正确运用软件 确保工程结构安全

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  正确运用软件 确保工程结构安全

安全性、经济性、适用性是评价建筑工程合理性的三项标准，其中结构安全性是首要的，也是最根本的标准。由此可见建筑结构设计工作责任重大，它与国家、人民的生命财产息息相关。现阶段在建筑结构设计领域，由于结构分析、计算的程序化，使得结构设计软件得到广泛应用。但是，在实际建筑结构设计使用计算机时，如果不知道如何选择适合于具体结构的程序，不知道如何判断程序计算过程是否正确，该设计就会变成只能听命于机器操作的“架空设计”。 
    有些结构设计人员面对复杂的结构体系和结构分析，出现不问程序应用范围随意套用，不加分析选择计算简图、输入参数但物理意义不明而任意选用、对输出结果不进行合理性分析就盲目采用等现象，严重影响设计质量和工程的安全。如果不给予足够重视，则由于程序使用不当而造成工程事故的出现将是难免的。针对这一现象，本文就结构分析软件应用的有关问题提出一些看法，供大空商榷。 
    1.程序应用中应注意的问题 
    1.1各种结构的计算程序可以为计算提供很好的手段，要想得到正确的计算结果，并在施工图中应用，除了程序的准确性外，还与输入数据的正确性和结构简化的合理性，程序选用的正确性，都有很大的关系，因此必须根据工程设计经验对计算结果进行分析、判断，根据其正确与否作为设计的依据。 
    1.2每一种结构计算程序都有一定的应用范围，都是建立在一定的力学假定模型上，程序应用时一定要熟识了解编制的技术条件和使用要求，严格按照程序的数据要求正确输入结构几何数据和荷载数据，同时给定正确的计算参数，经校对、审核无误后才能进行计算。 
    1.3根据工程结构的实际情况，正确地确定各种参数的取值，如梁端调幅系数、梁跨中弯矩增加系数、梁刚度放大系数、梁扭矩折减系数，以及周期折减系数、地震力调整系数等等，以满足设计要求。 
    1.4结构梁柱构件设计在程序中往往考虑得不全，设计人员应根据设计经验和单项工程结构特性及规范规定进行必要的调整才能应用到施工图中去，切不可盲目应用配筋结果，比如对于交叉框架梁以及实配钢筋为双排筋时，实配钢筋面积应按电算配筋面积乘以1.1～1.2的系数。 
    2.结构分析软件计算结果正确性的大致判断 
    2.1自振周期判断： 
    对于比较正常的工程设计，不考虑折减的计算自振周期大概在下列范围内： 
    框架结构：T1=（0.08～0.10）n 
    框架一剪力墙结构和框架一筒体结构：T1=（0.06～0.08）n 
    剪力墙结构和筒中筒结构：T1=（0.04～0.05）n 
    式中n为建筑物层数 
    第二及第三振型的周期近似为： 
    T2=（1/5～1/3）T1 
    T3=（1/7～1/5）T1 
    如果计算结果偏离上述数值太远，应考虑工程中构件截面是否太大、太小，剪力墙数量是否合理，应适当予以调整。反之，如果截面尺寸、结构布置都正常，无特殊情况而偏离太远，则应检查输入数据是否有错误。以上判断是根据平移振动振型分解方法来提出的。当考虑扭转耦连振动时，情况复杂得多。首先应挑出与平移振动对应的振型来进行上述比较，至于扭转周期的合理数值，由于经验不多，目前尚难提出合理的周期数值。 
    2.2地震力大小判断： 
    根据许多工程的计算结果，截面尺寸、结构布置都比较正常的结构，其底部剪力大约在下述范围内： 
    8度：Ⅱ类场地土：FEK=（0.03～0.06）G 
    7度：Ⅱ类场地土：F EK=（0.015～0.03）G 
    式中F EK为底部地震剪力标准值：G为结构总重量。 
    层数多，刚度小时，偏于较小值；层数少，刚度大时，偏于较大值。当为其他烈度和场地类型时，相应调整此数值。当计算的底部剪力小于上述数值时，宜适当加大截面，提高刚度，适当增大地震力以保证结构安全，反之，地震力过大宜适当降低刚度以求得合适的经济技术指标。 
    2.3利用对称性判断： 
    对称结构在对称外力作用下，对称点的内力和位移必然对称。如有反常现象检查输入数据是否正确。 
    2.4结构渐变性判断： 
    竖向刚度、质量变化较均匀的结构，在较均匀变化的外力作用下，其内力、位移等计算结果自上而下也均匀变化，不应有大正大负，大出大进等突变。 
    2.5结构合理性判断 
    设计较正常的结构，一般而言不应有太多的超限截面，基本上应符合以下规律： 
    （1） 柱、墙的轴力设计值绝大部分为压力 
    （2） 柱、墙大部分为构造配筋 
    （3） 梁基本上无超筋 
    （4） 除个别墙段外，剪力墙符合截面抗剪要求 
    （5） 梁截面抗剪不满足要求、抗扭超限截面不多 
    3.结束语 
    由于结构设计软件的迅速发展，大大解放了结构设计人员，使结构设计人员从准备大量数据、写计算书、画图中走出来，有时间考虑结构设计中如概念设计、不同模型计算比较等问题，明显提高了设计效率，改变了结构设计专业拖后腿的状况，结构软件功不可没。但结构设计软件毕竟是一个辅助设计工具，智能化功能很弱，在概念设计、不同模型选择、结果分析等方面必须由设计人员来做。而且，结构设计软件也会有漏洞、出错，用软件工程理论来说这是不可避免的，因而还需要校审把关。总之，好的软件不等于计算结果必然正确，正确的计算结果也不等于设计必然合理。使两者成立的条件是结构工程师对软件的正确使用和对计算结果的正确判断。