CAD软件应用与建筑结构设计中几点问题分析
广州珠江外资建筑设计院有限公司顾起
摘要：本文主要针对当前房屋建筑结构设计中一些常见却又常被人们忽视的错误进行了剖析，在工程设计过程中应用CAD软件所出现的问题,结合自己对PKPM系列建筑结构CAD系统软件的应用经验,指出了错误的原因和后果，并给出了一些设计建议和构造的要求。
关键词：计算机辅助设计(CAD)抗震设计概念设计
引言
随着科技的发展，计算机硬件技术和建筑结构分析理论也在不断地发展和完善，计算机辅助设计(CAD)系统在建筑工程设计领域中也得到了广泛的应用。结构工程师应用最多的就是平面框排架计算与绘图软件（PK），它既是独立的计算和绘图软件，又可作为PKPM系列其它高层分析程序的接口软件，是结构工程师非常熟悉的。
1地基与基础方面
1.1多层房屋建筑无地质详勘报告，仅仅依据建设单位口头或笼统参照附近建筑物的基础设计资料就进行施工图设计。地基与基础设计要做到合理，安全适用，设计人员必须依据地质勘察资料，统一考察多方面因素进行基础类型和上部结构方宁设计，仅凭地耐力这一数据是不完全面的，也是不安全的，更不能盲目地把耐力容许值取得小一些就认为成无一失了。
1.2采用换土垫层进行软弱地基处理，不进行换土垫层设计，只凭经验处置。有时设计者软弱地基的危害认识不足，只是简单地凭借经验采用砂垫层加强一下承载力，没有进行垫层宽度和厚度计算，既不安全，又不经济。
1.3民用建筑中柱，梁及基础的负荷未按规范乘以折减系数。设计人员设计多层民用建筑时，在计算梁、柱和基础的负荷时未按现行设计规范使用荷载乘折减系数计算其荷载值，因而荷载值不准确。
2结构平面辅助设计软件PMCAD的应用
PMCAD是PKPM系列软件的核心模块,是建筑与结构连接的接口软件,也是结构平面设计软件,在这个模块中建立的结构模型应力求准确,能够反应结构的实际情况。
(1)交互式结构模型的建立。结构模型中所有的构件均在此项操作中输入,应当注意的是:凡是结构布置形式及构件尺寸和荷载不同的结构层均应描述为不同的结构标准层,对于上下层柱变截面情况用构件相对于节点的偏心描述,注意在节点过密的时候墙体及梁布置的连续性。在布置过两个或更多的标准层后,不能使用图案编辑菜单对某一层或某一部分拖动或平移,因为所有的节点位置都是用相对于原点的位置描述的,拖动或平移会造成上下层节点错位。全楼的组装必须是自下而上的标准层组装,不能把后一个标准层组装于前一个标准层之前。填充墙不能作为墙体输入。在此输入的荷载值应是荷载标准值,不是设计值。
(2)PK文件的生成。对于砖混结构,按连梁生成的墙梁的PK文件,在没有进行砖混抗震验算时梁上没有上部墙体及以上层楼板传来的荷载。底框砖房的底层框架梁不可以用生成连梁的方法生成PK文件,否则会引起框架上地震荷载的漏项,而用PK所画的梁施工图其节点构造不满足“抗规”要求。在此项操作中生成的连梁PK文件应打开修改支座情况,主要是依据实际情况修改梁与柱的铰接还是固接。在此菜单生成的框架PK文件应打开修改梁惯性矩增大系数和梁端弯矩调幅系数,否则PK软件按梁混凝土弹性工作配筋,使支座钢筋偏大而跨中钢筋偏小。
3悬挑梁的梁高选用过小
设计者往往只注意了对梁的强度和倾覆进行验算，而忽略了对梁挠度的验算。梁高选用过小，引起梁截面的受压区应力过高，在正常使用状态下，梁截面受压区产生非线性徐变。梁挠度随时间的推移不断加大。挑梁的变形引起梁板出现裂缝，裂缝宽度随着挑梁变形的回大而加宽，影响了房屋的正常使用。据笔者观察，这种挑梁的变形发展到后期，梁支座截面上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。受支座附近上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。受支座附近剪弯作用的影响，竖向裂缝向下延伸发展为斜裂缝，此时梁已接近破坏，当为托墙挑梁时，梁过大的挠度引起梁上境况体在梁支座附近出现裂缝。裂缝在梁支座处沿斜向延伸，缝愈靠上愈宽。挑梁的截面过小对结构的抗震也很不利。悬挑结构对竖向地震的作用最为敏感。梁高小时，截面的相对受压区高度较大，梁的延性减小，在竖向地震作用下易发生脆性破坏，失去承载力。
4连续梁按单梁进行设计
这种情况多发在阳台边梁的设计中。由于边梁上的荷重一般较小，没有引起设计者的重视，贪图受力分析方便，设计者把实际应为连续梁的梁按单跨简支梁进行设计，致使梁在支座处上部负筋配置量过少。这样必然引起梁在支座附近上部受拉区出现竖向裂缝，进而引起梁上部拦板出现竖向裂缝。如果该边梁长度较长时，问题将会变得更加严重。因为该梁一般直接暴露在室外，受环境温度影响较大。当环境温度变化时，梁的伸缩受到梁端柱或挑梁的约束，在梁内产生收缩应力，该收缩应力作用于原已产生的梁上裂缝处，引起梁的支座附近沿整个梁截面四周裂缝贯通，梁承载力降低，直接影响了使用安全。
5楼板设计常见问题
5.1设计时为了计算方便或因对板的受力状态认识不足，简单地将双向板作用单向板进行计算。使计算假定与实际受力状态不符，导致一个方向配筋过大，而另一方向仅按构造配筋，造成配筋严重不足，致使板出现裂缝。
5.2板承受线荷载时弯矩计算问题，在民用建筑中，常常在楼板上布置一些非承重隔墙故大楼板设计中常常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后，进行板的配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载附以板的总面积。另外，板上隔墙顶部处理常采用立砖斜砌砌顶紧上部分的楼、屋面板，这样会给上部的板增加了一个中间支承点，使其变为连续板，支承点上部出现了负弯矩，而在板的设计中又没考虑该部分的影响，致使板顶出现裂缝。
5.3双向板有效高度取值偏大。有的设计者为图省事或对板受力认识不足，而取两个方向的有效高度一致进行配筋计算，致使长跨有效高度偏大，配筋降低，使结构构件存在的质量隐患，甚至出现开明缝的现象。例如：某6度抗震区建筑,设计为六层带半地下室砖混住宅,上部结构布置均匀规整,但是上部作为主要承重和抗震墙体的内纵墙却没有基础,而是坐落于地下室的内横墙上,也就是说,上部六层墙体的线荷载,变为集中荷载传于地下室横墙上,这种结构的传力路线是最为不利的。再如:某六层砖混结构商品楼,下部三层为商业网点,上部三层为住宅,初看起来好象并无不妥,但是下部一层均为贯通整个进深的单间门市部,开间为3米～3.9米,实际上就是一层只有横墙而没有纵墙,这样的建筑其纵向的抗震能力很小,是不能够按砖混结构来设计的。虽然其层数及高度均不超规范,但是它的抗震性能是极差的,是不能满足抗震要求的。
6独立基础及条形基础设计软件JCCAD的应用
6.1对砖混结构而言,一般应在荷载组合中加入经PMCAD软件进行砖混抗震计算后的荷载。
6.2对框架结构而言,一般应计入经PK软件计算的PK荷载,并在PK荷载中计入地震荷载组合,并经纵横两个方向的验算后确定基础选用的合理值,或计入经TAT、SATWE计算的荷载组合。若只经PM恒、活荷载计算,则结果在地震区会明显偏小。
6.3对弹性地基梁及筏板基础的计算还应注意以下几个方面:①应根据现场勘探情况利用软件对地基进行验算;②应根据地基及设计情况不同选用适当的地基刚度系数;③根据上部结构及场地情况,选取适当的基础形式和计算方法;④经过反复地试算,最后确定较为合适的梁截面和翼缘宽度。一般认为,如果我们确定了一种梁截面或翼缘厚度时,加大或减小其截面尺寸都会引起配筋量的增加,那就说明我们选定的这个截面是较为合适的。
7结束语
在工程设计时,即从模型简化、荷载汇总、结构计算到施工图绘制的全过程中,我们应认真的考虑设计的每一环节,不仅保证计算模型的简化与工程实际相吻合,使计算假定与实际情况相一致,而且应注意设计软件的适用条件及其技术条件,正确的使用CAD软件,保证计算结果准确；更要加强规范的学习,加强概念设计,保证结构满足各项构造措施的要求，使建筑结构能够承受可能出现的各种作用,保证结构具有良好的工作性能和耐久性能。在建筑物抗震设计中，包括三部分内容,即概念设计、构造设计和结构计算。我们在进行建筑物抗震设计时,一定要遵循“抗规”提出的抗震设计原则和抗震设计构造要求，正确应用CAD软件，提高建筑结构设计质量。总之，我们设计工作者应按规范相应的构造要求严格执行，才得以从根本上消除设计质量的隐患。
参考文献
[1]林同炎，S.D.思多台斯伯利，结构概念和体系，建筑工业出版.
[2]戴国莹，李德虎，建筑结构抗震鉴定及加固的若干，建筑结构，1999（4）.
[3]高立人，王跃，结构设计的新思路--概念设计，建筑，1999（1）
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