正確運用軟件 確保工程結構安全

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  正確運用軟件 確保工程結構安全

安全性、經(jīng)濟性、適用性是評價建筑工程合理性的三項標準，其中結構安全性是首要的，也是最根本的標準。由此可見建筑結構設計工作責任重大，它與國家、人民的生命財產(chǎn)息息相關?，F(xiàn)階段在建筑結構設計領域，由于結構分析、計算的程序化，使得結構設計軟件得到廣泛應用。但是，在實際建筑結構設計使用計算機時，如果不知道如何選擇適合于具體結構的程序，不知道如何判斷程序計算過程是否正確，該設計就會變成只能聽命于機器操作的“架空設計”。 
    有些結構設計人員面對復雜的結構體系和結構分析，出現(xiàn)不問程序應用范圍隨意套用，不加分析選擇計算簡圖、輸入?yún)?shù)但物理意義不明而任意選用、對輸出結果不進行合理性分析就盲目采用等現(xiàn)象，嚴重影響設計質量和工程的安全。如果不給予足夠重視，則由于程序使用不當而造成工程事故的出現(xiàn)將是難免的。針對這一現(xiàn)象，本文就結構分析軟件應用的有關問題提出一些看法，供大空商榷。 
    1.程序應用中應注意的問題 
    1.1各種結構的計算程序可以為計算提供很好的手段，要想得到正確的計算結果，并在施工圖中應用，除了程序的準確性外，還與輸入數(shù)據(jù)的正確性和結構簡化的合理性，程序選用的正確性，都有很大的關系，因此必須根據(jù)工程設計經(jīng)驗對計算結果進行分析、判斷，根據(jù)其正確與否作為設計的依據(jù)。 
    1.2每一種結構計算程序都有一定的應用范圍，都是建立在一定的力學假定模型上，程序應用時一定要熟識了解編制的技術條件和使用要求，嚴格按照程序的數(shù)據(jù)要求正確輸入結構幾何數(shù)據(jù)和荷載數(shù)據(jù)，同時給定正確的計算參數(shù)，經(jīng)校對、審核無誤后才能進行計算。 
    1.3根據(jù)工程結構的實際情況，正確地確定各種參數(shù)的取值，如梁端調幅系數(shù)、梁跨中彎矩增加系數(shù)、梁剛度放大系數(shù)、梁扭矩折減系數(shù)，以及周期折減系數(shù)、地震力調整系數(shù)等等，以滿足設計要求。 
    1.4結構梁柱構件設計在程序中往往考慮得不全，設計人員應根據(jù)設計經(jīng)驗和單項工程結構特性及規(guī)范規(guī)定進行必要的調整才能應用到施工圖中去，切不可盲目應用配筋結果，比如對于交叉框架梁以及實配鋼筋為雙排筋時，實配鋼筋面積應按電算配筋面積乘以1.1～1.2的系數(shù)。 
    2.結構分析軟件計算結果正確性的大致判斷 
    2.1自振周期判斷： 
    對于比較正常的工程設計，不考慮折減的計算自振周期大概在下列范圍內： 
    框架結構：T1=（0.08～0.10）n 
    框架一剪力墻結構和框架一筒體結構：T1=（0.06～0.08）n 
    剪力墻結構和筒中筒結構：T1=（0.04～0.05）n 
    式中n為建筑物層數(shù) 
    第二及第三振型的周期近似為： 
    T2=（1/5～1/3）T1 
    T3=（1/7～1/5）T1 
    如果計算結果偏離上述數(shù)值太遠，應考慮工程中構件截面是否太大、太小，剪力墻數(shù)量是否合理，應適當予以調整。反之，如果截面尺寸、結構布置都正常，無特殊情況而偏離太遠，則應檢查輸入數(shù)據(jù)是否有錯誤。以上判斷是根據(jù)平移振動振型分解方法來提出的。當考慮扭轉耦連振動時，情況復雜得多。首先應挑出與平移振動對應的振型來進行上述比較，至于扭轉周期的合理數(shù)值，由于經(jīng)驗不多，目前尚難提出合理的周期數(shù)值。 
    2.2地震力大小判斷： 
    根據(jù)許多工程的計算結果，截面尺寸、結構布置都比較正常的結構，其底部剪力大約在下述范圍內： 
    8度：Ⅱ類場地土：FEK=（0.03～0.06）G 
    7度：Ⅱ類場地土：F EK=（0.015～0.03）G 
    式中F EK為底部地震剪力標準值：G為結構總重量。 
    層數(shù)多，剛度小時，偏于較小值；層數(shù)少，剛度大時，偏于較大值。當為其他烈度和場地類型時，相應調整此數(shù)值。當計算的底部剪力小于上述數(shù)值時，宜適當加大截面，提高剛度，適當增大地震力以保證結構安全，反之，地震力過大宜適當降低剛度以求得合適的經(jīng)濟技術指標。 
    2.3利用對稱性判斷： 
    對稱結構在對稱外力作用下，對稱點的內力和位移必然對稱。如有反?，F(xiàn)象檢查輸入數(shù)據(jù)是否正確。 
    2.4結構漸變性判斷： 
    豎向剛度、質量變化較均勻的結構，在較均勻變化的外力作用下，其內力、位移等計算結果自上而下也均勻變化，不應有大正大負，大出大進等突變。 
    2.5結構合理性判斷 
    設計較正常的結構，一般而言不應有太多的超限截面，基本上應符合以下規(guī)律： 
    （1） 柱、墻的軸力設計值絕大部分為壓力 
    （2） 柱、墻大部分為構造配筋 
    （3） 梁基本上無超筋 
    （4） 除個別墻段外，剪力墻符合截面抗剪要求 
    （5） 梁截面抗剪不滿足要求、抗扭超限截面不多 
    3.結束語 
    由于結構設計軟件的迅速發(fā)展，大大解放了結構設計人員，使結構設計人員從準備大量數(shù)據(jù)、寫計算書、畫圖中走出來，有時間考慮結構設計中如概念設計、不同模型計算比較等問題，明顯提高了設計效率，改變了結構設計專業(yè)拖后腿的狀況，結構軟件功不可沒。但結構設計軟件畢竟是一個輔助設計工具，智能化功能很弱，在概念設計、不同模型選擇、結果分析等方面必須由設計人員來做。而且，結構設計軟件也會有漏洞、出錯，用軟件工程理論來說這是不可避免的，因而還需要校審把關?？傊?，好的軟件不等于計算結果必然正確，正確的計算結果也不等于設計必然合理。使兩者成立的條件是結構工程師對軟件的正確使用和對計算結果的正確判斷。