YJK现浇空心板建模和设计

第18节现浇空心板建模和设计现浇空心板是近年来流行的一种新型楼板结构形式，常用于对梁高有限制的楼层。前几年颁布了现浇空心板的设计规程，更推动了这种结构的广泛应用。由于没有合适的计算软件，现浇空心板的设计成为难点问题之一。YJK在建模中可把暗梁当做普通梁输入，并设置了专门的现浇空心板布置菜单；在上部结构计算中按照普通梁方式计算暗梁、按照楼板有限元方式计算现浇空心板，并给出空心板肋梁的内力和配筋；在梁的施工图中画出暗梁和肋梁的配筋的平法施工图。有的用户将现浇空心板用密肋梁模型计算，造成梁的数量太多，计算效率低且经常计算容量不够，况且密肋梁模型不能考虑薄板部分的贡献。大家已经共识：使用密肋梁模型计算的配筋结果配筋偏大很多。YJK使用细分的弹性板有限元（壳元）模型计算现浇空心板，对板元按考虑了空心部分的折算刚度计算，然后对弹性板计算结果积分成肋梁的弯矩和剪力，再对肋梁进行配筋设计，因此对现浇空心板最终的计算结果是肋梁的内力和配筋。一、在建模的楼板布置菜单下设置现浇空心板的布置菜单1、暗梁按照普通梁输入柱之间一般设置暗梁，对暗梁应按照普通梁输入。2、布置空心板现浇空心板是在现浇的楼板内嵌入预制的空心箱体或块体。这里可输入的现浇空心板类型可采用空心的箱体，箱体下方可以设板，也可以没有板。用户利用这里的菜单进行现浇空心楼板的布置、删除操作。程序支持内模采用空心的箱体的现浇空心楼板，箱体下方可以设板，也可以没有板，有板时肋梁为工形截面，无板时肋梁为T形截面。需要先运行“生成楼板”命令，在房间上生成现浇板信息。现浇空心板布置分为定义类型和在房间布置两步操作。点击布置空心板菜单，弹出布置对话框；点击“添加”按钮，首先定义空心板类型，弹出空心板定义界面，如图所示。选择内模截面类型，定义相关的尺寸数据，点击“确定”定义完成。图2.6.15空心楼板定义截面类型分为箱芯和T形二种；现浇楼板的总厚度由箱体高度、板顶厚度、板底厚度相加组成。空心板布置时的对话框如下图：图2.6.16空心板洞布置参数布置空心板既可逐个房间布置，又可以拉开窗口成批布置，成批布置时对于非矩形房间，用户可在参数中设定空心板排布的角度。非整箱体位置：当不能按照箱体整数个数排块时，软件将设置部分箱体尺寸的块尺寸，称这种部分尺寸的箱体为非整箱体。这里的参数用来设置非整箱体排放的位置是在房间中部还是端部，如下图；（a）X、Y向居中（b）X、Y向末端图2.6.17非整箱体位置示意图排块起始距离：第一个排块和边梁（墙）的距离，它既可以从房间左边（下边）起始，又可以从房间右边（上边）起始；房间为矩形时，排块的起始点和方向是明确的，但当房间为非矩形房间时，还需要用户增加排块方向和起始点的设置。软件会提示用户先选择楼板一条边为基线，模型中用黄色加粗线显示，然后再选择楼板一点做为排块起点。如下图是一个非矩形房间的空心板布置。下图为布置了现浇空心板的某层平面。3、现浇空心板布置时增加实心板区域参数为了将主梁和肋梁梁端部钢筋放置一部分在柱周围的实心区域，增加参数控制实心区域的大小，提供两个选项：一个箱体区域和用户指定尺寸的区域，以前软件按照一个箱体的尺寸设置实心板区域，现在用户指定尺寸的区域如果大于一个箱体的尺寸，则第一根肋梁梁端的部分钢筋就可以放置到板的实心区域。4、删空心板删除指定房间的空心楼板，用之前的现浇实心板替换。5、软件可自动计算现浇空心板的自重软件可以自动计算现浇空心板的自重，按照等厚实心板体积减去箱体部分体积计算出一个板面均布恒荷载，没有考虑板中填充砌块的重量。用户应注意：在荷载参数设置中是否计算楼板自重的选项也起作用，如果用户选择不自动生成板自重，而在输入的房间恒载中包含板自重时，软件不会自动做现浇空心板自重计算。二、对支撑现浇空心板的主梁的计算对支撑现浇空心板的主梁或者实心梁（也可称为暗梁）的计算将在上部结构计算中完成，因此对于主梁是进行了所有工况及组合的设计计算的。但用户应注意以下几点：1、对现浇空心板楼板设置弹性板3或弹性板6对现浇空心板楼板应设置成弹性板3或者弹性板6，采用弹性板的单元尺寸为计算参数中隐含的1米，并勾选参数“梁与弹性板变形协调”。对现浇空心板楼板按照弹性板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。考虑到暗梁截面高度一般较小，按弹性板3或弹性板6计算，是弹性楼板和暗梁共同作用承担各种荷载的力学模型，这样可使暗梁本身的配筋更加经济合理。弹性板3不考虑板的面内变形，仅能考虑面外刚度；弹性板6是壳元模型，即可考虑板的面内、又可考虑板的面外变形。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。反之，如果采用软件默认的对平面楼板的刚性板假定计算，相当于由暗梁独自承担外荷载，计算结果的暗梁内力和配筋将大得多。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。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。经有限元计算板上荷载不仅传到周边梁墙，也同时传给柱，换句话说柱的受力增加，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。由于实心梁的截面尺寸一般不大，整个楼板类似于无梁楼盖结构，因此应按照有限元计算方式计算弹性板。这样处理比平面导荷方式一般将增大柱的受力并减少实心梁的受力。3、有柱帽时YJK可对暗梁在柱帽的位置自动加腋如果用户在柱上布置了柱帽，建模退出时，软件设置了选项：“柱帽处自动生成梁加腋”。如果用户勾选了此项，则软件自动在暗梁有柱帽的一端设置与柱帽尺寸关联的梁加腋，这样的暗梁在计算时将按照加腋梁进行计算。YJK设置这样的选项，是考虑到暗梁的截面高度偏小，跨度较大、楼面荷载较大，梁在支座端部配筋时，单独按照暗梁本身的截面高度可能造成梁的超筋超限的结果。柱帽客观存在，暗梁在荷载较大、跨度较大时对梁端按照柱帽的高度设计符合实际情况，是合理的。在弹性板6计算模式下，暗梁承担的内力是根据暗梁与周围弹性板比例计算得出的，暗梁相对刚度越大，内力越大，因此暗梁不加腋得出的梁端内力比加腋要小很多。当然，YJK对于有柱帽的暗梁是否设置端部加腋，是一个选项，如果用户有其他考虑也可以不勾选该项。4、梁施工图中对空心板体系功能调整考虑到主梁的梁端配筋较大，将它们配筋的一部分放到板的实心区域可避免梁端截面内实配钢筋过多，因此软件对主梁支座负筋的计算面积取自实心板区边缘截面，而原来是取自柱边缘。实心板区内多出来的计算面积，由实心板区上配置的附加分布面筋承担。靠近柱的第一根肋梁梁端的配筋也比其它肋梁大，当用户指定尺寸的区域如果大于一个箱体的尺寸时，软件可将第一根肋梁与其它肋梁实配钢筋的差异部分放到板的实心区域配置，就可以实现第一根肋梁与其它肋梁的归并，从而减少肋梁的类型。因此软件将按其它肋梁的最大支座配筋配置第一根肋梁钢筋，第一根肋梁多出来的计算配筋也配置到板的实心区域。为此，梁的施工图增加了实心板区面筋的自动选配和自动标注。如下例为现浇空心板梁的平法施工图，软件在布置了现浇空心板、且没有柱帽的的情况下，在柱上的实心部位自动标注了横向的28C18@100和竖向的28C20@100。三、对现浇空心板的计算提供了两种模型YJK目前没有在上部结构计算时直接求解现浇空心板部分，而是对它按照另外的单层模型计算，有几层布置了现浇空心板就计算几次。单层模型上只布置了恒载、活载或人防荷载，而且默认的单元尺寸为0.5米，比上部结构弹性板尺寸小，和楼板施工图中的有限元算法单元尺寸相同。上部结构计算和单层的空心板计算这两部分连续进行，且现浇空心板的结果和上部结构在一起输出，因此用户感觉不到分开的步骤。软件对箱体的现浇空心板的计算提供了两种模型：1）按照密肋梁计算将箱体之间的肋转化成工形截面或者T型截面的肋梁，肋梁翼缘的宽度取肋梁间距的一半，每个房间形成小的交叉梁系，房间周围的梁是肋梁的弹性支座（如果是墙则为竖向不动支座），各个相邻房间的交叉梁系互相连接，再加上楼层的楼面梁共同形成全层的交叉梁体系。软件按照这样的模型计算楼板上的恒载和活载，没有考虑风荷载和地震作用。当箱体下有板时肋梁为工形截面，无板时肋梁为T形截面。计算结构给出肋梁的内力和配筋。在配筋结果文件中输出肋梁的工形或者T型截面的详细尺寸。肋梁为T形截面时肋梁的配筋全都配置在肋梁内，但对工形截面肋梁的配筋既可配置在肋梁上，又可配置在箱体上下板内。软件给出肋梁和翼缘的配筋比例参数，由用户填写。在梁的平法施工图中可以同时对肋梁画出平法施工图，肋梁部分是按照平法标准图的井字梁的画图规则实现的。计算结果中对各房间周围的楼面梁仍是按照上部结构全楼计算的结果输出。它们虽然参与了肋梁的整体计算，但这样计算的结果只给肋梁用，楼面梁本身不用。2）按照楼板的有限元计算软件按照弹性楼板的有限单元法计算，在空心板处考虑了空心板的因素取用楼板的折算刚度，计算折算刚度的公式取自现浇空心板设计规范。而在暗梁处、柱周围的实心区处按照实心板计算，对于柱帽处，按照变厚度的不同板单元计算。而且在板的计算中把暗梁当做板的一部分，为了避免刚度重复计算，忽略了暗梁作为梁杆件单元的刚度。软件对每层的现浇空心板按照单层的计算模型计算，只考虑了板上作用恒、活面、人防荷载的情况，没有考虑其它荷载工况。单元尺寸采用的默认值是0.5米，比上部结构弹性板的尺寸小很多。软件对楼板的有限元计算结果积分为肋梁的弯矩，仍是以肋梁为单位输出弯矩和配筋。输出内力和配筋的形式和第一种按照密肋梁计算模式相同。四、在上部结构计算中嵌入现浇空心板的计算1、计算参数的设置在上部结构计算的设计计算部分中同时进行了现浇空心板的计算，在上部结构计算的参数中设置了“是否计算现浇空心板”的选项和对现浇空心板按照“交叉梁系计算”和“板有限元法计算”的选项。如果布置了现浇空心板，并且在计算参数中勾选了“计算现浇空心板”，则软件在上部结构计算过程中自动嵌入现浇空心板的计算。现浇空心板的计算以布置了现浇空心板的楼层为单元进行。但是，与主梁是进行了所有工况及组合的设计计算不同，软件对现浇空心板仅进行了恒载活载的计算。2、肋梁计算结果的输出在上部结构计算完成后，设计结果的各项输出中将自动包含现浇空心板肋梁的内容。如下面的配筋简图中，在普通柱、梁、墙柱的配筋之外还出现了肋梁的配筋。在各层配筋计算文件中，对于有现浇空心板的楼层，增加了肋梁的配筋，其中包括肋梁的工形或者T形截面的详细尺寸。3、现浇空心板有限元计算结果查看现浇空心板有限元计算结果是肋梁的基础数据，如果用户需要查看，可在“等值线”菜单下，点取“空心板”项，这项是专门为以单层模型计算的现浇空心板准备的。这里可查看各单元的单工况内力、组合内力和配筋。四、交叉梁法和有限元法结果比较板交叉梁法（上）和有限元法计算配筋对比，可以看出，两种计算模型的结果非常相近。五、与佳构软件Strat的结果比较1、对比工程空心板厚400mm，均布恒载10kN/m2，中间实心板带宽1000mm，周边实心板带宽600mm，箱体尺寸1000mm*1000mm，肋梁宽100mm，板顶、板顶厚50mm。如下图2、楼板正弯矩取其中一个房间结果对比，上为Strat结果，下为YJK结果。楼板正弯矩结论：两个软件跨中正弯矩差异不大3、楼板支座负弯矩(对比右上角板8根横向肋梁，标号从上向