摘 要：工程結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，需要安全地承受各種荷載和環(huán)境的作用。目前采用的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法將前兩種設(shè)計(jì)方法中所考慮的結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)都概括在內(nèi)，比以往的設(shè)計(jì)法更為先進(jìn)和科學(xué)。

　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)方法;工程結(jié)構(gòu);

　　Abstract: Engineering structure in the long-term use of the process, need to safely withstand a variety of loads and environmental effect. The probability limit state design method will be before two kinds of design methods of the structure are summarized, the actual working state, than the previous design method is more advanced and scientific.

　　Key words:Structure design Design method Engineering structure

　　中圖分類號(hào)：TU754.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　前言

　　我們每一個(gè)設(shè)計(jì)人員比較關(guān)心的問(wèn)題是怎么樣正確的運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算以滿足新的規(guī)范。新的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范在結(jié)構(gòu)可靠度、設(shè)計(jì)計(jì)算、配筋構(gòu)造方面均有重大更新和補(bǔ)充，特別是對(duì)抗震及結(jié)構(gòu)的整體性、規(guī)則性作出了更高的要求，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可能一次完成。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，是在可接受的概率水平上，保證結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)能夠滿足預(yù)定的功能要求。在使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)可能達(dá)到的各種臨界狀態(tài)可分為兩大類：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。目前采用的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法將前兩種設(shè)計(jì)方法中所考慮的結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)都概括在內(nèi)，比以往的設(shè)計(jì)法更為先進(jìn)和科學(xué)。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法經(jīng)歷了容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法破損階段設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的過(guò)程。

　　1 現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

　　現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》采用以概率理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，使建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更符合經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的原則。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法更科學(xué)、更合理。但該法在運(yùn)算過(guò)程中還帶有一定程度的近似，只能視作近似概率法。并且光憑極限狀態(tài)設(shè)計(jì)也很難估計(jì)建筑物的真正承載力。事實(shí)上,建筑物是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，各種構(gòu)件以相當(dāng)復(fù)雜的方式共同工作，并非是脫離總的結(jié)構(gòu)體系的單獨(dú)構(gòu)件。

　　概念設(shè)計(jì)是指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問(wèn)題：依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。運(yùn)用概念性近似估算的方法;可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，迅速、有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，易于手算。所得到的方案概念清晰、定性正確，避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算，具有較好的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí)，也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。

　　目前,人們?cè)诰唧w的空間結(jié)構(gòu)體系研究上還有一定的局限性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了許多假定與簡(jiǎn)化。作為結(jié)構(gòu)工程師不應(yīng)盲目的照搬照抄規(guī)范,應(yīng)該把它作為一種指南、參考,并在實(shí)際設(shè)計(jì)中作出正確的選擇。這就要求結(jié)構(gòu)工程師對(duì)整體結(jié)構(gòu)體系與各基本分體系之間的力學(xué)關(guān)系有透徹的認(rèn)識(shí)，把概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到實(shí)際工作中去。在目前建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定及加固中，概念設(shè)計(jì)的思想得到應(yīng)用和發(fā)展。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往只關(guān)注如何提

　　高結(jié)構(gòu)抗力，以至混凝土的等級(jí)越用越高,配筋量越來(lái)越大，造價(jià)越來(lái)越高。結(jié)構(gòu)工程師只注意到不超過(guò)最大配筋率,結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見(jiàn)。

　　隨著計(jì)算機(jī)程序的應(yīng)用，部分結(jié)構(gòu)工程師只會(huì)依靠規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)、計(jì)算機(jī)程序做習(xí)慣性的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，缺乏創(chuàng)新思想。部分工程師在計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)全面應(yīng)用的今天對(duì)計(jì)算機(jī)結(jié)果明顯不合理、甚至錯(cuò)誤而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。隨著年齡的增長(zhǎng)，導(dǎo)致他們?cè)诖髮W(xué)學(xué)的那些概念被逐漸忘卻，更談不上設(shè)計(jì)成果的不斷創(chuàng)新。強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要，主要還因?yàn)楝F(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論存在許多缺陷或不可計(jì)算性,比如對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)力計(jì)算是基于彈性理論的計(jì)算方法，而截面設(shè)計(jì)是基于塑性理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。這一矛盾使計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)差之甚遠(yuǎn)，為了彌補(bǔ)這類計(jì)算理論缺陷，或者實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際存在的大量無(wú)法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)，都需要優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來(lái)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。

　　2 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)

　　2.1 整體參數(shù)計(jì)算出來(lái)，正確設(shè)置。

　　首先設(shè)計(jì)人員要根據(jù)新規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊(cè)對(duì)參數(shù)意義的描述，以及工程的實(shí)際情況，對(duì)軟件初始參數(shù)和特殊構(gòu)件進(jìn)行正確設(shè)置，必須對(duì)每個(gè)參數(shù)確定其合理取值，才能保證后續(xù)計(jì)算結(jié)果的正確性。有些參數(shù)包括振型組合數(shù)、最大地震力作用方向和結(jié)構(gòu)基本周期等，在計(jì)算前很難估計(jì)，需要經(jīng)過(guò)測(cè)試才能得到，將這些對(duì)全局有控制作用的整體參數(shù)先行計(jì)算出來(lái)，正確設(shè)置，否則其后的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際差別很大。

　　2.2 整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性

　　整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性是規(guī)范特別強(qiáng)調(diào)內(nèi)容。用于控制結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)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(zhì)量比、傾覆力矩比、樓層最大位移與層高之比，這些指標(biāo)要滿足規(guī)范限值的要求，也不應(yīng)超出規(guī)范過(guò)多。

　　2.3 前幾步主要是對(duì)結(jié)構(gòu)整體合理性的計(jì)算和調(diào)整，這一步則主要進(jìn)行結(jié)構(gòu)單個(gè)構(gòu)件內(nèi)力和配筋計(jì)算，包括梁、柱、剪力墻軸壓比計(jì)算，構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計(jì)等。軟件對(duì)混凝土梁計(jì)算顯示超筋信息有以下情況:①當(dāng)梁的彎矩設(shè)計(jì)值M 大于梁的極限承載彎矩 Mu 時(shí),提示超筋。②規(guī)范對(duì)混凝土受壓區(qū)高度限制:四級(jí)及非抗震:ξ≤ξb;二、三級(jí):ξ≤0.35(計(jì)算時(shí)取 AS’=0.3AS);一級(jí):ξ≤0.25(計(jì)算時(shí)取AS’=0.5AS)。 當(dāng) ξ 不滿足以上要求時(shí),程序提示超筋。 ③《抗震規(guī)范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%，當(dāng)大于此值時(shí)

　　，提示超筋。 ④混凝土梁斜截面計(jì)算要滿足最小截面的要求，如不滿足則提示超筋。

　　剪力墻超筋分 3 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(guī)范均要求剪力墻主筋的配筋面積以邊緣構(gòu)件方式給出，沒(méi)有最大配筋率，所以程序給出的剪力墻超筋是警告信息，設(shè)計(jì)人員可以酌情考慮;②剪力墻水平筋超筋則說(shuō)明該結(jié)構(gòu)抗剪不夠，應(yīng)予以調(diào)整：③剪力墻連梁超筋大多數(shù)情況下是在水平地震力作用下抗剪不夠。規(guī)范中規(guī)定允許對(duì)剪力墻連梁剛度進(jìn)行折減，折減后的剪力墻連梁在地震作用下基本上都會(huì)出現(xiàn)塑性變形，即連梁開(kāi)裂。 設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪力墻連梁設(shè)計(jì)時(shí) ，還應(yīng)考慮其配筋是否滿足正常狀態(tài)下極限承載力的要求。

　　剪力墻軸壓比計(jì)算:為了控制在地震力作用下結(jié)構(gòu)的延性，新的《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對(duì)剪力墻均提出了軸壓比的計(jì)算要求。需要指出的是，軟件在計(jì)算斷指剪力墻軸壓比時(shí)，是按單向計(jì)算的，這與《高規(guī)》中規(guī)定的短肢剪力墻軸壓比按雙向計(jì)算有所不同，設(shè)計(jì)人員可以酌情考慮。

　　構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計(jì):計(jì)算結(jié)構(gòu)不超筋 ，并不表示構(gòu)件初始設(shè)置的截面和形狀合理，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)行構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)，使構(gòu)件在保證受力要求的條件下截面的大小和形狀合理，并節(jié)省材料。 但需要注意的是，在進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以保證整體結(jié)構(gòu)合理性為前提,因?yàn)闃?gòu)件截面的大小直接影響到結(jié)構(gòu)的剛度，從而對(duì)整體結(jié)構(gòu)的周期、位移、地震力等一系列參數(shù)產(chǎn)生影響，不可盲目減小構(gòu)件截面尺寸，使結(jié)構(gòu)整體安全性降低。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法經(jīng)歷了容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法破損階段設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的過(guò)程。通過(guò)大量工程經(jīng)驗(yàn)的日積月累，精心設(shè)計(jì)才能夠做出技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的各種建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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