計算機(jī)軟件技術(shù)中級職稱論文(2)
計算機(jī)軟件技術(shù)中級職稱論文篇二
淺談CAD軟件應(yīng)用與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計
摘要：本文針對在工程設(shè)計過程中應(yīng)用CAD軟件所出現(xiàn)的問題,結(jié)合自己對PKPM系列建筑結(jié)構(gòu)CAD系統(tǒng)軟件的應(yīng)用 經(jīng)驗,提出在應(yīng)用CAD軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中應(yīng)注意的問題。
關(guān)鍵詞：計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD) 抗震設(shè)計 概念設(shè)計
隨著科技的發(fā)展，計算機(jī)硬件技術(shù)和建筑結(jié)構(gòu)分析理論也在不斷地發(fā)展和完善，計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)系統(tǒng)在建筑工程設(shè)計領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。
結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)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(jié)構(gòu)工程師非常熟悉的。結(jié)構(gòu)平面輔助設(shè)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(chǔ)設(shè)計軟件JCCAD 等可組成一個高效的結(jié)構(gòu)分析、計算及繪圖系統(tǒng)。結(jié)合自己的工作實際，簡要介紹在使用這些結(jié)構(gòu)軟件的過程中容易出現(xiàn)的問題及設(shè)計時應(yīng)注意的事項。
一、使用PKPM軟件在設(shè)計中容易出現(xiàn)的問題
在工程設(shè)計以及與其它設(shè)計人員交流的過程中發(fā)現(xiàn)：盡管采用了CAD進(jìn)行設(shè)計計算, 但許多結(jié)構(gòu)設(shè)計人員并未接受過系統(tǒng)的專業(yè)知識學(xué)習(xí)，雖然初步掌握了一些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的使用,但是缺乏對整體結(jié)構(gòu)概念的認(rèn)識，過分相信計算機(jī)分析結(jié)果而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)計算模型與實際建筑物的較大差別;或者由于對軟件技術(shù)條件認(rèn)識不清而導(dǎo)致錯誤的計算結(jié)果，以至于在結(jié)構(gòu)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(dǎo)致嚴(yán)重的后果。為此,結(jié)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(yīng)用作一些簡單的分析,以提高應(yīng)用PKPM軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。
1、超越規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)存在安全隱患
超規(guī)范設(shè)計問題對中小設(shè)計院來說是禁而未絕的問題。雖然建設(shè)主管部門三令五申的強(qiáng)調(diào),但是由于缺乏有效的管理手段和約束機(jī)制,有的地方設(shè)計審查流于形式,或?qū)υO(shè)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(shè)計變成了聳立于城市街頭的建筑物。當(dāng)然,超規(guī)范設(shè)計有設(shè)計單位主觀上的原因,也有的是客觀上造成的。超規(guī)范設(shè)計的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
(1) 磚混結(jié)構(gòu)層數(shù)和高度超規(guī)范問題。在《建筑抗震設(shè)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(biāo)控制,一般認(rèn)為,超過了其中的一個控制指標(biāo)即是超規(guī)范設(shè)計。近年來,一些抗震設(shè)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(yán)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(yīng)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(yīng)為九層。
(2) 底層框架磚房超規(guī)范設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu),而且在抗震區(qū)總層數(shù)達(dá)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(jié)構(gòu)形式大都出現(xiàn)在臨街的住宅設(shè)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(jié)構(gòu)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(yán)重。
(3) 舊房改造設(shè)計中的超規(guī)范問題。某些過去設(shè)計建造的房屋在建設(shè)當(dāng)時該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度低于現(xiàn)行的設(shè)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(shè)計單位未進(jìn)行加固設(shè)計而進(jìn)行了加層設(shè)計,有的加層設(shè)計還超過現(xiàn)行規(guī)范要求。在加層施工中原結(jié)構(gòu)有不同程度的破壞,加層設(shè)計對該建筑的抗震性能來說無疑是雪上加霜。調(diào)查發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致超規(guī)范設(shè)計的主要原因有如下幾方面:一是某些設(shè)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(xué)習(xí)不夠,甚至有些結(jié)構(gòu)設(shè)計人員從來沒有考慮過規(guī)范的要求。二是建筑設(shè)計的人員結(jié)構(gòu)概念模糊,從建筑設(shè)計方案階段造成結(jié)構(gòu)設(shè)計是超規(guī)范的,而又片面地強(qiáng)調(diào)所謂的建筑形式等要求,使結(jié)構(gòu)難以滿足規(guī)范要求。三是某些建設(shè)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(jié)構(gòu)形式,而設(shè)計部門為得到工程的設(shè)計任務(wù)故意違反規(guī)范規(guī)定,有的設(shè)計單位領(lǐng)導(dǎo)為了眼前的利益,迫使設(shè)計人員進(jìn)行超規(guī)范設(shè)計;四是設(shè)計審查部門遷就建設(shè)單位的意圖,使超規(guī)范設(shè)計在某些地方合法化甚至成為不成文的地方標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣作法。筆者認(rèn)為,設(shè)計規(guī)范作為國家制定的規(guī)程是指導(dǎo)建筑設(shè)計的綱領(lǐng),作為建筑設(shè)計工作者,在任何時候都不應(yīng)當(dāng)違反。
2、過分依賴計算機(jī)分析結(jié)果,忽視抗震概念和構(gòu)造設(shè)計
在實際工程中,不同程度地存在著忽視抗震概念設(shè)計和構(gòu)造設(shè)計的問題。例如：某6 度抗震區(qū)建筑,設(shè)計為六層帶半地下室磚混住宅,上部結(jié)構(gòu)布置均勻規(guī)整,但是上部作為主要承重和抗震墻體的內(nèi)縱墻卻沒有基礎(chǔ),而是坐落于地下室的內(nèi)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(jié)構(gòu)的傳力路線是最為不利的。再如:某六層磚混結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jié)構(gòu)來設(shè)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(shè)計包括三部分內(nèi)容,即概念設(shè)計、構(gòu)造設(shè)計和結(jié)構(gòu)計算。大家都知道,地震是一種復(fù)雜的自然現(xiàn)象,我們對建筑物的地震破壞機(jī)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(rèn)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(jìn)行建筑物抗震設(shè)計時,一定要遵循“抗規(guī)”提出的抗震設(shè)計原則和抗震設(shè)計構(gòu)造要求，正確應(yīng)用CAD 軟件，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。例如底層框架結(jié)構(gòu)上部的磚房的構(gòu)造措施比多層磚房的構(gòu)造措施要嚴(yán)格一些,要求構(gòu)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(shè)計,也不能單憑計算結(jié)果來判斷結(jié)構(gòu)的可靠性,象上述的兩個例子,結(jié)構(gòu)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(shù)條件不清楚,導(dǎo)致計算和繪圖結(jié)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(shù)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(shù)條件，便不能很好地利用軟件來解決實際問題。一些對結(jié)構(gòu)概念不很清楚的設(shè)計人員可能會過分地相信計算機(jī)而出現(xiàn)嚴(yán)重的設(shè)計錯誤。例如某六層磚混結(jié)構(gòu),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(nèi)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(shè)計者認(rèn)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(jié)果沒有問題。其實,由于設(shè)計者對軟件技術(shù)條件不明,在操作時有荷載漏項,導(dǎo)致計算結(jié)果錯誤。
二、使用PKPM軟件在設(shè)計中應(yīng)注意的問題
1、結(jié)構(gòu)平面輔助設(shè)計軟件PMCAD 的應(yīng)用
PMCAD 是PKPM系列軟件的核心模塊,是建筑與結(jié)構(gòu)連接的接口軟件,也是結(jié)構(gòu)平面設(shè)計軟件,在這個模塊中建立的結(jié)構(gòu)模型應(yīng)力求準(zhǔn)確,能夠反應(yīng)結(jié)構(gòu)的實際情況。
(1) 交互式結(jié)構(gòu)模型的建立。結(jié)構(gòu)模型中所有的構(gòu)件均在此項操作中輸入,應(yīng)當(dāng)注意的是:凡是結(jié)構(gòu)布置形式及構(gòu)件尺寸和荷載不同的結(jié)構(gòu)層均應(yīng)描述為不同的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層,對于上下層柱變截面情況用構(gòu)件相對于節(jié)點的偏心描述,注意在節(jié)點過密的時候墻體及梁布置的連續(xù)性。在布置過兩個或更多的標(biāo)準(zhǔn)層后,不能使用圖案編輯菜單對某一層或某一部分拖動或平移,因為所有的節(jié)點位置都是用相對于原點的位置描述的,拖動或平移會造成上下層節(jié)點錯位。全樓的組裝必須是自下而上的標(biāo)準(zhǔn)層組裝,不能把后一個標(biāo)準(zhǔn)層組裝于前一個標(biāo)準(zhǔn)層之前。填充墻不能作為墻體輸入。在此輸入的荷載值應(yīng)是荷載標(biāo)準(zhǔn)值,不是設(shè)計值。
(2) PK文件的生成。對于磚混結(jié)構(gòu),按連梁生成的墻梁的PK文件,在沒有進(jìn)行磚混抗震驗算時梁上沒有上部墻體及以上層樓板傳來的荷載。底框磚房的底層框架梁不可以用生成連梁的方法生成PK文件,否則會引起框架上地震荷載的漏項,而用PK所畫的梁施工圖其節(jié)點構(gòu)造不滿足“抗規(guī)”要求。在此項操作中生成的連梁PK文件應(yīng)打開修改支座情況,主要是依據(jù)實際情況修改梁與柱的鉸接還是固接。在此菜單生成的框架PK文件應(yīng)打開修改梁慣性矩增大系數(shù)和梁端彎矩調(diào)幅系數(shù),否則PK軟件按梁混凝土彈性工作配筋,使支座鋼筋偏大而跨中鋼筋偏小。
2、平面框排架計算及繪圖軟件PK的應(yīng)用
PK是PKPM系列軟件的重要組成部分,不但可以單獨使用,而且還可以和SATWE、TAT等模塊聯(lián)合使用。
(1) 框架繪圖。有時計算結(jié)果顯示梁柱超筋時,往往能夠通過繪圖,但是要注意此時的繪圖結(jié)果有時是錯誤的,其顯示的配筋情況可能比計算小得多,必須修改計算數(shù)據(jù)文件后,梁柱計算都不超筋時其繪圖結(jié)果才是可信的。另外,在修改鋼筋操作中對梁鋼筋進(jìn)行了通長修改后,一定要對所形成的施工圖進(jìn)行檢查,使顯示結(jié)果與繪圖結(jié)果一致。
(2) 注意審查每一個柱的軸壓比信息。PK軟件對柱的超筋控制是以最大配筋率來控制的,有時雖然軟件未顯示柱的超筋信息,但并不能說明我們所選的柱截面是合適的。
3、獨立基礎(chǔ)及條形基礎(chǔ)設(shè)計軟件JCCAD 的應(yīng)用
(1) 對磚混結(jié)構(gòu)而言,一般應(yīng)在荷載組合中加入經(jīng)PMCAD 軟件進(jìn)行磚混抗震計算后的荷載。
(2) 對框架結(jié)構(gòu)而言,一般應(yīng)計入經(jīng)PK軟件計算的PK荷載,并在PK荷載中計入地震荷載組合,并經(jīng)縱橫兩個方向的驗算后確定基礎(chǔ)選用的合理值,或計入經(jīng)TAT、SATWE 計算的荷載組合。若只經(jīng)PM恒、活荷載計算,則結(jié)果在地震區(qū)會明顯偏小。
(3) 對彈性地基梁及筏板基礎(chǔ)的計算還應(yīng)注意以下幾個方面: ①應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場勘探情況利用軟件對地基進(jìn)行驗算; ②應(yīng)根據(jù)地基及設(shè)計情況不同選用適當(dāng)?shù)牡鼗鶆偠认禂?shù); ③根據(jù)上部結(jié)構(gòu)及場地情況,選取適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)形式和計算方法;④經(jīng)過反復(fù)地試算,最后確定較為合適的梁截面和翼緣寬度。一般認(rèn)為,如果我們確定了一種梁截面或翼緣厚度時,加大或減小其截面尺寸都會引起配筋量的增加,那就說明我們選定的這個截面是較為合適的。
三、結(jié)束語
在工程設(shè)計時,即從模型簡化、荷載匯總、結(jié)構(gòu)計算到施工圖繪制的全過程中,我們應(yīng)認(rèn)真的考慮設(shè)計的每一環(huán)節(jié),不僅保證計算模型的簡化與工程實際相吻合,使計算假定與實際情況相一致,而且應(yīng)注意設(shè)計軟件的適用條件及其技術(shù)條件,正確的使用CAD 軟件,保證計算結(jié)果準(zhǔn)確;更要加強(qiáng)規(guī)范的學(xué)習(xí),加強(qiáng)概念設(shè)計,保證結(jié)構(gòu)滿足各項構(gòu)造措施的要求，使建筑結(jié)構(gòu)能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用,保證結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能和耐久性能。
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