孔芳芳 李頎

【摘 要】計(jì)算參數(shù)的正確選取是確保結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果正確的關(guān)鍵。本文針對常用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件SATWE一些計(jì)算參數(shù)如何選取的問題作簡單分析。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算參數(shù)；正確選取。

一、概述

計(jì)算參數(shù)的取值，代表了結(jié)構(gòu)本身的特性

PKPM的信息數(shù)據(jù)大致可分為4類：第一類是平面幾何數(shù)據(jù)、荷載數(shù)據(jù)；第二類是材料性質(zhì)數(shù)據(jù)；第三類是計(jì)算參數(shù)；第四類是繪圖儀參數(shù)。第一、二、四類參數(shù)在取值上具有的交互式輸入、數(shù)據(jù)自檢及圖形檢查功能，并配有自動(dòng)檢測系統(tǒng)，具有判斷合理性及符合設(shè)計(jì)規(guī)范的人工智能，結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對這三類數(shù)據(jù)的檢查更為有效。只要在輸入、檢查過程中細(xì)心一些，一般都可以進(jìn)行校正。而第三類是信息數(shù)據(jù)，即計(jì)算參數(shù)，它用于描述結(jié)構(gòu)的受力特性，不同工程結(jié)構(gòu)有不同的取值，不同的取值將對計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。例如PKPM軟件包中，地震力的計(jì)算方式參數(shù)、周期折減系數(shù)，地震力放大系數(shù)等。這些參數(shù)決定了計(jì)算的方法及修正的范圍，直接影響到計(jì)算結(jié)果?？梢哉f，結(jié)構(gòu)計(jì)算的正確性，在很大程度上取決于計(jì)算參數(shù)選取的合理性。

二、正確選取一些計(jì)算參數(shù)：

1.混凝土容重：

SATWE計(jì)算軟件“總信息”左側(cè)第二條是“混凝土容重”的交互欄。一般程序默認(rèn)為25。在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附錄A中規(guī)定“鋼筋混凝土自重24～25KN/m?”。但應(yīng)注意的是《規(guī)范》中24～25KN/m?僅為自重，并未考慮鋼筋混凝土構(gòu)件的裝飾材料，在“鋼筋混凝土材料”應(yīng)用較多的結(jié)構(gòu)中（如剪力墻結(jié)構(gòu)）在未對墻體裝飾材料另填荷載的情況下，僅取25會(huì)使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有較大差異。筆者建議對一般框架結(jié)構(gòu)取25～26，剪力墻結(jié)構(gòu)根據(jù)墻體的多少取27～28。其他情況酌情增減。

2.地下室層數(shù)

填寫此信息主要影響結(jié)構(gòu)的橫向作用。如果填“1”那么，計(jì)算時(shí)一層將無風(fēng)荷載作用。不過是否有地震作用，還將取決于地下室能否作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2001第6.1.14條規(guī)定了地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固條件。如果計(jì)算工程條件均符合，那么應(yīng)在“地下室信息”交互欄“回填土對地下室約束相對剛度比”中填負(fù)數(shù)，如填“0”則地下室不受室外土約束，其他數(shù)據(jù)介于嵌固與無約束之間。填入數(shù)據(jù)的不同對地震作用的大小，薄弱層的位置有較大影響。筆者認(rèn)為，應(yīng)對計(jì)算結(jié)果分別按“嵌固”和“非嵌固”進(jìn)行比較，取不利結(jié)果。

3.是否考慮偶然偏心及雙向地震作用

“偶然偏心”，僅在《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土規(guī)程》JGJ3-2002第3.3.3中規(guī)定“計(jì)算單項(xiàng)地震作用時(shí)應(yīng)考慮偶然偏心的影響”。 對于“雙向地震作用”則在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2001第5.1.1條3款規(guī)定“質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響?！痹凇陡邔咏ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土規(guī)程》質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱，不均勻的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響?！庇纱丝梢姡涸诟邔咏ㄖ?，如果質(zhì)量和剛度不均勻，應(yīng)選“雙向地震”項(xiàng)；否則應(yīng)選“偶然偏心”（必須選一項(xiàng)）在低層建筑中不須選“偶然偏心”質(zhì)量和剛度不均勻應(yīng)選“雙向地震作用”。

4.支座負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)

對框架梁端支座負(fù)彎矩進(jìn)行調(diào)幅處理在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是一個(gè)重要的概念?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2002第5.3.1條規(guī)定：“對于直接承受動(dòng)荷載的構(gòu)件以及要求不出現(xiàn)裂縫或處于侵蝕環(huán)境等情況下的結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用考慮塑性內(nèi)力重分布的分析方法?？蚣?，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)以及雙向板等，經(jīng)過彈性分析求得內(nèi)力后，也可對支座或彎矩進(jìn)行調(diào)幅，并確定相應(yīng)的跨中彎矩?！睆澗叵抡{(diào)使結(jié)構(gòu)在發(fā)生微塑性變化時(shí)，梁端及跨中計(jì)算彎矩更接近實(shí)際情況。這樣做的結(jié)果是：

（1）調(diào)幅后梁端負(fù)彎矩減小，進(jìn)入塑性階段，引導(dǎo)塑性鉸在梁端先于柱端形成，符合強(qiáng)柱弱梁的抗震設(shè)計(jì)原則；

（2）梁上部鋼結(jié)筋適當(dāng)減少后，更易于保證節(jié)點(diǎn)混凝土澆灌的密實(shí)度。

對于具體的調(diào)幅數(shù)值，《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》JGJ3-91第5.2.3條規(guī)定：在豎向荷載作用下，可考慮梁端塑性變形內(nèi)力重分布而對梁端進(jìn)行調(diào)幅。裝配整體式框架調(diào)幅系數(shù)為0.7～0.8；現(xiàn)澆框架調(diào)幅系數(shù)為0.8～0.9。梁端負(fù)彎矩減少后，應(yīng)按平衡條件計(jì)算調(diào)幅后的跨中彎矩。高層框架梁截面設(shè)計(jì)時(shí)，梁跨中正彎矩至少應(yīng)取按簡支梁計(jì)算的跨中彎矩的50%。在《鋼筋混凝土連續(xù)梁和框架考慮內(nèi)力重分布設(shè)計(jì)規(guī)范（CECS51：93）中，對調(diào)幅結(jié)構(gòu)應(yīng)采用的材料及各類構(gòu)件的具體調(diào)幅系數(shù)取值都作了詳細(xì)規(guī)定。工程設(shè)計(jì)中應(yīng)全面考慮這些規(guī)定。使取值首先合理，才能有計(jì)算結(jié)果的合理性。

5.周期折減系數(shù)

公式α=（Tg/T）η2αmax可看出，在地震設(shè)防烈度已定，即αmax取值一定的情況下，Tg和T的取值決定著地震影響系數(shù)的取值，即決定了地震作用力大小。周期折減系數(shù)的取值在PKPM說明書中寫道：“對于框架結(jié)構(gòu)，若填充墻較多，取0.6～0.7，較少時(shí)可取0.7～0.8，對于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，可取0.8～0.9，剪力墻結(jié)構(gòu)的周期可不折減”?！爸芷谡蹨p系數(shù)”其實(shí)是對理論計(jì)算得出的周期與有填充墻的實(shí)際周期之間差異的修正。在結(jié)構(gòu)軟件計(jì)算時(shí)，沒有考慮填充墻的影響，實(shí)際工程中，填充墻使結(jié)構(gòu)剛度增大，周期減小，地震剛發(fā)生時(shí)，由于填充墻的影響，周期小于計(jì)算值，地震力較大，而后填充墻吸收部分地震力破壞，周期與理論計(jì)算接近。

6.柱，墻，基礎(chǔ)活荷載折減系數(shù)

此選項(xiàng)中有“柱墻設(shè)計(jì)時(shí)活荷載”折減，“傳給基礎(chǔ)的活荷載”折減。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001規(guī)定：設(shè)計(jì)樓面梁，墻，柱及基礎(chǔ)時(shí)活荷載是應(yīng)該折減的，而且是強(qiáng)制性條文，但一定要看清楚，只有所設(shè)計(jì)的建筑物屬《荷載規(guī)范》表4.1.1條第一項(xiàng)第（1）的才選擇本項(xiàng)折減，其余各條款建筑物均應(yīng)在“Pmcad→樓面荷載傳導(dǎo)計(jì)算→退出→選擇折減?！敝姓蹨p。

四、綜合分析比較，增強(qiáng)對計(jì)算輸出結(jié)果正確性的判斷能力

要確保計(jì)算結(jié)果的正確性，還應(yīng)對輸出結(jié)果的正確性進(jìn)行判斷。結(jié)構(gòu)軟件的結(jié)果輸出，給我們提供了許多信息，如內(nèi)力、配筋、位移、周期、軸壓比等，有文字的，有圖形的，有的雖然是中間結(jié)果，但依然反饋出引起結(jié)構(gòu)中的問題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員都應(yīng)重視。進(jìn)行的結(jié)構(gòu)軟件對于超規(guī)范限值的輸出結(jié)果，一般都給出醒目的提示，較容易發(fā)現(xiàn)，這類失誤比較容易避免。但另一類錯(cuò)誤，如梁未超筋，但梁的配筋明顯不合理，荷載情況相近的兩跨，配筋差異較大，或雖在規(guī)范限值內(nèi)，內(nèi)力包絡(luò)圖卻有突變等，應(yīng)引起注意。這些就需結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員仔細(xì)進(jìn)行分析比較。對這類問題的判斷，經(jīng)過認(rèn)真分析比較后，可以總結(jié)出一引起規(guī)律特性。如：相似的結(jié)構(gòu)、相似的荷載，對應(yīng)有相似的內(nèi)力分布；彎矩圖、軸力圖、剪力圖等內(nèi)力圖及振型曲線等圖形都具有漸變性、均勻性、平衡性的特點(diǎn)；利用結(jié)構(gòu)和荷載的對稱性，復(fù)查內(nèi)力的對稱性。這些分析都可提高對結(jié)果正確性的判斷。

五、小結(jié)

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的日益普及，正確、高效地使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，成為結(jié)構(gòu)工程師們的使命。我們認(rèn)為，為確保結(jié)構(gòu)計(jì)算的正確性，應(yīng)做好以下幾外方面的工作。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范是一切設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)，必須加強(qiáng)學(xué)習(xí)，理解透徹；用軟件使用需認(rèn)真研究和總結(jié)，對軟件的適用和條件要有所了解；熟悉各個(gè)計(jì)算參數(shù)的取值內(nèi)涵，抓住具體工程的特異性，正確選取與工程特性相匹配的計(jì)算參數(shù)。對輸入數(shù)據(jù)要進(jìn)行仔細(xì)復(fù)核。不斷總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)中融入概念設(shè)計(jì)、全局整體綜合考慮的思想，合理的人工調(diào)整，從而使計(jì)算更合理。對輸出結(jié)果作綜合分析比較。

總之，不斷學(xué)習(xí)提高結(jié)構(gòu)理論，結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)際情況，選擇合理計(jì)算參數(shù)，不完全依賴于計(jì)算機(jī)，不但可使計(jì)算機(jī)真正成為我們的好幫手，還可不斷提高設(shè)計(jì)能力。