无梁楼盖结构计算方法的探讨

摘要：文章结合工程实践,分析比较了无梁楼盖其结构计算中的等代平面框架法和等代空间框架法。采用等代空间框架法计算无梁楼盖结构,在取消了手算的一些计算假定之后,可以充分利用现有的计算手段,避免了工作量极大的人力进行内力组合,达到简化计算的目的。

关键词：等代平面框架法;等代空间框架法;肋梁

中图分类号：TU323.5文献标识码： A 文章编号：

无梁楼盖的结构计算常沿用弹性理论的计算方法,即等代平面框架法。而今计算机的应用使原手算的一些计算假定可以取消。本文结合工程实践,分析比较了等代平面框架法与等代空间框架法。

一、无梁楼盖的优点:

无梁楼盖的优点是结构体系简单,传力途径短捷,增加了楼层净高,在施工时可以节约模板;但需要较厚的楼板,混凝土及钢筋用量较大。常用于仓库、商店、图书馆、冷库等要求充分利用楼层空间的建筑。

二、无梁楼盖的受力特点:

一般框架结构的柱和梁大体等宽,可以认为柱和梁间可以直接传递弯矩、剪力和轴力。而无梁楼盖和柱作为等代框架的情况却有所不同:由于它的“扁梁 ”的宽度大大超过柱宽,故仅有一部分荷载产生的弯矩可以通过板直接传给柱,而其余部分都要通过扭矩进行传递;这时可以假设柱两侧与柱等宽的板为扭臂,柱宽以外的那部分荷载使扭臂受扭,扭臂又将这些扭矩传递给柱,使柱受弯矩。

三、无梁楼盖的计算方法及注意点

(一) 经验系数法:

仅适用于垂直荷载下板的内力计算,具体计算可参考《钢筋混凝土升板结构技术规范》。采用此法时应特别注意这种计算方法的适用条件。

(二) 等代框架法:

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.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。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; 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)水平荷载作用下计算的弯矩均分配给柱上板带。

3.计算中需注意:

(1)以上等代框架法仅适用与板区格的长边比短边之比小于二。

(2)在进行等代框架计算时应注意单向加全载即在分别进行纵、横向的等代框架计算时均应施加全部荷载。

(3)当有柱帽时,应按《钢筋混凝土升板结构技术规范 》进行带刚域梁、柱线刚度修正,采用等效刚度,即等效为等截面梁、柱进行计算。

(三 ) 利用PKPM系列软件中的SATW E进行计算方法:

1.计算方法:

(1) PMCAD

人机交互式输入:a)在需输入等代框架梁的位置上布置截面尺寸为1003100的矩形截面梁(虚梁 )。b)柱和板按一般方法输入。

(2) SATWE进行整体计算时:

a)在特殊构件定义里必须将板定义为弹性板六,使其真实地反映板平面内、外的刚度。

b)在计算方法中必须选择“算法二 ”即总刚算法进行计算。

(3)在PMCAD建模后接SATW E进行整体计算,最后接SATW E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。此菜单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。

2.计算中需注意:

(1)用SATW E进行整体计算时,因无法考虑柱帽的影响,因此当有柱帽时SATW E结构整体计算结果中抗侧刚度偏小,从而引起结构地震周期偏长,地震力偏小,位移偏大。

(2)使用SlabCAD模块进行计算时应特别注意,因Slab2CAD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Slab 2CAD计算结果中的板跨中弯矩进行放大,放大系数确定建议采用如下方法:利用等代框架法建立一榀代表性排架,分别按恒活分开输入计算和把活载折算成恒载与恒载一起输入计算,比较两种计算结果,确定合适的放大系数。

四、等代平面框架法等代平面框架法

等代框架梁的宽度则根据不同的荷载情况分别取值。当采用空间分析程序进行垂直荷载下等代框架计算时,为避免单向加全载使柱轴力重复计算,同一工程需沿两个主轴方向分别加载计算,即在计算向等代框架时向梁上不加载;还应注意结构构件自重对梁柱内力的影响,一般情况下,结构自重不宜由程序自动计算,有关梁、柱荷重应直接输入。当采用空间分析程序进行水平荷载下等代框架计算时,不考虑跨中板带的作用,工程中只考虑结构平移,不考虑结构扭转,则沿两个主轴方向的计算可一次完成;当程序规定必须要有垂直荷载时,对其应进行充小数处理。

五、等代空间框架法等代空间框架法

将各层结构平板分别按纵、横方向,划分为由若干纵向与横向梁组成的交叉梁系,与柱子形成空间框架,然后对各荷载情况取用同一的交叉梁布置,利用空间杆系分析程序进行结构的设计计算。采用等代空间框架法计算无梁楼盖结构,可充分利用现有计算手段,避免大量的人工内力组合,达到简化计算的目的。该计算方法中,肋梁的划分是关键,在程序容量许可的前提下,肋梁划分的网格越小,计算结果越趋合理。

六、结束语

等代空间框架法能充分利用现有计算条件,简化计算过程,计算方便快捷。综合上面的几种计算方法,建议在满足经验系数法适用条件要求时,宜优先选用经验系数法,因其计算简单明确;在不能满足经验系数适用条件时建议选用PKPM系列软件中的SATW E进行计算,因其计算较为精确。

参 考 文 献

[ 1 ]GB 50009 - 2001,建筑结构荷载规范[ S ].

[ 2 ]GB 50010 - 2002,混凝土结构设计规范[ S ].