▲素材:《结构工程师综合……与工程案例分析》(选段)
就本书中关于验算结构高宽比时应用等效宽度的相关内容,段老师给出一些非正式的看法,旨在较为准确的在宏观上理解结构设计的基本概念、逻辑和做法。由于水平有限,讨论内容可能在表达方式和知识准确性方面有不妥之处,欢迎广大同行批评指正!
1、结构等效宽度:素材并没有解释等效宽度是基于什么“效应”相等的原则获得,更没有阐述其合理性。结构等效宽度比较早的出现在正规文献中可能是广东省2005年《高规》,如图一所示。而后2013年的广东省《高规》已经没有再要求,可见广东省很可能也发现该等效是存在问题的。但是2013年浙江省《高规》却又把广东省《高规》放弃了的等效宽度当成宝似的写入自己的规范中,并解释是基于侧向刚度相等的原则等效,如图二和三所示。尽管13版浙江省《高规》表达方式不同于广东省05版《高规》,但是实质是一样的,我们下文再进一步证明二者想通性。2021年广东省现行版《高规》亦不再推荐等效宽度的算法,可见广东省2013年以后就已经彻底放弃等效宽度的推荐。
2、等效宽度由来:如果把结构当成是一个均质、且均匀的竖向悬臂实体结构(结构内部完全填实),使其顶点作用集中力(亦可作用其他形式的荷载),如图四所示。图五给出了浙江13版《高规》和广东05版《高规》对于等效宽度在本质上相同的证明,仅仅存在表达形式上的差异。
3、总结及反思:通过上述的介绍和证明,我们认为素材存在以下问题或不合理性:
第一,等效宽度是基于均匀、均质的实体结构侧向刚度等效推导,但是实际工程结构都是空腹结构,竖向构件的面积占建筑平面面积的比值很小,结构的变形和刚度也不能用实体结构来表示,计算模型与实际模型有质的差异,这样等效无疑是自我安慰。
第二,上述推导可以看出,不存在素材中所言等效宽度源于砌体结构带扶壁柱的高厚比计算一说。就是简单的力学计算和推导,跟是不是砌体、带不带扶壁柱无关。所以,我们的读者思考的时候不必把整楼结构强行与砌体单个构件建立关系,避免逻辑混乱。
第三,素材中对于高宽比的意义大致与12年程懋堃大师等人编写的《全国民用建筑工程设计技术措施—结构(混凝土结构)》一书和15年程懋堃大师的著作《创新思维结构设计—程懋堃设计大师文稿集》一书的内容大同小异,这里也不再多论述。
⑶、《创新思维结构设计程懋堃设计大师文稿集》 程懋堃 著
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