徐衛(wèi)東,劉麗珍
(北京構(gòu)力科技有限公司,北京100013)
工程設(shè)計(jì)中會(huì)借助相關(guān)的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算分析,而緊張的周期往往會(huì)限制人們對(duì)于設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。一定程度上軟件處理是否合適,也決定了項(xiàng)目設(shè)計(jì)的安全性。論文以某公建項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中軟件使用上遇到的幾個(gè)典型問題為案例,對(duì)設(shè)計(jì)軟件在工程中的應(yīng)用進(jìn)行探討和研究。
JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》)5.2.2 條規(guī)定:在結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算中,現(xiàn)澆樓蓋和裝配整體式樓蓋中,梁的剛度可考慮翼緣的作用予以增大。近似考慮時(shí),樓面梁剛度增大系數(shù)可根據(jù)翼緣情況取1.3~2.0。對(duì)于無現(xiàn)澆面層的裝配式樓蓋,不宜考慮樓面梁剛度的增大。同時(shí)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(2015 年版)也有類似規(guī)定。
在采用SATWE 軟件對(duì)結(jié)構(gòu)模型做整體分析時(shí)[1],大多情況下會(huì)采用剛性樓板假定或采用彈性模假定。這兩種假定導(dǎo)致了人們?cè)诮Y(jié)構(gòu)分析時(shí)會(huì)忽略樓板平面外的剛度,而實(shí)際上樓板可作為樓面梁的翼緣起到增大梁的剛度的作用,因此,如果不考慮樓板作為翼緣對(duì)梁剛度增大這一作用,將會(huì)使結(jié)構(gòu)的整體剛度偏小。SATWE 軟件提供了梁剛度的調(diào)整參數(shù),同時(shí)還提供了“混凝土矩形梁轉(zhuǎn)T 形”選項(xiàng),設(shè)計(jì)梁的配筋時(shí)也會(huì)考慮翼緣的影響[2]。
對(duì)于中的梁剛度調(diào)整參數(shù),需注意選擇“輸入中梁剛度放大系數(shù)Bk”的時(shí)候,這一數(shù)值是針對(duì)兩側(cè)均有樓板的梁,而實(shí)際結(jié)構(gòu)中的梁分中梁和邊梁,且對(duì)于樓板可能會(huì)存在“全房間洞”“樓板開洞”或“板厚為0”等情況,當(dāng)設(shè)置中梁剛度放大系數(shù)Bk為2,程序自動(dòng)生成的梁剛度放大系數(shù),如圖1 所示。
圖1 程序自動(dòng)生成的梁剛度放大系數(shù)
從圖1 可以看出,在SATWE 軟件中,對(duì)于樓板“板厚為0”及“全房間洞”,軟件可以準(zhǔn)確地考慮這兩種情況所形成的邊梁及獨(dú)立梁,并給出準(zhǔn)確的梁剛度放大系數(shù);但如果采用“樓板開洞”的命令對(duì)樓板進(jìn)行洞口布置,這時(shí)軟件不能考慮“樓板開洞”形成的洞口影響,還需手動(dòng)干預(yù),這一點(diǎn)在實(shí)際的工程中會(huì)被忽略掉。當(dāng)給定中梁剛度放大系數(shù)后,軟件對(duì)邊梁剛度放大系數(shù)取值(1+Bk)/2,其中,Bk為手動(dòng)輸入的中梁剛度放大系數(shù),獨(dú)立梁的剛度不進(jìn)行放大,取值為1。
工程項(xiàng)目中,也有夾層及錯(cuò)層的結(jié)構(gòu),夾層的頂標(biāo)高與錯(cuò)層部分的頂標(biāo)高相同,這種情況下軟件所確定的梁剛度放大系數(shù)需引起注意,比如,在SATWE 參數(shù)中人為輸入中梁剛度放大系數(shù)Bk的值仍為2,此時(shí)程序自動(dòng)確定的梁剛度放大系數(shù)需要特別注意,這種情況需要對(duì)錯(cuò)層與層間板交接處的梁的剛度系數(shù)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。
如果在SATWE 的參數(shù)設(shè)置中,梁剛度調(diào)整選項(xiàng)中選擇了人為輸入中梁剛度Bk值,軟件在確定梁剛度時(shí),并未考慮層間板的存在,周邊的梁均按照獨(dú)立梁給出剛度放大系數(shù)1.0;但是對(duì)于錯(cuò)層處的梁,軟件識(shí)別為邊梁,給出邊梁剛度放大系數(shù),這種情況需要引起注意并應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
若SATWE 參數(shù)設(shè)置中,梁剛度調(diào)整選項(xiàng)中選擇“梁剛度放大系數(shù)按2010 規(guī)范取值”,此時(shí)軟件自動(dòng)確定梁剛度放大系數(shù)。對(duì)于帶有層間板的結(jié)構(gòu),層間梁的剛度放大系數(shù)軟件可以準(zhǔn)確給出;對(duì)于既有局部夾層也有局部錯(cuò)層的模型,夾層跟錯(cuò)層相鄰處的梁,即使SATWE 參數(shù)中選擇了“梁剛度放大系數(shù)按2010 規(guī)范取值”,軟件對(duì)于該梁的剛度放大系數(shù)依舊是按邊梁給出的,這一點(diǎn)也需要特別注意并進(jìn)行人為修改。
由此可以得出結(jié)論,對(duì)于只含有錯(cuò)層的結(jié)構(gòu),SATWE 參數(shù)設(shè)置中的梁剛度調(diào)整選項(xiàng)不管選擇人為輸入還是按2010規(guī)范確定,軟件均能準(zhǔn)確無誤地給出各個(gè)梁的剛度放大系數(shù);但對(duì)于局部帶有夾層的結(jié)構(gòu),如果布置了層間板,就需要多加注意。
實(shí)際項(xiàng)目中,也會(huì)遇到帶有躍層柱的結(jié)構(gòu),躍層柱可分為全躍層柱與單邊躍層柱。對(duì)于單邊躍層柱,在與之相連的梁所在平面內(nèi)的計(jì)算長度系數(shù)按普通柱計(jì)算,在無梁與之相連的平面內(nèi)計(jì)算長度系數(shù)的計(jì)算方法同全躍層柱。SATWE 軟件可自動(dòng)搜索結(jié)構(gòu)中的所有“全躍層柱”和“單邊躍層柱”,并依據(jù)規(guī)范準(zhǔn)確計(jì)算兩個(gè)方向的計(jì)算長度系數(shù)。
SATWE 軟件在搜索躍層柱的時(shí)候,是遵循一定原則的,在搜索時(shí)需考慮是否有梁對(duì)柱的約束,同時(shí)也會(huì)考慮樓板對(duì)柱的約束作用,而樓板對(duì)柱的約束作用又會(huì)分為“單邊躍層柱”和“全躍層柱”兩種情況。對(duì)于“單邊躍層柱”,如圖2 所示,兩個(gè)模型之間的區(qū)別僅在于另一方向是否有板相連。
圖2 單邊躍層柱另一邊有無板相連
軟件按規(guī)范自動(dòng)確定柱的兩個(gè)方向的計(jì)算長度系數(shù),對(duì)應(yīng)圖2 模型的計(jì)算長度系數(shù)如圖3 所示。
由圖3 可知,對(duì)于單邊躍層柱,即便另一方向沒有梁與之相連,此時(shí)軟件會(huì)考慮樓板的作用,即單邊躍層柱在另一方向有樓板存在,軟件確定的柱的兩個(gè)方向的計(jì)算長度系數(shù)均為1;而單邊躍層柱另一方向樓板為全房間洞,軟件確定出的水平方向的計(jì)算長度系數(shù)為2。
圖3 對(duì)應(yīng)圖2 模型的計(jì)算長度系數(shù)
再來看樓板對(duì)全躍層柱的影響,模型如圖4 所示。
圖4 全躍層柱周邊樓板情況
對(duì)于這兩個(gè)模型,SATWE 軟件計(jì)算出來的柱的計(jì)算長度系數(shù)結(jié)果相同,也就是說對(duì)于全躍層柱,即使周圍有樓板與之相連接,在SATWE 軟件中確定全躍層柱的計(jì)算長度系數(shù)時(shí),也沒有考慮周邊樓板對(duì)全躍層柱的約束作用,這是與單邊躍層柱的區(qū)別,在設(shè)計(jì)中需要引起注意。
《高規(guī)》5.2.4 條指出,滿足一定條件時(shí),可對(duì)梁扭矩進(jìn)行折減,但在實(shí)際工程中,無約束的獨(dú)立梁很少,所以大多數(shù)梁在計(jì)算中都應(yīng)考慮現(xiàn)澆樓蓋對(duì)梁的扭轉(zhuǎn)約束,但是樓板對(duì)梁的扭轉(zhuǎn)約束程度又與樓板的跨度、剛度、傳力形態(tài)等因素有關(guān),想要精確考慮這一影響比較困難,因此,SATWE 在計(jì)算時(shí)是按照規(guī)范的要求通過對(duì)梁的計(jì)算扭矩予以適當(dāng)折減的方式來近似考慮現(xiàn)澆樓蓋對(duì)樓板的約束作用,軟件默認(rèn)折減系數(shù)為0.4。
對(duì)于梁扭矩的折減,在設(shè)計(jì)中也需多加注意,否則會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在著安全隱患。通過具體模型扭矩折減系數(shù)的計(jì)算分析,可以得出軟件對(duì)于“板厚為0”及“全房間洞”形成的獨(dú)立梁可進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分,但是對(duì)樓板開洞形成的獨(dú)立梁卻不能夠識(shí)別,如果設(shè)計(jì)中忽視這一點(diǎn),不能意識(shí)到樓板開洞形成的一些獨(dú)立梁或洞口對(duì)邊梁的影響,很可能造成這些位置處梁的受扭計(jì)算不準(zhǔn)確。同時(shí),對(duì)于弧形梁,盡管在建模中生成了樓板,但是軟件計(jì)算中扭矩折減系數(shù)并沒有進(jìn)行折減,這是因?yàn)榕ぞ貙?duì)于弧形梁的影響較大,SATWE 軟件出于安全考慮,設(shè)置了對(duì)于弧形梁不進(jìn)行扭矩折減,如果設(shè)計(jì)人員想人為干預(yù),可以在特殊梁扭矩計(jì)算時(shí)人為指定相關(guān)的折減系數(shù)。
本文以工程案例來詳細(xì)闡述在設(shè)計(jì)軟件SATWE 中,對(duì)于結(jié)構(gòu)計(jì)算的細(xì)節(jié)處理,主要說明設(shè)計(jì)中對(duì)于軟件要有足夠的認(rèn)識(shí),一定要注意“全房間洞”和“樓板開洞”所形成的洞口對(duì)周邊構(gòu)件的影響,同時(shí),對(duì)于一些夾層和錯(cuò)層同時(shí)存在,且夾層頂標(biāo)高與錯(cuò)層的頂標(biāo)高相同的情況,在設(shè)計(jì)時(shí)要多加注意。