盈建科弹性板6计算_专题文档

弹性板设计改进及梁的设计优化

在上部结构计算中，软件楼板的计算模型提供刚性板、弹性膜、弹性板3、弹性板6四种计算模型。弹性膜只有面内刚度、无面外刚度；弹性板3只有面外刚度，面内刚度无穷大；弹性板6是壳单元，既有面内刚度又有面外刚度。

一、默认的平板刚性板和斜板弹性膜

1、默认的平板刚性板

软件自动将同平面的、有厚度的(厚度可以不同)、连续的水平平板合并成一个刚性板块，并采用刚性楼板假定来计算，同一层可以有多个刚性板块。

在前处理的【计算简图】菜单上，勾选“刚性板主从关系”项后，楼板位置出现一张绿轴 线，他从平面质心发源，通过 线联系同层平板的所有节点。这个 表现的是一种约束，他约束了所有连接的弹性节点，使他们之间没有相对变形，整张 联系的平面只能整体地平动和转动，如图3.7.1所示。通过这种 线表现刚性板是一般通用有限元软件常用的方式。

图3.7.3地下室顶板按弹6计算

如图3.7.3所示工程地下1层顶板承受消防车荷载等楼板250mm，以前按刚性板计算梁的超筋及抗扭超限很多，现改为按照弹性板6计算，旧、新算法结果对比如下：整层梁的顶部钢筋减少54%，底部钢筋减少22%，原来的16根超限梁都不再超限，如图3.7.4所示。

图3.7.5弹性板与梁协调时考虑梁向下相对偏移

图3.7.6弹性板与梁协调时考虑梁向下相对偏移时的计算模型

图3.7.6为是否考虑梁和弹性板之间的偏心的计算模型对比。

右侧计算模型的抗弯刚度显然比左侧模型大很多，此时楼板对梁的帮助更大。大量工程实例表明，右侧计算模型可使梁的支座弯矩和配筋明显减少。

2、计算结果主要特点

(1)梁配筋减少显著

傅学怡《实用高层建筑结构设计》14章介绍了他们做的“重力荷载下钢筋混凝土整浇楼盖工作性能”课题的研究成果，其中特别用实体单元模拟梁、板、柱计算，就是为了表现板和梁实际的位置关系。课题主要结论是：“这种计算模型下，梁支座弯矩大幅下降，且存在较大轴压力，可按偏心受压配筋，配筋可大幅度下降(折减系数50-70%)，这不仅节省钢筋，还利于梁端塑性铰的形成。梁跨中受拉，按偏心受拉配筋，配筋量稍小(80-90%)。”

(2)用户设置的梁刚度放大系数不再起作用

设置弹性板6、且考虑梁向下相对偏移后，用户设置的梁的刚度放大系数将不再起作用(放大系数取1)。

(3)梁按拉弯或者压弯计算配筋

设置弹性板6、且考虑弹性板和梁之间的竖向偏心时，软件对梁的设计可自动考虑梁的拉、压轴力状况，并按拉弯或者压弯构件计算梁的配筋。

(4)弹性板配筋按拉弯或者压弯配筋

设置弹性板6、且考虑弹性板和梁之间的竖向偏心时，弹性楼板的配筋不仅考虑弯矩的作用，还考虑板单元受到的拉力或压力的作用，按拉弯或者压弯构件计算板的配筋。

五、设置地震内力按全楼弹性板6计算选项

在【计算参数】的【计算控制信息】中设置参数“地震内力按全楼弹性板6计算”，如图3.7.7所示。

图3.7.8弹性板荷载计算方式

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。

选择弹性板荷载有限元方式后，计算简图上可见弹性板上的竖向荷载分布，如图3.7.9所示。

图3.7.11平面导荷与有限元计算下墙肢面外弯矩对比

4、弹性板的配筋计算结果

图3.7.12为某无梁楼盖层在平面导荷方式(左)和有限元导荷方式(右)下，弹性板在恒载作用下的Mxx弯矩，可以看出在平面导荷方式下弹性板的受力不能反映在竖向荷载下的作用效果。

图3.7.12平面导荷与有限元计算下楼板内力对比

图3.7.13为YJK计算结果中的弹性板变形图，第一张为平面导荷方式的计算结果，可见最大竖向变形出现在柱之间的梁的位置，板跨中的变形相对小，这显然不符合实际情况。第二张为有限元导荷方式的计算结果，可见板的跨中位置竖向变形最大。

图3.7.13平面导荷与有限元计算下楼板变形图

在【设计结果】的【等值线】菜单下，可以查到弹性板的配筋，图3.7.14是按照有限元方式计算出的弹性楼板X向底部配筋图。

图3.7.15错层结构建模

1、错层结构处楼板计算模型的改进

以前软件对错层结构处理的主要缺陷有两个：

(1)将错层高低跨梁梁相交处的梁在计算模型中当作了斜梁计算，如图3.7.16所示，斜梁的计算模型会使梁产生不应有的很大轴向力，导致不应有的梁配筋过大或者超筋。

图3.7.18错层交接部位梁计算模型

(2)采取措施使错层处的楼板不丢失。对建模中错层处自动生成的楼板智能地放置到合理的高度，用户可在自动生成楼板后查看，对个别位置不对的楼板通过输入楼板错层值调整。

在计算简图上可以看出，刚性板模型下错层处的刚性连接连接到错层处的所有杆件，如图3.7.19所示，弹性板模型下错层低跨处的房间弹性板不丢失，如图3.7.20所示。

这样的计算模型避免了以前常出现的错层处构件内力配筋异常现象。

图3.7.20错层交接部位弹性板下计算模型

2、错层结构常见超限问题的解决方案

错层结构常见超限问题的解决方案是——错层处楼板应使用弹性膜。

上部结构计算中，软件对于水平的楼板自动按照默认的刚性板计算。当楼板出现错层时，软件默认按照竖向错开的两块或者多块刚性板计算，这种相距过近的刚性板容易导致应力集中、导致某些构件的内力异常现象。

为了避免错层结构的计算异常，可把存在错层楼板的楼层设置为全部或者局部弹性板，至少设置为弹性膜，设置弹性板将增加计算工作量，按照现在YJK的计算能力，这种计算量的增加对计算效率的影响很小。

当错层结构出现某些构件超限时，可首先采取的措施就是将超限构件周边的楼板设置为弹性膜或者其他类型的弹性板。

以下为一个错层结构的常出现的典型问题。

用户问题：第一层中左侧局部梁降标高2m，造成相连的三根柱计算结果超限，什么原因/p>

剪力出现突变增大的原因是错层高低跨处按照默认的刚性板计算，由于上下两块刚性板作用，容易发生短柱的剪力突变。

图3.7.21不共面板工程实例

图3.7.22不共面房间弹性板丢失

图3.7.21所示工程，原来的单元划分是指用其他结构计算软件进行的弹性板单元划分，可见有很多房间没有划分单元呈现空洞状态，说明该处的楼板丢失了，如图3.7.22所示。丢失的原因是这些房间周边构件不共面。在配筋结果下，可以看到这些丢失了弹性板的房间周边梁的配筋比其他房间大很多，如图3.7.23所示。

改进的单元划分是YJK改进的单元划分，YJK对不共面的斜板尽量用弹性板单元连接，可见原来呈现空洞的房间都正常进行了单元划分。有了弹性板连接的梁的内力和配筋都很正常，如图3.7.24、3.7.25所示。本工程丢失了弹性板空洞房间梁的配筋增大了20%~50%。这也说明，对于坡屋面等斜楼板，弹性膜起的作用不可忽略。

图3.7.24不共面房间弹性板未丢失下梁配筋结果

图3.7.25不共面房间弹性板丢失与否梁配筋结果

九、使用蒙皮结构补充层间楼板等的计算

在建模的【空间结构】菜单下，用户可以交互操作生成蒙皮。蒙皮有两个作用，一个是对布置在其上的各种荷载工况进行自动导荷，二是蒙皮本身可具有刚度并作为结构构件进行本身的设计计算。如果需要蒙皮的第二种作用，就必须给蒙皮赋值材料属性。

对于软件不能自动生成的楼板，用户可以在建模的【空间结构】菜单下，通过生成蒙皮来手动生成需要的楼板。蒙皮可在空间结构杆件或者参照楼层的杆件上生成，再通过蒙皮材料菜单给他赋值材料属性，如图3.7.26所示，软件对赋值了材料属性的蒙皮将自动划分单元并进行有限元计算。

图3.7.27层间梁生成的房间不能生成楼板

图3.7.29工程实例

图3.7.31弹性板局部坐标系修改菜单

十一、可对弹性板施加基础弹簧刚度模拟基础筏板

【前处理及计算】下设置了【地基刚度】菜单，可对弹性板设置地基刚度。地基刚度是向上作用的基础弹簧刚度，以楼板房间为单元输入，如图3.7.32所示。

图3.7.33某水池工程示例

图3.7.35板施工图中楼板计算参数

图3.7.37有限元方法与手册方法配筋结果对比

以往的软件计算楼板多是假定板的周边支座没有竖向位移，如果支撑板的梁的跨度较大、刚度较弱时，梁的挠度对板计算有较大影响，考虑梁的刚度和实际情况更加符合。YJK在板施工图中设置参数“考虑梁弹性变形”。有时考虑梁的刚度也会得到更经济合理的楼板配筋结果。

在平面施工图中还设置了参数“取整体计算弹性板配筋结果”，勾选该参数软件将不再按照当前的楼板计算结果，而直接读取上部结构整体计算分析时对楼板按照弹性板6(或3)计算得出的各有限元单元的配筋结果。

十三、无梁楼盖

1、楼板有限元为核心的计算

无梁楼盖结构中的梁一般为虚梁形式，他起的作用主要是板带的设置依据，所以无梁楼盖中梁的作用远小于楼板本身的作用。

在YJK的上部结构计算中对无梁楼盖应设置为弹性板6，并勾选弹性板荷载计算方式为“有限元方式”，在平面施工图也必须采用“有限元计算”方式并考虑梁的弹性变形。因此，无梁楼盖结构计算的核心就是楼板的有限元计算。

2、柱上板带跨中板带的配筋方式

普通楼板的配筋以各个房间的板块为单元进行，而无梁楼盖的配筋以柱上板带和跨中板带为单元进行，因此在YJK中专门设置了对柱上板带的自动生成和修改菜单，柱上板带包围的中间净跨部分即为跨中板带。

软件可对柱上板带的弯矩采用积分方式求出，即对板带内各个单元值在板带宽度方向积分，这样求出的柱上板带的弯矩更为合理。对于跨中板带的弯矩软件采用跨中板带内各个单元结果的较大值。

3、柱帽和加腋板

对于柱帽和加腋楼板，结构计算分析中自动以有限元的不同厚度体现，比如柱帽处的板单元厚度为楼板厚度+柱帽高度，加腋楼板处板单元厚度为楼板厚度+加腋的厚度等。

软件对柱帽处补充了相关的冲切计算，对加腋楼板房间的裂缝计算考虑了加腋的影响。

对无梁楼盖的详细技术条件可参照软件自带的、可用F1打开的帮助说明，或是《结构软件难点热点问题应对及设计优化》(中国建筑工业出版 )相关章节。

十四、现浇空心板

对于布置了现浇空心板的部分，软件默认按照单层模型的弹性板6模型计算，即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、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0.5m，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。

对现浇空心板结构的详细技术条件可参照软件自带的、可用F1打开的帮助说明，或是《结构软件难点热点问题应对及设计优化》(中国建筑工业出版 )相关章节。

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