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民工乙的结构设计博客

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无梁楼盖(板柱结构)设计学习 <二>设计理论和计算方法  

2012-03-01 21:01:31|  分类: 结构设计 |  标签: |举报 |字号 订阅

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无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。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外形美观、整体性好,增加层高等优点。不可否认,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,大大提高了施工速度。但需要较厚的楼板,混凝土及钢筋用量较大[1]。常用于地下车库、学校、办公楼等要求充分利用楼层空间或对美观要求较高的建筑。

目前双向板无梁楼盖通常用经验系数、等代框架法和厚板有限元法三种方法计算。

经验系数法

仅适用于垂直荷载下板的内力计算,具体计算公式和限制条件可参考《钢筋混凝土升板结构技术规范》,应特别注意此种计算方法的适用条件。经验系数法计算模式主要是针对升板结构,边跨弯矩系数为端支座没有外侧悬挑板的经验值,如果有外侧悬挑板且负弯矩大于边支座截面负弯矩时,才考虑悬臂弯矩对无梁楼盖的影[2]

2 等代框架法

2.1 等代原则

对于垂直荷载,认为是作用在板上,柱是板的约束者,因而在垂直荷载作用下,等代框架梁截面惯性矩取截面宽度为全板宽,厚度取板厚;至于等代框架柱,则认为是将柱的受弯变形与柱扭臂的受扭变形串连工作的等效结果,因此应对柱的实际截面惯性矩进行折减。

对于水平荷载,认为是作用在框架节点上或者说作用在柱端上,板是柱的约束者,因而在水平荷载作用下,等代框架柱柱的截面惯性矩取实际柱截面,至于等代框架梁,则认为是将柱扭臂的受扭变形与板的受弯变形串连工作的等效结果,因此取等代框架梁截面惯性矩应取宽度为小于全板宽。

2.2 计算方法

(1) 垂直荷载作用下

a)等代框架的梁计算宽度,可取垂直于计算跨度方向的两个相邻区格板中心线之间距离;等代梁高度取板厚。

b)柱的采用折减后的等效抗弯刚度,具体计算可参《双向板无梁楼盖》。

c)应考虑活何载的不利组合。

(2) 水平荷载作用下

a)等代框架的梁计算宽度,取By = 1 /2 ( Lx + Bce) By =3 /4 Ly的较小值;式中:By为等代框架梁的计算宽度;LxLy为两个方向的跨度,即柱距Bce为柱帽的有效宽度;等代梁高

度取板厚。

b) 柱的截面惯性矩按实际柱截面计算。

(3垂直荷载作用下计算的各截面弯矩在柱上板带和跨中板带按一定的比例分配。

(4)水平荷载作用下计算的弯矩均分配给柱上板带。

3 利用PKPM进行无梁楼盖设计

3.1 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:

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。模型建立后再TAT软件进行三维分析。这种方法对楼板的模拟与实际工程情况有一些出入。

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,可以采用弹性楼板模拟楼板的刚度和计算变形,此时SATWE软件对无梁楼盖结构进行三维整体分析计算必须选择总刚算法进行计算。SATWE软件不用将楼板简化为双向等代框架梁体系,直接对无梁楼盖体系进行三维分析计算。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100x100的虚梁。布置虚梁的目有二一是为了SATWE软件在PMCAD的前处理过程中能够自动读取楼板的边界信息;二是为了辅助弹性楼板单元的划分。PKPM虚梁不参与结构的整体分析,S ATWE的前处理程序会自动将所有的虚梁过滤。

3.2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PKPM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由于有限元的计算原理所致,楼板的有限元划网格分长度不一样可能会对计算结果产生一定的影响。

首先生成楼板有限元分析数据,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定义预应力参数。接着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。我们还可以在楼板上添加在PMCAD建模时无法输入的板上的任意线荷载及点荷载。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。

4注意事项

使用SlabCAD模块进行计算时应特别注意,SLABCAD模块无法进行活载不利分布计算,以至于板的跨中弯矩包络图比考虑活载不利分布计算时的弯矩包络图偏小较多。特别是当活载在垂直荷载中所占的比例较大且柱相对梁的刚度较弱时,表现更为明显。因未考虑活载不利分布,会导致板正弯矩抗力设计偏小较多,以至在使用时挠度过大和裂缝过宽,使其不满足正常使用极限状态下要求。所以必须对SLABCAD计算结果中的板跨中弯矩进行放大。

经验系数法(或称直接设计法)和等代框架法无梁楼盖两种简化计算模式,这两种方法的共同点是柱上板带承担65~67%的跨间总弯矩设计值跨中板带承担33~35%的跨间总弯矩设计值;区别在于等代框架法的适用范围更广,经验系数法计算模式简单,但限制条件较多。单层地下工程一般柱网较为规则,可以满足经验系数法的假定要求,是设计中常用的方法。

[1]朱聘儒  双向板无梁楼盖[M]. 中国建筑工业出版社 1999.

[2]钢筋混凝土升板结构技术规范GBJ 13090[M]. 中国建筑工业出版社.

[3]黄兴发 无梁楼盖体系的几种常用计算方法[J]. 福建建筑,2006,2:32-33.



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