節(jié)點的偏心描述,注意在節(jié)點過密的時候墻體及梁布置的連續(xù)性。在布置過兩個或更多的標(biāo)準(zhǔn)層后,不能使用圖案編輯菜單對某一層或某一部分拖動或平移,因為所有的節(jié)點位置都是用相對于原點的位置描述的,拖動或平移會造成上下層節(jié)點錯位。全樓的組裝必須是自下而上的標(biāo)準(zhǔn)層組裝,不能把后一個標(biāo)準(zhǔn)層組裝于前一個標(biāo)準(zhǔn)層之前。填充墻不能作為墻體輸入。在此輸入的荷載值應(yīng)是荷載標(biāo)準(zhǔn)值,不是設(shè)計值。

　　(2) PK文件的生成。對于磚混結(jié)構(gòu),按連梁生成的墻梁的PK文件,在沒有進(jìn)行磚混抗震驗算時梁上沒有上部墻體及以上層樓板傳來的荷載。底框磚房的底層框架梁不可以用生成連梁的方法生成PK文件,否則會引起框架上地震荷載的漏項,而用PK所畫的梁施工圖其節(jié)點構(gòu)造不滿足“抗規(guī)”要求。在此項操作中生成的連梁PK文件應(yīng)打開修改支座情況,主要是依據(jù)實際情況修改梁與柱的鉸接還是固接。在此菜單生成的框架PK文件應(yīng)打開修改梁慣性矩增大系數(shù)和梁端彎矩調(diào)幅系數(shù),否則PK軟件按梁混凝土彈性工作配筋,使支座鋼筋偏大而跨中鋼筋偏小。

　　3 懸挑梁的梁高選用過小

　　設(shè)計者往往只注意了對梁的強度和傾覆進(jìn)行驗算，而忽略了對梁撓度的驗算。梁高選用過小，引起梁截面的受壓區(qū)應(yīng)力過高，在正常使用狀態(tài)下，梁截面受壓區(qū)產(chǎn)生非線性徐變。梁撓度隨時間的推移不斷加大。挑梁的變形引起梁板出現(xiàn)裂縫，裂縫寬度隨著挑梁變形的回大而加寬，影響了房屋的正常使用。據(jù)筆者觀察，這種挑梁的變形發(fā)展到后期，梁支座截面上部受拉區(qū)常常出現(xiàn)較寬的豎向裂縫。受支座附近上部受拉區(qū)常常出現(xiàn)較寬的豎向裂縫。受支座附近剪彎作用的影響，豎向裂縫向下延伸發(fā)展為斜裂縫，此時梁已接近破壞，當(dāng)為托墻挑梁時，梁過大的撓度引起梁上境況體在梁支座附近出現(xiàn)裂縫。裂縫在梁支座處沿斜向延伸，縫愈靠上愈寬。挑梁的截面過小對結(jié)構(gòu)的抗震也很不利。懸挑結(jié)構(gòu)對豎向地震的作用最為敏感。梁高小時，截面的相對受壓區(qū)高度較大，梁的延性減小，在豎向地震作用下易發(fā)生脆性破壞，失去承載力。

　　4 連續(xù)梁按單梁進(jìn)行設(shè)計

　　這種情況多發(fā)在陽臺邊梁的設(shè)計中。由于邊梁上的荷重一般較小，沒有引起設(shè)計者的重視，貪圖受力分析方便，設(shè)計者把實際應(yīng)為連續(xù)梁的梁按單跨簡支梁進(jìn)行設(shè)計，致使梁在支座處上部負(fù)筋配置量過少。這樣必然引起梁在支座附近上部受拉區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫，進(jìn)而引起梁上部攔板出現(xiàn)豎向裂縫。如果該邊梁長度較長時，問題將會變得更加嚴(yán)重。因為該梁一般直接暴露在室外，受環(huán)境溫度影響較大。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，梁的伸縮受到梁端柱或挑梁的約束，在梁內(nèi)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，該收縮應(yīng)力作用于原已產(chǎn)生的梁上裂縫處，引起梁的支座附近沿整個梁截面四周裂縫貫通，梁承載力降低，直接影響了使用安全。

　　5 樓板設(shè)計常見問題

　　5.1 設(shè)計時為了計算方便或因?qū)Π宓氖芰顟B(tài)認(rèn)識不足，簡單地將雙向板作用單向板進(jìn)行計算。使計算假定與實際受力狀態(tài)不符，導(dǎo)致一個方向配筋過大，而另一方向僅按構(gòu)造配筋，造成配筋嚴(yán)重不足，致使板出現(xiàn)裂縫。

　　5.2 板承受線荷載時彎矩計算問題，在民用建筑中，常常在樓板上布置一些非承重隔墻故大樓板設(shè)計中常常將該部分的線荷載換算成等效的均布荷載后，進(jìn)行板的配筋計算。但有些設(shè)計人員錯誤地將隔墻的總荷載附以板的總面積。另外，板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌砌頂緊上部分的樓、屋面板，這樣會給上部的板增加了一個中間支承點，使其變?yōu)檫B續(xù)板，支承點上部出現(xiàn)了負(fù)彎矩，而在板的設(shè)計中又沒考慮該部分的影響，致使板頂出現(xiàn)裂縫。

　　5.3 雙向板有效高度取值偏大。有的設(shè)計者為圖省事或?qū)Π迨芰φJ(rèn)識不足，而取兩個方向的有效高度一致進(jìn)行配筋計算，致使長跨有效高度偏大，配筋降低，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在的質(zhì)量隱患，甚至出現(xiàn)開明縫的現(xiàn)象。例如：某6 度抗震區(qū)建筑,設(shè)計為六層帶半地下室磚混住宅,上部結(jié)構(gòu)布置均勻規(guī)整,但是上部作為主要承重和抗震墻體的內(nèi)縱墻卻沒有基礎(chǔ),而是坐落于地下室的內(nèi)橫墻上,也就是說,上部六層墻體的線荷載,變?yōu)榧泻奢d傳于地下室橫墻上,這種結(jié)構(gòu)的傳力路線是最為不利的。再如:某六層磚混結(jié)構(gòu)商品樓,下部三層為商業(yè)網(wǎng)點,上部三層為住宅,初看起來好象并無不妥,但是下部一層均為貫通整個進(jìn)深的單間門市部,開間為3米～3.9米 ,實際上就是一層只有橫墻而沒有縱墻,這樣的建筑其縱向的抗震能力很小,是不能夠按磚混結(jié)構(gòu)來設(shè)計的。雖然其層數(shù)及高度均不超規(guī)范,但是它的抗震性能是極差的,是不能滿足抗震要求的。

　　6 獨立基礎(chǔ)及條形基礎(chǔ)設(shè)計軟件JCCAD 的應(yīng)用

　　6.1對磚混結(jié)構(gòu)而言,一般應(yīng)在荷載組合中加入經(jīng)PMCAD 軟件進(jìn)行磚混抗震計算后的荷載。

　　6.2 對框架結(jié)構(gòu)而言,一般應(yīng)計入經(jīng)PK軟件計算的PK荷載,并在PK荷載中計入地震荷載組合,并經(jīng)縱橫兩個方向的驗算后確定基礎(chǔ)選用的合理值,或計入經(jīng)TAT、SATWE 計算的荷載組合。若只經(jīng)PM恒、活荷載計算,則結(jié)果在地震區(qū)會明顯偏小。

　　6.3對彈性地基梁及筏板基礎(chǔ)的計算還應(yīng)注意以下幾個方面: ①應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場勘探情況利用軟件對地基進(jìn)行驗算; ②應(yīng)根據(jù)地基及設(shè)計情況不同選用適當(dāng)?shù)牡鼗鶆偠认禂?shù); ③根據(jù)上部結(jié)構(gòu)及場地情況,選取適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)形式和計算方法;④經(jīng)過反復(fù)地試算,最后確定較為合適的梁截面和翼緣寬度。一般認(rèn)為,如果我們確定了一種梁截面或翼緣厚度時,加大或減小其截面尺寸都會引起配筋量的增加,那就說明我們選定的這個截面是較為合適的。

　　7 結(jié)束語

　　在工程設(shè)計時,即從模型簡化、荷載匯總、結(jié)構(gòu)計算到施工圖繪制的全過程中,我們應(yīng)認(rèn)真的考慮設(shè)計的每一環(huán)節(jié),不僅保證計算模型的簡化與工程實際相吻合,使計算假定與實際情況相一致,而且應(yīng)注意設(shè)計軟件的適用條件及其技術(shù)條件,正確的使用CAD 軟件,保證計算結(jié)果準(zhǔn)確；更要加強規(guī)范的學(xué)習(xí),加強概念設(shè)計,保證結(jié)構(gòu)滿足各項構(gòu)造措施的要求，使建筑結(jié)構(gòu)能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用,保證結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能和耐久性能。 在建筑物抗震設(shè)計中，包括三部分內(nèi)容,即概念設(shè)計、構(gòu)造設(shè)計和結(jié)構(gòu)計算。我們在進(jìn)行建筑物抗震設(shè)計時,一定要遵循“抗規(guī)”提出的抗震設(shè)計原則和抗震設(shè)計構(gòu)造要求，正確應(yīng)用CAD 軟件，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。總之，我們設(shè)計工作者應(yīng)按規(guī)范相應(yīng)的構(gòu)造要求嚴(yán)格執(zhí)行，才得以從根本上消除設(shè)計質(zhì)量的隱患。

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