结构的包络设计方法

什么是结构设计中的包络设计方法，在实际工程中如何合理采用包络设计法?

包络设计方法常用来解决结构设计中的疑难问题，实际工程中可以是对构件的包络设计、对局部区域的包络设计，也可以是对整个结构的包络设计等。应根据工程的实际情况灵活掌握。

[问题分析]

1.包络设计法就是对工程中可能出现的情况分别计算，取不利值设计。注意:这里指的是“可能出现”的情况，不是任意夸大，要有必要的分析和判断。要做好结构的包络设计工作必须注重结构概念设计，注重工程经验的积累。

2.工程设计问题千变万化，影响结构效应的因素很多，有时问题盘根错节非常复杂，现有条件下难以准确分析，需要进行不断研究分析并逐步加以解决。但工程问题和科研活动的本质区别在于工程问题不能等，必须及时加以处理。实际工程要求结构设计人员能具备清晰的结构概念和丰富的工程经验，能以最基本的结构理念解决最复杂的工程问题，寻求的是以最低代价解决复杂工程问题的简单而有效的方法。

3.针对不同情况，可以采用不同的包络设计原则。

1)对结构的包络设计

结构体系是影响结构设计的重要因素，然而影响结构体系的因素很多(详细分析见本书第3.1.1条)，以钢筋混凝土结构为例，剪力墙的多少直接影响到结构体系。如:在少量剪力墙的框架结构(详细分析可见本书第3.2.3条)中，对框架需要按框架与剪力墙协同工作及纯框架结构分别计算，包络设计(取不利值设计) (图2.2. 13-1)。其根本的原因在于，在风荷载及多遇地震作用下，结构基本处于弹性阶段，剪力墙虽然数量不多，但由于其自身侧向刚度很大，仍具有很大的抗侧作用，此时框架与剪力墙协同工作，可以把少量剪力墙的框架结构看作和一般框架剪力墙结构一样，需要按框架剪力墙结构进行分析计算。而在设防烈度地震及罕遇地震作用下，剪力墙裂缝开展，刚度急剧退化，还由于剪力墙数量很少，根本不可能成为第-道防线(注意:有网友认为“在少量剪力墙的框架结构中剪力墙可作为第二道防线”，这是错误的，剪力墙具有侧向刚度大的特点，这就决定其不可能成为第二道防线，要么成为第一道防线，要么不能成为第一道防线)，剪力墙所承担的地震作用迅速转嫁给框架结构，此时，少量剪力墙的框架结构可以看作为是纯框架结构，需要按框架结构进行分析，并应验算纯框架结构在罕遇地震作用下的弹塑性位移

(即大震位移)。

上述依据“小震不坏”(含风荷载影响)、“大震不倒”的抗震设计基本要求，围绕着风荷载和多遇地震作用及罕遇地震展开的分阶段计算分析，就是结构包络设计的重要内容，解决的是在不同情况下结构体系的变化所带来的设计难题。

对结构的包络设计还远不止上述的少量剪力墙的框架结构，其他如:少量框架的剪力墙结构、带小裙房的剪力墙住宅、空旷结构中的内部框架按单榀框架进行的补充计算(图2.2.13-2)等。

2)对重要部位的包络设计

对结构重要部位的包络设计是结构设计中常见的包络设计方法，主要根据结构部位的受力复杂程度，对其可能出现的各种情况分别进行分析，取不利值设计，用以解决复杂部位的结构设计问题。如:设置下沉式庭院的结构，由于地下室顶板大开洞而不能作为上部结构的嵌固部位，嵌固端下移至地下一层地面时，应结合工程的具体情况，考虑地下室顶板对上部结构实际存在的嵌固作用(受地下室周边挡土墙及墙外填土的影响)，将地下室顶板及地下一层地面分别作为上部结构的嵌固端，进行相应的分析计算，并取不利值包络设计(图2.2.13-3)。

结构设计中需要进行包络设计的部位还有很多，如转换结构的转换层、连体结构的连接体等。

3)对构件的包络设计

对构件的包络设计是结构设计中最基本的包络设计方法，主要根据构件的受力情况，对其进行补充分析验算，取不利值进行设计，用来解决复杂受力构件的结构设计问题。如:结构设计中经常遇到的主梁端支座与剪力墙平面外连接的问题(图2.2.13-4)，受剪力墙平面外抗弯刚度及主梁抗弯刚度的影响，梁与剪力墙平面外的连接既非刚接也非铰接而属于弹性连接，结构计算中对主梁端支座情况的模拟困难(虽可以采取相应程序进行复杂分析，但费时费工，只有在科研活动中才有可能采用)，常可根据工程具体情况，采用按刚接和铰接分别计算，对主梁端跨底部包络设计，对主梁端支座进行合理配筋。

结构设计中需要进行包络设计的构件很多，如:连梁的包络设计、次梁梁端与主梁的垂直连接、次梁梁端与剪力墙平面外连接等。