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第一篇无梁楼盖:无梁楼盖结构的设计计算
梁楼盖结构体系又称板柱结构体系,这是相对梁板结构体系而言的。在我国,无梁楼盖结构体系是近年来发展较为迅速的一项建筑结构新技术。较之传统的密肋梁结构体系它具有整体性好、建筑空间大,可有效地增加层高等优点。并且,采用无梁楼盖体系的建筑物的地震效应也要明显小于层高较大的梁板结构体系的建筑物。在施工方面,采用无梁楼盖结构体系的建筑物具有施工支模简单、楼面钢筋绑扎方便,设备安装方便等优点,从而大大提高了施工速度。因此,采用无梁楼盖结构具有明显的经济效益和社会效益。 对无梁楼盖这种结构来说,其设计计算主要分为两块:结构整体的空间结构分析和无梁楼盖本身的分析计算。目前,PKPM系列结构设计软件对这两方面的设计都已经有比较成熟的分析方法。下面我们就此分别做一些介绍: I.无梁楼盖的整体三维计算 无梁楼盖结构的整体计算可通过PKPM软件中的TAT软件或SATWE软件进行。当然,这两个软件对无梁楼盖在三维计算中的建模处理是不一样的: 在TAT软件中,对于无梁楼盖结构来说,由于没有梁和柱子相连,一般我们必须按照规范中的规定将板简化为双向等代框架梁进行计算。因此,在用P MCAD对无梁楼盖进行人机交互式建模时,首先应确定等代框架梁的宽、高,也即确定等代框架梁的刚度。一般来说,等代框架梁的刚度由板宽决定:我们通常取柱距的1 /2板宽为等代框架梁的宽、高。确定等代框架梁的刚度之后,再将等代框架梁作为普通的主梁输入。比如下例中横向柱距为5400mm,则该向的等代梁截面定义为2 700mm*2700mm,纵向柱距为3000mm,则该向等代梁截面定义为1500mm*1500mm。然后将所定义的等代框架梁布置好.模型建立后再接力TAT软件进行三维分析。TAT的分析计算过程我们在此就不赘述了。当然,这种方法对楼板的模拟与实际工程情况有一些出入,因此我们还可以采用S ATWE进行更为准确的计算。 在采用SATWE软件分析无梁楼盖结构时,由于SATWE软件具有考虑楼板弹性变形的功能,可以采用弹性楼板单元较为真实的模拟楼板的刚度和计算变形。尤其是在2 001年4月以后的版本中增加了一种能真实计算楼板平面内和平面外的刚度的楼板假定:弹性板6。因此我们就不用将楼板简化为双向等代框架梁体系了,而是直接对无梁楼盖体系进行三维分析计算。当然,我们还必须在建模时进行一定的处理:在P MCAD人机交互式输入时,在以前需输入等代框架梁的位置上布置截面尺寸为100*100的矩形截面虚梁。(但在边界处及开洞处最好是布置实梁)。这里布置虚梁的目的有二:其一是为了SATWE软件在接力PMCAD的前处理过程中能够自动读取楼板的外边界信息;其二是为了辅助弹性楼板单元的划分。当然,虚梁是不参与结构的整体分析的,实际上S ATWE的前处理程序会自动将所有的虚梁过滤掉。此外,为了正确分析该结构,在SATWE程序中还应将无梁楼盖的楼板定义为弹性楼板。模型建立后就可使用SATWE软件对无梁楼盖结构进行三维整体分析计算了。必须注意的是,由于在此定义了弹性楼板,我们必须选择“算法二”即总刚算法进行计算。 II.楼盖的设计计算 无梁楼盖的整体分析计算完成后,我们可以利用SATWE软件中的“复杂楼板有限元计算”SLABCAD模块进行楼盖的分析计算。 首先点取“生成楼板有限元分析数据”菜单来生成有关的计算数据,并将相应的计算条件及计算参数进行定义。如果是预应力楼板的话还应将预应力参数选 当然,此时必须注意的是:由于有限元的计算原理所致,对于楼板的有限元划分长度不一样可能会对计算结果产生一定的影响。同时我们还可补充输入无梁楼盖的其它数据,如楼板的洞口及柱帽等特殊构件。并可对楼板不同部位的板厚进修改:同时,我们还可以在楼板上添加任意的荷载,包括在PMCAD建模时无法输入的板上的任意线荷载及点荷载。此外,我们还可以输入支座沉降及约束等补充数据。SLABCAD的补充数据输入完毕后我们就可以通过“有限元分析和计算”菜单对无梁楼盖进性设计计算了。对无梁楼盖的计算内容主要包括楼板的内力、位移、配筋计算及板的冲切验算等。计算完毕后再通过“分析结果图形显示”菜单查询其计算结果。 最后,必须指出的是:对于现代高层建筑中比较常见的厚板转换层的计算也可象无梁楼盖结构一样进行类似的处理计算。但是如果要在SA TWE软件中计算厚板转换层时,在使用PMCAD进行人机交互式输入时必须注意:除了要象无梁楼盖结构一样要输入虚梁以外,层高的输入有所改变。应将厚板的板厚均分给与其相邻两层的层高。即取与厚板相邻的两层层高分别为其净空加上厚板的一半板厚:如第i 层有厚度为Bt的厚板,在PMCAD交互式输入中,则第i层的板厚输入值为Bt,层高为Hi+Bt/2,第i+1层的层高为Hi+1+Bt/2。无梁楼盖结构 无梁盖结构是指楼盖平板(或双向密肋板)直接支承在柱子上,而不设主梁和次梁,楼面荷载直接通过柱子传至基础。 补充:无梁楼盖高新建筑技术 无梁楼盖高新建筑技术,是在现浇钢筋混凝土楼盖结构中,采取埋芯(非抽芯)成孔工艺,在楼盖内每隔一定间距,放置圆形或方形或梯形或异形GBF高强复合薄壁管(盒),然后浇灌混凝土,从而形成了类似无数小工字梁受力的现浇多孔空心板或以密助形式受力的现浇空心板。 采用无梁楼盖技术施工后的楼层,全层楼盖因无梁障目而一望到边,将来分隔楼层空间相当灵活,且可省去吊天花板装修费用。据称,应用这种技术,可使建筑物结构自重减轻,比普通混凝土平板减少混凝土用量40%,比预应力平板减少混凝土用量12%。
第二篇无梁楼盖:无梁楼盖(混凝土现浇空心楼板)
想要大规模应用台模的前置技术是无梁楼盖(混凝土空心楼板)
轻钢复合围护墙体?
整体卫浴?
台模?
台模+轻钢+整体卫浴=解决方案
现浇混凝土空心无梁楼盖
一、 概述
钢筋砼在建筑中占统治地位。但由于现代建筑对层高、自重、大空间、灵活间隔以及抗震等提出了更高的要求,人们致力于研究新的、更舒适的、技术经济效果更好的钢筋砼结构体系,因此高强薄壁管在中国率先实施了钢筋砼空心、无梁、无柱帽。将新型、有效的结构概念引入建筑。这项技术将使用的完善性颚式破碎机实现的经济性、实施的快捷性完美的统一。
l 现浇砼空心无梁楼盖与其它结构比较
1、与普通楼板比较:
(1) 施工速度快,省去了梁的支模工序,缩短施工工期40%左右;
(2) 减少模板裁损;
(3) 节约机械、周转材料的租用费用极其它不变成本。
2、与无黏结预应力无梁楼盖比较:
(1) 施工方便快捷、不需张拉;
(2) 开孔洞方便、射钉、电锤打孔,掉挂不受影响;
(3) 无柱帽、大平板、自重轻;
(4) 防火性能优良,不会因火灾丧失应力而结构破坏。
3、与实心砼无梁楼盖比较:
(1) 自重轻、竖向结构造价低;
(2) 跨度大(非预应力可达15米,采用预应力可达25米);
(3) 开洞方便;
(4) 无柱帽、节省层高。
l 现浇空心无梁楼盖技术的优点
1、使用功能优良
实现真正的平板、无突出部位;开孔洞方便,射钉、电锤打孔,吊挂不受影响;防火性能好,不会因火灾丧失应力而导致结构破坏。
2、抗震性能好
刚度大、自重轻、挠度小、无柱帽、抗震性能好。
3、综合经济效益提高
该项技术的土建工程费用与一般钢筋砼框架结构基本持平,与一般的平板、无梁板相比,工程费用大大降低。对于采用集中式空调的建筑来说,板高比梁高减少0.4米左右,有利于水平管线,特别是空调管道的安装,因而提高了建筑净空。如果建筑仍按原来净高进行设计,则可以降低层高,等于增加了层数,增加了使用面积。给业主带来了可观的经济效益。与国内现有的实心无梁板颚式破碎机无黏结预应力砼楼板比较,节省钢材5%-8%,节省砼量10%-40%,节省竖向水、电、电梯、空调、内墙、外墙装饰费用5%-15%。
4、节约装修费用
平板,无需吊顶,同时层高降低了,也就减少了竖向的电梯、内外墙等装修费用,更重要的是减少了吊顶更新等经常性开支。
5、真正实现空间灵活间隔
此种楼板使分隔墙的真正任意布置成为可能。由于墙体可以任意移动,可以根据业主不同的要求度身订造出不同面积、不同开间的房间;业主也可以在房间内进行完全个性化的设计,而无需在结构上进行作改动。
6、施工经济、方便
与普通梁板结构相比,减少了模板的损耗,减少了支、拆模板的人工费用,施工简便,可节省工期1/3,降低施工成本。与无黏结预应力无梁楼盖相比,不需张拉,一次成型,施工快捷方便。
7、隔音效果优良
该楼盖的封闭空腔技术大大的减少了噪音的传递,楼盖隔音效果提高了5-12分贝,解决了图书馆、教学楼、住宅、医院、疗养院等噪音问题。
8、隔热、保温性能显著提高
封闭空腔结构减少了热量的传递,使隔热、保温性能得到显著的提高,对于采用空调的建筑来说,大大降低了空调费用,而对大型冷库、储物库等,此种效益尤其明显。
l 现浇空心无梁楼盖的应用前景
现浇砼空心(高强薄壁管)无梁楼该技术是我国建筑结构领域的一项重大创新,、它为21世纪建筑现代化提供了技术支撑,是一种性能价格比优越、更符合人性的高技术水平的结构体系,具有巨大的社会经济价值。该技术自短短几年来,已成功地应用于各类建筑工程,应用面积达100多万平方米,创造社会经济价值效益超过1.5亿元,实例工程遍布全国,市场潜力巨大,推广应用前景广阔。
二、 设计方法
现浇无梁空心楼盖应归类于现浇空心平板之中,是采用与混凝土紧密结合的高强薄壁管现浇成型的空心平板。
高强薄壁管是一根一定长度两端封闭壁厚3~5mm的高强空心管,与混凝土共同工作具有优良的特性。
配筋计算时,平行布管方向可简化为“工”截面进行内力配筋计算,垂直布管方向时跨中板带截面按(如图1)进行内力配筋计算,柱上板带截面按(如图2)进行内力配筋计算。
l 结构布置
1、暗梁布置:根据建筑要求,在需要板底平整的柱与柱、柱与剪力墙布置暗梁,其高度取L/25~L/30(L为较大的柱距,板厚由刚度要求和满足板柱冲切要求计算确定),宽度取400~1200(具体由计算定)。暗梁高度与空心板厚度相同。在建筑不需要板底平整的地方(如外围框架、电梯井筒内)布置一般框架梁,梁截面按一般框架梁取值。
2、空心板薄壁管布置:对于一般纵横向柱距相近的楼盖,空心板的薄壁管布置可沿同一个方向布置;对于一方向柱距很长,另一方向柱距较短的楼盖,对于无梁楼盖颚式破碎机薄壁管的布置方向宜与柱跨度较大的方向平行,对于肋梁楼盖,薄壁管的布置方向宜与柱跨度较小的方向平行。薄壁管管段长950mm,段间留150~250mm砼肋(具体由满足砼肋内V
l 构造要求
1、空心板配筋构造参考“现浇砼空心楼盖结构说明”;
2、板中薄壁管间净距取0.08-0.30h,且不小于30;薄壁管顶管底砼厚取0.1-0.2h(h为板厚),且不小于40;对于有暗埋线管的楼面,不少于50;同时板中空心管间净距应满足砼肋内V〈=0.07fcb2h的抗剪条件,板支座和板中混凝土受压区高度小于空心管顶、管底砼厚。
3、最小配筋率为0.2%,最大配筋率为1.2%。
4、空心率30%-50%。
5、薄壁管离梁边,预留孔洞边应不小于50。
6、空心板中给排水管顶预留洞,烟道预留洞处薄壁管断开,板钢筋绕过预留洞伸入支座,对于钢筋无法绕过预留洞的可将钢筋切断,但应在预留洞两边补足钢筋,且伸入支座。
7、厕所板下凹时,则在凹板边设暗梁,暗梁伸至框架梁支承。
卫生间楼面可下降80-360mm
三、 设计原则
设计计算方面,空心无梁楼盖体系按照“空间等代框架”的原则进行计算,柱与柱之间布置暗梁,通过现浇实心暗梁与现浇空心楼盖上下翼缘紧密接合形成加强的扁框架梁。空心无梁楼盖沿顺管方向为“I”字形截面,有可靠的传力保证,在垂直管方向楼板内配置了肋间钢筋可形成空间桁架的传力构件,垂直管方向最薄弱处仅存在上下翼缘,为了保证上下翼缘共同工作且在垂直管方向可靠的传力途径,必须采取相应措施提高楼板的整体性,所以空心管的排放为一根一根对接,中间留肋以增强楼板整体性,使楼板形成明显的双向受力特性。
四、 设计说明
现浇空心无梁楼盖技术的适用范围:
1、大跨度和大荷载、大空间的多层和高层建筑。如:商业楼、办公楼、图书管、展览管、教学楼、车站、多层停车场等大中型公共建筑和工业厂房、仓库。
2、需要灵活间隔、或经常改变使用用途的建筑,如:宾馆、娱乐场所、住宅、公寓等。
3、采用集中式空调的建筑。
4、有特殊隔音、保暖要求的建筑。
普通钢筋混凝土无梁楼盖结构的设计
1无梁楼盖结构体系的特点
无梁楼盖结构体系也即板柱结构体系。钢筋混凝土无梁楼盖是组成板柱结构体系重要的结构构件,它施工支模简单,绑扎钢筋方便,能提供较大的建筑净空,便于设备管道的布置与安装,减少建筑层高;在地下结构中采用,可以减少基础埋深,减少基坑土方开挖和基坑支护费用,当遇地下水位埋藏浅时,还可减少施工降水费用。
从结构传力途径方面来说,无梁楼盖结构竖向重力荷载直接由板传到竖向受力构件柱和墙,传力路径简捷。与一般的梁板式楼盖相比,它的楼板厚度较大,楼盖的材料用量较多,以无梁楼盖的经济跨度6米柱网为例,当活荷载标准值为4.0kN/m2时,双向无梁楼盖板的折算厚度为180mm,钢筋用量(按HPB235级钢筋和HRB335级钢筋计,直径大于等于12者用HRB335级钢筋,下同)在20kg/m2左右,普通梁板式楼板的折算厚度为140mm~150mm,钢筋用量在16kg/m2左右。
从结构受力特点方面看,无梁楼盖的抗弯刚度较小,柱上板带的内力要远大于跨中板带,柱子周边的应力高度集中,板与柱子连接部位的破坏形式为冲切破坏;板柱结构的抗侧刚度较普通框架结构要小,在水平风荷载或地震作用下,无梁楼盖结构的板柱节点部位会产生不平衡弯矩,这种不平衡弯矩的反复作用严重影响板柱节点的承载力。因此,国家新近颁布实施的混凝土结构设计规范和建筑抗震规范对板柱结构体系的使用从使用范围上及结构构造上作了规定。
无梁楼盖结构体系最早始于20世纪初的美国,大量应用是在第二次世界大战之后,主要用于高层公寓建筑。在我国,国内第一栋板柱结构试点建筑于1980年建成于四川成都,为六层住宅楼。陕西最早的板柱结构建筑为西安唐城百货大厦,建成于20世纪80年代初期。 在我国,无梁楼盖结构常用于商场,书库,仓库,冷库等类建筑。
在非抗震设防区采用无梁楼盖结构具有较好的经济和安全效益,在抗震设防区,当因城市规划需要房屋建筑高度受到限制时,采用板柱结构也会取得较好的经济效益,但应注意要采取针对性的抗震措施。
本文普通钢筋混凝土无梁楼盖所指为现浇实心的钢筋混凝土无梁楼盖,以区别于现浇空心楼盖。
2.无梁楼盖设计的一般规定
(1)无梁楼盖的柱网一般布置成正方形或矩形,以正方形比较经济,通常跨度为6米左右;
(2)无梁楼盖的柱网在每一方向不得小于三跨,以保证结构有足够的侧向刚度;
(3)无梁楼盖的厚度h由受弯和受冲切计算确定,且不应小于150,板的厚度与柱网区格长边计算跨度l0的比值为:无柱帽时,h/ l0不小于30,有柱帽时,h/ l0不小于35;
(4)无梁楼盖的周边应设圈梁,圈梁高度不小于板厚度的2.5倍;
(5)无梁楼盖柱帽的设置及尺寸一般由建筑美观要求和板的抗冲切承载力控制。
3.无梁楼盖内力的计算
现浇无梁楼盖结构内力的分析方法可分为三大类,线弹性分析法、考虑塑性内力重分布分析法和塑性分析法。我国升板规范中的经验系数法和等代框架法均属于线弹性分析法的范畴,是在对国内外无梁楼盖结构设计计算分析研究和试验的基础上,根据我国工程实践经归纳总结推荐的简化方法,要满足一定的条件。
3.1经验系数法
经验系数法是根据弹性薄板理论的分析计算结果,经归纳、总结、简化给出了竖向荷载作用下柱上板带和跨中板带在跨中截面、支座截面处的弯矩分配系数。计算时,先算出总弯矩,再乘以相应的弯矩分配系数即可得到各控制截面的弯矩。经验系数法板带弯矩分配系数如下表所示:
表3.1.1:经验系数法板带弯矩分配系数
截面位置
柱上板带
跨中板带
内跨
支座处截面
0.50
0.17
跨中处截面
0.18
0.15
端跨
边支座处截面
0.33
0.04
跨中处截面
0.26
0.22
第一内支座处截面
0.50
0.17
注:1在总弯矩量不变的条件下,必要时可将柱上板带负弯矩的10%分配给跨中板带;
2对边跨,当有悬臂板且悬臂长度较大时,应考虑悬臂板产生的弯矩对边支座和内跨弯矩的影响。
表中弯矩分配系数是在一定的条件下简化得到的,只要满足这一定的条件,各截面弯矩值的误差在工程设计允许的范围内。采用经验系数法要满足的一定条件如下:
(1)每个方向至少有三个连续跨;
(2)任一区格板的长边与短边之比值不应大于1.5;
(3)同方向最大跨度与最小跨度的比值不应大于1.2;
(4)活荷载为均布荷载,且不大于恒荷载的三倍。
当可变荷载为人防荷载时,考虑到在人防荷载作用下,构件支座处允许出现适当的塑性变形,产生内力重分布,人防设计手册[1]提供的考虑塑性内力重分布后的弯矩分配系数如表3.1.2所示:
表3.1.2:人防荷载作用下板带弯矩分配系数
截面位置
柱上板带
跨中板带
内跨
支座处截面
0.43
0.15
跨中处截面
0.23
0.19
端跨
边支座处截面
0.38
0.20
跨中处截面
0.23
0.19
第一内支座处截面
0.43
0.15
黄成若等人,在试验分析研究的基础上,提出了考虑塑性内力重分布的弯矩分配系数。【2】如表3.2.3所示,表3.2.3为设有边梁时的板带弯矩分配系数。
表3.1.3:考虑塑性内力重分布板带弯矩分配系数
截面位置
柱上板带
跨中板带
内跨
支座处截面
0.42
0.15
跨中处截面
0.24
0.19
端跨
边支座处截面
0.34
0.07
跨中处截面
0.27
0.24
第一内支座处截面
0.42
0.15
经验系数法中的总弯矩按下式计算,计算每一方向的总弯矩时,均假定可变荷载满跨布置。
MX=qby(lx-cx/3)2/8
My=qbx(ly-cy/3)2/8
式中,q?竖向分布荷载设计值;
cX,cY?柱帽在弯矩方向的有效宽度,无柱帽时取零;
lx, ly-?无梁楼盖的计算跨度;
bx,by?无梁楼盖竖向分布荷载的计算宽度。
3.2等代框架法
凡是不适合用经验系数法的,可用等待框架法来计算无梁楼盖的内力。应用等待框架法也有限制条件,即无梁楼盖任一区格长跨和短跨之比不大于3。
等代框架法是将整个结构沿纵、横向柱列划分为具有“框架梁”和“框架柱”的纵、横向框架,其框架梁的高度取板厚,框架梁的宽度取值与荷载的性质有观,当为竖向荷载作用时,取板跨中心线间的距离,当为水平荷载作用时,取板跨中心线间的距离的一半。
按等代框架法计算内力时,应考虑活荷载不利布置,最后得到的框架梁弯矩值按表3.2.1的弯矩分配系数进行分配。
表3.2.1:等待框架法板带弯矩分配系数
截面位置
柱上板带
跨中板带
内跨
支座处截面
0.75
0.25
跨中处截面
0.55
0.45
端跨
边支座处截面
0.75
0.25
跨中处截面
0.55
0.45
第一内支座处截面
0.90
0.10
注1.在总弯矩量不变的条件下,必要时允许将柱上板带负弯矩的10%分配给跨中板带;
2.对有柱帽的板,在竖向荷载作用时,所有截面的计算弯矩可乘以0.8的折减系数。
3.3弹性有限元分析法
应用中国建筑科学研究院编制的TAT和SATWE软件,再配合SLABCAD复杂楼板分析与设计软件,可以对无梁楼盖结构进行各种荷载作用下的分析与设计。具体方法和要求详见软件使用手册。
4.板柱节点的设计
要问无梁楼盖结构的设计重点,笔者以为当属板柱节点的设计。前已所述,无梁楼盖结构板柱节点的破坏属脆性的冲切破坏,且在水平荷载作用下,板柱节点部位会产生不平衡弯矩,不平衡弯矩在板柱间的往复作用,会大大消弱板柱节点的抗冲切承载能力。有关板柱节点的抗冲切验算现行混凝土结构设计规范【3】已作详细规定,在此不作论述,此处笔者仅根据设计经验及所搜集到的资料,对提高板柱节点抗冲切承载力的措施作以归纳,简述如下:
(1)结构布置时,尽量将无梁楼盖结构建筑设计成刚性方案,使水平荷载集中地由抗侧力结构承担,减小板柱节点部位由水平荷载产生的往复弯矩;
(2)结构布置时,应在无梁楼盖结构的周边设置边梁,利用边柱受扭卸去边柱、角柱板柱节点内由竖向荷载产生的一部分弯矩和剪力;纵横方向的柱网尺寸不应相差太大;每一方向的柱网不宜小于三跨;
(3)设置抗冲切钢筋提高板柱节点的抗冲切承载力,抗冲切钢筋有箍筋和吊筋;
(4)内埋钢结构抗剪键,提高板柱节点的抗冲切承载力,抗剪键可采用型钢制作,常用工字钢。构件的翼缘宽厚比和腹板高厚比应满足规范要求。
(5)当柱网尺寸较大时设置柱帽或托板;
(6)采用较高强度的混凝土,适当增加板厚。
参考文献
【1】北京市建筑设计标准化办公室主编,防空地下室结构设计手册。中国建筑工业出版社,2008年12月第一版。
【2】黄成若,郭富田等,钢筋混凝土无梁楼盖的弹塑性内力分析,混凝土基本理论及工程应用第三届学术讨论会论文集,湖南科学技术出版社,1993年。
【3】中华人民共和国标准,混凝土结构设计规范(GB50010-2010),中国建筑工业出版社,2011年5月。
第三篇无梁楼盖:最全方位无梁楼盖设计解析!保证不出事故!
无梁楼盖出了事故,在设计圈传的风生水起,所谓好事不出门,坏事传千里。其实大家不必这么恐慌,接下来结合我的工作实践,我给大家介绍一下在 “板柱结构”的设计中普遍存在的一些问题,精心设计,保证不出问题!
一、常见形式二、存在问题1、板面荷载的分配(传递)方式工作中大家一般认为板面荷载的传递方式有四种方式:
第一种:悬挑板方式——只向一边传递
第二种:单向板方式——沿短向传递(两边传递)
第三种:双向板方式——塑性铰线传递(四边传递)
第四种:弹性梁、板协同方式——有限元方式
其实这也正是目前我们所常用结构分析软件能够提供给大家的四种板面荷载的传递方式。
正是由于以上的观念,在大家头脑中根深蒂固,在建立结构分析模型时,往往习惯于在柱间布置完梁(含等代梁、虚梁、暗梁)后,由程序来进行整体分析,殊不知,由于无梁楼板的传递方式有其特殊性,往往导致采用软件的结果存在安全隐患。
林同炎教授早在1981年其所著书《结构概念与体系》(典型教材或资料,第一本)中已做过明确推导说明,现将结论摘录如下:无梁板必须首先在一个方向(单向板)传递全部荷载,然后在另一个方向再完全一样地传递一次全部荷载。尽管有些设计人员往往不能认识到这一点,但这是明确的。
林大师的这个结论,在《建筑结构专业技术措施》 (典型教材或资料,第二本)中已有细致、准确的运用,这也是我能找到的唯一一本!
可以想象,荷载传递分配有问题的软件(以SATWE为例)分析结果,能不能拿来就用?
前三种方式通常称作——平面导荷方式,就是传统的处理方式,即作用在各房间楼板上恒活面荷载被导算到了房间周边的梁或者墙上,在上部结构的考虑弹性板的计算中,弹性板上已经没有作用竖向荷载,起作用的仅是弹性板的面内刚度和面外刚度,这样的工作方式不符合楼板实际的工作状况,因此也得不出弹性楼板本身的配筋计算结果。
有限元方式是在上部结构计算时,恒活面荷载直接作用在弹性楼板上,不被导算到周边的梁墙上,板上的荷载是通过板的有限元计算才能导算到周边杆件。这样的工作方式与平面导荷方式相比有两个主要变化:
一是经有限元计算板上荷载不仅传到周边梁墙,也同时传给柱,换句话说柱的受力增加,梁承受的荷载将减少。特别是平面导荷方式传给周边梁墙的荷载只有竖向荷载,没有弯矩,而有限元计算方式传给梁墙的不仅有竖向荷载,还有墙的面外弯矩和梁的扭矩,对于边梁或边墙这种弯矩和扭矩常是不应忽略的;
二是弹性板既参与了恒活竖向荷载计算,又参与了风、地震等水平荷载的计算,计算结果可以直接得出弹性板本身的配筋。
有限元方式可以佐证上述林同炎大师的结论!
2、等代梁与虚梁的建模
等代梁的概念来源于钢筋《混凝土升板结构技术规范》,是为了模拟无梁板刚度以及便于荷载在柱上板带与跨中板带而提出的用于结构分析时的概念,要想利用结构分析软件的结果,那么在建模中要注意的一些准备工作,在《建筑结构专业技术措施》 (典型教材或资料,第二本)中已有细致、明确的提醒。看后可以得出结论,要想直接利用软件(以SATWE为例)的结果,要做大量而细致的手工补充计算,稍不留神,就会犯错 !而且效率大大降低!
如果只需要设计无梁楼板,且不考虑水平荷载作用时,还可以采用虚梁建模。用虚梁建模的注意事项,各个分析软件都有相关说明。
采用虚梁建模时,房间(大板)内需增加布置虚梁,以便得到准确受力!
为了保证弹性板与梁变形协调,应勾选参数“梁与弹性板变形协调”,这样梁的中间节点和板的中间节点是联系在一起工作的。但是,如果不勾选这个参数,板只在梁端节点和梁连接,不能发挥出板和梁共同工作的能力。
3、板的力学模型选取
楼板作为一种空间薄壳结构,可以用壳单元来模拟其刚度。
楼板刚度(壳单元)由面内刚度和面外刚度两部分组成:
面内刚度——膜剪切单元。
面外刚度——板弯曲单元。
楼板分析可以有以下几种分析模型:
刚性楼板:平面内刚度无限大;平面外刚度为0。
弹性板6:平面内、平面外都按实际刚度计算 。
弹性板3:平面内刚度无限大;平面外按实际刚度计算 。
弹性膜:平面内按实际刚度计算;平面外刚度为0 。
各种楼板特性的应用条件:
“刚性楼板”的适用范围:绝大多数结构只要楼板没有特别的削弱、不连续,均可采用这个假定。
相关注意:由于“刚性楼板假定”没有考虑板面外的刚度,所以可以通过“梁刚度放大系数”来提高梁面外弯曲刚度,以弥补面外刚度的不足。同样原因,也可通过“梁扭矩折减系数”来适当折减梁的设计扭矩。
“弹性板6 ”的适用范围:所有的工程均可采用。
相关注意:由于已经考虑楼板的面内、面外刚度,则梁刚度不宜放大、梁扭矩不宜折减。板的面外刚度将承担一部分梁柱的面外弯矩,而使梁柱配筋减少。此时结构分析时间大大增加。
“弹性板3 ”的适用范围:需要保证楼板平面内刚度非常大,如厚板转换层中的厚板,板厚达到1m以上。而面外刚度则需要按实际考虑。
相关注意:一般在厚板转换层不设梁,或用等代梁,并注意上下部轴线差异产生的传力问题。
“弹性膜”的适用范围:仅适用于梁柱结构,设计时不使楼板面外刚度承担荷载,不使梁柱配筋减少,以保证梁柱设计的安全度。
相关注意:不能用于“板柱结构”。设计时可以进行梁的刚度放大和扭矩折减。
在上部结构分析中,怎样考虑楼板的作用,应根据工程的特点来选择。不假区分与选择地采用板力学模型,是不可能得到结构的真实受力的!板柱结构只能采用 “弹性板6”的力学模型。不能选择弹性膜模型,因为弹性膜仅有面内刚度!
4、扁梁和暗梁的计算
两塔92m高层结构的大跨度板全部采用箱体空心板,全楼采用无梁楼盖。
本工程高度大于《高规》3.3.1条7度70米的限制,为何不属于超限工程,不需超高超限审查?
6、7度大量高层在100米左右,8度高层在80米左右,8.5度高层在60米左右。如何在这些高层中应用空心板,而又不属于超限工程?
本工程属于框剪结构,不属于板柱墙结构,因为内板采用空心板,而内梁采用扁梁(梁高为400mm),而不是暗梁,扁梁两端有柱连接。
结构设计中的梁分3种:普通梁、扁梁和暗梁,扁梁要满足《抗规》6.3.2的要求:
工程中梁高=400≥16*25,柱的钢筋不能大于25mm,第一道防线剪力墙,第二道防线框架,所以结构类型主要属于框剪结构。
总结:
采用扁梁的框剪结构超过板柱墙结构层高限制的50%还是要超高超限审查,如6度120米,7度105米,8度82.5米,8.5度60米,9度或抗震等级一级不应采用。采用普通梁的的框剪结构不受此限制。
为了保证弹性板与梁变形协调,应勾选参数“梁与弹性板变形协调”,这样梁的中间节点和板的中间节点是联系在一起工作的。但是,如果不勾选这个参数,板只在梁端节点和梁连接,那么梁对竖向构件约束程度会失真,难以保证整体分析的准确性!
5、扁梁和暗梁的计算不需超高超限审查?
扁梁和暗梁有两种计算方法:按梁单元算和按板单元算
1)按梁单元算:按扁梁输入,按实心截面输入,直接计算得到梁的配筋面积。
2)按板单元算:输入虚梁,按板计算,根据板的节点配筋得到梁的配筋面积。
建议采用第1种方法,可避免梁柱交接处的应力集中问题。
6、现浇空心板的计算模型
现浇空心板特点概览一:
现浇空心板是在现浇的楼板内嵌入预制的空心筒芯、箱体或块体。箱体下可以设板,也可以没有板,有板时肋梁为工形截面,无板时肋梁为T形截面。
现浇空心板特点概览二:
现浇空心板的计算有两种模型:
1)按照密肋梁计算
将箱体之间的肋转化成工形截面或者T型截面的肋梁,肋梁翼缘的宽度取肋梁间距的一半,每个房间形成小的交叉梁系,房间周围的梁是肋梁的弹性支座(如果是墙则为竖向不动支座),各个相邻房间的交叉梁系互相连接,再加上楼层的楼面梁共同形成全层的交叉梁体系。软件按照这样的模型计算楼板上的恒载和活载,没有考虑风荷载和地震作用。当箱体下有板时肋梁为工形截面,无板时肋梁为T形截面。计算结构给出肋梁的内力和配筋。肋梁为T形截面时肋梁的配筋全都配置在肋梁内,但对工形截面肋梁的配筋既可配置在肋梁上,又可配置在箱体上下板内。
2)按照楼板的有限元计算
按照弹性楼板6的有限单元法计算,考虑空心板的因素计算时取用楼板的折算刚度,计算折算刚度的公式取自现浇空心板设计规范。需输入的“板元细分最大控制长度”对楼板自动划分单元,对楼面梁按照考虑梁刚度的弹性支座计算。
力学单元不同,计算结果可能会有较大不同。设计师应有能力,根据工程的具体情况,选用不同的计算方式。
7、设计中如何做?
1) 由于SATWE软件,总是将板面荷载直接倒算到梁(无论是暗梁还是虚梁)上进行整体分析,即使采用了弹性楼板,也没有按上述所提到的“有限元方式”导荷方式,梁板协同必然不够准确。当然也就无法输出弹性板经整体分析后的内力(水平荷载与竖向荷载下)。而采用等代梁分析,正如前述,结构建模的工作量会大大增加,因此对于板柱结构,不建议用SATWE软件进行分析!
另外如上所述,梁板协同存在问题,那么梁对竖向构件(柱、墙)的约束必然也不够准确,可见考虑弹性板后的SATWE软件整体分析结果,也存在问题!
2) 目前PKPM系列中的PMSAP软件,可以比较完整、准确地解决这个问题!但依然需要细致、准确把握软件的技术条件及关键计算参数的设置。
3) YJK软件、GSSAP软件(广厦建筑结构通用有限元)、 佳构STRAT软件,解决此问题的准确度也取决于使用者对软件技术条件的把握。
7、工程实例