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无梁楼盖设计()

无梁楼盖在实际工程中应用很多,但可用于合理配筋设计的软件很少。

无梁楼盖设计在YJK现有的建模、上部计算、楼板施工图三个模块中就可完成,而且无梁楼盖的设计可以和其它结构整体建模和分析协同工作,是融入其它结构设计之中的。大致流程是:

在建模中布置无梁楼盖的虚梁(或暗梁)和柱帽;

在上部结构计算中采用弹性板3或弹性板6模型,弹性板荷载计算方式应选择有限元方式;结构计算中补充了柱的冲切计算;

在楼板设计中采用楼板有限元计算,并按照柱上板带、跨中板带给出计算结果和楼板施工图设计。

17.1  在建模中布置虚梁和柱帽

对无梁楼盖,仍按照普通楼层的建模方式,在全楼中,无梁楼盖可能只占几个楼层,或者楼层中的某一部分为无梁楼盖,其余部分仍为普通楼盖。

对无梁楼盖部分主要是输入虚梁、暗梁以及柱帽,有时还有加腋板

1. 布置虚梁指示板带位置

无梁楼盖没有梁,柱之间需布置虚梁或者暗梁。这里梁的第一个作用是生成楼板,第二个作用是指定柱上板带的布置位置,软件自动生成的柱上板带就是沿着虚梁或者暗梁布置的。

软件对虚梁本身不会做设计和配筋,虚梁本身的刚度很小,对整体计算没什么影响。

2. 布置暗梁

暗梁就是指有一定的宽度、但高度与板厚相同的梁。在无梁楼盖设计中,暗梁首先可以起到虚梁同样的作用,即生成房间楼板和确定柱上板带的布置位置。暗梁按照普通梁方式输入即可。

《高规》8.2.4板柱-剪力墙结构中,板的构造应符合下列规定:

1 抗震设计时,应在柱上板带中设置构造暗梁,暗梁宽度取柱宽及两侧各1.5倍板厚之和,暗梁支座上部钢筋截面积不宜小于柱上板带钢筋面积的50%,并应全跨拉通,按梁下部钢筋应不小于上部钢筋的1/2。。。。

因此,暗梁的尺寸可按高规的要求输入。

在上部结构计算时,对无梁楼盖板应选择按照弹性板3或者弹性板6计算,这种计算模式将使楼板和梁变形协调,共同承担荷载,我们输入的暗梁尺寸适当,其暗梁的配筋结果就基本可用。

暗梁本身有一定的刚度,在楼板施工图模块的有限元计算时,考虑到它的刚度和楼板的刚度是重合的,因此软件自动忽略了暗梁的刚度,以保证计算的准确性。但是在上部结构计算中,如果对无梁楼盖按照弹性板3或者弹性板6计算,软件没有扣除暗梁的刚度,这可能对计算结果造成一定的误差。

也有用户按照等代框架梁宽高尺寸的输入暗梁,等代框架的宽度取垂直于等代框架方向两侧柱距各1/4,梁高取板厚度。但这样的输入方式使两方向梁之间、梁和板之间重叠部分过多,计算误差较大。

3. 布置柱帽

无梁楼盖中设置柱帽时,可在建模的楼板布置菜单下布置柱帽:

软件可布置的柱帽形式有3种:柱帽、柱帽+托板、托板。

《高规》8.1.9条:板柱-剪力墙结构的布置应符合下列规定:

。。。

4 无梁板可根据承载力和变形要求采用无柱帽(柱托)板或有柱帽(柱托)板形式。柱托板的长度和厚度应按计算确定,且每方向长度不宜小于板跨度的1/6,其厚度不宜小于板厚度的1/47度时宜采用有柱托板,8度时应采用有柱托板,此时托板每方向长度尚不宜小于同方向柱截面宽度和4倍板厚之和。托板总厚度尚不应小于柱纵向钢筋直径的16倍。

4. 软件自动将柱帽处的暗设置成加腋梁

对于用户输入的暗梁,建模退出时,软件自动将和柱帽相连的暗梁设置成加腋梁,为的是考虑柱帽的因素按照加腋梁计算和配筋加腋的长度尺寸取柱帽或柱帽加托板的长方向和梁交界处,加腋的高度取柱帽+托板+板厚-梁高。

可在建模中看到自动形成的加腋梁,如果柱帽被删除,加腋梁在退出建模时,会自动删除梁加腋。

在建模退出时,设置了选项柱帽处自动生成梁加腋,如果用户不希望设置这种梁的加腋,可对该参数不勾选。

对虚梁不会作加腋设置。

5. 加腋楼板

在建模的楼板布置菜单下设置了板加腋菜单。

4板加腋菜单

用户输入板加腋部分的腋高和腋长,然后沿着房间周围的轴线布置加腋部分,可以只加腋轴线一侧,也可以双侧都加。

软件对加腋板按照变厚度的板有限元法计算,也就是说,在加腋处的计算单元按照该处实际的板厚度取值计算。

17.2  上部结构计算

无梁楼盖由板和竖向支撑的柱、墙组成,对这种结构体系只有采用有限元计算才能得到理想的结果,楼板采用壳单元,柱采用杆单元,墙也采用壳单元。

有限元法计算首先可在楼板施工图模块进行,这是首选的用的最多的方式,还可以在上部结构计算模块进行。两处的计算各有特点,有时可以起到互相补充、校核的作用。

本节介绍的是上部结构计算时,对于无梁楼盖部分应注意的以下几点

1. 对无梁楼盖板设置弹性板6

对无梁楼盖板应设置成弹性板6或者弹性板3,将计算参数中弹性板的单元尺寸设置为1并勾选参数梁与弹性板变形协调

对无梁楼盖板按照弹性板6计算,这种计算模式将使楼板和梁变形协调,共同承担荷载。弹性板6是壳元模型,既可考虑板的面内、又可考虑板的面外变形;弹性板3仅能考虑面外刚度,不考虑板的面内变形,其面内刚性板的计算模式有时引起应力集中,相比还是弹性板6效果好。不能选择弹性膜模型,因为弹性膜仅有面内刚度,没有面外刚度。

为了保证弹性板与梁变形协调,应勾选参数梁与弹性板变形协调,这样梁的中间节点和板的中间节点是联系在一起工作的。但是,如果不勾选这个参数,板只在梁端节点和梁连接,不能发挥出板和梁共同工作的能力。

2. 计算参数的弹性板荷载计算方式应选择有限元方式

计算参数的弹性板荷载计算方式有两个选项:平面导荷方式和有限元计算方式。平面导荷方式就是以前的处理方式,作用在各房间楼板上恒活面荷载被导算到了房间周边的梁或者墙上,在上部结构的考虑弹性板的计算中,弹性板上已经没有作用竖向荷载,起作用的仅是弹性板的面内刚度和面外刚度,这样的工作方式不符合楼板实际的工作状况,因此也得不出弹性楼板本身的配筋计算结果。

有限元方式是在上部结构计算时,恒活面荷载直接作用在弹性楼板上,不被导算到周边的梁墙上,板上的荷载是通过板的有限元计算才能导算到周边杆件。这样的工作方式与第一种方式相比有两个主要变化:

一是经有限元计算板上荷载不仅传到周边梁墙,也同时传给柱,换句话说梁承受的荷载将减少。特别是平面导荷方式传给周边梁墙的荷载只有竖向荷载,没有弯矩,而有限元计算方式传给梁墙的不仅有竖向荷载,还有墙的面外弯矩和梁的扭矩,对于边梁或边墙这种弯矩和扭矩常是不应忽略的;

二是既使弹性板参与了恒活竖向荷载计算,又参与了风、地震等水平荷载的计算,计算结果可以直接得出弹性板本身的配筋。

有限元方式适用于无梁楼盖、厚板转换层等结构,可在上部结构计算结果中同时得出板的配筋,在等值线菜单下查看弹性板的各种内力和配筋结果。注意为了查看等值线结果,在计算参数的结构总体信息中还应勾选生成绘等值线用数据

3. 与柱帽相连的暗梁按照加腋梁设计

对于用户输入的暗梁,为了考虑柱帽的有利因素,软件自动将和柱帽相连的梁设置成加腋梁,因此在上部结构计算中这些梁是按照加腋梁计算和配筋的。

在这些梁的配筋结果文件中,可以看到加腋的尺寸等信息。

有柱帽时,各层计算结果简图中将画出柱帽。

4. 柱对板的冲切计算

对于和无梁楼盖相连的柱,或者上边布置了柱帽的柱,软件自动补充柱的冲切计算。如果没有柱帽,软件判断无梁楼盖的标准是柱上所有梁的高度不大于板厚。

柱的冲切计算考虑了上部结构计算中所有的荷载组合,有柱帽时冲切计算包括柱对柱帽、柱帽对板的冲切计算;无柱帽时冲切计算就是柱对板的冲切计算。既有柱帽又有托板时还补充了托板处的冲切计算。

冲切计算时,冲切力为柱顶的轴力减去冲切锥范围内的板的荷载,砼强度等级取板的强度等级。

对于柱帽冲切计算的人防荷载组合采用人防规范相关公式进行,这样避免了人防荷载组合下柱帽或托板总计算不过、必须采用过大尺寸的问题。

当冲切计算不够时给出抗冲切钢筋。

在柱的计算配筋结果文件中,做了冲切计算的柱将输出冲切计算的相关内容和结果,它们在每根柱配筋文件的后面部分。柱的冲切计算结果如需要配置箍筋,所输出的抗冲切箍筋面积为单边一个箍筋间距的箍筋总面积,箍筋间距同梁冲切计算配筋,也分别给出柱根、柱帽、托板处的结果。

在计算结果的柱轴压比菜单下,设置了专门的柱冲切菜单,专门输出柱的冲切计算结果简图,在柱上标注的三个数字分别为柱根、柱帽、托板处的冲切计算结果,为冲切力和抗冲切力的比值,小于1时满足要求。

17.3 柱上板带和跨中板带的基本概念

1、柱上板带和跨中板带

一般对无梁楼盖按照柱上板带和跨中板带的方式配筋设计,和普通有梁楼盖相比,柱上板带的作用相当于普通梁,只是它的梁宽要大得多、梁高和板厚度相同;跨中板带的作用相当于普通板,但是由于柱上板带占据了房间很大的范围,跨中板带的范围比普通板小得多。和普通有梁楼盖相比,无梁楼盖的配筋多了柱上板带的配筋内容。

2、柱上板带配筋模式

柱上板带的受力状态类似于梁,一般它在支座两边承受负弯矩,而在跨中承受正弯矩。柱上板带钢筋分上下两层,下层钢筋的作用类似于梁下部钢筋的作用,是主要的承受正弯矩的受力钢筋。上层钢筋支座两边受力最大,布置承受负弯矩的支座钢筋最多,而在跨中变为正弯矩,因此上层的跨中一般布置通常的构造钢筋。

柱上板带的下部钢筋为支座到支座的贯通钢筋,上部钢筋则包含贯通钢筋和非贯通钢筋,上部贯通钢筋多数情况下为构造配置的钢筋,非贯通钢筋布置在柱支座的两边,因此,柱上板带的配筋模式也和普通梁类似。

3、跨中板带配筋模式

跨中板带的受力状态类似于普通楼板,它在跨中承受正弯矩,在支座承受负弯矩。跨中板带钢筋分上下两层,下层钢筋的作用类似于普通楼板跨中钢筋的作用,是主要的承受正弯矩的受力钢筋。上层钢筋在板周边的支座承受负弯矩,将布置承受负弯矩的支座钢筋,而在跨中变为正弯矩,因此上层的跨中一般布置通常的构造钢筋。

跨中板带的下部钢筋为支座到支座的贯通钢筋,上部钢筋则包含贯通钢筋和非贯通钢筋,上部贯通钢筋多数情况下为构造配置的钢筋,非贯通钢筋布置在板周边的支座,因此,跨中板带的配筋模式也和普通楼板类似。

4、多跨连续表达方式

普通房间的配筋表达一般以房间为单元进行,无梁楼盖虽然也以房间为单元计算,但是,按照平法标准图11G101-1的要求,对无梁楼盖平法施工图,采用平面注写的表达方式,平面注写主要有板带集中标注、板带支座原位标注两部分内容。

这就要求,对柱上板带、跨中板带钢筋采用连续多跨的表达方式YJK中不仅在施工图,而且在内力、配筋结果简图中,也给出柱上板带、跨中板带的连续多跨的表达方式

17.4无梁楼盖的楼板配筋设计

无梁楼盖的楼板配筋设计在楼板施工图中完成。软件可对无梁楼盖按照细分的有限元法计算,并按照柱上板带和跨中板带方式给出计算结果和画施工图。

1. 定义板带

楼板施工图中设置了无梁楼盖菜单,菜单的第一项是定义板带。操作是用多边形围区定义需要按无梁楼盖设计的部分,随后,软件把框出部分自动划分出柱上板带和跨中板带。

柱上板带和跨中板带是靠自动穿串生成的,软件在用户划定的多边形区域内,沿着柱间布置的虚梁、梁或墙穿串,位于同一直线的形成一个柱上板带或跨中板带,每个板带记录他的跨数。

板带定义的过程支持多次操作,不同围区定义的板带分别生成各自范围内的板带。有时需要把自动生成的一条板带分成几段,可以分多次围区定义这条板带范围,以达到板带分段的目的。

软件将按照板有限元方式计算无梁楼盖,而且按照柱上板带和跨中板带方式给出内力和配筋。

定义板带后,软件在计算简图中对柱上板带按照灰白色的一对平行双虚线表达,而对跨中板带按照一条粉色单虚线表达。

如果没有进行这一步,则软件将无梁楼盖仍然按照普通楼板方式设计。普通楼板的计算方式主要分为手册法和有限元法,有限元法还区分为是否考虑梁的弹性变形。即便对无梁楼盖按照考虑了梁弹性变形的有限元法计算,但是配筋方式仍保持普通楼板方式,即按照房间的跨中和支座分别画出钢筋的方式,不能给出柱上板带、跨中板带的配筋方式。

软件自动生成柱上板带。自动生成的柱上板带的宽度可有三种取值方法,一是按照板带间宽度的1/4,二是按照柱帽的宽度取值,三是对前两种方式的结果取大。在计算参数中由用户选择取值方法:

软件在下列位置生成柱上板带

1)沿着梁高不大于楼板厚度的梁;

2)梁高虽然大于板厚,但是梁两端布置了柱帽的梁;

3)墙上没有梁,但墙两端有柱,且柱上布置有柱帽。

软件对以墙为支座的楼板,或梁高大于板厚的梁处不生成柱上板带,对于没有柱上板带的楼板仍然按照普通楼板的方式计算和配筋。因此,无梁楼盖的柱上板带跨中板带配筋方式和普通楼板的配筋方式可以同时在一层平面上同时设计和绘图。

应用中最常见的问题就是柱上板带的宽度不够,柱上板带的宽度应可以包住板上负弯矩区域的宽度,特别是应该包住靠近柱支座范围的负弯矩区域。柱上板带宽度越小则跨中板带的宽度越大。正常的跨中板带主要承受板的正弯矩,因此下部钢筋计算结果较大,而上部钢筋一般为构造钢筋;同样柱上板带的中间部位也主要承担正弯矩和配置下部钢筋,板带方向的上部钢筋也应为构造钢筋。但是当楼板负弯矩区域大于柱上板带的宽度时,伸出部分的负弯矩钢筋的计算结果将决定跨中板带的上部钢筋配置,或者柱上板带顶部贯通钢筋的配置,从而出现板顶钢筋配置过多的结果。

柱上板带宽度不够的原因一般是因为用户设置的柱帽尺寸过小,软件默认是根据柱帽尺寸生成柱上板带宽度,因此自动生成的宽度过小。此时应人工干预修改柱上板带的宽度到合适的数值。

2. 按有限元方式计算楼板

对无梁楼盖应按有限元方式计算楼板,软件考虑了柱帽影响,即在柱帽处的单元按照柱帽+楼板厚度计算和配筋。布置了楼板加腋时,软件还考虑加腋厚度的影响。

设置为考虑梁的弹性变形,否则计算不出无梁楼盖的受力状态。

当柱之间的梁不是虚梁而是暗梁时,由于梁高与板厚一致形成重叠,为避免造成无梁板计算刚度被放大,板有限元计算时忽略了梁的截面刚度

计算前必须在计算参数中勾选计算方法采用有限元算法和考虑梁弹性变形。

如果用户定义了板带但是没有勾选这两个参数,软件将给出提示并中断计算。

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软件隐含的单元尺寸为0.5米,其计算精度已经足够高。每次计算一整个楼层的所有楼板。

在计算后的计算结果显示菜单中,用户可通过等值线方式和显示各单元内力方式查看有限元计算结果。

3. 分区域给出弯矩配筋

对于无梁楼盖的计算结果,不再按照普通楼板结果输出方式,而是按照柱上板带、跨中板带的分区输出,为的就是按照平法标准图的柱上板带、跨中板带方式出图。

对于计算结果的配筋面积、楼板弯矩,软件将按照如下的分区输出             

1柱帽或柱上板带相交区域,这部分受力最大,标注板上部2个方向的计算结果

2柱上板带区域,对每一跨柱上板带,软件在扣除柱帽的净跨范围内逐段积分,形成沿柱上板带跨各截面的弯矩,从中挑出最大值,分别标注当前跨的板带上、板带下2个值,它们是沿着板带方向的数值

3跨中板带区域,这里标注2个方面的内容

A、跨中板带中间区域板底部、板顶部结果,这是从周边扣除柱上板带以后剩余的区域,给出沿板带方向的板带上、板带下2个数值

B、跨中板带支座区域,这是垂直于柱上板带方向的板顶的结果,其计算区域是柱上板带在两个柱帽或柱上板带相交区域之间的部分,标注方式与普通楼板的支座钢筋相同。

注意板配筋结果表示的是每米的计算钢筋。

4.楼板弯矩的积分过程

计算柱上板带、跨中板带、柱帽的弯矩时,软件沿着柱上板带、跨中板带、柱帽的跨度给出多个截面的弯矩,在板带或柱帽的每一个横截面上存在多个楼板有限元单元的计算结果,对于每一个截面的弯矩,软件将在横截面上进行积分,得出该横截面处的板带或柱帽的弯矩。

可以看出,对板带或柱帽横截面的弯矩,相比采用从各个有限元单元选大取值的方法,积分计算得出的板带或柱帽弯矩要小,要更加合理。

5、对无梁楼盖计算输出板带积分计算结果

无梁楼盖计算完后在右侧计算结果菜单设置板带积分计算结果菜单可输出柱上板带跨中板带连续各跨的弯矩配筋计算结果简图

同样,在无梁楼盖计算书输出连续各跨的单工况内力

6. 操作步骤

分为3步:

1)执行无梁楼盖菜单的第一项,定义板带;

2)执行计算菜单进行楼板有限元计算,之前需将计算参数调整好;

3)查看计算结果。

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