結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件在獨(dú)立基礎(chǔ)中的應(yīng)用與研究

羅梅 等

摘要：施工質(zhì)量主要是靠土木工程結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)來保證，同樣是工程安全的基礎(chǔ)，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在土木工程中是非常重要的，在整個(gè)建筑環(huán)節(jié)中，它影響著建筑水平的高低，還保護(hù)了人們生命財(cái)產(chǎn)的安全，促進(jìn)了國(guó)家基礎(chǔ)事業(yè)的發(fā)展。作為重點(diǎn)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用就顯得尤為重要。并且眾多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)基礎(chǔ)配筋計(jì)算起到一個(gè)輔助的作用。對(duì)柱下鋼筋砼獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)根本應(yīng)有根本的認(rèn)識(shí)，本文對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)對(duì)地基壓力、地基變形、地基持力層的強(qiáng)度以及地基軟弱下臥層的強(qiáng)度分別進(jìn)行計(jì)算，以對(duì)各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件會(huì)有本質(zhì)性的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立基礎(chǔ) JCCAD 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 引言

當(dāng)前，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電算化越來越普遍，建筑行業(yè)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件層出不窮，大大提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。但使得工程設(shè)計(jì)人員越來越依賴于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。實(shí)際的工程構(gòu)件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜及其他多方面影響使得目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件還沒有一個(gè)能完全做到精確計(jì)算。每個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件都是通過對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行一定的假定基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化計(jì)算，而假定的不同對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響也不盡相同，有時(shí)其差異非常大，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)候，不能過于迷信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，必須了解所使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的數(shù)學(xué)、力學(xué)模型及使用條件，以得到更精確的結(jié)果，本文就是受此啟發(fā)而開展工作的。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計(jì)所起到的作用也是輔助的作用，這點(diǎn)在獨(dú)立基礎(chǔ)中也有較多的體現(xiàn)。

1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常運(yùn)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件

1.1 理正結(jié)構(gòu)工具箱 對(duì)地基承載力、抗沖切及抗剪承載力等來驗(yàn)算；可以對(duì)基礎(chǔ)的長(zhǎng)寬比，按對(duì)稱或非對(duì)稱自動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)截面尺寸；最終拿出上部結(jié)構(gòu)傳來的軸心或偏心荷載作用，直接出圖，再轉(zhuǎn)到CAD中。

1.2 PKPM中JCCAD 進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，先采用PMCAD建立分析模型，并接力SATWE，TAT等模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力和配筋計(jì)算，生成JCCAD所需的數(shù)據(jù)文件（由柱子傳到基礎(chǔ)的軸力），最后進(jìn)入JCCAD設(shè)計(jì)建筑基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)柱下獨(dú)立基礎(chǔ)需要點(diǎn)的菜單為：地質(zhì)資料、參數(shù)輸入、荷載輸入、上部構(gòu)件，最后點(diǎn)柱下獨(dú)基中：自動(dòng)生成柱下獨(dú)基。

1.3 算易結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具箱 一款結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的軟件，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以進(jìn)行一些常用的計(jì)算，含有獨(dú)立基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的模塊，最后程序繪出計(jì)算書（圖文并茂）和施工圖。

1.4 計(jì)算書大師軟件 一款服務(wù)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員、方案編制人員、現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員的多方面的工程計(jì)算軟件，不僅具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能，還有施工相關(guān)計(jì)算功能，它包括了對(duì)混凝土柱自動(dòng)配筋，設(shè)計(jì)柱獨(dú)立基礎(chǔ)，自動(dòng)查詢部分規(guī)范中的參數(shù)，一些參數(shù)如下：砼彈性模量、抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度、抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度查表等，不用再去查詢相關(guān)規(guī)范和書籍，減少麻煩。計(jì)算書大師軟件強(qiáng)有力地支撐了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)人員快速化的決策。

2 比較基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常運(yùn)用的幾款結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件

目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件還沒有一個(gè)能完全做到精確計(jì)算。每個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件都是通過對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行一定的假定基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化計(jì)算，而假定的不同對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響也不盡相同，有時(shí)其差異非常大，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)候，不能過于迷信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，必須了解所使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的數(shù)學(xué)、力學(xué)模型及使用條件，以得到更精確的結(jié)果。

2.1 比較本文中提到的四種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件 理正工具箱雖然可以對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)對(duì)地基壓力、地基變形、地基持力層的強(qiáng)度以及地基軟弱下臥層的強(qiáng)度分別進(jìn)行計(jì)算。但是，上部結(jié)構(gòu)荷載需要從PKPM或廣廈等大型建模設(shè)計(jì)軟件中導(dǎo)出，它只是起到輔助的設(shè)計(jì)，小計(jì)算做得很全面，不用我們來手動(dòng)計(jì)算。

PKPM中的JCCAD是從上部結(jié)構(gòu)中直接導(dǎo)入荷載到基礎(chǔ)中，這樣整個(gè)建筑模型就很完整，但是，就是因?yàn)榭紤]的是全面的計(jì)算，所以在地基壓力、地基變形、地基持力層的強(qiáng)度以及地基軟弱下臥層的強(qiáng)度這些計(jì)算還需要手動(dòng)計(jì)算來輸入到JCCAD參數(shù)中。

算易結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具箱比理正工具箱多了出計(jì)算書的功能以及可以導(dǎo)入到CAD中。這樣，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的計(jì)算書，為后期的出圖工作節(jié)省了很多時(shí)間。

計(jì)算書大師軟件的亮點(diǎn)為施工相關(guān)計(jì)算功能，與施工現(xiàn)場(chǎng)需要的一些計(jì)算相接軌，這樣也減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的工作人員的計(jì)算量和工作量。其次，它的規(guī)范查詢也是很方便的，一般地我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，參數(shù)都是要自己輸入，在輸入之前需要根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來翻規(guī)范取值。這一方面，如果設(shè)計(jì)人員出現(xiàn)失誤，后面的計(jì)算會(huì)出現(xiàn)很大的偏差。

2.2 從上述中的四種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中的特點(diǎn)來分析 在對(duì)柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的各種軟件比較的過程中，重點(diǎn)也要研究各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的不足，本文已經(jīng)找出了各自的特點(diǎn)，各自的不足，也已經(jīng)對(duì)各軟件的計(jì)算程序還有薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的探討，在對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的數(shù)學(xué)、力學(xué)模型及使用條件對(duì)比的同時(shí)，各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件是都對(duì)柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的計(jì)算過程進(jìn)行簡(jiǎn)化，來得到各軟件最終所需要的計(jì)算參數(shù)，最后來輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算。

2.3 從上述中的四種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中找出柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案 通過針對(duì)各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件在柱下獨(dú)立基礎(chǔ)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，可以在不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中找出計(jì)算最可靠，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員起到輔助作用最大的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，那么在此之前，我們必須研究清楚：哪些計(jì)算過程是靠設(shè)計(jì)人員手工計(jì)算，哪些計(jì)算過程交給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件來參與輔助計(jì)算來提高效率。通過提出如何更好地在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)化和改革起到重大的作用。

通過以上的一些比較，在國(guó)內(nèi)還是以PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主要結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，所以，還是以PKPM中PKCAD來上部結(jié)構(gòu)建模，從而對(duì)基礎(chǔ)的受力配筋計(jì)算。以計(jì)算書大師軟件來進(jìn)行柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，其他一些細(xì)節(jié)計(jì)算過程可以由理正工具箱來輔助，最后由計(jì)算書大師軟件來將圖導(dǎo)到CAD中，以TSSD探索者繪圖軟件打開，來做最后的修改布圖，符合現(xiàn)行的平法規(guī)則。

當(dāng)然TSSD探索者結(jié)構(gòu)繪圖軟件自帶的簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，也可以對(duì)上述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中柱下獨(dú)立基礎(chǔ)中復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程起到輔助的作用，可它的主打是繪圖，不建議來計(jì)算。各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件都必須根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范來將計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)給廣大客戶，對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算起到輔助的作用。

當(dāng)涉及到柱下獨(dú)立深基礎(chǔ)時(shí)，其他的設(shè)計(jì)軟件計(jì)算達(dá)不到時(shí)，可以用PKPM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、圖形編輯、施工圖輸出等，功能完善。鋼筋混凝土多層框架房屋采用較深柱下獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，拉梁的配置應(yīng)根據(jù)獨(dú)立基礎(chǔ)的埋置深度采用不同的計(jì)算模型。

3 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件未來的發(fā)展

在眾多的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件中，目前國(guó)內(nèi)大多工程技術(shù)人員著重在某一項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用與研究中有較深層次的提煉。或者對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程所運(yùn)用到的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行詳細(xì)的探討，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)這一重要領(lǐng)域有系統(tǒng)的研究與比較。但是在獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中也是分開進(jìn)行研究。因此，筆者對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的軟件，設(shè)計(jì)過程，優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行整合，運(yùn)用在結(jié)構(gòu)工作當(dāng)中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的體會(huì)領(lǐng)悟?qū)@一領(lǐng)域提出自己見解。

期望以后的PKPM面向?qū)ο蟮膶?shí)體單元建模，采用平面，立面和自定義視平面進(jìn)行功能強(qiáng)大的3D建模，允許采用較大的單元而不需要在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行劃分，并且具有強(qiáng)大的類似CAD的編輯特點(diǎn)，在一個(gè)統(tǒng)一的集成環(huán)境中進(jìn)行建模，修改，分析，設(shè)計(jì)優(yōu)化，并查看結(jié)果，進(jìn)行交互式的混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，剪力墻設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由屏幕直接顯示分析與設(shè)計(jì)結(jié)果，最后動(dòng)畫顯示變形、振型、應(yīng)力輪廓、時(shí)間關(guān)系曲線等結(jié)果，最后導(dǎo)入、導(dǎo)出模型到通用的繪圖軟件中。

4 總結(jié)

在設(shè)計(jì)時(shí)，我們要認(rèn)真地考慮每一個(gè)環(huán)節(jié)， 要使工程實(shí)際在簡(jiǎn)化的計(jì)算模型中得以體現(xiàn)，讓實(shí)際情況有所體現(xiàn)。并且要清楚各個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的適用條件和技術(shù)條件，簡(jiǎn)單的分析下PKPM軟件的應(yīng)用，采用PKPM軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量要得到提高。并且合理地應(yīng)用其他輔助的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件來得當(dāng)?shù)亟鉀Q現(xiàn)行PKPM中一些不足。最終用CAD繪圖軟件（如探索者）來保證準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果；在知識(shí)上，要加強(qiáng)學(xué)習(xí)規(guī)范，加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)滿足構(gòu)造，建筑可以承受各種可能出現(xiàn)的作用，保證結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能和耐久性能。

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