运用PKPM软件进行无梁楼盖结构的设计

运用PKPM软件进行无梁楼盖结构的 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。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，如下图所示： 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）。如下图所示： 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。如下图所示： 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取。如下图所示： 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。如下图所示： 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。 无梁楼盖在车库和商场比较有用，尤其在非抗震区。现在谈谈无梁板的设计： 设计： 关于无梁板的内力计算，一般的，软件都不是很好用，pkpm提出过相关计算方法，我觉得也不是很完善，它只提到位移，周期计算。对于施工图设计并不完善。计算机计算方法是有限元分析法。 一般的，手算计算方法有：等代框架法，经验系数法。 等代框架就是把板带等效成相应刚度的梁，再与柱子组合成框架参与计算，这个在计算水平作用时候还要注意等代框架取板的宽度，计算结构位移和周期都是有用的，不过有一点要注意，柱子刚度不准确了，如果双向都要等代就比较麻烦。pkpm提到过用弹性板和真实柱子来计算，我想应该准确一点。我曾经比较过没有水平力下的弯矩基本上没有什么变化。 如果合用经验系数法的条件，用经验系数法很简单，也计算的比较准确。经验系数法就是按边跨条件定义边跨的内力，内跨用0.65Mo与0.35Mo来分配内力。所以首先必须计算在简支下的跨中弯矩Mo。 无梁楼盖要注意的就是计算跨度的问题，计算模型，计算荷载。如果还有柱帽和托板，还要注意内力会往支座处倾斜，这个时候要注意截面设计的位置，和节点构造。 板厚的取值应该根据长跨的来确定。计算模型就是简化为一个方向的单向板，X，Y向都要计算100％的荷载，相当于计算2次单向板，分别计算受力钢筋。 构造： 一般的无梁楼盖的构造主要就是暗梁，柱头构造，板面抗裂构造。暗梁注意暗梁宽度和钢筋面积大小，箍筋刚度和密度，要在施工过程中经得起工人的踩压而不变形，这个靠经验，板比较厚（250以上）的情况，建议用10，或12的钢筋做箍筋，做稀一点也可以。柱头处注意钢筋截断的长度，尤其是有托板的情况下要重视。 另外一个重要的构造就是板筋的搭接问题，对于无梁板什么地方受拉什么受压要清楚，搭接要符合规范，必要时候要在施工图中说明！板面通筋很重要，有人分析尽量不要大于200的间距，尤其是长度比较大的和温差有明显的位置，要计算一下板面通筋的量。 无梁板的消防防火，耐久等要求都是按简支要求。 希望此篇可以帮助那些刚刚接触无梁楼盖的设计施工人员。欢迎大家批评指正和补充，以便一起进步。 运用PKPM软件进行无梁楼盖结构的设计