摘要：采用PKPM軟件進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)師要把握好建筑整體結(jié)構(gòu)概念，不能過(guò)分相信計(jì)算機(jī)分析結(jié)果。另外，要對(duì)軟件技術(shù)條件進(jìn)行清醒的認(rèn)識(shí)。文章結(jié)合筆者在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)的問題,對(duì)PKPM軟件的應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問題和如何應(yīng)用等作了簡(jiǎn)單的分析,以提高應(yīng)用PKPM軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)CAD PKPM抗震設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)
隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)系統(tǒng)在建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中也得到了普遍的應(yīng)用。那么，在使用這些結(jié)構(gòu)軟件的過(guò)程中，容易出現(xiàn)什么問題，在使用這些軟件輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng)呢？回顧多年的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，盡管在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用CAD進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方便快速, 但設(shè)計(jì)師要對(duì)建筑整體結(jié)構(gòu)概念加強(qiáng)認(rèn)識(shí)，不能過(guò)分相信計(jì)算機(jī)分析結(jié)果。另外，要對(duì)軟件技術(shù)條件進(jìn)行清醒的認(rèn)識(shí)。為此,結(jié)合近幾年來(lái)在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的類似問題,對(duì)PKPM軟件的應(yīng)用作一些簡(jiǎn)單的分析,以提高應(yīng)用PKPM軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
1、超規(guī)范設(shè)計(jì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)存在安全隱患
超規(guī)范設(shè)計(jì)問題對(duì)中小設(shè)計(jì)院來(lái)說(shuō)是禁而未絕的問題。雖然建設(shè)主管部門三令五申的強(qiáng)調(diào),但是由于缺乏有效的管理手段和約束機(jī)制,有的地方設(shè)計(jì)審查流于形式,或?qū)υO(shè)計(jì)圖紙的審查只限于對(duì)建筑造型的審查,使得一些超規(guī)范設(shè)計(jì)變成了聳立于城市街頭的建筑物。當(dāng)然,超規(guī)范設(shè)計(jì)有設(shè)計(jì)單位主觀上的原因,也有的是客觀上造成的。超規(guī)范設(shè)計(jì)的問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1.1磚混結(jié)構(gòu)層數(shù)和高度超規(guī)范問題
在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“抗規(guī)”) 中,多層砌體房屋由高度和層數(shù)兩個(gè)指標(biāo)控制,一般認(rèn)為,超過(guò)了其中的一個(gè)控制指標(biāo)即是超規(guī)范設(shè)計(jì)。近年來(lái),一些抗震設(shè)防地區(qū)所建磚混建筑物相繼出現(xiàn)八層帶半地下室磚混住宅。嚴(yán)格地講,按“抗規(guī)”的規(guī)定,帶半地下室住宅房屋的高度和層數(shù)應(yīng)從地下室地面算起,也就是說(shuō),八層帶半地下室建筑的實(shí)際層數(shù)應(yīng)為九層。
1.2底層框架磚房超規(guī)范設(shè)計(jì)問題
底層框架磚房除存在上述高度和層數(shù)超規(guī)范問題以外,還存在底層框架本身的設(shè)計(jì)超規(guī)范問題。“抗規(guī)”所謂的底層框架是指底層為框架－抗震墻承重的結(jié)構(gòu),且宜采用鋼筋混凝土抗震墻,但抗震烈度為6 度和7 度地區(qū)可采用嵌砌于框架之間的磚墻。根據(jù)了解的情況,有些工程底層框架雖有抗震墻但截面面積明顯不足。一些工程竟采用底層純框架結(jié)構(gòu),而且在抗震區(qū)總層數(shù)達(dá)到八層。并有底一上七、底二上六、甚至底三上五的底層純框架形式出現(xiàn),并且在實(shí)際工程中底層有限的幾片磚墻還常常是按填充墻來(lái)考慮。這種結(jié)構(gòu)形式大都出現(xiàn)在臨街的住宅設(shè)計(jì)中,尤其近年來(lái)在房地產(chǎn)開發(fā)商所建的商品房中居多,這種結(jié)構(gòu)形式的建筑在地震中的表現(xiàn)是非常脆弱的。所以,一旦有地震發(fā)生,其后果將十分嚴(yán)重。
1.3舊房改造設(shè)計(jì)中的超規(guī)范問題
某些過(guò)去設(shè)計(jì)建造的房屋在建設(shè)當(dāng)時(shí)該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度低于現(xiàn)行的設(shè)防烈度,或由于建筑時(shí)的材料所限,其抗震能力較差,已屬于抗震加固對(duì)象,而某些設(shè)計(jì)單位未進(jìn)行加固設(shè)計(jì)而進(jìn)行了加層設(shè)計(jì),有的加層設(shè)計(jì)還超過(guò)現(xiàn)行規(guī)范要求。在加層施工中原結(jié)構(gòu)有不同程度的破壞,加層設(shè)計(jì)對(duì)該建筑的抗震性能來(lái)說(shuō)無(wú)疑是雪上加霜。
調(diào)查發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致超規(guī)范設(shè)計(jì)的主要原因有如下幾方面:一是某些設(shè)計(jì)人員遵循規(guī)范的意識(shí)淡薄,對(duì)規(guī)范規(guī)定模糊不清、學(xué)習(xí)不夠,甚至有些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員從來(lái)沒有考慮過(guò)規(guī)范的要求。二是建筑設(shè)計(jì)的人員結(jié)構(gòu)概念模糊,從建筑設(shè)計(jì)方案階段造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是超規(guī)范的,而又片面地強(qiáng)調(diào)所謂的建筑形式等要求,使結(jié)構(gòu)難以滿足規(guī)范要求。三是某些建設(shè)單位由于從投資的限制、土地利用率等方面出發(fā)而提出不滿足規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)形式,而設(shè)計(jì)部門為得到工程的設(shè)計(jì)任務(wù)故意違反規(guī)范規(guī)定,有的設(shè)計(jì)單位領(lǐng)導(dǎo)為了眼前的利益,迫使設(shè)計(jì)人員進(jìn)行超規(guī)范設(shè)計(jì)；四是設(shè)計(jì)審查部門遷就建設(shè)單位的意圖,使超規(guī)范設(shè)計(jì)在某些地方合法化甚至成為不成文的地方標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣作法。筆者認(rèn)為,設(shè)計(jì)規(guī)范作為國(guó)家制定的規(guī)程是指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)的綱領(lǐng),作為建筑設(shè)計(jì)工作者,在任何時(shí)候都不應(yīng)當(dāng)違反。
2、過(guò)分依賴計(jì)算機(jī)分析結(jié)果而忽略抗震、構(gòu)造等要求
2.1過(guò)分相信計(jì)算機(jī)
一些對(duì)結(jié)構(gòu)概念不很清楚的設(shè)計(jì)人員可能會(huì)過(guò)分地相信計(jì)算機(jī)而出現(xiàn)嚴(yán)重的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。例如某六層磚混結(jié)構(gòu),其中第六層為大空間會(huì)議室,而且第六層沿縱墻外挑1200 mm。也就是說(shuō),第六層的屋面、墻體等荷載最終傳于第五層的外挑梁上,而挑梁向內(nèi)的平衡長(zhǎng)度不夠或挑梁上的平衡荷載不足,顯然挑梁的抗傾覆能力不足。設(shè)計(jì)者認(rèn)為:挑梁的計(jì)算數(shù)據(jù)是由PMCAD 軟件生成的,其配筋是經(jīng)過(guò)PK軟件計(jì)算的,計(jì)算結(jié)果沒有問題。其實(shí),由于設(shè)計(jì)者對(duì)軟件技術(shù)條件不明,在操作時(shí)有荷載漏項(xiàng),導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。
2.2忽視抗震設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求
在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,不同程度地存在著忽視抗震概念設(shè)計(jì)問題。例如：某6度抗震區(qū)建筑,設(shè)計(jì)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(shuō),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。
建筑物抗震設(shè)計(jì)包括三部分內(nèi)容,即概念設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)計(jì)算。大家都知道,地震是一種復(fù)雜的自然現(xiàn)象,我們對(duì)建筑物的地震破壞機(jī)理還不十分清楚,對(duì)地震的破壞現(xiàn)象也只是停留在感性認(rèn)識(shí)階段,建筑物抗震計(jì)算的原理只是一種近似方法。所以,我們?cè)谶M(jìn)行建筑物抗震設(shè)計(jì)時(shí),一定要遵循“抗規(guī)”提出的抗震設(shè)計(jì)原則和抗震設(shè)計(jì)構(gòu)造要求，正確應(yīng)用CAD 軟件，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。例如底層框架結(jié)構(gòu)上部的磚房的構(gòu)造措施比多層磚房的構(gòu)造措施要嚴(yán)格一些,要求構(gòu)造柱的縱向鋼筋不宜小于4Φ14 ,箍筋間距不宜大于200mm 等,不能按磚房的抗震措施來(lái)設(shè)計(jì),也不能單憑計(jì)算結(jié)果來(lái)判斷結(jié)構(gòu)的可靠性,象上述的兩個(gè)例子,結(jié)構(gòu)的靜力計(jì)算是沒有問題的,而縱向抗震能力明顯不足。
3結(jié)構(gòu)平面輔助設(shè)計(jì)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(jì)軟件,在這個(gè)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(shí)際情況。
3.1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(xiàng)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(duì)于上下層柱變截面情況用構(gòu)件相對(duì)于節(jié)點(diǎn)的偏心描述,注意在節(jié)點(diǎn)過(guò)密的時(shí)候墻體及梁布置的連續(xù)性。在布置過(guò)兩個(gè)或更多的標(biāo)準(zhǔn)層后,不能使用圖案編輯菜單對(duì)某一層或某一部分拖動(dòng)或平移,因?yàn)樗械墓?jié)點(diǎn)位置都是用相對(duì)于原點(diǎn)的位置描述的,拖動(dòng)或平移會(huì)造成上下層節(jié)點(diǎn)錯(cuò)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)層組裝于前一個(gè)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(jì)值。
3.2 PK文件的生成
對(duì)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(yàn)算時(shí)梁上沒有上部墻體及以上層樓板傳來(lái)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(huì)引起框架上地震荷載的漏項(xiàng),而用PK所畫的梁施工圖其節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不滿足“抗規(guī)”要求。在此項(xiàng)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(shí)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。
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