淺談CAD軟件應用與建筑結構設計

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隨著科技的發(fā)展，計算機硬件技術和建筑結構分析理論也在不斷地發(fā)展和完善，計算機輔助設計(CAD)系統(tǒng)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。結構平面輔助設計軟件PMCAD、框排架計算及施工圖繪制軟件PK、高層空間分析軟件TAT和基礎設計軟件JCCAD 等可組成一個高效的結構分析、計算及繪圖系統(tǒng)。結合自己的工作實際，簡要介紹在使用這些結構軟件的過程中容易出現(xiàn)的問題及設計時應注意的事項。
一、使用PKPM軟件在設計中容易出現(xiàn)的問題
　　在工程設計以及與其它設計人員交流的過程中發(fā)現(xiàn)：盡管采用了CAD進行設計計算, 但許多結構設計人員并未接受過系統(tǒng)的專業(yè)知識學習，雖然初步掌握了一些建筑結構設計軟件的使用,但是缺乏對整體結構概念的認識，過分相信計算機分析結果而出現(xiàn)結構計算模型與實際建筑物的較大差別；或者由于對軟件技術條件認識不清而導致錯誤的計算結果，以至于在結構施工圖中出現(xiàn)了許多概念性的錯誤和計算錯誤,有些錯誤可能會導致嚴重的后果。為此,結合近幾年來在工程實踐中發(fā)現(xiàn)的類似問題,對PKPM軟件的應用作一些簡單的分析,以提高應用PKPM軟件進行結構設計的質量。
　　1、超越規(guī)范要求進行設計，導致結構存在安全隱患
　　超規(guī)范設計問題對中小設計院來說是禁而未絕的問題。雖然建設主管部門三令五申的強調,但是由于缺乏有效的管理手段和約束機制,有的地方設計審查流于形式,或對設計圖紙的審查只限于對建筑造型的審查,使得一些超規(guī)范設計變成了聳立于城市街頭的建筑物。當然,超規(guī)范設計有設計單位主觀上的原因,也有的是客觀上造成的。超規(guī)范設計的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
　　(1) 磚混結構層數(shù)和高度超規(guī)范問題。在《建筑抗震設計規(guī)范》(以下簡稱“抗規(guī)”) 中,多層砌體房屋由高度和層數(shù)兩個指標控制,一般認為,超過了其中的一個控制指標即是超規(guī)范設計。近年來,一些抗震設防地區(qū)所建磚混建筑物相繼出現(xiàn)八層帶半地下室磚混住宅。嚴格地講,按“抗規(guī)”的規(guī)定,帶半地下室住宅房屋的高度和層數(shù)應從地下室地面算起,也就是說,八層帶半地下室建筑的實際層數(shù)應為九層。
　　(2) 底層框架磚房超規(guī)范設計問題。底層框架磚房除存在上述高度和層數(shù)超規(guī)范問題以外,還存在底層框架本身的設計超規(guī)范問題。“抗規(guī)”所謂的底層框架是指底層為框架－抗震墻承重的結構,且宜采用鋼筋混凝土抗震墻,但抗震烈度為6 度和7 度地區(qū)可采用嵌砌于框架之間的磚墻。根據(jù)了解的情況,有些工程底層框架雖有抗震墻但截面面積明顯不足。一些工程竟采用底層純框架結構,而且在抗震區(qū)總層數(shù)達到八層。并有底一上七、底二上六、甚至底三上五的底層純框架形式出現(xiàn),并且在實際工程中底層有限的幾片磚墻還常常是按填充墻來考慮。這種結構形式大都出現(xiàn)在臨街的住宅設計中,尤其近年來在房地產(chǎn)開發(fā)商所建的商品房中居多,這種結構形式的建筑在地震中的表現(xiàn)是非常脆弱的。所以,一旦有地震發(fā)生,其后果將十分嚴重。
　　(3) 舊房改造設計中的超規(guī)范問題。某些過去設計建造的房屋在建設當時該地區(qū)的抗震設防烈度低于現(xiàn)行的設防烈度,或由于建筑時的材料所限,其抗震能力較差,已屬于抗震加固對象,而某些設計單位未進行加固設計而進行了加層設計,有的加層設計還超過現(xiàn)行規(guī)范要求。在加層施工中原結構有不同程度的破壞,加層設計對該建筑的抗震性能來說無疑是雪上加霜。調查發(fā)現(xiàn),導致超規(guī)范設計的主要原因有如下幾方面:一是某些設計人員遵循規(guī)范的意識淡薄,對規(guī)范規(guī)定模糊不清、學習不夠,甚至有些結構設計人員從來沒有考慮過規(guī)范的要求。二是建筑設計的人員結構概念模糊,從建筑設計方案階段造成結構設計是超規(guī)范的,而又片面地強調所謂的建筑形式等要求,使結構難以滿足規(guī)范要求。三是某些建設單位由于從投資的限制、土地利用率等方面出發(fā)而提出不滿足規(guī)范要求的結構形式,而設計部門為得到工程的設計任務故意違反規(guī)范規(guī)定,有的設計單位領導為了眼前的利益,迫使設計人員進行超規(guī)范設計；四是設計審查部門遷就建設單位的意圖,使超規(guī)范設計在某些地方合法化甚至成為不成文的地方標準和習慣作法。筆者認為,設計規(guī)范作為國家制定的規(guī)程是指導建筑設計的綱領,作為建筑設計工作者,在任何時候都不應當違反。
　　2、過分依賴計算機分析結果,忽視抗震概念和構造設計
　　在實際工程中,不同程度地存在著忽視抗震概念設計和構造設計的問題。例如：某6 度抗震區(qū)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(guī)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?yōu)榧泻奢d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(yè)網(wǎng)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(shù)及高度均不超規(guī)范,但是它的抗震性能是極差的,是不能滿足抗震要求的。
建筑物抗震設計包括三部分內容,即概念設計、構造設計和結構計算。大家都知道,地震是一種復雜的自然現(xiàn)象,我們對建筑物的地震破壞機理還不十分清楚,對地震的破壞現(xiàn)象也只是停留在感性認識階段,建筑物抗震計算的原理只是一種近似方法。所以,我們在進行建筑物抗震設計時,一定要遵循“抗規(guī)”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。例如底層框架結構上部的磚房的構造措施比多層磚房的構造措施要嚴格一些,要求構造柱的縱向鋼筋不宜小于4Φ14 ,箍筋間距不宜大于200mm 等,不能按磚房的抗震措施來設計,也不能單憑計算結果來判斷結構的可靠性,象上述的兩個例子,結構的靜力計算是沒有問題的,而縱向抗震能力明顯不足。
　　3、對軟件技術條件不清楚,導致計算和繪圖結果錯誤
　　每一種計算理論都有它的假定條件,每一個軟件的編制都符合特定的技術條件,我們熟悉的PKPM系列軟件也不例外,如果沒有很好地理解軟件技術條件，便不能很好地利用軟件來解決實際問題。一些對結構概念不很清楚的設計人員可能會過分地相信計算機而出現(xiàn)嚴重的設計錯誤。例如某六層磚混結構,其中第六層為大空間會議室,而且第六層沿縱墻外挑1200 mm。也就是說,第六層的屋面、墻體等荷載最終傳于第五層的外挑梁上,而挑梁向內的平衡長度不夠或挑梁上的平衡荷載不足,顯然挑梁的抗傾覆能力不足。設計者認為:挑梁的計算數(shù)據(jù)是由PMCAD 軟件生成的,其配筋是經(jīng)過PK軟件計算的,計算結果沒有問題。其實,由于設計者對軟件技術條件不明,在操作時有荷載漏項,導致計算結果錯誤。