建筑結構模型設計方案的合理論述

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摘要：隨著我國建筑業的飛速發展，建筑設計也在與時俱進，作為資深的建筑結構設計師，每次在結合建筑物設計的時候，必須要熟練的掌握建筑面積和設計規格以及設計時應該綜合考慮的問題，結合筆者多年的設計經驗，初步根據計算的大概結果選擇合理相對的結構體系，就如何針對不同的工程特點，選擇不同的分析方法，結合筆者多年的工作經驗，簡單的總結出一些實用的簡化方法，僅供同行參考。

關鍵詞：建筑工程；結構設計；模型；論點

一、結構分析模型的簡化

眾所周知，所謂的建筑結構模型體系實則就是一個復雜的空間三維，其實不論是從水平還是豎向作用下來分析闡述，首先必須簡化建筑結構模型，簡化程度盡量達到與實際結構的受力情況相符。結合本人多年的工作經驗，一般由平面和豎向組合而成的建筑結構模型。平面結構通常采用梁板形式的，豎向結構受力分析可分為豎向和外力作用下的水平作用分析，如受風載影響下的受力分析，此外，平面分析過程中還要考慮構件的連續性。

豎向結構水平作用下分析如下所示：

顯示了一個系統來抵抗側向力，建筑結構設計師在計算建筑類型的時候是根據靜力，同時還要考慮到是運用抗側力體系方便還是工作協調系數，計算模型可以分為三種：自由分析模型、剛性鏈桿模型和彈簧模型。以上是砌體結構在風荷載下的情況，

在同層覆蓋每一塊地板必須基于地平面剛度的大小，地板通常有剛性、靈活性、溫和三種情況、分別根據每一塊墻的剛度大小和面積大小，前兩者的平均值平分配樓層總剪力。以上是砌體結構在地震作用的舉例說明。

一般按單片平面框架模型分析計算的類型主要有：對于七層及以下樓層的分析計算，包括在風荷載及地震作用下的水平立面規則、荷載分布結構、平面剛度框架等。

對于七層以上十層以下的框架結構，如果剛度指標恰好接近均勻荷載的分布，則為了計算的便捷性，可以采取平面框架分析方法，但是在計算頂點位移差時應通過試算控制在不到10mm，如超出位移的差異，應計算建筑框架協同工作分析模型計算。

框架—剪力墻結構、剪力墻結構和多層的框架結構，應該用最少的，其根據結構共同抵抗側向力分析模型（也就是說，假設地板平面剛度是無限的），有關抗側力剛度分布的內力、位移計算時應當根據各自的體系進行，同一方向上的抗側力體系在位移值上是相等的。

針對目前存在的比較復雜的建筑工程項目，不能按照之前的來結構分析，而應當以空間系統為基準進行內力分析，采取三維模型、協同模型來進行相應的計算。

二、比較不同建筑分析模型的計算結果

想必建筑同行的朋友都知道的，實際的建筑結果三維空間是一個復雜的系統，相同的構件或采用不同的模型或者使用不同的計算方法，其計算研究出的結果是不一樣的，為了論述所困惑的問題，以下將通過工程實踐案列簡要的闡述以上論點。

下圖所示為一某樓層連續梁的分析模型和求M1max計算模型，現采用彈性計算模型，結合重力分布調幅原理進行計算分析，以得出第一跨跨中的正彎矩。

在計算分析之前需要注意到，第二跨的恒載會對上述計算結果產生有利效應，在分項系數上應當以1.0為準，疊加可得M1max最終的計算結果，即：

M1max=[0.101×（1.2gk+1.4qk）-0.025×1.0gk].12=105.90kn·m

同理求得：

第二跨跨中最大正彎矩M2max=[0.075×（1.2gk+1.4qk）-0.050×1.0gk].12=67.32 kn·m

B支座最大負矩MBmax=[-0.117（1.2gk+1.4qk）+0.017×1.0gk].12=-126.98kn·m，

此時M1-85.80kn·m（在離A支座2.33處），M2=49.76kn·m（在離B支座3.34處），Mc=-61.66kn·m。

考慮到重力分布調幅原理，需要對支座的最大負彎矩進行調幅處理，本次計算過程的調幅值為30%時，也就是將-126.98kn·m調為-126.98（1-30%）=-88.89kn·m，跨中彎矩

M1=85.80kn·m將增大到2.33/6×126.98×30%+85.80=14.79+85.8=100.59kn·m

M2=49.76kn·m將增大到2.66/6×126.98×30%+49.76=66.65kn·m

上述計算過程表明，當調幅為30%時，支座最大負彎矩在跨中彎矩不變的情況下，數值降低了30%。

沿用原蘇聯規范的推薦值，M1-1/11（1.kg+1.qk）.2=103.42kn·M，稍大于調幅為30%的跨中彎矩。第一內支座取-1/11（1.2gk+1.4qk）.12=-103.42kn·m，約相當于調幅19%，若取1-/14（1.2gk+1.4gk）.12=81.26kn·m約相當于調M2=1/16（1.2gk+1.4qk）12=71.10kn·m，67.32kn.m大5.6%。

在彈性計算理論分析下，如果仍然不考慮活載的位置影響，確定分項系數為1.2。計算結果為M1max=0.08（1.2gk+1.4qk）12=91.01kn·m，M2=0.025（1.2gk+1.4qk）12=28.44kn·m，MB=-0.100（1.2gk+1.4qk）12=-113.76kn·m。這些結果與考慮活載不利位置相比分別相差14.1%、57.8%、10.4%。

經過上述圖表數據比較分析，我們可以看出，首先在考慮活載的不得位置的時候，用彈性理論計算，而假設使用塑型計算原理，調幅不得>30%，也就是說支座的負彎矩系數需>（1/14-1/11）

為了進一步闡述上述說明，特以某懸臂梁模型為研究對象，具體分析分項系數對系統所造成的誤差影響，求解目標為AB跨跨中最大正彎矩設計值。

若取左邊分析模型，求得Mmax=151.58kn·m（在離A支座2.82m處）。

若取右邊分析模型，求得Mmax=147.84kn·m（在離A支座2.79m得），與151.58kn·m相比誤差2.5%。

由上圖可以簡單的看出，“永久荷載效應對結構構件承載力非常有利的時候，應該采取1.0”。其對所產生的誤差也沒有多少影響。

上圖所示為五層框架結構的平面布置圖，這個結構圖的整體結構是采用的中間開敞，外圍用空心砌塊來填砌，這樣做的結果能夠拉近軸線框架的荷載分布，從而使現澆框架梁等結構適用于樓蓋的裝配操作。分別采用平面框架、平面協同兩種分項模型來進行計算分析，借助振型分解反應譜法來進行計算，結果顯示上述兩種計算模型在結果誤差上差距不大。

三、結論與建議

綜上所述，在對結構模型簡化、計算方法的選擇時，應該有比較合理的選擇。結合上述的圖表數據顯示的結果，我們可以清楚看出七層以下的砌體結構、立面規則、平面剛度及荷載分布均勻的框架結構，其實都可以按單片平面模型分析計算。八至十層框架結構，由于每個框架之間的距離很近，分布均勻的情況下，為了方便的計算，不建議使用復雜的計算方法。上述所有的闡述是筆者的工程實踐案例，希望可以與結構朋友共同探討，也期待有更好的計算方法研究。

參考文獻：

[1]建筑結構荷載規范（GBJ9-87），中國建筑工業出版社。

[2]砌體結構設計規范（GBJ3-88），中國建筑工業出版社。

[3]混凝土結構設計規范（GBJ10-89），中國建筑工業出版社。