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【摘 要】 当代的建筑结构设计，设计软件己经成为了设计中不可或缺的重要工具。但是尽管使用一些计算软件可免去大量人工计算，加快出图速度，但笔者通过多项多层框架工程的设计后发现，有些电算结果仍需进行人工调整，这种不确定性造成有的设计调整放大过于保守，有的不调整时又严重不足。设计人应认真对最终打印结果进行分析，确认无误或无异常情况后再绘制施工图。
【关键词】 设计软件;人工调整;计算结果
笔者通过多项多层框架工程的设计后发现，有些电算结果仍需进行人工调整，这种不确定性造成有的设计调整放大过于保守，有的不调整时又严重不足。为此，本文就多层框架电算结果的人巨调整问题进行探讨，并且提出建议。
一、对计算结果的整体分析
1.对重力荷载作用下计算结果的分析。审查重力荷载作用卜的内力图是否符合受力规律;可以利用结构底层检查竖向内外力的平衡，即底层柱、墙在重力荷载作用下的轴力之和应等于总重量;如果结构对称、荷载对称，其结构内力图必然对称，即检查其对称性。
2.对风荷载作用的计算结果的分析。审查风荷载作用下的内力图和位移是否符合受力规律;可以利用结构底层检查侧向内外力的平衡，即底层柱、墙在风荷载作用下的剪力之和应等于全部风力值;如果结构沿竖向的刚度变化较均匀、且风荷载沿高度的变化也较均匀时，其结构的内力和位移沿高度的变化也应该是均匀的，不应有大正大负、大出大进等突变。
3.对水平地震荷载作用卜计算结果的分析。水平地震荷载作用卜，可以利用其结果进行如同风荷载作用下的渐变性分析，但不能进行对称性分析，也不能利用结构底层进行内外力平衡的分析。水平地震荷载作用下，对其计算结果的分析重点如下。
1）结构的白振周期。对一般的工程，结构的自振周期在考虑折减系数后应控制在一定的范围内。如结构的基本自振周期：
框架结构TI=（0.12-0.15）n
框一剪和框一筒结构Tl=（0.08-0.12）n
剪力墙和筒中筒结构Tl=（0.04-0.06）n
式中，n为建筑物的总层数
第二周期、第三周期与第一周期的关系大致为：
TZ≈（l/3-l/5）Tl
T3≈（1/5-l/7）Tl
周期偏长，说明结构过“软”、所承担的地震剪力偏小，应考虑抗侧力构件截面太小或布置不当;如周期偏短，说明结构过“刚”、所承担的地震力偏大，应考虑抗侧力构件截面太大或墙的布置太多或墙的刚度太大。如果抗侧力构件的截面尺寸、布置都很正常，无特殊情况而自振周期偏离太远，则应检查输入数据是否有错误。对20层以上的高层建筑结构，如果一切正常，其基本自振周期往往在2～3之间，则需要增加地震力重新进行计算。
2）各振型曲线。对于竖向刚度和质量比较均匀的结构，其振型曲线应是比较连续光滑的曲线，不应有大进大出、大的凹凸曲析。
第一振型无零点;第二振型在（0.7～0.8）H处有一个零点;第三振型分别在（0.4～0.5）H及（0.8～0.9）H处有两个零点。
4.水平位移特征。剪力墙结构的位移曲线，具有悬臂弯曲梁的特征，位移越往上增长越快，呈外弯型曲线;
a）框架结构的位移曲线，具有剪切梁的特征，位移越往上增长越慢，呈内收型曲线;
框剪结构及框筒结构的位移曲线，呈反S型曲线、中部接近为直线。
b）层间水平位移的限值
抗震规范提出的层间弹性位移角和层间弹塑性位移角限值，实际上是控制层间水平位移不得过大，避免带来结构的P-△效应。两个阶段的层间位移要分别满足以下要求：
△Ue≤[0e]H
△Up≤[op]H
式中：△Ue——多于地震作用标准之产生的层间弹性位移;
△Up——罕遇地震作用下按彈性分析产生的层间位移;
[0e]——层间弹性位移角限制;
[op]——层间弹塑性位移角限制;
H——第二阶段时指薄弱层（部位）的层高;
5.地震力大小。结构承担的地震力大小可用底部总剪力与结构总质量之比（剪质比）来衡量。对抗侧力构件布置、截面尺寸都比较正常的结构，其剪质比在下述范围内：
8度近震，Ⅱ类场地Fek/G≈0.03～0.06
7度近震，Ⅱ类场地Fek/G≈0.015～0.03
式中：Fek——结构总水平地震作用标准值
G——结构等效总重力荷载
层数多、刚度小的结构，其剪质比偏小，如小于上述范围或接近最小值，宜适当增大构件截面或提高结构刚度，从而增大地震力以保证结构的安全;反之，地震力过大，宜适当渐低结构刚度，以取得合理的经济技术指标。
二、对构件的调整
1.梁、柱截面尺寸的调整。设计人员根据教科书建议的梁、柱截面尺寸的取值范围。此时须注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1。这是为了实现在罕遇地震作用下，让梁端形成塑性铰时柱端仍可处于非弹性工作状态而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段的目的。将初步确定的尺寸输入计算机试算，可得到下述三种结果：1）部分梁柱仅为构造配筋。此时可根据电算显示的梁的裂缝宽度和柱的轴压比大小适当减小梁、柱的截面尺寸再试算。2）部分梁显示超筋或裂缝宽度>0.3mm，部分柱的轴压比超限或配筋过大。此时可适当放大这部分梁、柱的截面尺寸再试算。3）梁、柱的截面尺寸均合适，勿需调整，此时要进一步观察梁、柱的配筋率是否合适。
2.梁、柱的适宜配筋率原则。掌握配筋率“适中”为宜。这个“适中”指在规范规定的区域内取中间段，其值约相当于定额含钢量。规范规定框架梁的纵向受拉钢筋最小配筋率为0.2%，最大配筋率为2.5%;框架柱的纵向钢筋配筋率区间为0.6%～5%。
3.框架梁配筋的调整。框架梁显示的配筋是梁按强度计算的配筋量，调整的目的是解决梁的裂缝宽度超限和“强剪弱弯”的问题。
1）裂缝宽度超限问题在配筋率一定时，选用小直径的钢筋可以增加混凝土的握裹面积、减少梁的裂缝宽度。增大配筋率是减小梁裂缝宽度的直接方法。提高混凝土的强度等级，亦可减小梁的裂缝宽度，但影响较小。
2）强剪弱弯问题框架结构设计中，应力求做到在地震作用下框架梁的梁端斜截面受剪承载力应高于正截面受弯承载力。
4.框架柱配筋的调整。框架柱的配筋率一般都很低，电算结果往往是构造配筋即可。按柱的构造配筋率0.8%配筋，只相当于定额指标的1/2～1/3，有经验的设计人是不会采用的。因为受地震作用的框架柱，尤其是角柱和大开间、大进深的边柱，一般均处于双向偏心受压状态，而电算程序则是按两个方向分别为单向偏心受压的平面框架计算配筋，结果往往导致配筋不足。
笔者建议：框架柱配筋的调整可做以下几项：
1）应选择最不利的方向进行框架计算，也可两个方向均进行计算后比较各柱的配筋，取其教大值，并采用对称配筋。
2）调整柱单边钢筋的最小根数：柱宽≤450mm时3根，450<柱宽≤750mm时4根，750mm<柱≤900mm时5根。
3）将框架柱的配筋放大1.2～1.6倍。其中角柱放大大些（不小于1.4倍），边柱次之，中柱放小些（1.2倍）
4）由于多层框架时电算常不考虑温度应力和基础不均匀沉降问题，当多层框架水平尺寸和垂直尺寸较大以及地基软弱土层较厚或地基土层不均匀时，再适当放大一点框架柱的配筋也是可以理解的。
5）框架柱的箍筋形式应选菱形或井字形，以增强箍筋对混凝土的约束。柱箍筋直径宜增加2mm。
参考文献：
1、中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部PMCADS-1结构平面cAD软件用户手册及技术条件
2、中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部SATWES-3多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件用户手册及技术条件
【关键词】 设计软件;人工调整;计算结果
笔者通过多项多层框架工程的设计后发现，有些电算结果仍需进行人工调整，这种不确定性造成有的设计调整放大过于保守，有的不调整时又严重不足。为此，本文就多层框架电算结果的人巨调整问题进行探讨，并且提出建议。
一、对计算结果的整体分析
1.对重力荷载作用下计算结果的分析。审查重力荷载作用卜的内力图是否符合受力规律;可以利用结构底层检查竖向内外力的平衡，即底层柱、墙在重力荷载作用下的轴力之和应等于总重量;如果结构对称、荷载对称，其结构内力图必然对称，即检查其对称性。
2.对风荷载作用的计算结果的分析。审查风荷载作用下的内力图和位移是否符合受力规律;可以利用结构底层检查侧向内外力的平衡，即底层柱、墙在风荷载作用下的剪力之和应等于全部风力值;如果结构沿竖向的刚度变化较均匀、且风荷载沿高度的变化也较均匀时，其结构的内力和位移沿高度的变化也应该是均匀的，不应有大正大负、大出大进等突变。
3.对水平地震荷载作用卜计算结果的分析。水平地震荷载作用卜，可以利用其结果进行如同风荷载作用下的渐变性分析，但不能进行对称性分析，也不能利用结构底层进行内外力平衡的分析。水平地震荷载作用下，对其计算结果的分析重点如下。
1）结构的白振周期。对一般的工程，结构的自振周期在考虑折减系数后应控制在一定的范围内。如结构的基本自振周期：
框架结构TI=（0.12-0.15）n
框一剪和框一筒结构Tl=（0.08-0.12）n
剪力墙和筒中筒结构Tl=（0.04-0.06）n
式中，n为建筑物的总层数
第二周期、第三周期与第一周期的关系大致为：
TZ≈（l/3-l/5）Tl
T3≈（1/5-l/7）Tl
周期偏长，说明结构过“软”、所承担的地震剪力偏小，应考虑抗侧力构件截面太小或布置不当;如周期偏短，说明结构过“刚”、所承担的地震力偏大，应考虑抗侧力构件截面太大或墙的布置太多或墙的刚度太大。如果抗侧力构件的截面尺寸、布置都很正常，无特殊情况而自振周期偏离太远，则应检查输入数据是否有错误。对20层以上的高层建筑结构，如果一切正常，其基本自振周期往往在2～3之间，则需要增加地震力重新进行计算。
2）各振型曲线。对于竖向刚度和质量比较均匀的结构，其振型曲线应是比较连续光滑的曲线，不应有大进大出、大的凹凸曲析。
第一振型无零点;第二振型在（0.7～0.8）H处有一个零点;第三振型分别在（0.4～0.5）H及（0.8～0.9）H处有两个零点。
4.水平位移特征。剪力墙结构的位移曲线，具有悬臂弯曲梁的特征，位移越往上增长越快，呈外弯型曲线;
a）框架结构的位移曲线，具有剪切梁的特征，位移越往上增长越慢，呈内收型曲线;
框剪结构及框筒结构的位移曲线，呈反S型曲线、中部接近为直线。
b）层间水平位移的限值
抗震规范提出的层间弹性位移角和层间弹塑性位移角限值，实际上是控制层间水平位移不得过大，避免带来结构的P-△效应。两个阶段的层间位移要分别满足以下要求：
△Ue≤[0e]H
△Up≤[op]H
式中：△Ue——多于地震作用标准之产生的层间弹性位移;
△Up——罕遇地震作用下按彈性分析产生的层间位移;
[0e]——层间弹性位移角限制;
[op]——层间弹塑性位移角限制;
H——第二阶段时指薄弱层（部位）的层高;
5.地震力大小。结构承担的地震力大小可用底部总剪力与结构总质量之比（剪质比）来衡量。对抗侧力构件布置、截面尺寸都比较正常的结构，其剪质比在下述范围内：
8度近震，Ⅱ类场地Fek/G≈0.03～0.06
7度近震，Ⅱ类场地Fek/G≈0.015～0.03
式中：Fek——结构总水平地震作用标准值
G——结构等效总重力荷载
层数多、刚度小的结构，其剪质比偏小，如小于上述范围或接近最小值，宜适当增大构件截面或提高结构刚度，从而增大地震力以保证结构的安全;反之，地震力过大，宜适当渐低结构刚度，以取得合理的经济技术指标。
二、对构件的调整
1.梁、柱截面尺寸的调整。设计人员根据教科书建议的梁、柱截面尺寸的取值范围。此时须注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1。这是为了实现在罕遇地震作用下，让梁端形成塑性铰时柱端仍可处于非弹性工作状态而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段的目的。将初步确定的尺寸输入计算机试算，可得到下述三种结果：1）部分梁柱仅为构造配筋。此时可根据电算显示的梁的裂缝宽度和柱的轴压比大小适当减小梁、柱的截面尺寸再试算。2）部分梁显示超筋或裂缝宽度>0.3mm，部分柱的轴压比超限或配筋过大。此时可适当放大这部分梁、柱的截面尺寸再试算。3）梁、柱的截面尺寸均合适，勿需调整，此时要进一步观察梁、柱的配筋率是否合适。
2.梁、柱的适宜配筋率原则。掌握配筋率“适中”为宜。这个“适中”指在规范规定的区域内取中间段，其值约相当于定额含钢量。规范规定框架梁的纵向受拉钢筋最小配筋率为0.2%，最大配筋率为2.5%;框架柱的纵向钢筋配筋率区间为0.6%～5%。
3.框架梁配筋的调整。框架梁显示的配筋是梁按强度计算的配筋量，调整的目的是解决梁的裂缝宽度超限和“强剪弱弯”的问题。
1）裂缝宽度超限问题在配筋率一定时，选用小直径的钢筋可以增加混凝土的握裹面积、减少梁的裂缝宽度。增大配筋率是减小梁裂缝宽度的直接方法。提高混凝土的强度等级，亦可减小梁的裂缝宽度，但影响较小。
2）强剪弱弯问题框架结构设计中，应力求做到在地震作用下框架梁的梁端斜截面受剪承载力应高于正截面受弯承载力。
4.框架柱配筋的调整。框架柱的配筋率一般都很低，电算结果往往是构造配筋即可。按柱的构造配筋率0.8%配筋，只相当于定额指标的1/2～1/3，有经验的设计人是不会采用的。因为受地震作用的框架柱，尤其是角柱和大开间、大进深的边柱，一般均处于双向偏心受压状态，而电算程序则是按两个方向分别为单向偏心受压的平面框架计算配筋，结果往往导致配筋不足。
笔者建议：框架柱配筋的调整可做以下几项：
1）应选择最不利的方向进行框架计算，也可两个方向均进行计算后比较各柱的配筋，取其教大值，并采用对称配筋。
2）调整柱单边钢筋的最小根数：柱宽≤450mm时3根，450<柱宽≤750mm时4根，750mm<柱≤900mm时5根。
3）将框架柱的配筋放大1.2～1.6倍。其中角柱放大大些（不小于1.4倍），边柱次之，中柱放小些（1.2倍）
4）由于多层框架时电算常不考虑温度应力和基础不均匀沉降问题，当多层框架水平尺寸和垂直尺寸较大以及地基软弱土层较厚或地基土层不均匀时，再适当放大一点框架柱的配筋也是可以理解的。
5）框架柱的箍筋形式应选菱形或井字形，以增强箍筋对混凝土的约束。柱箍筋直径宜增加2mm。
参考文献：
1、中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部PMCADS-1结构平面cAD软件用户手册及技术条件
2、中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部SATWES-3多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件用户手册及技术条件