计算步骤范文

计算步骤范文（精选6篇）

计算步骤 第1篇

一、完成整体参数的正确设定

计算开始以前, 设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述, 以及工程的实际情况, 对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。但有几个参数是关系到整体计算结果的, 必须首先确定其合理取值, 才能保证后续计算结果的正确性。这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等, 在计算前很难估计, 需要经过试算才能得到。

(一) 振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。

该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量, 使计算结果失真;取值太大, 不仅浪费时间, 还可能使计算结果发生畸变。《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2条规定, 抗震计算时, 宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应, 振型数不宜小于15, 对多塔结构的振型数不应小于塔楼数的9倍, 且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。一般而言, 振型数的多少于结构层数及结构自由度有关, 当结构层数较多或结构层刚度突变较大时, 振型数应当取得多些, 如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。振型组合数是否取值合理, 可以看软件计算书中的x, y向的有效质量系数是否大于0.9。具体操作是, 首先根据工程实际情况及设计经验预设一个振型数计算后考察有效质量系数是否大于0.9, 若小于0.9, 可逐步加大振型个数, 直到x, y两个方向的有效质量系数都大于0.9为止。必须指出的是, 结构的振型组合数并不是越大越好, 其最大值不能超过结构得总自由度数。例如对采用刚性板假定得单塔结构, 考虑扭转藕联作用时, 其振型不得超过结构层数的3倍。如果选取的振型组合数已经增加到结构层数的3倍, 其有效质量系数仍不能满足要求, 也不能再增加振型数, 而应认真分析原因, 考虑结构方案是否合理。

(二) 最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用,

结构地震反映的大小也各不相同, 那么必然存在某各角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出, 设计人员如发现该角度绝对值大于15度时, 应将该数值回填 (代入设计参数中) 到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算, 以体现最不利地震作用方向的影响。

(三) 结构基本周期是计算风荷载的重要指标。

设计人员如果不能事先知道其准确值, 可先按经验公式:T1=0.25+0.3510-3H2/3√B计算代入软件, 亦可以保留软件的缺省值, 待计算后从计算书中读取其值, 填入软件的“结构基本周期”选项, 重新计算即可。

上述的计算目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来, 正确设置, 否则其后的计算结果与实际差别很大。

二、确定整体结构的合理性

整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有:周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。

(一) 周期比是控制结构扭转效应的重要指标。

它的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理, 使结构不至出现过大的扭转。也就是说, 周期比不是要求结构足够结实, 而是要求结构承载布局合理。《高规》第4.3.5条对结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比的要求给出了规定。如果周期比不满足规范的要求, 说明该结构的扭转效应明显, 设计人员需要增加结构周边构件的刚度, 降低结构中间构件的刚度, 以增大结构的整体抗扭刚度。设计软件通常不直接给出结构的周期比, 需要设计人员根据计算书中周期值自行判定第一扭转 (平动) 周期。以下介绍实用周期比计算方法:1、扭转周期与平动周期的判断:从计算书中找出所有扭转系数大于0.5的平动周期, 按周期值从大到小排列。同理, 将所有平动系数大于0.5的平动周期值从大到小排列;2、第一周期的判断:从列队中选出数值最大的扭转 (平动) 周期, 查看软件的“结构整体空间振动简图”, 看该周期值所对应的振型的空间振动是否为整体振动, 如果其仅仅引起局部振动, 则不能作为第一扭转 (平动) 周期, 要从队列中取出下一个周期进行考察, 以此类推, 直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值即为第一扭转 (平动) 周期;3、周期比计算:将第一扭转周期值除以第一平动周期即可。

(二) 位移比 (层间位移比) 是控制结构平面不规则性的重要指标。

其限值在《建筑抗震设计规范》和《高规》中均有明确的规定[见附表3.4.2-1]。需要指出的是, 新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的, 如果在结构模型中设定了弹性板, 则必须在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”, 以便计算出正确的位移比。在位移比满足要求后, 再去掉“对所有楼层强制采用刚性楼板假定的选择, 以弹性楼板设定进行后续配筋计算。

(三) 刚度比和层间受剪承载力之比是控制结构竖向不规则的重要指标。

根据《抗震规范》和《高规》的要求, 软件提供了三种刚度比的计算方式, 分别是剪切刚度, 剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比。正确认识这三种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关键:1) 剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定;2) 剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构;3) 地震力与层间位移比是执行《抗震规范》第3.4.2条和《高规》4.3.5条的相关规定, 通常绝大多数工程都可以用此法计算刚度比, 这也是软件的缺省方式。

(四) 刚重比是结构刚度与重力荷载之比。

它是控制结构整体稳定性的重要因素, 也是影响重力二阶效应 (P△效应) 的主要参数。通常用增大系数法来考虑结构的重力二阶效应, 如考虑重力二阶效应的结构位移可用未考虑P△效应的计算结果乘以位移增大系数, 但保持位移限制条件不变 (框架结构层间位移角1/550) ;考虑结构构件重力二阶效应的端部弯矩和剪力值, 可采用未考虑P△效应的计算结果乘以内力增大系数。一般情况下, 对于框架结构若满足:Dj≥20∑Gj/hj (j=1, 2, n) 结构不考虑重力二阶效应的影响。结构的刚重比增大P△效应减小, P△效应控制在20%以内, 结构的稳定具有适宜的安全储备, 该值如果不满足要求, 则可能引起结构失稳倒塌, 应当引起设计人员的足够重视。

(五) 剪重比 (指楼层剪力与其上各层重力荷载代表值之和的比值) 是抗震设计中非常重要的参数。

规范之所以规定剪重比, 主要是因为长期作用下, 地震影响系数下降较快, 由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构, 地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用, 若剪重比小于0.02, 结构刚度虽然满足水平位移限制要求 (框架结构层间位移角1/550) , 但往往不能满足结构的整体稳定条件。设计人员应在设计过程中综合考虑刚重比与剪重比的合理取值。

三、对单构件作优化设计

前几步主要是对结构整体合理性的计算和调整, 这一步则主要进行结构单个构件内力和配筋计算, 包括梁、柱轴压比计算, 构件截面优化设计等。

(一) 软件对混凝土梁计算显示超筋信息有以下情况:

1、当梁的弯矩设计值M大于梁的极限承载弯矩Mu时, 提示超筋;2、规范对混凝土受压区高度限制:

四级框架及非抗震框架:ξξb

当ξ不满足以上要求时, 程序提示超筋;3、《抗震规范》要求梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率2.5%, 当大于此值时, 提示超筋;4、混凝土梁斜截面计算要满足最小截面的要求, 如不满足则提示超筋。

出现以上超筋信息时, 设计人员可采用下列方法做以下调整:1、增大梁截面, 提高混凝土强度等级。2、对双筋梁受压区钢筋面积增大, 受拉区钢筋面积不变, 使梁受压区高度减小, 从而使ξ减小。

(二) 柱轴压比计算:

柱轴压比越小说明结构的延性越好, 柱轴压比越大说明结构的刚度越大, 结构的侧移越大抗震性能越差。要确定合理的轴压比必须满足:N/fcAn (n=0.7、0.8、0.9) 。柱轴压比的计算在《高规》和《抗震规范》中的规定并不完全一样, 《抗震规范》第6.3.7条规定, 计算轴压比的柱轴力设计值既包括地震组合, 也包括非地震组合, 而《高规》第6.4.2条规定, 计算轴压比的柱轴力设计值仅考虑地震作用组合下的柱轴力。软件在计算柱轴压比时, 当工程考虑地震作用, 程序仅取地震作用组合下的的柱轴力设计值计算;当该工程不考虑地震作用时, 程序才取非地震作用组合下的柱轴力设计值计算。因此设计人员会发现, 对于同一个工程, 计算地震力和不计算地震力其柱轴压比结果会不一样。当轴压比不满足要求时, 一般可增大柱截面, 提高柱混凝土强度等级或增大地震作用折减系数来加以改善。

(三) 构件截面优化设计:

计算结构不超筋, 并不表示构件初始设置的截面和形状合理, 设计人员还应进行构件优化设计, 使构件在保证受力要求的条件下截面的大小和形状合理, 并节省材料。但需要注意的是, 在进行截面优化设计时, 应以保证整体结构合理性为前提, 因为构件截面的大小直接影响到结构的刚度, 从而对整体结构的周期、位移、地震力等一系列参数产生影响, 不可盲目减小构件截面尺寸, 使结构整体安全性降低。

四、满足规范抗震措施的要求

在施工图设计阶段, 还必须满足规范规定的抗震措施要求。《混凝土规范》、《高规》和《抗震规范》对结构的构造提出了非常详尽的规定, 这些措施是很多震害调查和抗震设计经验的总结, 也是保证结构安全的最后一道防线, 设计人员不可麻痹大意。

(一) 设计软件进行施工图配筋计算时, 要求输入合理的归并系数、支座方式、钢筋选筋库等, 如一次计算结果不满意, 要进行多次试算和调整。

(二) 生成施工图以前, 要认真输入出图参数, 如梁柱钢筋最小直径、框架顶角处配筋方式、梁挑耳形式、柱纵筋搭接方式, 箍筋形式, 钢筋放大系数等, 以便生成符合需要的施工图。软件可以根据允许裂缝宽度自动选筋, 还可以考虑支座宽度对裂缝宽度的影响。

(三) 施工图生成以后, 设计人员还应仔细验证各特殊或薄弱部位构件的最小纵筋直径、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密区长度、钢筋搭接锚固长度、配筋方式等是否满足规范规定的抗震措施要求。规范这一部分的要求往往是以黑体字写出, 属于强制执行条文, 万万不可以掉以轻心。

(四) 最后设计人员还应根据工程的实际情况, 对计算机生成的配筋结果作合理性审核, 如钢筋排数、直径、架构等, 如不符合工程需要或不便于施工, 还要做最后的调整计算。

摘要：新规范对建筑结构设计提出了更高的要求, 结构计算更加复杂多样, 因此不可能一次完成, 而应当从整体到局部、分层次完成。主要计算过程可以分为四步进行:整体参数计算, 整体合理性计算, 构件优化计算和抗震性能验算。每步计算中又包含多次试算, 在上一步计算取得合理结果以后, 方可进行下一步计算, 以便使结构计算过程科学化, 提高设计工作效率。

关键词：建筑结构设计,计算步骤,参数

参考文献

[1]《建筑抗震设计》郭继武, 中国建筑工业出版社.

[2]《抗震结构设计》丰定国, 王社良, 武汉工业出版社.

[3]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—2002, 中国建筑工业出版社.

浙江水利造价员计算步骤 第2篇

解：⑴ 建筑工程单价计算程序及计算方法如下：

一、直接费(一)+(二)

(一)直接工程费〈 1+2+3 〉

1.人工费：人工定额工日数×人工预算单价

2.材料费：∑材料定额用量×材料预算价格

3.机械使用费：∑机械台班定额用量×机械台班费

(二)措施费：(一)×措施费费率之和

二、间接费：直接费 ×间接费费率

三、利润：（直接费+间接费）×利润费率

四、材料补差：∑材料定额用量×材料差价

五、税金：（直接费+间接费+利润+材料补差）×税率

六、工程单价：一+二+三+四+五

⑵ 安装工程单价计算程序及计算方法如下：

一、直接费(一)+(二)

(一)直接工程费〈 1+2+3 〉

1.人工费：人工定额工日数×人工预算单价

2.材料费：∑材料定额用量×材料预算价格

3.施工机械使用费：∑机械台班定额用量×机械台班费

(二)措施费：直接费×措施费费率之和

二、间接费：人工费×间接费费率

三、利润：（直接费+间接费）×利润费率

四、材料补差：∑材料定额用量×材料差价

五、税金：（直接费+间接费+利润+材料补差）×税率

建筑结构设计计算步骤探讨 第3篇

关键词：建筑结构,设计,计算

如何正确运用设计软件进行结构设计计算, 以满足新规范的要求, 是每个设计人员都非常关心的问题。以SATWE软件为例, 进行结构设计计算步骤的讨论, 对一个典型工程而言, 使用结构软件进行结构计算分四步较为科学。

1 完成整体参数的正确设定

计算开始以前, 设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述, 以及工程的实际情况, 对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。但有几个参数是关系到整体计算结果的, 必须首先确定其合理取值, 才能保证后续计算结果的正确性。这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等, 在计算前很难估计, 需要经过试算才能得到。

振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量, 使计算结果失真;取值太大, 不仅浪费时间, 还可能使计算结果发生畸变。《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2条规定, 抗震计算时, 宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应, 振型数不宜小于15, 对多塔结构的振型数不应小于塔楼的9倍, 且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。一般而言, 振型数的多少于结构层数及结构自由度有关, 当结构层数较多或结构层刚度突变较大时, 振型数应当取得多些, 如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。

最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用, 结构地震反映的大小也各不相同, 那么必然存在某各角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出, 设计人员如发祥该角度绝对值大于15度, 应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算, 以体现最不利地震作用方向的影响。

结构基本周期是计算风荷载的重要指标。设计人员如果不能事先知道其准确值, 可以保留软件的缺省值, 待计算后从计算书中读取其值, 填入软件的“结构基本周期”选项, 重新计算即可。

上述的计算目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来, 正确设置, 否则其后的计算结果与实际差别很大。

2 确定整体结构的合理性

整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有:周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。

周期比是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理, 使结构不至出现过大的扭转。也就是说, 周期比不是要求就构足够结实, 而是要求结构承载布局合理。《高规》第4.3.5条对结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比的要求给出了规定。如果周期比不满足规范的要求, 说明该结构的扭转效应明显, 设计人员需要增加结构周边构件的刚度, 降低结构中间构件的刚度, 以增大结构的整体抗扭刚度。

位移比 (层间位移比) 是控制结构平面不规则性的重要指标。其限值在《建筑抗震设计规范》和《高规》中均有明确的规定, 不再赘述。需要指出的是, 新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的, 如果在结构模型中设定了弹性板, 则必须在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”, 以便计算出正确的位移比。在位移比满足要求后, 再去掉对所有楼层强制采用刚性楼板假定的选择, 以弹性楼板设定进行后续配筋计算。

刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。根据《抗震规范》和《高规》的要求, 软件提供了三种刚度比的计算方式, 分别是剪切刚度, 剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比。正确认识这三种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关键:1) 剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定;2) 剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构;3) 地震力与层间位移比是执行《抗震规范》第3.4.2条和《高规》4.3.5条的相关规定, 通常绝大多数工程都可以用此法计算刚度比, 这也是软件的缺省方式。

层间受剪承载力之比也是控制结构竖向不规则的重要指标。其限值可参考《抗震规范》和《高规》的有关规定。

刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性的重要因素, 也是影响重力二阶效的主要参数。该值如果不满足要求, 则可能引起结构失稳倒塌, 应当引起设计人员的足够重视。

3 对单构件作优化设计

前几步主要是对结构整体合理性的计算和调整, 这一步则主要进行结构单个构件内力和配筋计算, 包括梁, 柱, 剪力墙轴压比计算, 构件截面优化设计等。

软件对混凝土梁计算显示超筋信息有以下情况:当梁的弯矩设计值M大于梁的极限承载弯矩Mu时, 提示超筋;规范对混凝土受压区高度限制:

四级及非抗震:ξ≤ξb

二、三级:ξ≤0.35 (计算时取AS'=0.3 AS一级:ξ≤0.25 (计算时取AS'=0.5 AS当ξ不满足以上要求时, 程序提示超筋;3《抗震规范》要求梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率2.5%, 当大于此值时, 提示超筋;4) 混凝土梁斜截面计算要满足最小截面的要求, 如不满足则提示超筋。

剪力墙超筋分三种情况:1) 剪力墙暗柱超筋:软件给出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的, 而各规范均要求剪力墙主筋的配筋面积以边缘构件方式给出, 没有最大配筋率。所以程序给出的剪力墙超筋是警告信息, 设计人员可以酌情考虑;2) 剪力墙水平筋超筋则说明该结构抗剪不够, 应予以调整;3) 剪力墙连梁超筋大多数情况下是在水平地震力作用下抗剪不够。规范中规定允许对剪力墙连梁刚度进行折减, 折减后的剪力墙连梁在地震作用下基本上都会出现塑性变形, 即连梁开裂。设计人员在进行剪力墙连梁设计时, 还应考虑其配筋是否满足正常状态下极限承载力的要求。

柱轴压比计算:柱轴压比的计算在《高规》和《抗震规范》中的规定并不完全一样, 《抗震规范》第6.3.7条规定, 计算轴压比的柱轴力设计值既包括地震组合, 也包括非地震组合, 而《高规》第6.4.2条规定, 计算轴压比的柱轴力设计值仅考虑地震作用组合下的柱轴力。软件在计算柱轴压比时, 当工程考虑地震作用, 程序仅取地震作用组合下的的柱轴力设计值计算;当该工程不考虑地震作用时, 程序才取非地震作用组合下的柱轴力设计值计算。因此设计人员会发现, 对于同一个工程, 计算地震力和不计算地震力其柱轴压比结果会不一样。

剪力墙轴压比计算:为了控制在地震力作用下结构的延性, 新的《高规》和《抗震规范》对剪力墙均提出了轴压比的计算要求。需要指出的是, 软件在计算断指剪力墙轴压比时, 是按单向计算的, 这与《高规》中规定的短肢剪力墙轴压比按双向计算有所不同, 设计人员可以酌情考虑。

土建工程量手算计算步骤 第4篇

L外：外墙外边线(L外=L中+墙后*4)。可计算平整场地、腰线、外墙抹灰、散水等分项工程。

L内：内墙净长线，可计算内墙基挖地槽、内墙基础垫层、内墙基础砌筑、内墙基础防潮层、内墙圈梁、内墙墙身的砌筑、内墙基础防潮层、内墙抹灰等分项工程。

S：砌筑面积，(分层)与面有关的计算项目有：平整场地、天棚抹灰、楼地面及屋面等分项工程。

二、人工平整场地：S=S底+2*L外+16

三、基础工程部分

1、人工挖地槽(立方米)增加柱外体积，不放坡和不支挡土板：

V=(B+2C)*H*L(图我没法画了你看书理解)

2、C10基础垫层(立方米)V=L*B*H基础垫层模板(平方米)S=L*h*2个侧面

3、C25无梁式带形基础(立方米)、模板(平方米)

4、C25地圈梁：V=(L中+L内—嵌入基础内柱长度)*断面圈梁模板(平方米)S=L*h1*2个侧面

5、M7、5水泥砂浆蒸压灰砖砌条形砖基础(立方米)V=(L中+L内—嵌入基础内柱长度)*(基础高度+折加高度)*墙厚—嵌入基础内砼砼构件体积(地圈梁或在基础高度中扣除)

6、基础槽内回填土(立方米)V=基础挖土体积—室外地标高以下埋设物之和体积。如砼垫层、砼基础、砖基础、柱等。

7、室内(房心)回填土(立方米)

按主墙间净面积乘以回填厚度计算，公式：室内回填土的体积=底层主墙间净面积*(室内外高差—地坪厚度);底层主墙间净面积=底层记住面积—(L中*外墙厚+L内*内墙厚)

四、脚手架

1、综合脚：S建筑面积之和

2、垂直运输：(按卷扬机)S建筑面积之和



五、门窗洞口面积工程

详见P235表6—49以表格形式计算，要区分材料、型号、类型、带亮与否、内外墙主要在计算砌筑体中扣除，木制门的油漆等。

高中物理计算题的解答基本步骤 第5篇

下面借《机械能》章节中“汽车启动问题”的研究谈谈这三个“分析”应如何协调进行。

情景：如图1，在平直的公路上，汽车从零开始加速。

一、受力分析

如图1，汽车受到四个力：竖直向下的重力，地面向上的支持力，水平方向的阻力和牵引力(图2)。学生往往把受力分析仅仅理解为分析物体受几个力，各沿什么方向，到此就停止了分析，因此经常会在后面的分析中出现这样的错误：将合外力F与F牵混淆。其实，受力分析最重要的不在于此，而是分析各个力的特性，分析各力与哪些因素有关，由哪些物理量决定。

如本题，汽车受到的重力、地面支持力，这两个力无需太多说明，但对阻力f，则要注意它不仅仅是汽车受到的地面的摩擦，还包括空气阻力、机械间的摩擦等(在汽车上坡时，还包括重力的下滑分量)。考虑到这些因素，一般为简化研究，假定f恒定;牵引力F牵是一个什么特性的力?学生显然比较陌生。它是汽车的发动机产生的动力，它的大小由发动的输出功率P和即时速度v共同决定，满足F牵=Pv，这就是我们解决此类问题的第一步，是整个解题的前提，是后续分析的基础。

二、运动分析

根据牛顿运动定律，力是改变物体运动状态的原因。力与运动之间通过加速度这个桥梁来联系，因此我们列出状态方程：

根据牛顿第二定律：F牵-f=ma

1.若在启动过程中保持发动机输出功率不变，则可以知道随着速度v的增大，牵引力F牵逐渐减小，加速度a逐渐减小，即物体做的是加速度逐渐减小的加速运动。当加速度减为零，

即时，速度达到最大，。

(2)若在启动过程中，以恒定加速度方式启动，则开始时牵引力保持不变，随着速度v的增加，发动机的输出功率不断增大。当输出功率达到正常行驶时所能达到的最大值P额时，若想继续加速，则只能靠减小牵引力来实现，于是后面过程即与(1)相同。

以上即是结合受力分析，对物体的运动进行了分析。实际上，对于这类较复杂、过程较多的运动，我们可借助图象来更直观地描述物理过程(图3、4)

至此，汽车启动过程中的运动情况就清楚了。接下来我们就要结合运动的情况来确定解题的思路和方法。

如求第二种启动方式中匀加速的时间或匀加速能达到的最大速度，利用运动学公式即可解决。

给定加速阶段的位移s，求在第一种启动方式中汽车达到最大速度需要的时间，这是一个非匀变速直线运动，高中物理就无法利用运动学公式求解了，所以我们需作进一步的分析。

三、能量分析

高中物理在能量方面的考查是比较多的，要求也是相当高的。在这块知识中，我们在深刻理解“功是能量转化的量度”这句话的基础上，要分析在全过程中能量何去何从，主要解题工具是动能定理或功能关系，它能解决各种运动形式的问题。

在汽车以恒定功率方式启动的过程中，牵引力做功，对应输入的能量一部分用于克服阻力做功，另一部分即等于汽车增加的动能，则利用动能定理：

其中阻力做功W牵=-fs，牵引力做功则无法利用牵引力F牵直接求解，因为它是变力，这时想到功率恒定，所以牵引力做功W牵=Pt。于是：

问题解决。

以上借助汽车启动分析了一般物理问题的入手方式和基本解题程序。其中最重要的、最容易忽略的就是第一步受力分析，重点在分析物体受到各力的特性;其次，三个“分析”是层层递进的，每一个分析都是后一个分析的前提与基础。

计算步骤 第6篇

当历史车轮进入21世纪大门, 建筑及结构设计行业在设计过程中所运用的思维方式和工具发生了前所未有的变化由传统的手工计算及绘图转变为软件计算和软件绘图。而带来这一历史性变化的就是计算机软件的普及及运用。

与以往手工计算和绘图像比较, 计算机软件在设计计算及绘图方面表现出了令人无法抗拒的诱惑力快速而准确的计算速度以及快速而又方便的修改绘图功能。

但是从目前计算机在实际使用中的表现来看, 计算机还远未达到人类的思维水平。很多工作, 计算机只是在被动的接受操作人员的指令而重复运行相应处理软件。作为操作指令的发出者, 设计人员的理论知识和经验对后期的工程设计计算结果具有决定性的影响作用。当今在建筑结构的设计中, 使用结构软件帮助分析工程结构已成为结构设计师进行计算机辅助设计的必要手段。可结构工程师不能也不应该过分信任和依赖计算机结构分析软件。美国一位学者曾警告说:“误用计算机造成结构破坏而引起灾难只是一个时间的问题。”这绝不是危言耸听。

对计算软件的选用是要慎重的, 但对电算结果的判断更要慎之又慎!在计算机和计算机软件广泛应用的条件下, 除了要根据具体工程情况, 选择合适、可靠的计算分析软件外, 还应对计算软件产生的计算结果从力学概念和工程经验等方面加以分析判断, 确认其合理性和可靠性, 方可用于工程设计。工程经验上的判断一般包括:结构整体位移、结构楼层剪力、振型形态和位移形态、结构自振周期、超筋超限情况等。

有些人 (特别是新近参加工作的结构设计人员) 自称是结构工程师, 但他们把计算机作为知识、经验、思维的替代品, 而把自己对结构工程的无知隐藏在计算机的黑匣子里。在工程界不少人迷信:计算机是知识的源泉, 计算机是解决工程问题的源泉, 计算机具有令人信赖的“智慧”。忽略了最为关键的事实:最终责任的承担者, 不是计算机而是我们自己!简而言之, 熟悉并理解计算机软件相应说明书及技术条件是用计算机软件进行设计工作的首要条件和必须步骤。

2 结构设计

当项目进入施工图设计阶段后, 结构方案及选型已经确定, 关注的重点转移到如何快速而又准确地获得与实际工程相符合的工程分析数据及工程结构施工图。

2.1 结构模型的输入

2.1.1 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, 结合自己的经验先对所有构件的大小初步确定一个尺寸。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。即“强柱弱梁强节点”。

2.1.2 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%。

2.1.3 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) 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, 即“强剪弱弯”。笔者建议:具体在调整梁的配筋时, 可做以下几项调整:

a.梁端负弯矩钢筋可不放大 (系数采用1) ;

b.梁的跨中受拉钢筋可放大1.1-1.3倍;

c.梁端箍筋的直径可增加2mm;

d.按构造要求对于跨度大于6m的框架梁设弯起钢筋。

2.1.4 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。 (注意:柱单边配筋率不小于0.2%)

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, 具体放大多少, 就要由设计人的经验决定了。

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。

2.2 结构计算

以SATWE软件为例, 进行结构设计计算步骤的讨论。对一个典型工程而言, 使用结构软件进行结构计算分四步较为科学。

2.2.1 完成整体参数的正确设定

计算开始以前, 设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述, 以及工程的实际情况, 对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。但有几个参数是关系到整体计算结果的, 必须首先确定其合理取值, 才能保证后续计算结果的正确性。这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等, 在计算前很难估计, 需要经过试算才能得到。

1) 振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量, 使计算结果失真;取值太大, 不仅浪费时间, 还可能使计算结果发生畸变。《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2条规定, 抗震计算时, 宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应, 振型数不宜小于15, 对多塔结构的振型数不应小于塔楼的9倍, 且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。

2) 最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用, 结构地震反映的大小也各不相同, 那么必然存在某各角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出, 设计人员如发现该角度绝对值大于15度, 应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算, 以体现最不利地震作用方向的影响。

3) 结构基本周期是计算风荷载的重要指标。设计人员如果不能事先知道其准确值, 可以保留软件的缺省值, 待计算后从计算书中读取其值, 填入软件的“结构基本周期”选项, 重新计算即可。

上述的计算目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来, 正确设置, 否则其后的计算结果与实际差别很大。

2.2.2 确定整体结构的合理性

整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有:周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。

1) 周期比是控制结构扭转效应的重要指标。主要为控制结构的扭转效应, 减小扭转对结构带来不利影响 (此时要注意:第一、二震型在高层建筑中是不能以扭转为主) ;它的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理, 使结构不至出现过大的扭转。也就是说, 周期比不是要求就构足够结实, 而是要求结构承载布局合理。设计软件通常不直接给出结构的周期比, 需要设计人员根据计算书中周期值自行判定第一扭转 (平动) 周期。以下介绍实用周期比计算方法:a.扭转周期与平动周期的判断:从计算书中找出所有扭转系数大于0.5的平动周期, 按周期值从大到小排列。同理, 将所有平动系数大于0.5的平动周期值从大到小排列;b.第一周期的判断:从列队中选出数值最大的扭转 (平动) 周期, 查看软件的“结构整体空间振动简图”, 看该周期值所对应的振型的空间振动是否为整体振动, 如果其仅仅引起局部振动, 则不能作为第一扭转 (平动) 周期, 要从队列中取出下一个周期进行考察, 以此类推, 直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值即为第一扭转 (平动) 周期;c.周期比计算:将第一扭转周期值除以第一平动周期即可。

2) 位移比 (层间位移比) 是控制结构平面不规则性的重要指标。主要为控制结构平面规则性, 以免形成扭转, 对结构产生不利影响;见抗规3.4.2规范条文:新高规的4.3.5条规定, 楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移角, A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍;且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5倍, B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑, 不应大于该楼层平均值的1.4倍。

程序处理:针对此条, 程序中对每一层都计算并输出最大水平位移、最大层间位移角、平均水平位移、平均层间位移角及相应的比值, 用户可以一目了然地判断是否满足规范。需要指出的是, 新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的, 位移比的限值:是根据刚性楼板假定的条件下确定的, 其平均位移的计算方法, 也基于“刚性楼板假定”。如果在结构模型中设定了弹性板, 则必须在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”, 以便计算出正确的位移比。在位移比满足要求后, 再去掉“对所有楼层强制采用刚性楼板假定的选择, 以弹性楼板设定进行后续配筋计算。此外, 位移比的大小是判断结构是否规则的重要依据, 对选择偶然偏心, 单向地震, 双向地震下的位移比, 设计人员应正确选用。

3) 刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。 (在WMASS.out中) 主要为控制结构竖向规则性, 以免竖向刚度突变, 形成薄弱层, 根据《抗震规范》和《高规》的要求:见抗规3.4.2

软件提供了三种刚度比的计算方式, 分别是剪切刚度, 剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比。正确认识这三种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关键:a.剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定;b.剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构;c.地震力与层间位移比是执行《抗震规范》第3.4.2条和《高规》4.3.5条的相关规定, 绝大多数工程都可以用此法计算刚度比, 这也是软件的缺省方式。

层刚度比的计算方法:

F高规附录E.0.1建议的方法剪切刚度

Ki=GiAi/hi

F高规附录E.0.2建议的方法剪弯刚度

Ki=Fi/Δi

F抗震规范的3.4.2和3.4.3条文说明中建议的计算方法:

Ki=Vi/Δui

层刚度比的控制方法:新规范要求结构各层之间的刚度比, 并根据刚度比对地震力进行放大, 所以刚度比的合理计算很重要。

4) 层间受剪承载力之比也是控制结构竖向不规则的重要指标

其限值可参考《抗震规范》和《高规》的有关规定。

5) 刚重比是结构刚度与重力荷载之比。高规 (5.4.4) 它是主要为控制结构整体的稳定性, 以免结构产生滑移和倾覆的重要因素, 也是影响重力二阶效的主要参数。该值如果不满足要求, 则可能引起结构失稳倒塌, 应当引起设计人员的足够重视。

a.剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构

刚重比大于等于14, 符合稳定要求;刚重比大于等于2.7, 不考虑重力二阶效应。

b.框架结构。

刚重比大于等于10, 符合稳定要求;刚重比大于等于20, 不考虑重力二阶效应。

6) 剪重比是抗震设计中非常重要的参数。

主要为控制各楼层最小地震剪力, 确保结构安全性;规范之所以规定剪重比, 主要是因为长期作用下, 地震影响系数下降较快, 由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构, 地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用, 但采用振型分解法时无法对此作出准确的计算。因此, 出于安全考虑, 规范规定了各楼层水平地震力的最小值, 该值如果不满足要求, 则说明结构有可能出现比较明显的薄弱部位, 必须进行调整。见抗规5.2.5、高规3.3.13。

7) 有效质量比。主要为控制结构的地震力是否全计算出来。选择足够多的振型数, 保证有效质量大于90%。《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2条规定, 抗震计算时, 宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应, 振型数不宜小于15, 对多塔结构的振型数不应小于塔楼的9倍, 且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。

2.3 对单构件作优化设计

前几步主要是对结构整体合理性的计算和调整, 这一步则主要进行结构单个构件内力和配筋计算, 包括梁, 柱, 剪力墙轴压比计算, 构件截面优化设计等。

2.3.1 软件对混凝土梁计算显示超筋信息有以下情况

1) 当梁的弯矩设计值M大于梁的极限承载弯矩Mu时, 提示超筋;2) 规范对混凝土受压区高度限制:

四级及非抗震:ξξb

二、三级:ξ0.35 (计算时取AS’=0.3AS)

一级:ξ0.25 (计算时取AS’=0.5AS)

当ξ不满足以上要求时, 程序提示超筋;3) 《抗震规范》要求梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率2.5%, 当大于此值时, 提示超筋;4) 混凝土梁斜截面计算要满足最小截面的要求, 如不满足则提示超筋。

2.3.2 剪力墙超筋分三种情况

1) 剪力墙暗柱超筋:软件给出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的, 而各规范均要求剪力墙主筋的配筋面积以边缘构件方式给出, 没有最大配筋率。所以程序给出的剪力墙超筋是警告信息, 设计人员可以酌情考虑;2) 剪力墙水平筋超筋则说明该结构抗剪不够, 应予以调整;3) 剪力墙连梁超筋大多数情况下是在水平地震力作用下抗剪不够。规范中规定允许对剪力墙连梁刚度进行折减, 折减后的剪力墙连梁在地震作用下基本上都会出现塑性变形, 即连梁开裂。设计人员在进行剪力墙连梁设计时, 还应考虑其配筋是否满足正常状态下极限承载力的要求。

2.3.3 柱轴压比计算

柱轴压比的计算在《高规》和《抗震规范》中的规定并不完全一样, 《抗震规范》第6.3.7条规定, 计算轴压比的柱轴力设计值既包括地震组合, 也包括非地震组合, 而《高规》第6.4.2条规定, 计算轴压比的柱轴力设计值仅考虑地震作用组合下的柱轴力。软件在计算柱轴压比时, 当工程考虑地震作用, 程序仅取地震作用组合下的的柱轴力设计值计算;当该工程不考虑地震作用时, 程序才取非地震作用组合下的柱轴力设计值计算。因此设计人员会发现, 对于同一个工程, 计算地震力和不计算地震力其柱轴压比结果会不一样。

2.3.4 剪力墙轴压比计算

为了控制在地震力作用下结构的延性, 新的《高规》和《抗震规范》对剪力墙均提出了轴压比的计算要求。需要指出的是, 软件在计算断指剪力墙轴压比时, 是按单向计算的, 这与《高规》中规定的短肢剪力墙轴压比按双向计算有所不同, 设计人员可以酌情考虑。

2.3.5 构件截面优化设计

计算结构不超筋, 并不表示构件初始设置的截面和形状合理, 设计人员还应进行构件优化设计, 使构件在保证受力要求的德条件下截面的大小和形状合理, 并节省材料。但需要注意的是, 在进行截面优化设计时, 应以保证整体结构合理性为前提, 因为构件截面的大小直接影响到结构的刚度, 从而对整体结构的周期、位移、地震力等一系列参数产生影响, 不可盲目减小构件截面尺寸, 使结构整体安全性降低。

3 结构施工图绘制

在施工图设计阶段, 还必须满足规范规定的抗震措施要求。《混凝土规范》、《高规》和《抗震规范》对结构的构造提出了非常详尽的规定, 这些措施是很多震害调查和抗震设计经验的总结, 也是保证结构安全的最后一道防线, 设计人员不可麻痹大意。

1) 设计软件进行施工图配筋计算时, 要求输入合理的归并系数、支座方式、钢筋选筋库等, 如一次计算结果不满意, 要进行多次试算和调整。

2) 生成施工图以前, 要认真输入出图参数, 如梁柱钢筋最小直径、框架顶角处配筋方式、梁挑耳形式、柱纵筋搭接方式, 箍筋形式, 钢筋放大系数等, 以便生成符合需要的施工图。软件可以根据允许裂缝宽度自动选筋, 还可以考虑支座宽度对裂缝宽度的影响。

3) 施工图生成以后, 设计人员还应仔细验证各特殊或薄弱部位构件的最小纵筋直径、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密区长度、钢筋搭接锚固长度、配筋方式等是否满足规范规定的抗震措施要求。规范这一部分的要求往往是以黑体字写出, 属于强制执行条文, 万万不可以掉以轻心。

4) 最后设计人员还应根据工程的实际情况, 对计算机生成的配筋结果作合理性审核, 如钢筋排数、直径、架构等, 如不符合工程需要或不便于施工, 还要做最后的调整计算。

针对很多人对PKPM辅助自动绘图功能的困惑, 说一下用PKPM辅助自动绘制结构施工图的方法。

只要是使用过PKPM软件的设计人员都对其自动生成的图形较为头疼, 由于软件自身对显示比例和打印成图的内置要求, 使得自动生成的图形重叠交错现象较为普遍, 导致结构施工图绘制人员花在调整文字和图形方面的时间远比自己动手绘图还要长久。根据笔者多年对PKPM的使用摸索, 发现解决这个问题有个较为简便的方法:进入施工图模块时调整图形的比例尺。使用后就会发现文字和数据的重叠交错现象明显减少很多!实际操作过程中完全可以通过合理的调整施工图比例大小来获得较为满意的结构施工图。

也许有人会说自己根据计算结果手工绘制施工图更能得到合理的施工图, 但是这些人忘记了使用PKPM自带的施工图绘制模块有一个好处:能够方便的获得与计算结果相对应的实际配筋比较结果。而且完全用手工绘制图形还有一个弊病就是无法避免人为失误带来的安全隐患!

笔者认为作为设计人员应该将有限的设计时间花在结构方案的优化上, 而不是浪费在手工绘制施工图时反复核对数据和校核工作上。毕竟, 计算机的优势就在于能够快速而又准确的做重复性劳动, 这一点是人类所无法抗衡的!

4 结语

面对计算机对设计行业带来的巨大变革, 作为设计人员应该在运用计算机进行设计的同时, 不断继续加强自己对专业知识的学习才能够成长为一个合格的设计人员。工欲善其事, 必先利其器。只有正确的使用设计软件再加上自身对专业知识的学习积累才能设计出让自己满意的工程作品。

摘要：针对目前计算机软件在结构设计中滥用的现象进行探讨, 对建筑结构设计及施工图绘制过程中应注意的问题及处理方法提出观点, 与同行交流学习。

关键词：计算机软件,结构设计,结构施工图绘制

参考文献

[1]杨星, 赵兵.新规范版PKPM软件四轮结构计算法[J].PKPM新天地.2005.

[2]高震.浅谈多层框架电算结果的人工调整[J].建筑结构, 1997.

[3]袁明武.我国计算力学软件的现状与思考[J].现代力学与科技进步, 1997.