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结构工程师的“困兽斗”之底部加强区的误解

发布于:2017-04-24 11:15:24 来自:建筑结构/混凝土结构 [复制转发]
结构设计规范是我们结构工程师设计的法宝利器,同时也是专业的(professional)结构工程师的“牢笼”。规范使得尺寸成方圆,规范使得设计变得有据可依!但还是有那么一撮撮的很有创造力的工程师,他们激情澎拜,斗志昂扬,不向庸俗妥协,敢于标新立异,这也导致他们看上去像一头头野兽被关在规范这个“牢笼”中。渐渐地,“牢笼”中的他们也熟悉了教条主义的“喂食”,也丧失了分辨对错的能力,因为他们终要面对残酷现实:想要make money养家糊口,就必须control their emotions。

好吧!在这真假难辨、对错难分的时代,希望最终先知会降临,带领大家看得透彻明了。
作为一名专业的工程师,起的比鸡早,睡的比狗晚,我们的故事就主要围绕缺乏经验的”加班狗”(并非有侮辱之意,仅是自嘲)和喜欢标新立异的“笑笑虎”展开,介绍了“加班狗”如“笑笑虎”一样的奇葩工程师的心路历程。本故事纯属虚构,只谈日常,莫求情节,莫对号入座!

故事人物
设计经验丰富的”老司鸡“,40岁,一级注册结构工程师,本科毕业,有房,正在还贷中,从业18年,妻子是建筑师;

缺乏经验但敢想敢做的“加班狗”,27岁,硕士毕业,“老司鸡”的急先锋,工作1年,三“无”人员;

有经验且喜欢标新立异的“笑笑虎”,30岁,硕士毕业,“老司鸡”的勇猛干将,工作4年,有女友无房车;

财大气粗而沉稳的地产老板“象多金”,55岁,改革开放搞生意起家,除了钱之外一无所有,功成名就。

地点:SPEC茶话室
第一回 关于底部加强区的“误解”


话说SPEC结构设计及优化咨询公司初办至今,高层住宅项目也陆陆续续地做了不少,在业内也算是有一丁点儿名声了。

有一天,小飞象地产公司的大老板“象多金”开着豪车来到SPEC,请他们给优化6栋超高层住宅。这年头,S市的房价也是一日高于一日了,一套好点的房子也要1000万“兽币”。这么个大工程又可以让“象多金”更多金了。

但现在关键是地价贵了,地产想赚更多的钱,只能羊毛出在羊身上,从土建结构做一些合理的优化来节省成本。这么大个工程,搞的好的话可以节省大几千万的成本呢。

在会议室召开项目启动大会,当SPEC领导介绍这次项目有上百万的咨询费时,“老司鸡”激动地鸡冠也立了起来,一下子想到年终分红,禁不住在心底“咯咯咯”地叫起来,这下子年终奖也能换辆好点的车开了,不然总是被老婆抱怨自家车多么土,邻居家的车多么豪。

“加班狗”作为“老司鸡”的贴身助手也在一旁,听到此处,心里骂娘,NND,即使设计费全给我,我也只能买得起一套房,却要设计这么多套,更何况“老司鸡”跟他第一次见面谈的第一句话就是“你们年轻工程师啊,要埋头苦干,多积累一些经验,赚钱不应该是你们这一阶段的目的,多赚经验才是关键啊。想当年,我本科毕业那会,出来工作,一个月才几百块工资…”。“老司鸡”巴拉巴拉说了一堆推心置腹的话。加班狗心里明白的很,简而言之,领导给他的定位是“先赚几年经验,再来谈钱的事情”。

好吧,那就干吧,毕竟是个大项目啊,“加班狗”也是头一回接触这么大的项目,听说这个项目还要请专家搞抗震超限审查,目前还没接触过,狗生算白活了,硕士毕业后的第一年一直在画楼梯和打杂,虽然CAD熟练了,可是对结构设计的认识还是只停留在规范的字面意思上,简单点说就是,记得规范,但没有理解规范的深沉含义。

“笑笑虎”则不同,他是比较有个性的虎,项目做了不少,而且懂得国外的各种规范,做事认真仔细,有时还能把“老司鸡”问倒。还好“老司鸡”是个宽容大度的开明人,也明白“笑笑虎”是那种刨根问底的“野兽”。

这不每周三下午日常的茶话会又开始了,“加班狗” 提出了底部加强区的问题,“老司鸡”不看规范给他解释了一下,“笑笑虎”假笑着回问了一句,让“老司鸡”感觉好尴尬。说了这么多,其实情节就只有这么点,其实这就是加班狗的日常,画图,请教笑笑虎,请教老司鸡,画图,请教笑笑虎,请教老司鸡,画图…

“加班狗”是这么问老司鸡的:“鸡总,您项目做的多,请教您一个问题,剪力墙底部加强区算不算关键构件啊?”说完,睁大了眼睛,望着鸡总。鸡总微笑着抿了一口茶,然后不慌不忙地说

“狗弟,画图之余多翻翻规范”,老司鸡把茶杯放下接着说,“我和其他人做的所有超限报告,抗震性能指标都是以剪力墙底部加强区作为关键构件的。”

笑笑虎翻着自己厚厚的笔记本,然后突然问道,”抗规和高规也有说底部加强区为塑性铰区,这不与关键构件要求大震不屈服矛盾吗?”长期质疑一切的笑笑虎,拿出了自己的秘密武器“结构设计奇葩手札“,说道:

我总结了下我国规范对底部加强区的定义。


你们看,很显然,这三条非常明确地传达了一个观点,在大震作用下,剪力墙底部加强区是可以受弯屈服的,但抗剪显然不可以屈服。对于一级剪力墙,为实现这一点,规范还特意地放大了上部的剪力墙弯矩和剪力。规范显然在说底部剪力墙可以受弯屈服,上部剪力墙不能受弯屈服嘛。当然,底部本身剪力就大,容易屈服也是一个原因。我觉得这才是规范底部加强区的正解。

笑笑虎喝了一口茶,自鸣得意地笑着望着加班狗,加班狗听的目瞪口呆,老司鸡茶已下肚,面露诘难之色,假笑着说:

“呵呵,虎老弟,可咱们现在是抗震性能设计啊,你得按规范来办事对不对?高规第3.11节不是有明确的规定吗。大震性能水准不能选4或5,底部加强区为关键构件,都必须满足不屈服要求。”




老司鸡顿了顿,笑道:”你们按我的来,准没错,通过超限审查最为重要嘛!“说完笑着拿着他几本之前做过的超限报告扔给加班狗,让加班狗慢慢看,多积累经验。这个大项目就要靠你俩了。”

“狗弟和鸡总,规范这个地方有明明有问题嘛!“笑笑虎继续说。

一本经典的老美书里介绍了这种情况:


上图所示的结构体系,主要是为了形成连梁屈服和剪力墙底部屈服的延性屈服机制。对于大部分情况,连梁先于剪力墙底部塑性铰区(plastic hinge zone)屈服,然后剪力墙底部塑性铰区形成塑性铰。



再看看日本的设计方法:




欧洲规范这么说:



好吧,美日欧规范都是说剪力墙底部加强区(plastic hinge zone)是底部楼层部位。所以建议不叫“底部加强区”,而叫底部塑性铰区更为合适。"加强区”二字总是让不喜欢思考的工程师产生误解。

那么我们的规范到底怎么让人产生了误解了呢,不得不说是高规条文说明那句”本条所说的“关键构件”可由结构工程师根据工程实际情况分析确定。例如:底部加强部位的重要竖向构件…

规范它这一“例如”,就把底部加强区归类为大震不屈服构件了。

笑笑虎讲完,结构设计奇葩手札,然后陷入茫然的思索。

“是啊,这么说来还是有一些道理,小虎,不过大家都这么搞,我们就按大家的搞法来吧!出了漏子,我们也负不了这个责啊!”老司鸡打了个圆场。

“是啊,老大,听您的,最终还是要听专家的嘛!”笑笑虎点头表示同意老司鸡的观点。

“还是虎哥读的书多,咋知道这么多规范的哈。你看其他国家的规范,都是按整片墙来设计,这个设计弯矩图和设计剪力图,如果按我们国家规范要画一个咋画呢?”加班狗心里暗暗对笑笑虎投出佩服的目光。

“狗弟,你这还真难倒我了,假如下部不屈服的话,是一条斜向直线,还是国外这种竖向直线呢,或者其他?“笑笑虎有些摸着后脑勺寻思着…

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只看楼主 我来说两句
  • 流浪的小p孩
    写的好!
    2018-07-24 11:50:24

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  • hong2860
    hong2860 板凳
    虽然要求底部加强区大震不屈服,但是万一屈服了,也得是先出现塑性铰而不是先剪坏,但什么时候允许屈服看性能水准的要求?
    2017-05-27 11:55:27

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这个家伙什么也没有留下。。。

混凝土结构

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