淺議建筑工程結構設計中的幾個重點

魯華培 侯偉偉

河南正陽建設工程有限公司（450000）

0 引言

當前，新的建筑結構設計規范，在結構的可靠度、設計計算和配筋構造方面均有重大更新和補充。特別是對抗震及結構的整體性、規則性作出了更高的要求，使結構設計不可能一次完成。如何正確運用設計軟件進行結構設計計算，以滿足新規范的要求，是每個設計人員都非常關心的問題。以SATWE軟件為例，進行結構設計計算步驟的討論，對一個典型工程而言，計算分四步較為科學。

1 完成整體參數的正確設定

計算之前，設計人員首先要根據新規范的具體規定和軟件手冊對參數意義的描述，以及工程的實際情況,對軟件初始參數和特殊構件進行正確設置。必須對每個參數確定其合理取值，才能保證后續計算結果的正確性。有些參數包括振型組合數、最大地震力作用方向和結構基本周期等，在計算前很難估計，需要經過試驗才能得到，將這些對全局有控制作用的整體參數先行計算出來，正確設置。否則其后的計算結果與實際差別很大。

2 確定整體結構的合理性

整體結構的科學性和合理性是規范特別強調的內容。用于控制結構的主要指標為∶周期比、位移比、軸壓比、剪重比、剛度比、剛重比、層間受剪承載力之比、參與陣型質量比、傾覆力矩比、樓層最大位移與層高之比。這些指標既要滿足規范限值的要求，也不應超出規范過多。同時，對電算結果作出合理判斷，可從以下幾個方面進行檢查∶

1）周期、陣型判斷：如非耦聯計算，其第一周期一般在以下范圍(其中N為計算層數且N≤40)∶

框架∶T1=(0.1～0.15)N;框剪∶T1=(0.08～0.12)N；剪力墻∶T1=（0.04～0.08）N。

查看陣型曲線是否光滑連續，零點位置是否符合一般規律,比如第一陣型無零點,第二陣型在（0.7～0.8）H 處，第三陣型分別在（0.4～0.5）H 及（0.8～0.9）H處。

2）地震力判斷∶根據目前許多工程的計算結果，截面尺寸、結構布置比較正常的結構，其底部剪力大約在以下范圍（G為結構總質量）∶

8 度，二類場地∶FEK=（0.03～0.06）G；

7 度，二類場地∶FEK=（0.015～0.03）G。

3）平衡性分析∶分析在單一重力荷載或風荷載作用下，內外力平衡條件是否滿足。必要時可檢查底層的平衡條件。

其中，Ni為柱墻在單組重力荷載下的軸力，其和應等于總重量G,校核時不應考慮分層加載;Vi為風荷載作用下的底層墻柱剪力,∑P為全部風力值。

4）合理性∶設計校正的結構，一般而言，不應有太多超筋界面，基本上符合以下規律∶a）柱墻軸力設計值絕大部分為壓力；b）柱墻大部分為構造配筋;c）梁基本上無超筋；d）除個別墻段外，剪力墻基本上滿足截面的抗剪要求。

5）漸變性∶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。

3 對單構件作優化設計

前幾步，主要是對結構整體合理性的計算和調整。這一步，則主要進行結構單個構件內力和配筋計算，包括梁、柱、剪力墻軸壓比計算，構件截面優化設計等。

1）軟件對混凝土梁計算顯示超筋信息有以下情況∶

①當梁的彎矩設計值M大于梁的極限承載彎矩Mu時，提示超筋。

②規范對混凝土受壓區高度限制

四級及非抗震∶ξ≤ξb；

二、三級∶ξ≤0.35（計算時取 AS’＝0.3 AS）；

一級∶ξ≤0.25（計算時取 AS’＝0.5 AS）；

當ξ不滿足以上要求時,程序提示超筋。

③《抗震規范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%，當大于此值時，提示超筋。

④混凝土梁斜截面計算要滿足最小截面的要求,如不滿足則提示超筋。

2）剪力墻超筋分三種情況∶①剪力墻暗柱超筋：軟件給出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的，而各規范均要求剪力墻主筋的配筋面積以邊緣構件方式給出，沒有最大配筋率。所以程序給出的剪力墻超筋是警告信息，設計人員可以酌情考慮；②剪力墻水平筋超筋則說明該結構抗剪不夠，應予以調整；③剪力墻連梁超筋大多數情況下，是在水平地震力作用下抗剪不夠。規范中規定允許對剪力墻連梁剛度進行折減。折減后的剪力墻連梁在地震作用下基本上都會出現塑性變形，即連梁開裂。設計人員在進行剪力墻連梁設計時，還應考慮其配筋是否滿足正常狀態下極限承載力的要求。

3）柱軸壓比計算∶柱軸壓比的計算在《高規》和《抗震規范》中的規定并不完全一樣，《抗震規范》第6.3.7條規定，計算軸壓比的柱軸力設計值既包括地震組合，也包括非地震組合。而《高規》第6.4.2條規定，計算軸壓比的柱軸力設計值僅考慮地震作用組合下的柱軸力。軟件在計算柱軸壓比時，當工程考慮地震作用，程序僅取地震作用組合下的的柱軸力設計值計算；當工程不考慮地震作用時，程序才取非地震作用組合下的柱軸力設計值計算。因此，設計人員會發現，對于同一個工程，計算地震力和不計算地震力其柱軸壓比結果會不一樣。

4）剪力墻軸壓比計算∶為了控制在地震力作用下結構的延性，新的《高規》和《抗震規范》對剪力墻均提出了軸壓比的計算要求。需要指出的是，軟件在計算斷指剪力墻軸壓比時,是按單向計算的，這與《高規》中規定的短肢剪力墻軸壓比按雙向計算有所不同，設計人員可以酌情考慮。

5）構件截面優化設計∶計算結構不超筋，并不表示構件初始設置的截面和形狀合理。設計人員還應進行構件優化設計，使構件在保證受力要求的條件下截面的大小和形狀合理，并節省材料。但需要注意的是，在進行截面優化設計時，應以保證整體結構合理性為前提。因為構件截面的大小直接影響到結構的剛度，從而對整體結構的周期、位移、地震力等一系列參數產生影響。不可盲目減小構件截面尺寸，使結構整體安全性降低。

4 滿足規范抗震措施的要求

在施工圖設計階段，還必須滿足規范規定的抗震措施要求。《混凝土規范》、《高規》和《抗震規范》對結構的構造提出了非常詳盡的規定。這些規定是很多震害調查和抗震設計經驗的總結，也是保證結構安全的最后一道防線，設計人員不可麻痹大意。

5 結論

通過以上分析，筆者建議在用SATWE軟件做結構設計時，應該注意從上述幾點控制，在對規范理解的基礎上靈活處理有關問題，從大體上把握結構的安全性和經濟性。設計時要留有余地，重點部位要保守要放大，好鋼用在刀刃上。

[1]GB50011-2001,建筑抗震設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2008.

[2]JGJ3-2002,高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2002.

[3]中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部.2008版SATWE用戶手冊[M].北京:中國建筑科學研究院結構軟件研究所,2008.