pkpm中剛性版和彈性板應(yīng)用小集講課稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。pkpm中剛性版和彈性板應(yīng)用小集-pkpm中剛性版和彈性板應(yīng)用：做為一名PKPM一線(xiàn)的結(jié)構(gòu)技術(shù)服務(wù)人員，最能發(fā)現(xiàn)用戶(hù)的疑惑，在最近一段新版軟件的使用中，很多設(shè)計(jì)人員還是對(duì)幾種彈性板的運(yùn)用理解不到位，我這里大概做一個(gè)簡(jiǎn)單闡述，以方便設(shè)計(jì)人員再設(shè)計(jì)中正確運(yùn)用這幾類(lèi)板。通常情況下在計(jì)算周期比和位移比這兩個(gè)結(jié)構(gòu)的整體指標(biāo)的時(shí)候，是選擇強(qiáng)制采用剛性樓板假定的。剛性樓板的物理意義是樓板平面內(nèi)無(wú)線(xiàn)剛，平面外剛度為0。彈性板6表示完全彈性的有限元?dú)?，其面?nèi)剛度用平面應(yīng)力膜模擬，平面外剛度用厚薄通用的厚板元模擬，這種樓板

2、計(jì)算假定從理論上來(lái)說(shuō)最符合樓板的實(shí)際受力情況，但是由于存在平面外的剛度，將促使樓板與梁共同分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)引起的內(nèi)力，從而使梁的彎矩和配筋相應(yīng)的減小，減小的彎矩部分由彈性樓板承擔(dān)，這樣與采剛性樓板假定的內(nèi)力與配筋不同，因此，不要輕易選擇彈性板6，彈性板6主要用于板柱體系或者板柱剪力墻結(jié)構(gòu)。彈性膜假定采用的是平面應(yīng)力膜單元，真實(shí)地反映樓板的平面內(nèi)剛度，同時(shí)忽略平面外剛度，即平面外剛度為0。由于彈性膜真實(shí)地反映平面內(nèi)剛度，又可以避免采用彈性板6而造成梁的安全度的降低，因此，較多用于體育場(chǎng)館，樓板開(kāi)大洞、樓板平面布置時(shí)產(chǎn)生的狹長(zhǎng)板帶、框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)換層樓板、多塔連體結(jié)構(gòu)中的弱連接板，以及坡屋面。在未

3、采用剛性樓板假定時(shí)，坡屋面軟件在計(jì)算的時(shí)候默認(rèn)采用的是彈性膜，不必要再去定義。彈性板3假定平面內(nèi)剛度無(wú)限大，平面外的剛度為有限剛，面內(nèi)采用了剛性樓板假定的有限元?dú)ぃ嫱獠捎煤癖⊥ㄓ玫闹泻癜逶M，主要適用于厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換厚板，這類(lèi)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換板比較厚（1米以上），其面內(nèi)剛度很大，通過(guò)厚板的面外剛度，改變傳力路徑，將厚板上的結(jié)構(gòu)荷載傳遞到下部。彈性樓板的計(jì)算和選擇（一）什么是彈性樓板在外力作用下能夠產(chǎn)生彈性變形的樓板。（二）彈性樓板的造擇與判斷樓飯局部大開(kāi)洞（圖略）板柱體系或板柱抗震墻體系：高規(guī)第5.3.3條規(guī)定：對(duì)于平板無(wú)梁樓蓋，在計(jì)算中應(yīng)考慮板的平面外剛度的影響，其平面外剛度可按有限元方法

4、計(jì)算或近似將柱上板帶等效為扁梁計(jì)算。根據(jù)高規(guī)的此項(xiàng)規(guī)定，板柱體系要考慮樓板的平面外剛度，因此板柱體系要定義彈性樓板（如圖2所示）。（圖略）框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)研究表明，對(duì)于框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換梁不僅會(huì)產(chǎn)生彎矩和剪力，而且還會(huì)產(chǎn)生較大的軸力，這個(gè)軸力不能忽略。在SATWE軟件中，只有定義彈性樓板才能產(chǎn)生轉(zhuǎn)換梁的軸力。因此，對(duì)于框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，必須整層定義彈性樓板。厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)對(duì)于厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，由于其厚板的面內(nèi)剛度很大，可以認(rèn)為是平面內(nèi)無(wú)限剛，其平面外的剛度是這類(lèi)結(jié)構(gòu)傳力的關(guān)鍵。因此，此類(lèi)結(jié)構(gòu)的厚板轉(zhuǎn)換層應(yīng)定義為彈性樓板。多塔聯(lián)體結(jié)構(gòu)：多塔聯(lián)體結(jié)構(gòu)的連廊定義為彈性樓板。（三）四種計(jì)算模式的意義和適用范圍剛性板

5、假定假定樓板平面內(nèi)無(wú)限剛，平面外剛度為零。梁剛度放大系數(shù)的應(yīng)用高規(guī)第5.2.2條規(guī)定：在結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算中，現(xiàn)澆樓面和裝配整體式樓面中梁的剛度可考慮翼緣的作用予以放大。樓面梁剛度增大系數(shù)可根據(jù)翼緣情況取1.32.0。對(duì)于無(wú)現(xiàn)澆面層的裝配式結(jié)構(gòu)，可不考慮樓面翼緣的作用。適用范圍：樓板形狀比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)。彈性板6假定樓板的平面內(nèi)剛度和平面外剛度均為有限剛。適用范圍：板柱體系或板柱剪力墻結(jié)構(gòu)。彈性膜假定采用平面應(yīng)力膜單元真實(shí)地反映樓板的平面內(nèi)剛度，同時(shí)又忽略了平面外剛度，即假定樓板平面外剛度為零。適用范圍：廣泛應(yīng)用于樓板厚度不大的彈性板結(jié)構(gòu)中，比如體育場(chǎng)館等空曠結(jié)構(gòu)、樓板局部大開(kāi)洞結(jié)構(gòu)、樓板平面布

6、置時(shí)產(chǎn)生的狹長(zhǎng)板帶（如圖1（C）所示，圖略）、框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)換層樓板、多塔聯(lián)體結(jié)構(gòu)中的弱連接板（如圖3所示，圖略）等結(jié)構(gòu)。彈性板3假定樓板平面內(nèi)剛度無(wú)限大，平面外剛度為有限剛。程序采用中厚板彎曲學(xué)元來(lái)計(jì)算樓板平面外剛度。適用范圍：厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)和板厚比較大的板柱體系或板柱抗震墻體系。注意事項(xiàng)：a）要在PMCAD軟件的人機(jī)交互式建模中輸入100mm100mm的虛粱。虛梁在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是一種無(wú)剛度、無(wú)自重的梁，不參與結(jié)構(gòu)計(jì)算。它的主要作用有以下三點(diǎn)：為SATWE或PMSAP軟件提供板的邊界條件；傳遞上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載。為彈性樓板單元的劃分提供必要條件。b）采用彈性板3模式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，與厚板相鄰的

7、上下層的層高應(yīng)包含厚板厚度的一半。（四）工程實(shí)例工程概況：某工程為框支剪力墻結(jié)構(gòu)，共30層，帶一層地下室，地面以上第4層為框支轉(zhuǎn)換層，地震設(shè)防烈度為8度，地震基本加速度為0.2g，場(chǎng)地類(lèi)別為三類(lèi)場(chǎng)地土，中梁剛度放大系數(shù)取2.0，邊梁剛度放大系數(shù)取1.5，轉(zhuǎn)換層樓板厚度為180mm，結(jié)構(gòu)體系按復(fù)雜高層計(jì)算，并考慮偶然偏心的影響。該結(jié)構(gòu)的三維軸測(cè)圖、框支轉(zhuǎn)換層和框支轉(zhuǎn)換層上一層的結(jié)構(gòu)平面圖如囹4所示。（圖略）計(jì)算結(jié)果將轉(zhuǎn)換層樓板分別采用彈性板6、彈性膜和剛性板假定進(jìn)行計(jì)算，該結(jié)構(gòu)的周期、轉(zhuǎn)換層處層間位移角和轉(zhuǎn)換梁1的內(nèi)力和配筋計(jì)算結(jié)果分別如表1、表2和表3所示。表1周期計(jì)算表T1（X向）1.362

8、71.36391.3572T2（Y向）1.21431.21471.2060T3（扭轉(zhuǎn)）1.04681.04731.0323表2轉(zhuǎn)換層處層間位移角計(jì)算表X向1/29331/28991/3187Y向1/30061/29951/3274表3轉(zhuǎn)換梁1的內(nèi)力和配筋計(jì)算表-M（kn-m)-218（30）-225（30）-198（29）TopAst200020002000+M（kn-m)1060（30）1071（30）1015（30）BtmAst411641562814Shear-587（30）-597（30）-538（30）Asv825825825Nmax（kn）567（29）572（29）0以上三張表中

9、的后面3個(gè)數(shù)值依次分別為樓板條件是（彈性板6彈性膜剛性板）時(shí)的數(shù)值。表4相應(yīng)工況下的荷載組合分項(xiàng)系數(shù)NcmV-DV-LX-WY-WX-EY-EZ-E291.200.60-0.280.00-1.300.000.00301.200.600.000.280.001.300.00結(jié)果分析本工程剛性板假定下結(jié)構(gòu)剛度大于彈性板6假定下結(jié)構(gòu)的剛度。彈性膜假定下其結(jié)構(gòu)的剛度最小，結(jié)構(gòu)的位移和周期均最大。通過(guò)對(duì)表3的分析可以看出，三種計(jì)算模式下梁的負(fù)端彎矩和跨中彎矩相差并不大，但采用彈性板6和彈性膜假定下梁的跨中縱向鋼筋的配筋面積明顯大于采用剛性極假定下梁的配筋面積、這主要是由于框支梁按照拉彎構(gòu)件設(shè)計(jì)造成的。在表3中，采用彈性板6和彈性膜計(jì)算模式時(shí)，框支梁會(huì)產(chǎn)生較大的軸力，而采用剛性板假定時(shí)，框支梁的軸力