建筑工程結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

第二章 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

在房屋安全鑒定過程中，對(duì)房屋建筑的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算是一項(xiàng)非常重要的工作環(huán)節(jié)。尤其對(duì)原建筑年久失修造成的部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件損壞；裝修拆改部分結(jié)構(gòu)；改變建筑使用功能；接層；在房屋建筑上增加設(shè)置廣告牌、高聳構(gòu)筑物、懸掛物等情況必須進(jìn)行房屋建筑的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)驗(yàn)算則是房屋建筑鑒定評(píng)級(jí)的重要依據(jù)。

結(jié)構(gòu)驗(yàn)算主要包括結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算。

房屋的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算大體分為結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算和結(jié)構(gòu)構(gòu)件驗(yàn)算兩大部分。

第一節(jié) 結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算

結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算是對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系能否能滿足承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求的驗(yàn)算。

結(jié)構(gòu)體系的分類按照所用材料的不同，可分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)（磚混結(jié)構(gòu)），鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)（包括磚木結(jié)構(gòu)）。目前既有房屋中大多數(shù)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)（磚混結(jié)構(gòu)），也有少部分木結(jié)構(gòu)（包括磚木結(jié)構(gòu)）。其中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)按平面布置形式分為：框架結(jié)構(gòu)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)，板柱結(jié)構(gòu)（無梁樓蓋）等等。

簡(jiǎn)單介紹幾種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)

框架結(jié)構(gòu)：由框架梁、柱、樓板等主要構(gòu)件組成。

■優(yōu)點(diǎn)：使用空間較大，結(jié)構(gòu)延性較好，

■缺點(diǎn)：側(cè)向剛度較小，結(jié)構(gòu)水平位移較大，適用于層數(shù)不太多的多層建筑。

■側(cè)向變形特征為剪切型。

■驗(yàn)算時(shí)重點(diǎn)查看位移并加以控制，梁柱截面大小及混凝土強(qiáng)度等級(jí)起主要作用。

剪力墻結(jié)構(gòu)：由剪力墻、樓板等主要構(gòu)件組成。

■優(yōu)點(diǎn)：承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。整體性好，側(cè)向剛度大，結(jié)構(gòu)水平位移小。適用于比框架結(jié)構(gòu)層數(shù)更多的高層建筑。

■缺點(diǎn)：不能提供大空間房間。結(jié)構(gòu)延性較差。

■側(cè)向變形特征為彎曲型。

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)：由框架梁、柱、樓板及部分剪力墻組成。

■其特點(diǎn)是對(duì)前兩種結(jié)構(gòu)的取長(zhǎng)補(bǔ)短。保持了框架結(jié)構(gòu)的大空間，靈活布置的優(yōu)點(diǎn)，又具備了剪力墻結(jié)構(gòu)較大的側(cè)向剛度的優(yōu)勢(shì)。側(cè)向變形特征為彎剪型。所以廣泛用于層數(shù)較多，高度較高的建筑。

■在地震作用下具有兩道抗震防線即剪力墻和框架。其中剪力墻承擔(dān)全部地震剪力，框架承擔(dān)部分地震剪力。

■驗(yàn)算時(shí)除了控制位移之外，還應(yīng)重點(diǎn)查看柱最大軸壓比并加以控制，柱截面大小起主要作用。還應(yīng)滿足剪力墻部分承受的地震傾覆力矩不小于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%，否則結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)考慮?！犊拐鹨?guī)范》第6.1.3條規(guī)定

結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算目前大多數(shù)使用結(jié)構(gòu)軟件分析計(jì)算。下面介紹鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算的主要驗(yàn)算內(nèi)容及主要控制指標(biāo)。

一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)驗(yàn)算內(nèi)容主要包括：結(jié)構(gòu)體系在豎向及水平荷載（地震作用，風(fēng)荷載）作用下產(chǎn)生的內(nèi)力和位移是否滿足相應(yīng)規(guī)范的要求，是否合理。

結(jié)構(gòu)驗(yàn)算時(shí)控制指標(biāo)主要有以下內(nèi)容：

（一）在地震作用下結(jié)構(gòu)振動(dòng)基本周期。周期越長(zhǎng)，則說明結(jié)構(gòu)體系越柔，側(cè)向剛度越小，抗震性能較差；周期越短，則說明結(jié)構(gòu)體系側(cè)向剛度越大，吸收地震力多，結(jié)構(gòu)內(nèi)力越大，也不利于結(jié)構(gòu)抗震。

（二）結(jié)構(gòu)水平位移。在水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)水平位移的大小與結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度大小有關(guān)。水平位移大，則說明結(jié)構(gòu)剛度??；水平位移小，則說明結(jié)構(gòu)剛度大?！犊拐鹨?guī)范》（50011-2001）第5.5條規(guī)定了結(jié)構(gòu)層間位移的限值。

（三）剪重比。剪重比是指結(jié)構(gòu)樓層水平地震剪力與該層以上重力荷載代表值之比。

剪重比是抗震設(shè)計(jì)中非常重要的參數(shù)。規(guī)范之所以規(guī)定剪重比，主要是由于地震影響系數(shù)在長(zhǎng)周期段下降較快，由此計(jì)算出來的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太小。而對(duì)于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)，地震動(dòng)態(tài)作用下的地面加速度和位移可能對(duì)結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用，但采用振型分解法時(shí)無法對(duì)此作出準(zhǔn)確的計(jì)算。因此，出于安全考慮，《抗震規(guī)范》第5.2.5條規(guī)定了最小地震剪力系數(shù)。該值如果不滿足要求，則應(yīng)放大地震作用效應(yīng)，即可將軟件計(jì)算參數(shù)中的地震放大系數(shù)放大。

（四）周期比是指結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比。

周期比是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)。它的目的是使抗側(cè)力的構(gòu)件的平面布置更有效更合理，使結(jié)構(gòu)不至出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)。也就是說，周期比不是要求結(jié)構(gòu)足夠結(jié)實(shí)，而是要求結(jié)構(gòu)承載布局合理。《高規(guī)》第4.3.5條對(duì)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比的要求給出了規(guī)定。如果周期比不滿足規(guī)范的要求，說明該結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，設(shè)計(jì)人員需要增加結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件的剛度，降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度，以增大結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。
設(shè)計(jì)軟件通常不直接給出結(jié)構(gòu)的周期比，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)計(jì)算書中周期值自行判定第一扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期。

1.扭轉(zhuǎn)周期與平動(dòng)周期的判斷：從周期輸出文件中找出所有扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5的平動(dòng)周期即為以扭轉(zhuǎn)為主的自振周期，同理，所有平動(dòng)系數(shù)大于0.5的平動(dòng)周期即為以平動(dòng)為主的自振周期。

2.第一周期的判斷：選出數(shù)值較大的扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期，查看軟件的“結(jié)構(gòu)整體空間振動(dòng)簡(jiǎn)圖”，看該周期值所對(duì)應(yīng)的振型的空間振動(dòng)是否為整體振動(dòng)，如果其僅僅引起局部振動(dòng)，則不能作為第一扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期，再取出下一個(gè)周期進(jìn)行考察，以此類推，直到選出不僅周期值較大而且其對(duì)應(yīng)的振型為結(jié)構(gòu)整體振動(dòng)的值即為第一扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期；一般大多數(shù)在前幾個(gè)振型中。

3.周期比計(jì)算：將第一扭轉(zhuǎn)周期值除以第一平動(dòng)周期即可。

（五）軸壓比。軸壓比是指組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積的比值。

控制框架柱軸壓比主要為了保證框架結(jié)構(gòu)的延性要求。在設(shè)計(jì)中，通常希望柱子處于大偏心受壓的彎曲受壓狀態(tài)。在框架柱中柱子受力形式多為偏心受壓。而偏心受壓中又分為大偏心受壓和小偏心受壓兩種受壓狀態(tài)。我們都知道：從受壓柱的破壞特征來看，大偏心受壓屬于受拉破壞，小偏心受壓屬于受壓破壞，且破壞形態(tài)屬于脆性破壞，是我們不希望的。大偏心受壓的破壞形態(tài)是由于受拉鋼筋屈服而破壞，破壞前有明顯變形預(yù)兆，是符合延性要求的?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（50011-2001）第6.3.7條規(guī)定了柱軸壓比的限值。

除結(jié)構(gòu)驗(yàn)算之外，還必須滿足規(guī)范規(guī)定的抗震措施要求。滿足規(guī)范抗震措施的要求仍是非常重要的。
《混凝土規(guī)范》、《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造提出了非常詳盡的規(guī)定，這些措施是很多震害調(diào)查和抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，是抗震計(jì)算無法解決卻又不可忽視的問題，從某種意義上講抗震構(gòu)造比抗震計(jì)算更為重要，也是保證結(jié)構(gòu)安全的最后一道防線，工程技術(shù)人員不可麻痹大意。

二、砌體結(jié)構(gòu)

砌體結(jié)構(gòu)驗(yàn)算內(nèi)容主要是在地震作用下的抗震驗(yàn)算。在驗(yàn)算時(shí)應(yīng)注意正確選擇樓面類型，砌體、砂漿強(qiáng)度等級(jí)。

對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)除抗震計(jì)算之外，更重要的是在地震作用下對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的限制規(guī)定及抗震構(gòu)造要求。主要注意的是：房屋的層數(shù)和總高限值，房屋抗震橫墻最大間距，房屋的局部尺寸限值等是否滿足相關(guān)規(guī)定，圈梁、構(gòu)造柱布置是否符合抗震要求。（特別注意房屋改造、拆改后是否滿足上述規(guī)定要求。）

對(duì)于抗震烈度較低的地區(qū)，重點(diǎn)則是小墻垛的抗壓驗(yàn)算。

 

三、電算中應(yīng)注意參數(shù)的合理選取(以PKPM-SATWE軟件為例)

（一）抗震等級(jí)

   按《抗震規(guī)范》GB50011-2001第6.1.2條規(guī)定。（對(duì)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)注意傾覆力矩比值問題）

（二）周期折減系數(shù)

周期折減系數(shù)主要用于框架、框架剪力墻結(jié)構(gòu)。由于填充墻的因素增加了整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度，用軟件計(jì)算時(shí)沒能考慮填充墻引起的剛度增加，計(jì)算的結(jié)構(gòu)自振周期比實(shí)際周期長(zhǎng)，由此計(jì)算的地震力會(huì)偏小，使結(jié)構(gòu)分析偏于不安全，因此用折減周期的辦法來適當(dāng)放大地震力是有必要的。周期折減系數(shù)的取值視填充墻的多少和填充墻的材料而定，一般取0.7-1.0

（三）振型組合數(shù)

   振型個(gè)數(shù)的選取一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)。振型數(shù)的多少與結(jié)構(gòu)層數(shù)和結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)層剛度突變較大時(shí)，振型數(shù)應(yīng)取多些。振型數(shù)最少取3，考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算時(shí)，振型數(shù)不應(yīng)少于9。振型數(shù)一般為3的倍數(shù)。（在周期輸出文件中可查看“有效質(zhì)量系數(shù)”，如果小于90%，說明選取的振型數(shù)不夠。）

（四）0.2Q₀調(diào)整系數(shù)

   0.2Q₀調(diào)整系數(shù)用于框架剪力墻結(jié)構(gòu)。一般剪力墻的剛度很大，剪力墻吸收了大量的地震力，在計(jì)算時(shí)要求剪力墻承擔(dān)全部的地震剪力。而框架所承擔(dān)地震力很小。如計(jì)算時(shí)不考慮框架承擔(dān)地震剪力，在剪力墻一旦開裂后，地震力轉(zhuǎn)為由框架承擔(dān)，而框架承擔(dān)能力又很小會(huì)很不安全。所以需要讓框架承擔(dān)至少20%的基底剪力，以增加框架的安全度。

（五）梁剛度調(diào)整系數(shù)

梁剛度調(diào)整系數(shù)主要用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土板結(jié)構(gòu)?？紤]現(xiàn)澆板對(duì)梁的作用，實(shí)際樓板和梁共同組成T形截面梁，而軟件計(jì)算時(shí)梁按矩形截面計(jì)算，梁剛度比T形截面小，因此可考慮梁的剛度放大。一般中梁放大系數(shù)取2，邊梁放大系數(shù)取1.5，SATWE軟件中剛度放大系數(shù)BK為中梁放大系數(shù)，輸入2時(shí)則邊梁為1+（BK-1）/2自動(dòng)算為1.5。

（六）頂層小塔樓（突出物）地震力放大系數(shù)

   頂層帶小塔樓的結(jié)構(gòu)在動(dòng)力分析中可能出現(xiàn)鞭梢效應(yīng)，對(duì)小塔樓產(chǎn)生不利因素。在計(jì)算過程中，如果參與振型數(shù)取的多，對(duì)小塔樓的地震內(nèi)力能較實(shí)際的反映出來，計(jì)算較準(zhǔn)確；若參與振型數(shù)取的不夠多，小塔樓的地震內(nèi)力得不到充分反映，如果不加以調(diào)整，將會(huì)給設(shè)計(jì)帶來不安全因素，這時(shí)應(yīng)將小塔樓地震力放大。放大系數(shù)Rtl取值大小與振型數(shù)有關(guān)：

    非耦聯(lián)：振型數(shù)為3-6      Rtl≤3.0

            振型數(shù)為6-9      Rtl≤1.5

    耦  聯(lián)：振型數(shù)為9-12     Rtl≤3.0

            振型數(shù)為12-15    Rtl≤1.5

（七）地基基礎(chǔ)（淺基礎(chǔ)）

   當(dāng)建筑物發(fā)生過大的沉降或不均勻沉降，建筑改變使用功能，建筑接層等情況時(shí)應(yīng)進(jìn)行地基基礎(chǔ)的驗(yàn)算。

1. 地基計(jì)算

地基計(jì)算是指基礎(chǔ)底面壓力是否滿足地基承載力（和地基變形）的要求。以基礎(chǔ)底面積大小來控制。基礎(chǔ)底面積小則基底壓力大，如基底壓力超過地基承載力，地基將發(fā)生破壞。（如果建筑物建成時(shí)間較長(zhǎng)，一般超過十年后，地基土在建筑物基礎(chǔ)傳來荷載的作用下逐漸壓密固結(jié)，地基承載力比當(dāng)初有所提高。）

2. 基礎(chǔ)計(jì)算

 基礎(chǔ)計(jì)算是指在地基反力作用下基礎(chǔ)本身承載能力是否滿足要求。基礎(chǔ)計(jì)算包括基礎(chǔ)底板彎曲、剪切、沖切計(jì)算。一般底板配筋解決抗彎曲，底板高度解決抗剪切、抗沖切。

四、計(jì)算結(jié)果的正確性（合理性）判斷

結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算大都利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行，因此，對(duì)于計(jì)算結(jié)果的合理性、可靠性進(jìn)行判斷是十分必要的，也是結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的主要內(nèi)容之一。這項(xiàng)工作要以結(jié)構(gòu)工程師的力學(xué)概念和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過計(jì)算結(jié)果輸出文件中的各種數(shù)據(jù)來判斷，重點(diǎn)檢查結(jié)構(gòu)的振型、周期、位移形態(tài)和量值、有效參與質(zhì)量、截面配筋等，是否在合理范圍內(nèi)，受力較復(fù)雜的構(gòu)件其內(nèi)力是否與力學(xué)概念、工程經(jīng)驗(yàn)相一致。還可檢查各項(xiàng)輸入的數(shù)據(jù)、參數(shù)、以及相關(guān)條件是否正確合理。也是檢查計(jì)算正確與否的必要環(huán)節(jié)。

五、案例

（一）概況

某辦公樓結(jié)構(gòu)類型為三層框架，柱距6.9米，進(jìn)深柱距6.9，7.2米

框架柱截面450x450mm，框架梁截面250x700，250x600

首層層高（至基礎(chǔ)頂）5米，其余層高3.6米

混凝土強(qiáng)度等級(jí)：柱C30，梁、板C25

抗震設(shè)防烈度：7度（0.15g），抗震等級(jí)三級(jí)，計(jì)算振型個(gè)數(shù)9個(gè)

結(jié)構(gòu)平面布置如圖：

（二）改造意向：使用方擬將第三層部分范圍改成大空間作為大會(huì)議室使用。因此需要將第三層一根框架柱去掉，該范圍屋頂結(jié)構(gòu)梁板拆除重做。改造后結(jié)構(gòu)平面布置如圖：

（三）改造可行性分析：

1.    方案：改造的位置為頂層，去掉一根柱后該范圍改為井字梁板屋蓋。井字梁截面250x800，板厚80

原有梁板拆除，新做井字梁置于原周邊框架梁之上，即此部分屋蓋高于原其他屋蓋高度，（使用方和規(guī)劃部門已同意）

2. 受力分析：使用活荷載與原來沒有變化，井字梁板自重比原來略有增加，（對(duì)基礎(chǔ)影響另行驗(yàn)算）但改變了井字梁所支撐的原框架梁受力形式及荷載有所增加；去掉一根框架柱后對(duì)原框架體系整體受力有所影響，應(yīng)對(duì)原框架體系進(jìn)行整體分析驗(yàn)算及對(duì)“周邊框架梁”核算。

（四）結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算（使用PKPM-SATWE軟件）

結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果： 改造前          周期：0.84s     最大水平位移，X向：1/554    Y向：1/562

                改造后          周期：0.85s     最大水平位移，X向：1/554    Y向：1/519

結(jié)構(gòu)體系的位移增大并超限（1/550）；“周邊框架梁”內(nèi)力有所增大，與原有梁情況核對(duì)或進(jìn)行加固。

      （五）結(jié)論：此方案不妥，應(yīng)采取措施控制位移。

第二節(jié) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件驗(yàn)算

當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)檢測(cè)后材料強(qiáng)度有所降低、截面尺寸減小，當(dāng)改變使用功能或改造后構(gòu)件上荷載發(fā)生變化、受力方式被改變等等時(shí)都需要對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件重新進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算構(gòu)件在新的條件下其承載力、變形及穩(wěn)定性是否滿足要求。(承載力包括：抗彎、抗剪、抗拉、抗壓、局部抗壓、抗扭等承載力)

構(gòu)件驗(yàn)算可以利用軟件計(jì)算，但通常也需要手算。不論是機(jī)算還是手算，都應(yīng)特別注意幾個(gè)問題：

一、構(gòu)件的計(jì)算簡(jiǎn)圖

   計(jì)算簡(jiǎn)圖是否合理直接關(guān)系到構(gòu)件內(nèi)力的正確性。特別是支座形式，構(gòu)件支座的實(shí)際情況是否與力學(xué)中的支座假定相符。例如：

（一）后加一鋼筋混凝土梁與原有鋼筋混凝土柱連接，其節(jié)點(diǎn)是否能形成固定端約束，即梁、柱結(jié)點(diǎn)為剛性結(jié)點(diǎn)，條件應(yīng)滿足“梁支座上部縱向受力鋼筋伸入柱內(nèi)不應(yīng)小于0.4La或0.4Lae”。否則，即使梁和柱都是鋼筋混凝土構(gòu)件相連，也不能按固定端支座，應(yīng)按簡(jiǎn)支計(jì)算。

（二）連續(xù)跨構(gòu)件不能簡(jiǎn)單的按單跨簡(jiǎn)支計(jì)算，應(yīng)按多跨連續(xù)梁簡(jiǎn)圖計(jì)算。

（三）底層墻、柱類豎向構(gòu)件其計(jì)算高度取值時(shí)，其中H應(yīng)為基礎(chǔ)頂面至一層樓面頂部的高度。計(jì)算高度則應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型按規(guī)范取值。

二、合理的荷載取值

   荷載應(yīng)按實(shí)際情況根據(jù)荷載規(guī)范取值。注意永久荷載與可變荷載的組合是否正確。荷載設(shè)計(jì)值：永久荷載控制時(shí)，1.35恒+（1.4×0.7）活；可變荷載控制時(shí)，1.2恒+1.4活；

   在具體構(gòu)件計(jì)算時(shí)應(yīng)由兩種組合比較取其大值計(jì)算。為了簡(jiǎn)化工作，只看恒載與活載標(biāo)準(zhǔn)值之比就可以判定是哪種荷載控制。恒載與活載標(biāo)準(zhǔn)值的比值以2.8為界線，大于2.8即為永久荷載控制，小于2.8即為可變荷載控制。

注：活載大于4KN/m²時(shí)例外

三、砌體構(gòu)件計(jì)算的內(nèi)容

主要包括：較小截面砌體受壓強(qiáng)度計(jì)算，梁支撐處的砌體局部受壓計(jì)算，內(nèi)部空曠的單層房屋墻體在風(fēng)荷載作用下的強(qiáng)度計(jì)算，墻體高厚比驗(yàn)算等等。

四、懸挑構(gòu)件

   懸挑構(gòu)件只有一端支座，相對(duì)其它構(gòu)件安全性較差，計(jì)算時(shí)應(yīng)特別注意幾個(gè)問題。在計(jì)算懸挑構(gòu)件的彎矩時(shí)應(yīng)考慮均布恒+活荷載與均布恒載+懸挑外端部施工檢修集中活載的組合比較，取大值計(jì)算配筋。由于懸挑構(gòu)件受拉鋼筋在上部，施工時(shí)往往保證不了鋼筋的正確位置，減少了構(gòu)件的有效高度，所以按彎矩計(jì)算的配筋宜適當(dāng)增加。對(duì)懸挑尺寸較大的構(gòu)件，除了計(jì)算懸挑部分的彎矩、剪力外，還應(yīng)計(jì)算裂縫和撓度。對(duì)懸挑雨蓬，還應(yīng)計(jì)算雨蓬梁的抗彎、抗剪及抗扭強(qiáng)度。對(duì)存在有傾覆情況的還要進(jìn)行傾覆驗(yàn)算。

五、對(duì)結(jié)構(gòu)分析軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析判斷

當(dāng)利用結(jié)構(gòu)軟件計(jì)算時(shí)，應(yīng)查看輸出文件中的計(jì)算條件（輸入條件）是否與預(yù)期的情況相符，主要查看荷載及組合、構(gòu)件截面、支座條件等。

六、案例

（一）概況

某辦公樓結(jié)構(gòu)類型為五層框架，柱距6.0米，進(jìn)深柱距4.7，1.8，4.7米

框架梁截面250x500，次梁200x400

一層層高（至基礎(chǔ)頂）5.5米，其余層高3.6米

混凝土強(qiáng)度等級(jí)：梁、板C25

結(jié)構(gòu)平面布置如圖：

（二）改造意向：使用方擬將第一層樓梯改換梯跑形式（此樓梯只上至二層），樓梯改造后造成一根次梁影響高度，因此需要將第一層一段次梁去掉，同時(shí)去掉原次梁右側(cè)樓板（次梁左側(cè)為原樓梯位置），形成共享空間。改造后結(jié)構(gòu)平面布置如圖：

（三）改造可行性分析：

受力分析：原樓梯上段支撐于框架梁上，改造后支撐情況類似，框架梁沒有多增加荷載，反而去掉一根次梁和樓板后減少了原框架梁荷載，該框架梁不需驗(yàn)算。但被拆除的次梁原來為三跨，拆除后變?yōu)槎?，雖然次梁上的荷載沒有發(fā)生變化，可是梁內(nèi)力發(fā)生了變化，且屬內(nèi)力增加情況。應(yīng)對(duì)拆除的次梁剩余部分進(jìn)行核算。

（四）結(jié)構(gòu)構(gòu)件驗(yàn)算（使用PKPM-SATWE軟件）

結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果： 改造前       跨中配筋：3cm²    支座配筋：6cm²

                改造后       跨中配筋：5cm²    支座配筋：8cm²

增加幅度               66%              33%

      （五）結(jié)論：應(yīng)與原次梁實(shí)有配筋比較，或?qū)υ摯瘟哼M(jìn)行加固。

 

第三節(jié) 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算中荷載應(yīng)用入門

無論在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算中，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上荷載的取值是很重要的一個(gè)步驟。構(gòu)件上的荷載值往往需要經(jīng)過必要的統(tǒng)計(jì)或計(jì)算得出。荷載按作用方向大致可分為豎向荷載和水平荷載。

一、豎向荷載

    豎向荷載按作用方式可分為：面荷載、線荷載及集中荷載

（一）面荷載：一般為樓面（屋面）產(chǎn)生的永久荷載與可變荷載引起，其中永久荷載常為構(gòu)件及工程作法的材料自重。如：樓板自重，樓板面層裝修做法所用的材料自重；樓板底面抹灰層或吊頂?shù)牟牧献灾?；屋面上防水、保溫、找坡、找平層等材料自重。這些荷載的取值均由《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009-2001附錄A“常用材料和構(gòu)件的自重”中查取。可變荷載主要包括樓面（屋面）使用活荷載、雪荷載、施工堆載等等。可變荷載的取值應(yīng)由《荷載規(guī)范》中相應(yīng)條文規(guī)定查取。

（二）線荷載：由面荷載傳來，包括均布線載，梯形線載，三角形線載；

            構(gòu)件上墻體傳來（包括墻體自重），構(gòu)件上由板傳來。

（三）集中荷載：以點(diǎn)荷載方式傳來，如次梁傳至主梁，梁上立柱，施工和檢修荷載等等。

二、水平荷載

    水平荷載主要包括：水平地震荷載及水平風(fēng)荷載，

（一）地震荷載：凡參與抗震的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件均應(yīng)進(jìn)行地震荷載的計(jì)算。利用電算進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算時(shí)，可正確給出有關(guān)地震的參數(shù)，軟件計(jì)算出結(jié)構(gòu)由地震荷載引起并與其它荷載組合后形成的內(nèi)力。手算結(jié)構(gòu)和構(gòu)件地震荷載時(shí)，應(yīng)根據(jù)《抗震規(guī)范》相關(guān)的規(guī)定和方法進(jìn)行計(jì)算得出。

（二）風(fēng)荷載：驗(yàn)算屋頂上部廣告牌，較高的構(gòu)筑物，玻璃幕墻等等，凡風(fēng)荷載引起控制內(nèi)力的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，都應(yīng)進(jìn)行風(fēng)荷載的計(jì)算，并與其它荷載進(jìn)行組合來計(jì)算內(nèi)力。風(fēng)荷載的計(jì)算根據(jù)《荷載規(guī)范》中“風(fēng)荷載”一節(jié)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：

             W_k=βz μs μz W₀

式中：βz---高度Z處的風(fēng)振系數(shù)；（自振周期長(zhǎng)且高寬比大的建筑應(yīng)考慮）

      μs---風(fēng)荷載體形系數(shù)；

      μz---風(fēng)壓高度變化系數(shù)；

      W₀---基本風(fēng)壓（KN/m²）。

當(dāng)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：

             W_k=βgz μs μz W₀

式中：βgz---高度Z處的陣風(fēng)系數(shù)。

注：《荷載規(guī)范》（2006年版）上式中μs改為μsl

μsl---局部風(fēng)壓體形系數(shù)

由以上二公式可見：風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值的大小與當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)壓、結(jié)構(gòu)體形、結(jié)構(gòu)高度、結(jié)構(gòu)基本自振周期諸因素有關(guān)。

注意這些荷載都要按實(shí)際工程做法和使用功能取值統(tǒng)計(jì)。如果屬于裝修改造、改變使用功能，應(yīng)按擬改變后的實(shí)際情況統(tǒng)計(jì)荷載。并按現(xiàn)行的荷載規(guī)范及設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算。如果構(gòu)件和使用條件沒有發(fā)生變化，荷載取值與組合可按建筑物建造時(shí)所執(zhí)行的荷載規(guī)范及設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算。

 

第四節(jié) 常見的設(shè)計(jì)缺陷

1.    對(duì)結(jié)構(gòu)分析軟件計(jì)算結(jié)果不作分析判斷?！犊拐鹨?guī)范》第3.6.6條第四款、《混凝土規(guī)范》第5.1.6條、《高規(guī)》第5.1.16條均規(guī)定：對(duì)結(jié)構(gòu)分析軟件的計(jì)算結(jié)果，應(yīng)進(jìn)行分析判斷，確認(rèn)其合理，有效后方可作為工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。

2.    荷載設(shè)計(jì)值取值不按荷載組合比較，簡(jiǎn)單的取任意一種組合，可能導(dǎo)致荷載取值偏小不安全。見《荷載規(guī)范》第3.2.3條規(guī)定。

3.    樓面活荷載折減不當(dāng)。計(jì)算基礎(chǔ)時(shí)樓面活荷載不折減，造成不合理浪費(fèi)；不分建筑類別一律按住宅、辦公樓的樓層折減系數(shù)折減，導(dǎo)致折減過多，荷載偏小不安全。如《荷載規(guī)范》第4.1.2條規(guī)定中：

設(shè)計(jì)墻、柱和基礎(chǔ)時(shí)的折減系數(shù)

1）第1（1）項(xiàng)應(yīng)按表4.1.2規(guī)定采用；

2）第1（2）~7項(xiàng)應(yīng)采用與其樓面梁相同的折減系數(shù)；

4.    連續(xù)板簡(jiǎn)單的按單跨簡(jiǎn)支板計(jì)算代替，導(dǎo)致中間支座處板上部配筋偏小，板上部開裂。

5.    雙向板查表計(jì)算時(shí)忽略材料泊松比的影響，導(dǎo)致板跨中彎矩計(jì)算值偏小。

計(jì)算公式中跨中彎矩：     Mx=m_x+μm_y     My=m_y+μm_x

               式中：m_x 和 m_y------查表系數(shù)      μ----泊松比

力學(xué)手冊(cè)中四邊支撐的雙向板計(jì)算用表按彈性理論計(jì)算編制，沒有包含材料因素，即μ=0 對(duì)鋼筋混凝土μ=1/5

6.    不注意構(gòu)件最大、最小配筋率的限值。參與抗震要求的構(gòu)件需要有較好的延性，配筋率不易過大，又必須滿足最小配筋率的要求。非抗震要求的構(gòu)件有時(shí)其內(nèi)力很小，而實(shí)際配筋時(shí)忽略了最小配筋率的要求。尤其是混凝土強(qiáng)度較高、板較厚的樓板其最小配筋數(shù)量也較多。如受彎構(gòu)件最小配筋率為：0.2和45f_t/f_y中的較大值。其中f_t為混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，混凝土強(qiáng)度越高其值越大，則最小配筋率也大，最小配筋截面面積As=rbh，h為板厚，板越厚最小配筋量就越多。

7.    不注意單向板設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)分布筋要求的規(guī)定?！痘炷烈?guī)范》第10.1.8條規(guī)定：分布鋼筋的截面面積不宜小于受力鋼筋截面面積的15%，且其配筋率不宜小于0.15%。

8.    在計(jì)算簡(jiǎn)支梁且梁端實(shí)際受到部分約束時(shí)，不注意梁端上部縱向構(gòu)造筋的要求?！痘炷烈?guī)范》第10.2.6條規(guī)定：梁端上部縱向構(gòu)造筋不應(yīng)小于梁跨中下部縱向受力鋼筋計(jì)算所需截面面積的1/4，且不應(yīng)少于兩根。