以PM結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用及砌體建筑房屋結(jié)構(gòu)體會

徐氫清

（ 淮安市建筑設(shè)計研究院有限公司，江蘇 淮安 223001）

磚混結(jié)構(gòu)由于選材方便、施工簡單、工期短、造價低等特點(diǎn)，多年來磚混房屋是我國當(dāng)前建筑中使用最廣范的一種建筑形式；其中民用住宅建筑中約占90% 以上。因此改善砌體結(jié)構(gòu)延性，提高房屋的抗震性能具有極其重要意義。根據(jù)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，結(jié)合自身設(shè)計的實踐經(jīng)驗，我認(rèn)為，在目前建筑房屋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計上應(yīng)注意以下幾方面。

一、PM結(jié)構(gòu)設(shè)計程序的特點(diǎn)

（一）PM程序的發(fā)展方向主要有兩個方面：

1.計算。

它的方向就是集成化、通用化。集成化大家都能感覺到，PKPM程序都是以PM程序所建數(shù)據(jù)為條件，以空間計算為核心，基礎(chǔ)、后期的CAD出圖都能采用前面的數(shù)據(jù)。所有這些都構(gòu)成了程序集成化的雛形。程序的通用化主要表現(xiàn)在計算上，PKPM程序的計算程序由以前的平面計算（PK）---->三維空間桿件（TAT）---->空間有限元（SATWE）---->整體通用有限元程序（PMSAP）。能計算的結(jié)構(gòu)類型有磚混、底框、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)在又在開發(fā)特種結(jié)構(gòu)的計算程序：如高壓塔架、巨型油罐等。在PM程序中就可以建立起這些結(jié)構(gòu)的空間模型。當(dāng)然現(xiàn)在的PKPM系列程序還不能計算。

2.開放計算參數(shù)的開關(guān)。

有很多參數(shù)以前都是放在程序的"黑匣子"里的，設(shè)計人員不能干預(yù)。程序放開這些參數(shù)有兩個原因，首先就是要讓設(shè)計人員真正的掌握工程的設(shè)計過程，能夠盡可能的控制設(shè)計過程。其次就是要把一些關(guān)鍵的責(zé)任交由設(shè)計人員來負(fù)，程序只能起到設(shè)計工具的作用，不能代替設(shè)計。所以就需要我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員充分的理解程序的適用范圍、條件和校對結(jié)果的合理性、可靠性。如《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的5.1.16條要求"對結(jié)構(gòu)分析軟件的計算結(jié)果，應(yīng)進(jìn)行分析結(jié)果判斷，確認(rèn)其合理、有效后方可作為工程設(shè)計的依據(jù)"。

（二）PMCAD中的參數(shù)

1.總信息：

（1）結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)主材：主要是不同的結(jié)構(gòu)體系有不同的調(diào)整參數(shù)。

（2）地下室層數(shù)：必須準(zhǔn)確填寫，主要有幾個原因，風(fēng)荷載、地震作用效應(yīng)的計算必須要用到這個參數(shù)，有了這個參數(shù)，地下室以下的風(fēng)荷載、水平地震效應(yīng)就沒有往下傳，但豎向作用效應(yīng)還是往下傳遞。地下室側(cè)墻的計算也要用到。底部加強(qiáng)區(qū)也要用到這個參數(shù)。

（3）與基礎(chǔ)相連接的下部樓層數(shù)：要說明的是除了PM荷載和最下層的荷載能傳遞到基礎(chǔ)外，其他嵌固層的基腳內(nèi)力現(xiàn)在的程序都不能傳遞到基礎(chǔ)。

2.材料信息

其他與老的程序一樣填法，就是鋼筋采用了新規(guī)范的新符號。

3.地震信息

（1）設(shè)計地震分組：就是老的抗震規(guī)范的近震、遠(yuǎn)震。按抗震規(guī)范的附錄A選擇即可。淮安市的清河、清浦、淮陰區(qū)都是第二組，7度區(qū)，設(shè)計基本地震加速度為0.10g。

（2）計算震型個數(shù)：這個參數(shù)需要根據(jù)工程的實際情況來選擇。對于一般工程，不少于9個。但如果是2層的結(jié)構(gòu)，最多也就是6個，因為每層只有三個自由度，兩層就是6個。對復(fù)雜、多塔、平面不規(guī)則的就要多選，一般要求"有效質(zhì)量系數(shù)"大于90%就可以了，證明我們的震型數(shù)取夠了。

這個"有效質(zhì)量系數(shù)"最先是美國的WILSON教授提出來的，并且將它用于著名的ETABS程序。

4.風(fēng)荷載：

修正后基本風(fēng)壓：根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的7.1.2條，對與高層、高聳以及對風(fēng)荷載比較敏感的其他結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓應(yīng)適當(dāng)提高，并應(yīng)由有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范具體規(guī)定。按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的3.2.2條，對與特別重要或?qū)︼L(fēng)荷載比較敏感的高層建筑，其基本風(fēng)壓應(yīng)按100年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值采用。按規(guī)范的解釋，房屋高度大于60m的都是對風(fēng)荷載比較敏感的高層建筑。

二、多層磚混結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計探討

（一）科學(xué)布局建筑平面和立面

建筑平面和立面的規(guī)整性是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中一個十分基礎(chǔ)、重要的內(nèi)容?？拐鹪O(shè)計中，建筑平面、立面宜盡可能簡潔、規(guī)則，結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心相一致。對于結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則的房屋質(zhì)心與剛度中心往往不容易重合，在地震作用下會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，大大加劇地震的破壞力度；對體型不規(guī)則的房屋應(yīng)注意偏離結(jié)構(gòu)剛心遠(yuǎn)端墻段的抗震驗算。建筑立面應(yīng)避免頭重腳輕，房屋重心盡可能降低，避免采用錯落的立面，突出屋面建筑部分的高度不應(yīng)過高，以免地震時發(fā)生鞭梢效應(yīng)，同時應(yīng)控制好結(jié)構(gòu)豎向強(qiáng)度和剛度的均勻性。

（二）砌體房屋的總層數(shù)及總高度不應(yīng)該超限值

歷次震害證明，砌體房屋的層數(shù)越多，高度越高，它的地震破壞程度越大，所以控制磚砌體房屋的總高度及總層數(shù)對減少地震時帶來的震害有很大的作用。

在設(shè)計中房屋總高度及總層數(shù)應(yīng)同時滿足上標(biāo)的限值，因為樓蓋重量占房屋總重的一半左右，房屋總高度相同，多一層樓蓋就意味著增加半層樓的側(cè)向地震作用，同時加大對底部的傾覆力矩。在中、強(qiáng)地震作用下，因傾覆力矩過大，使得底部墻體產(chǎn)生過大的壓力或剪刀而被破壞，故此減輕自重、減少層數(shù)、降低層高是削弱地震影響的有效途徑之一。

（三）增強(qiáng)砌體房屋的剛度及整體性

房屋是縱、橫向承重構(gòu)件和樓蓋組成的一個具有空間剛度的結(jié)構(gòu)體系，其抗震能力的強(qiáng)弱取決于結(jié)構(gòu)的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性。剛性樓蓋是各抗側(cè)力構(gòu)件按各自側(cè)移剛度分配地震作用的保證。現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板及屋蓋具有整體性好、水平剛度大的優(yōu)點(diǎn)，是較理想的抗震構(gòu)件，不但可消除滑移、散落內(nèi)容?？拐鹪O(shè)計中，建筑平面、立面宜盡可能簡潔、規(guī)則，結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心相一致。對于結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則的房屋質(zhì)心與剛度中心往往不容易重合，在地震作用下會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，大大加劇地震的破壞力度；對體型不規(guī)則的房屋應(yīng)注意偏離結(jié)構(gòu)剛心遠(yuǎn)端墻段的抗震驗算。建筑立面應(yīng)避免頭重腳輕，房屋重心盡可能降低，避免采用錯落的立面，突出屋面建筑部分的高度不應(yīng)過高，以免地震時發(fā)生鞭梢效應(yīng)，同時應(yīng)控制好結(jié)構(gòu)豎向強(qiáng)度和剛度的均勻性。在實際工程設(shè)計中，應(yīng)盡可能兼顧建筑造型，又滿足使用功能要求的前提下，將平面布置、立面外觀造型設(shè)計得較為規(guī)整、簡潔、美觀大方；同時又能有效地提高工程的抗震性能。

（四）合理布置縱墻和橫墻

多層磚混房屋的主要承重構(gòu)件是縱、橫墻體，在地震中主要由于承重縱、橫墻在地震力作用下產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重者會出現(xiàn)傾斜、錯動、倒塌等現(xiàn)象，進(jìn)而使房屋造到破壞；所以合理布置縱、橫墻對提高房屋抗震性能起到很大的作用。多層磚混房屋應(yīng)優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系，縱、橫墻的布置宜均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)宜對齊，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)，同時一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。房屋的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性決定著房屋抗震能力的高低，多層磚混房屋一般采用縱墻或橫墻承重，由于非承重方向的約束墻體少，間距大，因而房屋該方向剛度較弱，空間剛度和整體性均較差，抗震能力低；在高烈度地區(qū)，墻體由于平面外的失穩(wěn)而先行破壞，進(jìn)而引起整個房屋倒塌。而在兩個方向適當(dāng)布置縱橫、墻混合承重的房屋，由于其限制了縱、橫墻的側(cè)向變形，增強(qiáng)了空間剛度和整體性，對承受縱、橫兩個方向的水平地震作用及抗彎、抗剪都非常有利。而在設(shè)計工作中為了建筑好用常常縱墻較少，縱墻開洞率較大、不連續(xù)，造成縱橫墻剛度嚴(yán)重不均，對砌體結(jié)構(gòu)抗震嚴(yán)重不利，所以再設(shè)計中要盡量避免。

根據(jù)本人多年設(shè)計經(jīng)驗，我認(rèn)為在砌體結(jié)構(gòu)中，概念設(shè)計比結(jié)構(gòu)計算還要重要，因為結(jié)構(gòu)計算是在一定的假定條件下，計算結(jié)果才能適用。而它們的假定條件就是概念設(shè)計范疇，所以結(jié)構(gòu)軟件計算后，一定要判斷其合理性。在滿足多方條件的情況下才能應(yīng)用于工程設(shè)計中。

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