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正確應用CAD軟件提高建筑結構設計質量
摘要：針對CAD 設計軟件使用過程中出現的問題,結合PKPM系列微機建筑結構CAD 系統軟件的應用,指出了建筑結構設計中存在的問題,分析了產生問題的原因,提出了今后設計中應注意的問題。
關鍵詞：CAD 底層框架 抗震設計 概念設計
隨著計算機硬件技術的發展和建筑結構分析理論的日臻完善,計算機輔助設計(CAD) 系統在建筑設計領域得到越來越廣泛的應用。尤其是近年來高層建筑結構分析理論的逐步成熟,極大地推動了我國高層建筑的發展。
在眾多的結構分析軟件中,平面框排架計算與繪圖軟件PK既是獨立的計算和繪圖軟件,又作為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。其它如結構平面計算機輔助設計PMCAD、剪力墻結構計算機輔助設計JLQ ,以薄壁桿件理論為基礎的高層建筑結構三維分析程序TAT,以及以墻元理論為基礎的高精度空間有限元分析程序SATWE等。我們經過近十年的實踐應用,中國建筑科學研究院PKPMCAD 工程部開發的PKPM系列微機建筑工程CAD 系統,是一套比較優秀的建筑設計軟件,而且涉及的內容比較全面,它是集建筑APM) 、結構、設備(水WPM、暖HPM、電EPM、空調CPM) ,概預算(STAT) 和施工于一體的大型CAD 設計系統,各個模塊之間既可進行數據轉換、接口,又可單獨使用。其中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JC2CAD 等可組成一個高效率的結構分析、計算及繪圖系統。下面主要介紹這些結構軟件使用過程中容易出現的問題及設計時應注意的事項。
1 設計中存在的問題
我們在設計中及與其它設計單位交往的過程中發現,雖然采用了CAD ,但在結構施工圖中出現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。究其原因是由于許多結構設計人員并未接受過系統的專業知識學習,雖然初步掌握了一些建筑結構設計軟件的使用能力,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結構計算模型與實際建筑物的較大差別;或由于軟件技術條件認識不清而導致錯誤的計算結果。為此,本文就近幾年來發現的這些問題及其原因,結合PKPM軟件的應用作一些簡單的分析,以便提高建筑結構的設計質量。
111 超規范設計導致結構存在安全隱患
超規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,使得一些超規范設計變成了聳立于城市街頭的建筑物。當然,超規范設計有設計
單位主觀上的原因,也有的是客觀上造成的。超規范設計的問題主要表現在幾個方面:
(1) 磚混結構層數和高度超規范問題。在《建筑抗震設計規范》(GBJ11289) (以下簡稱“抗規”) 中,多層砌體房屋由高度和層數兩個指標控制,一般認為,超過其中的一個控制指標即是超規范設計。近年來,一些抗震設防地區所建磚混建筑物相繼出現8 層帶半地下室磚混住宅。嚴格地講,按“抗
規”第51112 條規定,帶半地下室住宅房屋的高度和層數應從地下室地面算起,也就是說,8 層帶半地下室建筑的實際層數應為9 層。
(2) 底層框架磚房超規范設計問題。底層框架磚房除存在上述高度和層數超規范問題以外,還存在底層框架本身的設計超規范問題。“抗規”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 度地區可采用嵌砌于框架之間的磚墻。根
據了解的情況,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,而且在抗震區總層數達到8 層。并有1 托7、2 托6、甚至3 托5 的底層純框架形式出現,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在臨街的住宅設計中,尤其近年來在房地產開發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是非常脆弱的。所以,一旦有地震發生,其后果將是十分嚴重的。
(3) 舊房改造設計中的超規范問題。某些過去設計建造的房屋在建設當時該地區的抗震設防烈度低于現行的設防烈度,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行規范要求。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。調查發現,導致超規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范的意識淡薄,對規范規定模糊不清、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而提出不滿足規范要求的結構形式,而設計部門為得到工程的設計任務故意違反規范規定,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范設計,四是設計審查部門遷就建設單位的意圖,使超規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,設計規范作為國家制定的規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。
112 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
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