結(jié)構(gòu)分析的目的、結(jié)構(gòu)模型以及分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)系

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在工程設(shè)計、結(jié)構(gòu)安全鑒定等眾多工程實踐過程中，我們經(jīng)常會遇到諸如結(jié)構(gòu)分析的深度，如何簡化結(jié)構(gòu)模型以便迅速找到合理誤差范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的計算結(jié)果等許多問題，本文就其中結(jié)構(gòu)分析的目的、分析與設(shè)計的關(guān)系及關(guān)于結(jié)構(gòu)模型的問題談?wù)劰P者的一些體會。
1 結(jié)構(gòu)分析
結(jié)構(gòu)分析是確定在給定荷載下結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力和變形，以便使結(jié)構(gòu)設(shè)計得合理并能檢查現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的安全狀況。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須先從結(jié)構(gòu)的概念開始擬定一種結(jié)構(gòu)形式，然后再進行分析。這樣做能確定構(gòu)件的尺寸以及所需要的鋼筋，以便a). 承受設(shè)計荷載而不致出現(xiàn)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞（承載能力極限狀態(tài)設(shè)計）；b). 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的規(guī)定（正常使用極限狀態(tài)設(shè)計）。
由于通常在工作荷載作用下，結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，因此以彈性狀態(tài)假設(shè)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)理論就適用于正常狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的倒塌通常在遠遠超出材料彈性范圍，超出臨界點后才會發(fā)生，因而建立在材料非彈性狀態(tài)基礎(chǔ)上的極限強度理論是合理確定結(jié)構(gòu)安全性，防止倒塌所必需的。不過彈性理論可用來確定延性結(jié)構(gòu)強度的安全近似值（塑性下限逼近法），在鋼筋混凝土設(shè)計中通常采用這種方法。基于這種原因，在本文中僅僅采用結(jié)構(gòu)的彈性理論。
2 結(jié)構(gòu)模型
仔細的觀察所有結(jié)構(gòu)都是三維構(gòu)件的組合體，對其進行精確的分析，甚至在理想狀態(tài)下，也是一個棘手的工作，即使專業(yè)人員也無從考慮。由于這種原因，分析人員工作的一個重要部分是將實際結(jié)構(gòu)和荷載狀態(tài)簡化成一個易于合理分析的模型。
這樣，結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)可分解成板和樓蓋梁，樓蓋梁是由柱支撐的交叉梁系，柱將荷載傳遞到基礎(chǔ)上。因為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析不能分析板的作用，所以經(jīng)常理想化成類似于梁的條形系統(tǒng)。同樣，普通的方法不能處理三維框架系統(tǒng)，因此利用平面結(jié)構(gòu)組合系統(tǒng)建立整個結(jié)構(gòu)的模型，分別加以分析?，F(xiàn)代的有限元法可以分析整個系統(tǒng)從而革新了結(jié)構(gòu)分析，這樣可對荷載作用下結(jié)構(gòu)的性能做出更可靠的預測。
實際荷載狀態(tài)也是很難確定和很難客觀表達的，為了進行分析，必須進行簡化。例如：橋梁結(jié)構(gòu)上的交通荷載主要是動載和可變荷載，通常理想化成靜態(tài)行使的標準汽車或分布荷載，以用來模擬實際產(chǎn)生的最危險的荷載狀態(tài)。
同樣，連續(xù)梁有時簡化為簡支梁，剛性結(jié)點簡化為鉸結(jié)點，忽略填充墻，把剪力墻簡化成梁。在決定如何建立一個結(jié)構(gòu)模型使之比較客觀，但又比較簡單時，分析人員必須記住每個這樣的理想化都將使所求的結(jié)果更加可疑。分析的越客觀，產(chǎn)生的信心越大，所取的安全系數(shù)（或可忽略的因素）可以越小。這樣，除非規(guī)范條款控制，工程師必須估算出結(jié)構(gòu)精確分析所需追加的費用與結(jié)構(gòu)中可能節(jié)省的費用相比，是否合算。
3 結(jié)構(gòu)分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)系
結(jié)構(gòu)分析的最重要的用處是在結(jié)構(gòu)設(shè)計中作為一種工具。它通常是反復試算過程中的一個環(huán)節(jié)，在這種方法中，首先，在假定的恒載下對假定的結(jié)構(gòu)體系進行分析，然后根據(jù)分析結(jié)果設(shè)計各構(gòu)件，這個階段稱為初步設(shè)計。由于這種設(shè)計常常在變化，通常采用粗略的快速分析方法就足夠了。在此階段，估計結(jié)構(gòu)的成本，修正荷載及構(gòu)件特性，并對設(shè)計進行檢查以便改進。至此，所作的更改已納入到結(jié)構(gòu)中，需進行更精細的分析，并修改構(gòu)件設(shè)計。這種設(shè)計過程會收斂，收斂的速度取決于設(shè)計者的能力。很清楚，為了設(shè)計需要從“迅速而粗略”到“精確”的各種分析方法。
因而，有能力的分析人員必須掌握嚴密的分析方法，必須能夠通過適當?shù)募僭O(shè)條件進行簡化分析，必須了解可利用的標準設(shè)計和分析手段以及建筑規(guī)范中允許的簡化方法。同時，現(xiàn)代的分析人員必須精通結(jié)構(gòu)矩陣分析的基本原理及其在數(shù)字計算機中的應(yīng)用以及會應(yīng)用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)分析程序及有關(guān)軟件。