淺析土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計常見結(jié)構(gòu)計算問題

朱凡

論文關(guān)鍵詞：土木工程畢業(yè)設(shè)計混凝土框架結(jié)構(gòu)計算

【論文摘要】從荷載及荷載效應(yīng)的計算和構(gòu)件截面設(shè)計兩個方面，分析了多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)類畢業(yè)設(shè)計計算過程中存在的一些問題，并指出了正確的做法及其理論依據(jù)。

筆者的畢業(yè)設(shè)計是包鋼一中新建教學(xué)樓：8度設(shè)防烈度、近震、主體結(jié)構(gòu)為五層的框架結(jié)構(gòu)。多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計完整的設(shè)計內(nèi)容主要包括：①根據(jù)建筑物的用途進行建筑方案設(shè)計和建筑施工圖的繪制；②進行結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)計算(先手算后電算)；③繪制結(jié)構(gòu)施工圖。其中結(jié)構(gòu)計算的內(nèi)容較多，存在的問題也較多，特別是抗震設(shè)計。本文就結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題進行簡單分析。

1.荷載及其效應(yīng)計算中常見問題分析

1. 1 .活荷載的折算與折減

對于單向板肋梁樓蓋中的連續(xù)梁板，往往忽略次梁對板、主梁對次梁的約束作用而采鉸支座確定其計算簡圖，當考慮樓面活荷載的最不利布置時，支座實際的轉(zhuǎn)動將減小連續(xù)梁板的內(nèi)力使得計算誤差較大。此時應(yīng)考慮活荷載的折算，即在保持總荷載不變的前提下，將部分活載折算為恒載進行內(nèi)力計算，減小計算簡圖帶來的誤差。這在用活荷載最不利布置進行樓板及次梁內(nèi)力計算時一定要考慮，但本人的設(shè)計按照活載滿布方式求內(nèi)力，所以不需考慮活載折算，用彈性法只需將跨中彎矩擴大 1.1～1.2 倍進行調(diào)整，筆者用1.2倍。

在計算樓面梁和柱、基礎(chǔ)時 ,考慮到樓面活荷載不可能以荷載規(guī)范給出的標準值同時滿布在所有樓屋面上 ,需考慮活荷載的折減。對于教室、實驗室、閱覽室、會議室、醫(yī)院門診室等建筑，其樓面梁、柱和基礎(chǔ)各自的從屬面積超過50m2時，折減系數(shù)均為0.9。

1. 2 .地震作用計算時結(jié)構(gòu)自振周期的計算

筆者的設(shè)計是質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的框架結(jié)構(gòu)，手算地震作用時采用底部剪力法，底部總剪力等于結(jié)構(gòu)基本自振周期對應(yīng)的地震影響系數(shù)與等效重力荷載代表值的乘積?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于底部剪力法的規(guī)定明確指出基本周期應(yīng)按 照頂點位移法計算(B. 0. 2 條) 。

1. 3 . 抗震組合中不考慮屋面活荷載

在進行豎向荷載統(tǒng)計時，考慮到屋面活荷與雪荷載標準值同時出現(xiàn)的概率極小，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》4.3.1條規(guī)定：屋面均布活荷載不應(yīng)與雪荷載同時組合,所以二者中只取較

大值進行計算。在進行內(nèi)力組合時，非抗震組合中的活載內(nèi)力應(yīng)是根據(jù)屋面活載與雪荷載較大值計算出的，而抗震組合中的活載內(nèi)力應(yīng)是取屋面雪荷載計算出的。

1. 4 . 每榀框架上的層間剪力計算

有些同學(xué)只針對一榀框架進行重力荷載代表值的統(tǒng)計，從而求出地震作用和層間剪力，用于內(nèi)力計算。這樣簡化計算其實概念上非常不明確，是將結(jié)構(gòu)問題簡化成了力學(xué)問題。筆者按照結(jié)構(gòu)單元進行每層的重力荷載代表值統(tǒng)計，計算結(jié)構(gòu)單元的自振周期、結(jié)構(gòu)單元上作用的地震作用和層間剪力，然后根據(jù)側(cè)移剛度的比例將層間剪力分配到所選的框架上再計算內(nèi)力。

1. 5 .梁彎矩調(diào)幅中跨中彎矩的處理

在計算豎向荷載作用下的框架內(nèi)力時，需要考慮梁端負彎矩調(diào)幅。在進行框架梁設(shè)計時，可以主動考慮塑性內(nèi)力重分布，對梁端負彎矩進行適當調(diào)幅，達到調(diào)整配筋分布、節(jié)約材料、方便施工的目的。當降低梁端負彎矩后，塑性內(nèi)力重分布就會提前出現(xiàn)，梁的最終承載能力主要取決于跨中截面的彈性承載能力，所以跨中彎矩需要按照平衡條件相應(yīng)增大，才能保證框架梁的總體承載能力不變。

1. 6.內(nèi)力組合中的“有利”問題

構(gòu)件截面內(nèi)力組合中出錯最多的是某種荷載效應(yīng)對組合目標內(nèi)力來說是“有利”的，但仍然按照“不利”時的分項系數(shù)計算，特別是以“軸力最小”為目標進行柱截面內(nèi)力組合時最容易出錯?！督ㄖY(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》中7.0.4條規(guī)定當荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力 “有利”時，永久荷載的分項系數(shù)取1.0，不考慮可變荷載。在進行內(nèi)力組合時，必須進行組合目標內(nèi)力與豎向荷載內(nèi)力之間的符號關(guān)系判別（水平荷載內(nèi)力左右均考慮，選取不利值即可），若二者符號一致，此豎向內(nèi)力應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利，若二者符號相反，則此豎向內(nèi)力應(yīng)對結(jié)構(gòu)“有利”再區(qū)分此豎向內(nèi)力是由永久荷還是可變荷引起的，正確選取分項系數(shù)進行內(nèi)力組合。

2 .結(jié)構(gòu)截面設(shè)計中的常見問題分析

2. 1 .場地類別對抗震等級的影響

抗震等級對于框架截面設(shè)計的影響很大。一般情況下根據(jù)房屋高度和設(shè)防裂度從抗震規(guī)范中直接查出抗震等級，但對于“場地類別為Ⅰ類時，除6度外，可按表內(nèi)降低1度所對應(yīng)的抗震等級采取抗震構(gòu)造措施，但相應(yīng)的計算要求不應(yīng)降低”。當采用Ⅰ類場地時，抗震計算的抗震等級與采取抗震構(gòu)造措施的抗震等級不一樣，而筆者的畢業(yè)設(shè)計的場地類別為二類，按照原先的抗震構(gòu)造措施。

2. 2 .框架柱的計算長度

確定框架結(jié)構(gòu)計算簡圖時取框架柱的長度為結(jié)構(gòu)的層高，但實際上梁柱縱筋相互交叉形成的節(jié)點連接是介于剛接與鉸接之間的,更接近于剛接。所以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》7.3.11條規(guī)定了各種柱的計算長度,對于現(xiàn)澆框架的底層柱取l0= 1. 0 H0，其余各層柱取l0= 1. 25 H0

3 .結(jié)束語

土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的實施過程，歸根結(jié)底就是一個結(jié)構(gòu)概念的分析過程，一定要注意力學(xué)方法在結(jié)構(gòu)計算中應(yīng)用的近似性及結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對這種“近似”帶來的誤差的調(diào)整

方法，學(xué)會分析結(jié)構(gòu)問題，盡快熟悉土木相關(guān)規(guī)范，建立良好的工程習慣。

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