論CAD軟件應用與建筑結構設計中幾點問題分析

　　摘 要：本文主要針對當前房屋建筑結構設計中一些常見卻又常被人們忽視的錯誤進行了剖析，在工程設計過程中應用CAD軟件所出現的問題,結合自己對PKPM系列建筑結構CAD系統軟件的應用經驗,指出了錯誤的原因和后果，并給出了一些設計建議和構造的要求。

　　關鍵詞：計算機輔助設計(CAD) 抗震設計 概念設計

　　引 言

　　隨著科技的發展，計算機硬件技術和建筑結構分析理論也在不斷地發展和完善，計算機輔助設計(CAD)系統在建筑工程設計領域中也得到了廣泛的應用。結構工程師應用最多的就是平面框排架計算與繪圖軟件（PK），它既是獨立的計算和繪圖軟件，又可作為PKPM系列其它高層分析程序的接口軟件，是結構工程師非常熟悉的。

　　1 地基與基礎方面

　　1.1 多層房屋建筑無地質詳勘報告，僅僅依據建設單位口頭或籠統參照附近建筑物的基礎設計資料就進行施工圖設計。地基與基礎設計要做到合理，安全適用，設計人員必須依據地質勘察資料，統一考察多方面因素進行基礎類型和上部結構方寧設計，僅憑地耐力這一數據是不完全面的，也是不安全的，更不能盲目地把耐力容許值取得小一些就認為成無一失了。

　　1.2 采用換土墊層進行軟弱地基處理，不進行換土墊層設計，只憑經驗處置。有時設計者軟弱地基的危害認識不足，只是簡單地憑借經驗采用砂墊層加強一下承載力，沒有進行墊層寬度和厚度計算，既不安全，又不經濟。

　　1.3 民用建筑中柱，梁及基礎的負荷未按規范乘以折減系數。設計人員設計多層民用建筑時，在計算梁、柱和基礎的負荷 時未按現行設計規范使用荷載乘折減系數計算其荷載值，因而荷載值不準確。

　　2結構平面輔助設計軟件PMCAD 的應用

　　PMCAD 是PKPM系列軟件的核心模塊,是建筑與結構連接的接口軟件,也是結構平面設計軟件,在這個模塊中建立的結構模型應力求準確,能夠反應結構的實際情況。

　　(1) 交互式結構模型的建立。結構模型中所有的構件均在此項操作中輸入,應當注意的是:凡是結構布置形式及構件尺寸和荷載不同的結構層均應描述為不同的結構標準層,對于上下層柱變截面情況用構件相對于節點的偏心描述,注意在節點過密的時候墻體及梁布置的連續性。在布置過兩個或更多的標準層后,不能使用圖案編輯菜單對某一層或某一部分拖動或平移,因為所有的節點位置都是用相對于原點的位置描述的,拖動或平移會造成上下層節點錯位。全樓的組裝必須是自下而上的標準層組裝,不能把后一個標準層組裝于前一個標準層之前。填充墻不能作為墻體輸入。在此輸入的荷載值應是荷載標準值,不是設計值。

　　(2) PK文件的生成。對于磚混結構,按連梁生成的墻梁的PK文件,在沒有進行磚混抗震驗算時梁上沒有上部墻體及以上層樓板傳來的荷載。底框磚房的底層框架梁不可以用生成連梁的方法生成PK文件,否則會引起框架上地震荷載的漏項,而用PK所畫的梁施工圖其節點構造不滿足“抗規”要求。在此項操作中生成的連梁PK文件應打開修改支座情況,主要是依據實際情況修改梁與柱的鉸接還是固接。在此菜單生成的框架PK文件應打開修改梁慣性矩增大系數和梁端彎矩調幅系數,否則PK軟件按梁混凝土彈性工作配筋,使支座鋼筋偏大而跨中鋼筋偏小。

　　3 懸挑梁的梁高選用過小

　　設計者往往只注意了對梁的強度和傾覆進行驗算，而忽略了對梁撓度的驗算。梁高選用過小，引起梁截面的受壓區應力過高，在正常使用狀態下，梁截面受壓區產生非線性徐變。梁撓度隨時間的推移不斷加大。挑梁的變形引起梁板出現裂縫，裂縫寬度隨著挑梁變形的回大而加寬，影響了房屋的正常使用。據筆者觀察，這種挑梁的變形發展到后期，梁支座截面上部受拉區常常出現較寬的豎向裂縫。受支座附近上部受拉區常常出現較寬的豎向裂縫。受支座附近剪彎作用的影響，豎向裂縫向下延伸發展為斜裂縫，此時梁已接近破壞，當為托墻挑梁時，梁過大的撓度引起梁上境況體在梁支座附近出現裂縫。裂縫在梁支座處沿斜向延伸，縫愈靠上愈寬。挑梁的截面過小對結構的抗震也很不利。懸挑結構對豎向地震的作用最為敏感。梁高小時，截面的相對受壓區高度較大，梁的延性減小，在豎向地震作用下易發生脆性破壞，失去承載力。

　　4 連續梁按單梁進行設計

　　這種情況多發在陽臺邊梁的設計中。由于邊梁上的荷重一般較小，沒有引起設計者的重視，貪圖受力分析方便，設計者把實際應為連續梁的梁按單跨簡支梁進行設計，致使梁在支座處上部負筋配置量過少。這樣必然引起梁在支座附近上部受拉區出現豎向裂縫，進而引起梁上部攔板出現豎向裂縫。如果該邊梁長度較長時，問題將會變得更加嚴重。因為該梁一般直接暴露在室外，受環境溫度影響較大。當環境溫度變化時，梁的伸縮受到梁端柱或挑梁的約束，在梁內產生收縮應力，該收縮應力作用于原已產生的梁上裂縫處，引起梁的支座附近沿整個梁截面四周裂縫貫通，梁承載力降低，直接影響了使用安全。

　　5 樓板設計常見問題

　　5.1 設計時為了計算方便或因對板的受力狀態認識不足，簡單地將雙向板作用單向板進行計算。使計算假定與實際受力狀態不符，導致一個方向配筋過大，而另一方向僅按構造配筋，造成配筋嚴重不足，致使板出現裂縫。

　　5.2 板承受線荷載時彎矩計算問題，在民用建筑中，常常在樓板上布置一些非承重隔墻故大樓板設計中常常將該部分的線荷載換算成等效的均布荷載后，進行板的配筋計算。但有些設計人員錯誤地將隔墻的總荷載附以板的總面積。另外，板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌砌頂緊上部分的樓、屋面板，這樣會給上部的板增加了一個中間支承點，使其變為連續板，支承點上部出現了負彎矩，而在板的設計中又沒考慮該部分的影響，致使板頂出現裂縫。

　　5.3 雙向板有效高度取值偏大。有的設計者為圖省事或對板受力認識不足，而取兩個方向的有效高度一致進行配筋計算，致使長跨有效高度偏大，配筋降低，使結構構件存在的質量隱患，甚至出現開明縫的現象。例如：某6 度抗震區建筑,設計為六層帶半地下室磚混住宅,上部結構布置均勻規整,但是上部作為主要承重和抗震墻體的內縱墻卻沒有基礎,而是坐落于地下室的內橫墻上,也就是說,上部六層墻體的線荷載,變為集中荷載傳于地下室橫墻上,這種結構的傳力路線是最為不利的。再如:某六層磚混結構商品樓,下部三層為商業網點,上部三層為住宅,初看起來好象并無不妥,但是下部一層均為貫通整個進深的單間門市部,開間為3米～3.9米 ,實際上就是一層只有橫墻而沒有縱墻,這樣的建筑其縱向的抗震能力很小,是不能夠按磚混結構來設計的。雖然其層數及高度均不超規范,但是它的抗震性能是極差的,是不能滿足抗震要求的。

　　6 獨立基礎及條形基礎設計軟件JCCAD 的應用

　　6.1對磚混結構而言,一般應在荷載組合中加入經PMCAD 軟件進行磚混抗震計算后的荷載。

　　6.2 對框架結構而言,一般應計入經PK軟件計算的PK荷載,并在PK荷載中計入地震荷載組合,并經縱橫兩個方向的驗算后確定基礎選用的合理值,或計入經TAT、SATWE 計算的荷載組合。若只經PM恒、活荷載計算,則結果在地震區會明顯偏小。

　　6.3對彈性地基梁及筏板基礎的計算還應注意以下幾個方面: ①應根據現場勘探情況利用軟件對地基進行驗算; ②應根據地基及設計情況不同選用適當的地基剛度系數; ③根據上部結構及場地情況,選取適當的基礎形式和計算方法;④經過反復地試算,最后確定較為合適的梁截面和翼緣寬度。一般認為,如果我們確定了一種梁截面或翼緣厚度時,加大或減小其截面尺寸都會引起配筋量的增加,那就說明我們選定的這個截面是較為合適的。

　　7 結束語

　　在工程設計時,即從模型簡化、荷載匯總、結構計算到施工圖繪制的全過程中,我們應認真的考慮設計的每一環節,不僅保證計算模型的簡化與工程實際相吻合,使計算假定與實際情況相一致,而且應注意設計軟件的適用條件及其技術條件,正確的使用CAD 軟件,保證計算結果準確；更要加強規范的學習,加強概念設計,保證結構滿足各項構造措施的要求，使建筑結構能夠承受可能出現的各種作用,保證結構具有良好的工作性能和耐久性能。 在建筑物抗震設計中，包括三部分內容,即概念設計、構造設計和結構計算。我們在進行建筑物抗震設計時,一定要遵循“抗規”提出的抗震設計原則和抗震設計構造要求，正確應用CAD 軟件，提高建筑結構設計質量。總之，我們設計工作者應按規范相應的構造要求嚴格執行，才得以從根本上消除設計質量的隱患。

　　參考文獻

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