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淺析土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)常見結(jié)構(gòu)計(jì)算問題論文
【論文關(guān)鍵詞】土木工程 畢業(yè)設(shè)計(jì) 混凝土框架 結(jié)構(gòu)計(jì)算
【論文摘要】從荷載及荷載效應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)件截面設(shè)計(jì)兩個(gè)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(jì)計(jì)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(jì)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(jì)完整的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：①根據(jù)建筑物的用途進(jìn)行建筑方案設(shè)計(jì)和建筑施工圖的繪制；②進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)計(jì)算(先手算后電算)；③繪制結(jié)構(gòu)施工圖。其中結(jié)構(gòu)計(jì)算的內(nèi)容較多，存在的問題也較多，特別是抗震設(shè)計(jì)。本文就結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題進(jìn)行簡單分析。
1.荷載及其效應(yīng)計(jì)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(jì)算簡圖，當(dāng)考慮樓面活荷載的最不利布置時(shí)，支座實(shí)際的轉(zhuǎn)動(dòng)將減小連續(xù)梁板的內(nèi)力使得計(jì)算誤差較大。此時(shí)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(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，減小計(jì)算簡圖帶來的誤差。這在用活荷載最不利布置進(jìn)行樓板及次梁內(nèi)力計(jì)算時(shí)一定要考慮，但本人的設(shè)計(jì)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?cái)U(kuò)大1.1～1.2倍進(jìn)行調(diào)整，筆者用1.2倍。
在計(jì)算樓面梁和柱、基礎(chǔ)時(shí),考慮到樓面活荷載不可能以荷載規(guī)范給出的標(biāo)準(zhǔn)值同時(shí)滿布在所有樓屋面上,需考慮活荷載的折減。對于教室、實(shí)驗(yàn)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(shí)，折減系數(shù)均為0.9。
1.2.地震作用計(jì)算時(shí)結(jié)構(gòu)自振周期的計(jì)算
筆者的設(shè)計(jì)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(shí)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(diǎn)位移法計(jì)算(B.0.2條)。
1.3.抗震組合中不考慮屋面活荷載
在進(jìn)行豎向荷載統(tǒng)計(jì)時(shí)，考慮到屋面活荷與雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值同時(shí)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(shí)組合,所以二者中只取較
大值進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)行內(nèi)力組合時(shí)，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(jì)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(jì)算出的。
1.4.每榀框架上的層間剪力計(jì)算
有些同學(xué)只針對一榀框架進(jìn)行重力荷載代表值的統(tǒng)計(jì)，從而求出地震作用和層間剪力，用于內(nèi)力計(jì)算。這樣簡化計(jì)算其實(shí)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(jìn)行每層的重力荷載代表值統(tǒng)計(jì)，計(jì)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(jì)算內(nèi)力。
1.5.梁彎矩調(diào)幅中跨中彎矩的處理
在計(jì)算豎向荷載作用下的框架內(nèi)力時(shí)，需要考慮梁端負(fù)彎矩調(diào)幅。在進(jìn)行框架梁設(shè)計(jì)時(shí)，可以主動(dòng)考慮塑性內(nèi)力重分布，對梁端負(fù)彎矩進(jìn)行適當(dāng)調(diào)幅，達(dá)到調(diào)整配筋分布、節(jié)約材料、方便施工的目的。當(dāng)降低梁端負(fù)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(cuò)最多的是某種荷載效應(yīng)對組合目標(biāo)內(nèi)力來說是“有利”的，但仍然按照“不利”時(shí)的分項(xiàng)系數(shù)計(jì)算，特別是以“軸力最小”為目標(biāo)進(jìn)行柱截面內(nèi)力組合時(shí)最容易出錯(cuò)。《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中7.0.4條規(guī)定當(dāng)荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力“有利”時(shí)，永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)取1.0，不考慮可變荷載。在進(jìn)行內(nèi)力組合時(shí)，必須進(jìn)行組合目標(biāo)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(xiàng)系數(shù)進(jìn)行內(nèi)力組合。
2.結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)，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(jì)算要求不應(yīng)降低”。當(dāng)采用Ⅰ類場地時(shí)，抗震計(jì)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(jì)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(jì)算長度
確定框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖時(shí)取框架柱的長度為結(jié)構(gòu)的層高，但實(shí)際上梁柱縱筋相互交叉形成的節(jié)點(diǎn)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(jì)規(guī)范》7.3.11條規(guī)定了各種柱的計(jì)算長度,對于現(xiàn)澆框架的底層柱取l0=1.0H0，其余各層柱取l0=1.25H0
3.結(jié)束語
土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)施過程，歸根結(jié)底就是一個(gè)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(jì)算中應(yīng)用的近似性及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xí)慣。
【參考文獻(xiàn)】
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