关于结构计算模型参数如何优化

导语


在建筑工程设计中，结构计算是至关重要的环节。电算时代，很多工程师由于概念不清晰，工期紧张，或造成安全隐患，或造成严重浪费。因此，笔者根据将以目前市场上应用较为广泛的PKPM软件为依托，阐述结构计算模型参数的优化要点。


一.上部结构



1、地面粗糙度类别
同等条件下类别A、B、C、D对应的风荷载大小依次递减，个别设计人员区分不清A类-近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类-田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇。
判别有困难时，可依据《荷规》8.2.1条条文说明的半圆影响范围来分类。


2、抗震等级
（1）房屋高度的确定
《抗规》6.1.1注1：房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分)。
《异形柱结构规范》3.2.1条文说明对坡屋顶情况作了如下说明：


对于结构高度处于临界值上的建筑，准确取用其结构高度，直接影响抗震等级和钢筋用量。
（2）框架-剪力墙结构按照倾覆力矩来确定抗震等级
工程中常常出现“少墙”的框架结构和“多柱”的剪力墙结构，《高规》8.1.3及其条文说明明确了框架承担的倾覆力矩决定了其按照何种结构类型进行设计，此时要特别注意框架和剪力墙的抗震等级的选取不当可能会造成浪费或未能形成多到防线的有效设置，影响结构安全。



3、活荷载折减

《荷规》5.1.2-2明确了设计墙、柱和基础时均可以进行活荷载折减，只是要特别注意折减系数的选取要依据规范要求，不能对于所有结构都按照软件默认的参数执行。


4、柱配筋计算原则

普通柱按单偏压计算，双偏压校核，异型柱才按双偏压计算。按双偏压计算时柱钢筋用量显著增加。


5、周期折减系数
周期折减系数主要考虑填充墙对结构周期的影响，填充墙越重越多，周期折减系数越小，地震作用越大， 墙柱配筋越大。因此，周期折减系数应根据填充墙实际分布情况慎重选择，纯剪力墙结构自振周期可以不折减（ 取1.0） 。


6、梁的调幅
在PKPM中次梁默认不调幅，要在“特殊构件补充定义”中人为修改为调幅梁，且调幅系数对于现浇框架梁依据《高规》5.2.3取为0.8也是适宜的，且较为经济。同时朱炳寅《建筑抗震设计规范应用与分析》P86页写道：梁端调幅系数适当取小些，可以更好的保证地震作用下梁端延性，有利于强柱弱梁的实现，有利于保证柱安全，有利于实现抗震性能化设计目标。


7、梁柱重叠部分简化为刚域
梁柱重叠部分考虑刚域影响，可降低梁的配筋，不考虑刚域影响时梁负筋应按柱边弯矩配筋。

[size=13.3333339691162px]8、剪力墙构造边缘构件
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程序默认的是勾选，若不取消勾选，会造成配筋增加。由《高规》7.2.16-4条知对于连体结构、错层结构及B级高度高层建筑的剪力墙才需按此项次执行。
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[size=13.3333339691162px]9、连梁的定义
[size=13.3333339691162px]剪力墙连梁跨高比大于5时，受力特征己变成受弯为主，应按框架梁输入并且不能定义为连梁。当梁一端与剪力墙平面外相接时不论跨高比为多少都不应定义为连梁。
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二.地下室及基础











1、消防车活荷载
（1）《荷规》5.1.3条，设计墙、柱时，本规范5.1.1中第8项的消防车活荷载可按实际情况考虑；设计基础时可不考虑消防车荷载。
具体操作上，可通过建立多个独立的模型来实现计算梁、墙柱、基础的不同荷载取值。
（2）《荷规》5.1.1条，消防车荷载准永久值系数为0，即不考虑裂缝。故在配筋设计时要予以注意。


[size=16.3636360168457px]2、考虑上部结构刚度
《地基规范》5.3.12：在同一整体大面积基础上建有多栋高层和低层建筑，宜按照上部结构、基础与地基的共同作用进行变形计算。
基础设计时应该考虑上部结构刚度，尤其是桩基础采用变刚度调平设计时更加应该考虑。因为平铺在地基上的大面积筏板基础（或其他整体基础，如地基梁等）在其筏板平面外刚度是很弱的。在上部结构不均匀荷载作用下容易产生较大的变形差，导致筏板内力和配筋的增加。考虑基础与上部结构工作的原理是把上部结构的刚度叠加到基础筏板上，使其基础平面外刚度大大增加，从而大大提高抵抗上部结构传来的不均匀荷载的能力，减少变形差，减少内力与配筋，达到设计的经济合理性。



3、筏板受拉区构造配筋率（%）
软件的初始值为0，当为 0 时,程序按《混凝土规范》自动计算。《混凝土规范》8.5.1 条规定为 0.2 和 45ft/fy 中的较大值。《地基规范》8.4.15 与 8.4.16 条规定是 0.15%,应输入 0.15。



4、混凝土模量折减系数
软件的初始值为 1,在计算时直接采用《混凝土规范》4.1.5 条中的 弹性模量值。因为内力计算与刚度相关,刚度越大内力越大,为了降低配筋可对混凝土弹性模量进行折减，折减系数可取0.7~1.0。
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结语：
要想设计出安全、经济、合理的结构，要注重平时的学习和工程经验的积累、总结，更要与外界多加交流，听到不同的观点和声音，再去自己加以分析和判断。本文仅以PKPM为依托进行了解读，后续还将就其他结构软件的应用加以介绍。