運用PKPM軟體進行無樑樓蓋結構的設計

無樑樓蓋結構體系又稱板柱結構體系,這是相對梁板結構體系而言的。在我國,無樑樓蓋結構體系是近年來發展較為迅速的一項建築結構新技術。較之傳統的密肋梁結構體系它具有整體性好、建築空間大,可有效地增加層高等優點。並且,採用無樑樓蓋體系的建築物的地震效應也要明顯小於層高較大的梁板結構體系的建築物。在施工方面,採用無樑樓蓋結構體系的建築物具有施工支模簡單、樓面鋼筋綁紮方便,裝置安裝方便等優點,從而大大提高了施工速度。因此,採用無樑樓蓋結構具有明顯的經濟效益和社會效益。

對無樑樓蓋這種結構來說,其設計計算主要分為兩塊:結構整體的空間結構分析和無樑樓蓋本身的分析計算。目前,PKPM系列結構設計軟體對這兩方面的設計都已經有比較成熟的分析方法。下面我們就此分別做一些介紹:

I.無樑樓蓋的整體三維計算

無樑樓蓋結構的整體計算可透過PKPM軟體中的TAT軟體或SATWE軟體進行。當然,這兩個軟體對無樑樓蓋在三維計算中的建模處理是不一樣的:

在TAT軟體中,對於無樑樓蓋結構來說,由於沒有梁和柱子相連,一般我們必須按照規範中的規定將板簡化為雙向等代框架樑進行計算。因此,在用P MCAD對無樑樓蓋進行人機互動式建模時,首先應確定等代框架樑的寬、高,也即確定等代框架樑的剛度。一般來說,等代框架樑的剛度由板寬決定:我們通常取柱距的1 /2板寬為等代框架樑的寬、高。確定等代框架樑的剛度之後,再將等代框架樑作為普通的主樑輸入。比如下例中橫向柱距為5400mm,則該向的等代梁截面定義為2 700mm*2700mm,縱向柱距為3000mm,則該向等代梁截面定義為1500mm*1500mm。然後將所定義的等代框架樑佈置好,如下圖所示:

模型建立後再接力TAT軟體進行三維分析。TAT的分析計算過程我們在此就不贅述了。當然,這種方法對樓板的模擬與實際工程情況有一些出入,因此我們還可以採用S ATWE進行更為準確的計算。

在採用SATWE軟體分析無樑樓蓋結構時,由於SATWE軟體具有考慮樓板彈性變形的功能,可以採用彈性樓板單元較為真實的模擬樓板的剛度和計算變形。尤其是在2 001年4月以後的版本中增加了一種能真實計算樓板平面內和平面外的剛度的樓板假定:彈性板6。因此我們就不用將樓板簡化為雙向等代框架樑體系了,而是直接對無樑樓蓋體系進行三維分析計算。當然,我們還必須在建模時進行一定的處理:在P MCAD人機互動式輸入時,在以前需輸入等代框架樑的位置上佈置截面尺寸為100*100的矩形截面虛梁。(但在邊界處及開洞處最好是佈置實梁)。如下圖所示:

這裡佈置虛梁的目的有二:其一是為了SATWE軟體在接力PMCAD的前處理過程中能夠自動讀取樓板的外邊界資訊;其二是為了輔助彈性樓板單元的劃分。當然,虛梁是不參與結構的整體分析的,實際上S ATWE的前處理程式會自動將所有的虛梁過濾掉。此外,為了正確分析該結構,在SATWE程式中還應將無樑樓蓋的樓板定義為彈性樓板。如下圖所示:

模型建立後就可使用SATWE軟體對無樑樓蓋結構進行三維整體分析計算了。必須注意的是,由於在此定義了彈性樓板,我們必須選擇“演算法二”即總剛演算法進行計算。

II.樓蓋的設計計算

無樑樓蓋的整體分析計算完成後,我們可以利用SATWE軟體中的“複雜樓板有限元計算”SLABCAD模組進行樓蓋的分析計算。

首先點取“生成樓板有限元分析資料”選單來生成有關的計算資料,並將相應的計算條件及計算引數進行定義。如果是預應力樓板的話還應將預應力引數選取。如下圖所示:

當然,此時必須注意的是:由於有限元的計算原理所致,對於樓板的有限元劃分長度不一樣可能會對計算結果產生一定的影響。

同時我們還可補充輸入無樑樓蓋的其它資料,如樓板的洞口及柱帽等特殊構件。並可對樓板不同部位的板厚進修改:

同時,我們還可以在樓板上新增任意的荷載,包括在PMCAD建模時無法輸入的板上的任意線荷載及點荷載。如下圖所示:

此外,我們還可以輸入支座沉降及約束等補充資料。SLABCAD的補充資料輸入完畢後我們就可以透過“有限元分析和計算”選單對無樑樓蓋進性設計計算了。對無樑樓蓋的計算內容主要包括樓板的內力、位移、配筋計算及板的衝切驗算等。計算完畢後再透過“分析結果圖形顯示”選單查詢其計算結果。

最後,必須指出的是:對於現代高層建築中比較常見的厚板轉換層的計算也可象無樑樓蓋結構一樣進行類似的處理計算。但是如果要在SA TWE軟體中計算厚板轉換層時,在使用PMCAD進行人機互動式輸入時必須注意:除了要象無樑樓蓋結構一樣要輸入虛梁以外,層高的輸入有所改變。應將厚板的板厚均分給與其相鄰兩層的層高。即取與厚板相鄰的兩層層高分別為其淨空加上厚板的一半板厚:如第i 層有厚度為Bt的厚板,在PMCAD互動式輸入中,則第i層的板厚輸入值為Bt,層高為Hi+Bt/2,第i+1層的層高為Hi+1+Bt/2。

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