設(shè)計(jì)軟件在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘 要：SATWE是一種常用的設(shè)計(jì)軟件，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)于建筑的設(shè)計(jì)來說是一個(gè)基本的前提，需要進(jìn)行規(guī)范的參數(shù)設(shè)置，本文就以該軟件為應(yīng)用實(shí)例對(duì)設(shè)計(jì)軟件在結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)置方面進(jìn)行了探討，同時(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)的合理與否進(jìn)行了計(jì)算以及結(jié)果的判斷。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)軟件；SATWE；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；參數(shù)；指標(biāo)

計(jì)算機(jī)對(duì)于現(xiàn)代的社會(huì)來說已經(jīng)成為了必不可少的工具，并且對(duì)于各行各業(yè)來說計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)也大大的提高了工作效率，并且由于計(jì)算機(jī)精確的邏輯計(jì)算能力，以及高效的工作性能展現(xiàn)出了其在各行各業(yè)的強(qiáng)大性能。而計(jì)算機(jī)的應(yīng)用主要就是體現(xiàn)在其各種各樣的軟件上，人們通過不同的軟件開展不同的工作。對(duì)于建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)十分的普遍，人們通過設(shè)計(jì)軟件對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)比人力設(shè)計(jì)更加的精準(zhǔn)快速，在對(duì)于國家規(guī)范要求的滿足上更加的貼切更加的快速，而在這方面設(shè)計(jì)人員的關(guān)注程度要更高，所以設(shè)計(jì)軟件在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中主要的任務(wù)就是對(duì)于參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確與否上。文章主要就此類問題展開了討論。

1 正確的完整參數(shù)設(shè)置

設(shè)計(jì)軟件其實(shí)就是根據(jù)設(shè)計(jì)中可以遵循的設(shè)計(jì)規(guī)律而形成的一種計(jì)算機(jī)程序，所以設(shè)計(jì)人員在使用軟件之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)設(shè)計(jì)軟件需要設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行正確的預(yù)先設(shè)置。由于參數(shù)在建筑設(shè)計(jì)上關(guān)系到了整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)參數(shù)的最終結(jié)果，所以設(shè)置正確與否關(guān)系到了結(jié)果的計(jì)算正確與否。建筑在結(jié)構(gòu)上其實(shí)是一個(gè)整體，不同的因素以及參數(shù)之間具有著相互聯(lián)系的關(guān)系，所以如果一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，那么很容易造成建筑整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題。需要設(shè)置的參數(shù)包括了地震作用下的方向以及結(jié)構(gòu)的基本周期以及振型組合數(shù)等等。

1.1 在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中所要考慮到振型數(shù)量，而在設(shè)計(jì)的軟件應(yīng)用中這些就是振型組合數(shù)。組合數(shù)的大小必須要對(duì)結(jié)構(gòu)的情況進(jìn)行實(shí)際的反應(yīng)，若是不能，那么計(jì)算結(jié)果失真勢(shì)必會(huì)影響到抗震計(jì)算。取值太大或者太小都會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，并且還會(huì)造成計(jì)算結(jié)果的畸變。在建筑的結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)層數(shù)和自由度直接影響了振型的合數(shù)的大小，結(jié)構(gòu)層數(shù)的數(shù)量較多或者是結(jié)構(gòu)層在剛度上具有較大的突變的時(shí)候，就應(yīng)當(dāng)將振型合數(shù)值取大些。而對(duì)于振型的組合數(shù)的判斷可以根據(jù)軟件的計(jì)算數(shù)值的X軸數(shù)值以及Y軸數(shù)值的質(zhì)量系數(shù)，其合理范圍應(yīng)當(dāng)大于0.9。具體的判斷步驟是，首先，要對(duì)有效的質(zhì)量系數(shù)進(jìn)行考察，這個(gè)有效的質(zhì)量系數(shù)是預(yù)設(shè)的振型數(shù)進(jìn)行計(jì)算出來的，需要以豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及工程的實(shí)際預(yù)設(shè)；其次，根據(jù)考察的結(jié)果，若是數(shù)值不大于0.9那么可以對(duì)振型的個(gè)數(shù)進(jìn)行遞進(jìn)式的加大，直到可以得到大于0.9的有效系數(shù)為止。并且，在這個(gè)計(jì)算中組合數(shù)并非是越大越好，其數(shù)量還會(huì)受到結(jié)構(gòu)自由度數(shù)的限制，即振型組合數(shù)要小于自由度數(shù)。

1.2 在地震的作用力下作用力方向是不確定的，所以在這種作用下建筑結(jié)構(gòu)對(duì)于地震的反應(yīng)也會(huì)出現(xiàn)差異，不同的方向的反應(yīng)大小不同必然會(huì)有一個(gè)方向是最薄弱的。而這個(gè)方向上的數(shù)值就直接影響到了建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，決定了建筑可以抗擊的最大的地震作用力。在設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員就設(shè)計(jì)軟件對(duì)結(jié)構(gòu)在地震作用力下受影響最大的方向進(jìn)行判斷，并將可以承受的最大力進(jìn)行計(jì)算并輸出結(jié)果，設(shè)計(jì)人員通過結(jié)果進(jìn)行判斷，若是角度的絕對(duì)值在15度以上，則需要進(jìn)行數(shù)值上的調(diào)整，將整體坐標(biāo)同水平力的夾角重新計(jì)算，將地震作用方向的不利影響進(jìn)行體現(xiàn)。

1.3 在建筑的設(shè)計(jì)中需要對(duì)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載進(jìn)行計(jì)算，這是對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基本要求，結(jié)構(gòu)的基本周期就是其重要的指標(biāo)參數(shù)。設(shè)計(jì)人員需要預(yù)先對(duì)其準(zhǔn)確值進(jìn)行掌握，這樣才能在缺省值上，在軟件的應(yīng)用上進(jìn)行保留，然后就可以在計(jì)算機(jī)讀取了數(shù)值之后將結(jié)構(gòu)基本周期數(shù)值填入相應(yīng)的選項(xiàng)中，進(jìn)行重新計(jì)算。

2 確定合理性

只有具有良好的合理性才能具有規(guī)范的整體結(jié)構(gòu)，這是在建筑設(shè)計(jì)上需要進(jìn)行強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容。在結(jié)構(gòu)的整體控制上被應(yīng)用的主要指標(biāo)有以下幾種：位移比、層間的受剪在承載力上的比值、剪重比以及周期比和剛度以及剛重比等。

2.1 周期比

在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有關(guān)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的指標(biāo)內(nèi)容中較為重點(diǎn)的就是周期比。周期比的目的就是使得在平面的布置上使得抗側(cè)力的構(gòu)件設(shè)置更加的有效合理，使得結(jié)構(gòu)在外界的作用力下不至于因扭轉(zhuǎn)值過大而使得建筑的穩(wěn)定性受到影響。

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)算結(jié)果自行判定第一扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期。以下介紹實(shí)用周期比計(jì)算方法：（1）扭轉(zhuǎn)周期與平動(dòng)周期的判斷：從計(jì)算結(jié)果中找出所有扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5的平動(dòng)周期，按周期值從大到小排列。同理，將所有平動(dòng)系數(shù)大于0.5的平動(dòng)周期值從大到小排列；（2）第一周期的判斷：從中選出數(shù)值最大的扭轉(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，要依次查看每一個(gè)周期，直到找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；（3）周期比計(jì)算：第一扭轉(zhuǎn)周期除以第一平動(dòng)周期。

2.2 位移比

位移比（層間位移比）是控制結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性的重要指標(biāo)。其限值在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高規(guī)》中均有明確的規(guī)定，這里不再贅述。需要指出的是，現(xiàn)行規(guī)范中的位移比限值是按剛性板假定做出的，如果在結(jié)構(gòu)模型中設(shè)定了彈性板，則必須在軟件參數(shù)設(shè)置時(shí)選擇“對(duì)所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定”，以便計(jì)算出正確的位移比。在位移比滿足要求后再去掉該選擇來進(jìn)行后續(xù)配筋的計(jì)算。

2.3 剛度比

剛度比是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。根據(jù)《抗震規(guī)范》和《高規(guī)》的要求，軟件提供了三種剛度比的計(jì)算方式，分別是剪切剛度，剪彎剛度和地震力與相應(yīng)的層間位移比。正確認(rèn)識(shí)這三種剛度比的計(jì)算方法和適用范圍是剛度比計(jì)算的關(guān)鍵：（1）剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及對(duì)地下室嵌固條件的判定；（2）剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；（3）地震力與層間位移比是執(zhí)行《抗震規(guī)范》第3.4.2條和《高規(guī)》4.3.5條的相關(guān)規(guī)定，通常絕大多數(shù)工程都可以用此法計(jì)算剛度比。

2.4 層間受剪承載

層間受剪承載力之比也是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。其限值可參考《抗震規(guī)范》和《高規(guī)》的規(guī)定。

2.5 剛重比

剛重比是結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比。它是控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要因素，也是影響重力二階效應(yīng)的主要參數(shù)。該值如果不滿足要求，則可能引起整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌。

2.6 剪重比

剪重比是抗震設(shè)計(jì)中非常重要的參數(shù)。在長期作用下，地震影響系數(shù)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，規(guī)范規(guī)定了各樓層水平地震力的最小值，該值如果不滿足要求，則說明結(jié)構(gòu)有可能出現(xiàn)比較明顯的薄弱部位，必須進(jìn)行調(diào)整。

3 結(jié)束語

由于參數(shù)在建筑設(shè)計(jì)上關(guān)系到了整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算的最終結(jié)果，所以設(shè)置正確與否關(guān)系到了結(jié)果的計(jì)算正確與否。如果一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，那么很容易造成建筑整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題。除上述以外，設(shè)計(jì)軟件還要按照規(guī)范的要求對(duì)整體結(jié)構(gòu)地震作用進(jìn)行調(diào)整，如最小地震剪力調(diào)整、特殊結(jié)構(gòu)地震作用下內(nèi)力調(diào)整、強(qiáng)柱弱梁與強(qiáng)剪弱彎調(diào)整等等，因程序可以完成這些調(diào)整，這里不再闡述。