【摘 要】結(jié)合了規(guī)范的具體條文及基本的力學(xué)知識(shí)，從結(jié)構(gòu)計(jì)算假定與實(shí)際情況不一致、計(jì)算參數(shù)的選取問(wèn)題、對(duì)結(jié)構(gòu)缺乏整體性思維三個(gè)大的方面分項(xiàng)舉例說(shuō)明了結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中的常見(jiàn)錯(cuò)誤，并給出了正確做法，可為廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算假定； 計(jì)算參數(shù)； 結(jié)構(gòu)整體性思維

【中圖分類號(hào)】TU318.2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

0 引言

在對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型進(jìn)行校審的過(guò)程中，總能發(fā)現(xiàn)一些相似的問(wèn)題重復(fù)出現(xiàn)，有的是由于缺乏力學(xué)概念，有的是由于缺乏對(duì)軟件的深入了解，還有的是由于缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)的整體把握?？偟膩?lái)說(shuō)問(wèn)題可以分為以下三個(gè)大的方面，即結(jié)構(gòu)計(jì)算假定與實(shí)際情況不一致、計(jì)算參數(shù)的選取問(wèn)題、對(duì)結(jié)構(gòu)缺乏整體性思維。

本文將以上述三個(gè)方面的問(wèn)題為提綱，分項(xiàng)舉例進(jìn)行說(shuō)明。

1 結(jié)構(gòu)計(jì)算假定與實(shí)際情況不一致

結(jié)構(gòu)計(jì)算假定與實(shí)際情況不一致，指的是計(jì)算模型中假設(shè)的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖及受力情況與結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況不一致。如果結(jié)構(gòu)工程師缺乏基本的力學(xué)概念和對(duì)計(jì)算軟件的深入了解，這種情況是很容易出現(xiàn)，而這造成的結(jié)果就是，結(jié)構(gòu)偏于不安全，以下將從幾個(gè)小的方面入手進(jìn)行舉例說(shuō)明。

1.1 坡屋面按平屋面建模

經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的建模計(jì)算，在相同的豎向均布活荷載作用下，坡屋面和平屋面僅在活荷載作用下的位移及受力見(jiàn)圖1～圖8。由計(jì)算結(jié)果可知，坡屋面模型中框架梁在豎向均布荷載作用下會(huì)產(chǎn)生比平屋面模型大得多的軸力，該軸力對(duì)柱子而言則是向外的推力，故柱子內(nèi)側(cè)相對(duì)于平屋面模型會(huì)產(chǎn)生附加彎矩。由此可知，對(duì)柱子而言，按平屋面建模是不安全的。但對(duì)梁來(lái)說(shuō)，平屋面模型的梁底彎矩又比坡屋面模型大幾倍，又太偏于保守。故，對(duì)于帶坡屋面的建筑，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型應(yīng)嚴(yán)格按實(shí)際情況進(jìn)行建模，讓結(jié)構(gòu)受力更接近實(shí)際情況。

1.2 錯(cuò)層處仍按未錯(cuò)層建模

圖9～圖10分別為按實(shí)際錯(cuò)層建模的結(jié)構(gòu)模型與沒(méi)有按錯(cuò)層建模的模型，分別對(duì)應(yīng)方案一與方案二。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)按非錯(cuò)層建模不僅僅是影響錯(cuò)層處的梁上荷載（方案一錯(cuò)層處梁只承擔(dān)左側(cè)或右側(cè)樓板傳來(lái)的荷載，而方案二梁同時(shí)承擔(dān)左右兩側(cè)樓板傳來(lái)的荷載），更會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體指標(biāo)，方案一與方案二的主要整體指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。由表可知，除位移比以外的其它參數(shù)均存在差異，但差異不大，但方案一的位移比超限，結(jié)構(gòu)為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，而方案二則沒(méi)有不規(guī)則項(xiàng)。

由此易得，對(duì)于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，不能因?yàn)榘凑辗清e(cuò)層建模交界部分的梁有更大的受荷面積就認(rèn)為結(jié)構(gòu)是偏于安全的，尚需要考慮局部錯(cuò)層對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。

1.3 連續(xù)梁中間跨鉸接問(wèn)題

對(duì)于支撐于主梁上的多跨連續(xù)次梁，由于荷載不均或其它原因，主梁有時(shí)會(huì)出現(xiàn)剪扭超限的問(wèn)題，此時(shí)，很多結(jié)構(gòu)工程師的常見(jiàn)做法就是將次梁與該主梁相交的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為鉸接，不傳遞扭矩給主梁，自然而然模型就算過(guò)了。這種做法就是典型的沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況，出施工圖的時(shí)候，實(shí)際是按照連續(xù)梁去構(gòu)造的，施工也是按連續(xù)梁進(jìn)行施工，它實(shí)際上就是連續(xù)梁的受力模式，支座處是存在較大負(fù)彎矩的，而模型中卻設(shè)置為鉸接，配筋按構(gòu)造處理，結(jié)構(gòu)顯然是不安全的，當(dāng)次梁荷載較大或跨度較大時(shí)，梁端極易出現(xiàn)由于抗彎能力不足而導(dǎo)致的裂縫。正確的做法是加大剪扭超限的主梁截面或者通過(guò)調(diào)整局部的結(jié)構(gòu)布置，以此來(lái)達(dá)到計(jì)算通過(guò)。

1.4 嵌固端的選取不符合實(shí)際情況

對(duì)于主樓帶地下室的情況，經(jīng)常有結(jié)構(gòu)工程師將主體結(jié)構(gòu)的嵌固部位設(shè)置于基礎(chǔ)頂，原因僅僅是因?yàn)橄氚训叵率翼敯遄龅?60 mm厚，樓板最小配筋率按0.2%構(gòu)造，這是不正確的做法。因?yàn)?，結(jié)構(gòu)的嵌固端在哪層應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況來(lái)定，如果結(jié)構(gòu)滿足GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］第6.1.14條的規(guī)定，即地下一層相關(guān)范圍的剛度大于地上一層剛度的2倍且地下室頂板又沒(méi)有開(kāi)設(shè)大洞口時(shí)，那么不管如何指定嵌固端位置，地下室頂板實(shí)際上都是起到了對(duì)主樓的嵌固作用。那么，也理應(yīng)繼續(xù)滿足該條的構(gòu)造要求，如樓板至少采用180 mm厚，雙層雙向配筋且最小配筋率不小于0.25%、地下室頂板的梁柱節(jié)點(diǎn)滿足相應(yīng)的配筋要求，否則就會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)實(shí)際的嵌固端構(gòu)造措施不足的情況。

1.5 荷載輸入與實(shí)際情況不符

對(duì)于樓板上有局部荷載的情況，比如某設(shè)備置于樓板上，一些結(jié)構(gòu)工程師的常見(jiàn)做法是將該設(shè)備的重量直接除以該跨樓板的面積得到均布荷載，進(jìn)而將該均布荷載作為附加面荷載施加于板上。對(duì)于結(jié)構(gòu)整體來(lái)說(shuō)，可能這樣操作問(wèn)題不大，結(jié)構(gòu)總荷載不變，但是對(duì)于局部（樓板及其周邊的梁）的受力影響較大。根據(jù)GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［2］附錄C.0.1的規(guī)定，對(duì)于樓板的等效均布活荷載，應(yīng)在其設(shè)計(jì)控制部位上，根據(jù)需要按內(nèi)力、變形及裂縫的等值要求來(lái)確定，而不是簡(jiǎn)單的通過(guò)重量直接除以樓板面積得到。現(xiàn)在很多計(jì)算軟件已經(jīng)支持直接輸入樓板局部荷載，可以直接按實(shí)際情況進(jìn)行輸入而不用進(jìn)行繁瑣的轉(zhuǎn)換。

2 計(jì)算參數(shù)的選取問(wèn)題

結(jié)構(gòu)模型中往往涉及到很多計(jì)算參數(shù)的選取與填寫(xiě)，有的計(jì)算參數(shù)對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響不大，有的計(jì)算參數(shù)取錯(cuò)將嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全或者導(dǎo)致重大返工，還有的計(jì)算參數(shù)取錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)，以下將從幾個(gè)小的方面入手進(jìn)行舉例說(shuō)明。

2.1 忽略輸入斜交抗側(cè)力構(gòu)件方向角度

這一項(xiàng)很容易被忽略，因?yàn)楹芏嘟Y(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置都是橫平豎直的，斜交抗側(cè)力構(gòu)件較少出現(xiàn)，久而久之就容易忽視該參數(shù)。根據(jù)GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］第5.1.1.2條的規(guī)定：有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15°時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。此條為強(qiáng)制性條文，對(duì)于帶地下室的結(jié)構(gòu)，斜交抗側(cè)力構(gòu)件較多，應(yīng)予以特別重視。

2.2 地震計(jì)算未勾選按新區(qū)劃圖計(jì)算

在模型中，如果未勾選按新區(qū)劃圖計(jì)算，將影響地震影響系數(shù)最大值，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的水平地震作用大小。當(dāng)場(chǎng)地類別較差時(shí)勾選與否對(duì)結(jié)構(gòu)整體截面尺寸及配筋影響較大，容易造成重大返工。

現(xiàn)以7度（0.1g）為例，列出是否勾選按新區(qū)劃圖對(duì)地震影響系數(shù)最大值的影響，見(jiàn)表2。由表可知，當(dāng)未勾選時(shí)，地震影響系數(shù)最大值與場(chǎng)地類別無(wú)關(guān)，均為0.08。當(dāng)勾選時(shí)，隨著場(chǎng)地條件變差（由Ⅰ0類到Ⅳ類），除Ⅳ類場(chǎng)地地震影響系數(shù)最大值相對(duì)Ⅲ類略微減小外，其余的地震影響系數(shù)最大值均是呈變大的趨勢(shì)。由于大部分項(xiàng)目都處于Ⅱ類場(chǎng)地，如果漏勾選，可能影響不是很大，但是對(duì)于Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地，應(yīng)特別注意勾選，避免由于地震作用偏小而造成結(jié)構(gòu)不安全或引起重大返工。

2.3 周期折減系數(shù)選取與實(shí)際情況不符

JGJ 3-2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［3］第4.3.17條對(duì)不同結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，比如當(dāng)非承重墻體為砌體墻時(shí)，框架結(jié)構(gòu)可取0.6～0.7，剪力墻結(jié)構(gòu)取0.8～1.0等等。

實(shí)際操作過(guò)程中，很多結(jié)構(gòu)工程師都容易忽略實(shí)際情況，直接取中間值。比如凡是框架結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)就取0.65，而不管砌體墻體的多少，甚至一些特殊的建筑，根本就沒(méi)有砌體墻，也按0.65取值。根據(jù)規(guī)范條文解釋，對(duì)周期進(jìn)行折減的原因主要是考慮砌體墻對(duì)結(jié)構(gòu)周期的影響，由此可以推出如果沒(méi)有砌體墻那么也就不用對(duì)周期進(jìn)行折減。

結(jié)構(gòu)周期是否折減對(duì)地震作用的影響見(jiàn)圖11、圖12，圖11為結(jié)構(gòu)周期不折減（周期折減系數(shù)1.0）的模型X方向的地震作用，圖12為結(jié)構(gòu)周期折減（周期折減系數(shù)0.7）的模型X方向的地震作用。由圖可知結(jié)構(gòu)周期折減后的模型地震作用將明顯增大，故而影響結(jié)構(gòu)整體含鋼量，如果不管實(shí)際情況，而盲目對(duì)結(jié)構(gòu)周期進(jìn)行折減，勢(shì)必造成不必要的浪費(fèi)。

3 對(duì)結(jié)構(gòu)缺乏整體性思維

有時(shí)候，結(jié)構(gòu)工程師會(huì)過(guò)度關(guān)注局部，而忽略了整體，只見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林，以下將從幾個(gè)小的方面入手進(jìn)行舉例說(shuō)明。

3.1 只關(guān)注于規(guī)范有明確規(guī)定的指標(biāo)而忽略了對(duì)超限情況的綜合判定

結(jié)構(gòu)工程師對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整時(shí)，很容易陷入僅關(guān)注于規(guī)范有明確規(guī)定的指標(biāo)，比如位移角、位移比、周期比之類，而忽略了提前從結(jié)構(gòu)平面布置及立面收進(jìn)等方面對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行判定。

比如根據(jù)DB51T 5058-2020《四川省抗震設(shè)防超限高層民用建筑工程界定標(biāo)準(zhǔn)》［4］第4.1.2.1條扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，并不僅僅只有位移比大于1.2才屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，任一層的偏心率大于15%或相鄰層質(zhì)心水平距離大于相鄰層中該方向較大邊長(zhǎng)的15%也是扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。再比如該規(guī)范第4.1.2.3條樓板局部不連續(xù)，僅看模型的指標(biāo)，是不能得出樓板是否存在不連續(xù)的結(jié)論的。如果忽略了這些，可能看著模型指標(biāo)只有兩項(xiàng)不規(guī)則，沒(méi)有超限，實(shí)際上卻有四項(xiàng)不規(guī)則，屬于超限結(jié)構(gòu)。由于前期沒(méi)有對(duì)超限情況采取措施予以避免，導(dǎo)致后期重大修改，得不償失。故，應(yīng)一開(kāi)始就從結(jié)構(gòu)平面布置及立面收進(jìn)等方面對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合判定，做到心中有數(shù)。

3.2 只關(guān)注于承載能力，而忽略正常使用的要求

通常情況下，看構(gòu)件是否算過(guò)僅僅通過(guò)對(duì)配筋結(jié)果的查看，即承載能力滿足要求就認(rèn)為構(gòu)件沒(méi)有問(wèn)題，可能對(duì)大部分常規(guī)結(jié)構(gòu)是適用的，但是對(duì)于大跨度的梁板、長(zhǎng)懸挑構(gòu)件等，應(yīng)該對(duì)可能影響正常使用的撓度裂縫進(jìn)行關(guān)注。通常來(lái)說(shuō)，大跨度的梁板、長(zhǎng)懸挑構(gòu)件等多是由正常使用條件控制的。故，對(duì)于構(gòu)件層次的計(jì)算，不僅應(yīng)關(guān)注構(gòu)件的承載能力，尚應(yīng)關(guān)注該構(gòu)件的正常使用，二者同樣重要。

3.3 只關(guān)注于配筋結(jié)果，不關(guān)注受力合理性

構(gòu)件配筋計(jì)算通過(guò)，并不代表結(jié)構(gòu)受力安全合理。比如在梁上柱的下端，垂直于該抬柱梁的方向沒(méi)有設(shè)置能抵抗該方向柱底彎矩的梁，而是靠抬柱梁受扭去硬抗梁上柱在該方向的彎矩，這顯然是不合理的，我們更希望梁去承受彎矩，而不是扭矩。而僅從計(jì)算模型的配筋結(jié)果來(lái)看可能只是受扭鋼筋大一些罷了，并不能看出該結(jié)構(gòu)布置的不合理性。故，應(yīng)該充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師自身概念設(shè)計(jì)的能力，先布置出合理的結(jié)構(gòu)體系，再用軟件去驗(yàn)證，而不是相反。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從三個(gè)方面分項(xiàng)舉例說(shuō)明了結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中的常見(jiàn)錯(cuò)誤，并給出了正確做法。而在計(jì)算模型中，容易出錯(cuò)的地方還有很多，以上列舉的僅僅是其中一小部分而已。因此，需要不斷地加強(qiáng)自身對(duì)規(guī)范及軟件的理解，不斷地進(jìn)行總結(jié)，才能做出安全、經(jīng)濟(jì)、合理的建筑結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50011-2010［S］.2016年版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

［2］ 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：GB 50009-2012［S］.2012年版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

［3］ 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程： JGJ3-2010［S］.2010年版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

［4］ 四川省抗震設(shè)防超限高層民用建筑工程界定標(biāo)準(zhǔn)：DB51T 5058-2020 ［S］.2020年版.成都：西南交通大學(xué)出版社.

［作者簡(jiǎn)介］耿強(qiáng)（1984—），男，本科，高級(jí)工程師，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，從事工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。