剛性樓板假定的工作原理及其選用方法

Word版本，下載可自由編輯剛性樓板假定的工作原理及其選用方法1前言

剛性樓板假定是總信息中的重要參數(shù)之一，總信息是建造結(jié)構(gòu)分析中影響整體的參數(shù)群，它的變化直接影響整體計算結(jié)果的合理J性。因為程序編制人在計算理論和對規(guī)范理解上的差異，加之側(cè)重點不一樣，總信息在各個程序中會有差異，就是同一個程序的不同版本也有所不同。所以，在使用時應(yīng)認(rèn)識和理解程序的編制原理和使用說明，正確理解各個參數(shù)的規(guī)范依據(jù)和力學(xué)概念，從規(guī)范要求、力學(xué)原理和工程閱歷等方面加以分析后合理選取，并按規(guī)范要求，對電算結(jié)果，應(yīng)經(jīng)分析推斷，確認(rèn)其合理、有效后，方可用于工程設(shè)計。

2樓板剛度的各種假定

2.1問題的提出

樓板是主要的量大面廣的水平構(gòu)件，它一方面承受著豎向荷載的作用，又將其傳遞給柱、墻等豎向構(gòu)件，另方面在受到水平荷載(風(fēng)、地震等)作用時，也將其作用傳遞給豎向構(gòu)件。所以它既是重要的受力構(gòu)件又是重要的傳力構(gòu)件。

因為樓板同時存在著平面內(nèi)剛度及平面外剛度，在結(jié)構(gòu)分析中，它對結(jié)構(gòu)的整體剛度、對豎向和其他水平構(gòu)件的內(nèi)力產(chǎn)生重要影響，即樓板剛度的大小直接影響著整體結(jié)構(gòu)及相關(guān)構(gòu)件(也包括樓板本身)的分析結(jié)果(內(nèi)力、變形及配筋)。所以樓板剛度的合理假定已成為結(jié)構(gòu)分析的主要計算原則。

隨著建造功能的日益復(fù)雜和建造形狀的多樣化，建造結(jié)構(gòu)也隨之復(fù)雜化，在此影響下，尋求樓板剛度的合理簡化和假定，來滿足工程設(shè)計的要求是廣闊設(shè)計人員關(guān)注和思量的課題，也是各個程序不斷改版，努力完美，競相推出簡明、高效和牢靠的計算辦法的緣由之一。

2.2剛性樓板假定

其含義是假定樓板平面內(nèi)剛度無限大，平面外剛度為零。這是一個特有概念能使結(jié)構(gòu)計算概念明白，計算簡便；使結(jié)構(gòu)在每層板內(nèi)惟獨3個公共自由度，即兩個平移自由度dx、dy和一個繞豎軸扭轉(zhuǎn)自由度θz，在板內(nèi)的每個節(jié)點的自立自由度也惟獨3個；使電算的效率大大提升，程序的運用范圍越來越廣泛。剛性樓板假定認(rèn)定平面外剛度為零，忽視了樓面梁的有效翼緣對平面外剛度的貢獻(xiàn)，使結(jié)構(gòu)總剛度偏小，周期加長，吸引的地震作用小，擔(dān)心全。為此，規(guī)范規(guī)定用梁剛度增大系數(shù)來間接的考慮樓板平面外的剛度。于是高規(guī)第5.2.2規(guī)定在內(nèi)力和位移計算時，對現(xiàn)澆樓面和裝配式整體樓面的梁剛度采納1.3-2.0增大系數(shù)來考慮翼緣的增大作用。

利用上述處理，目前設(shè)計中的絕大多數(shù)工程的樓面都能符合剛性樓板的假定，以此舉行的計算分析可用于工程設(shè)計。

2.3彈性樓板假定

對于復(fù)雜樓板，如不規(guī)章樓面，狹長、環(huán)形樓面，大開洞樓面及多塔、板柱結(jié)構(gòu)、厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)等，其樓板面內(nèi)的變形會使樓層中各抗側(cè)構(gòu)件位移和內(nèi)力發(fā)生較大的變化，特殊是抗側(cè)剛度較小構(gòu)件的位移和內(nèi)力會加大，若仍用剛性樓板假定來計算分析，其計算結(jié)果會不真切，且無法保證其結(jié)果的牢靠性，必需采納彈性樓板的計算辦法。

彈性樓板假定充分考慮了樓板平面內(nèi)剛度的減弱和不勻稱性，采納符合樓板平面內(nèi)和平面外的實際剛度舉行計算分析，其結(jié)果更真切的符合結(jié)構(gòu)的計算模型。在SATWE中彈性樓板有彈性板6，彈性樓板3及彈性膜假定樓板等三種。

(1)彈性樓板6，采納殼單元計算樓板面內(nèi)和面外的剛度，是針對板柱結(jié)構(gòu)和板柱剪力墻結(jié)構(gòu)的。其計算結(jié)果會使梁的配筋偏少而擔(dān)心全，所以不適用于梁板結(jié)構(gòu)樓面。

(2)彈性板3，采納樓板平面內(nèi)無限剛，平面外剛度按實計算的辦法，用厚板彎曲單元舉行計算，適用于厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換厚板分析計算。

(3)彈性膜，上述兩種假定對框架、剪力墻、框-剪、框-筒等結(jié)構(gòu)及空曠的廠房、體育場館等的復(fù)雜外形樓板的計算都不適合，特殊是梁配筋的平安性不行靠，從而提出了“彈性膜”假定，它采納平面應(yīng)力膜單元來真切地計算樓板的平面內(nèi)剛度，而不是無限剛。為簡化計算，同時忽視樓板平面外的剛度，即面外剛度為零。有點近似剛性樓板假定但又不同于剛性假定，要理解它的真切概念。

應(yīng)注重：

A彈性樓板假定是用總剛分析法來舉行結(jié)構(gòu)整體計算的，所以計算軟件必需具有總剛的計算功能。僅有側(cè)剛計算功能的軟件是只適用于剛性樓板假定的軟件，它不能識別彈性樓板。

B用總剛法、彈性樓板舉行結(jié)構(gòu)整體計算時，應(yīng)再用剛性樓板假定補充計算位移比、周期比和層剛比，由于這些參數(shù)規(guī)范要求是在剛性樓板假定下舉行的計算值。2.4規(guī)范規(guī)定

高規(guī)5.1.5規(guī)定舉行高層建造內(nèi)力與位移計算時，可假定樓板在其自身平面內(nèi)為無限剛，相應(yīng)地設(shè)計時應(yīng)實行須要措施，保證樓板平面內(nèi)的整體剛度。當(dāng)樓板會產(chǎn)生顯然的面內(nèi)變形時，計算時就應(yīng)考慮樓板的面內(nèi)變形或?qū)Σ杉{樓板面內(nèi)無限剛性假定計算辦法的計算結(jié)果，再舉行適當(dāng)調(diào)節(jié)。

所以：計算位移比、層剛比、周期比時選用剛性樓板假定[是]，計算內(nèi)力、配筋及其他內(nèi)容時選用剛性樓板假定[否]。

高規(guī)4.3.6及抗震規(guī)范3.4.3規(guī)定對不規(guī)章、開大洞、樓板局部不延續(xù)等狀況，在設(shè)計中應(yīng)考慮樓板減弱產(chǎn)生的不利影響，應(yīng)采納符合樓板平面內(nèi)實際變化的計算模型。

3普通程序中的兩種抗震設(shè)計辦法

3.1振型分解反應(yīng)譜法

也稱規(guī)范法，適用于大量的工程計算，該法有側(cè)剛及總剛兩種計算辦法，分離對應(yīng)側(cè)剛模型及總剛模型，其主要區(qū)分是側(cè)剛模型采納剛性樓板假定的簡化剛度矩陣模型?？倓偰Ｐ褪遣杉{彈性樓板假定的真切結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)化成的剛度矩陣模型。

振型分解反應(yīng)譜法先計算結(jié)構(gòu)的自振振型，選取若干個振型分離計算各個振型的水平地震作用，將各振型水平地震作用于結(jié)構(gòu)上，求其結(jié)構(gòu)內(nèi)力，最后將各振型的內(nèi)力舉行組合，得到地震作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形。其基本原理就是用“規(guī)范”反應(yīng)譜，先求得各振型的對應(yīng)的“最大”地震力，組合后得到結(jié)構(gòu)的組合地震作用。這里面有一個求“廣義特征值”而得出結(jié)構(gòu)前幾階振型和頻率的重要步驟，在這個過程中程序按力學(xué)和數(shù)學(xué)的法則舉行繁多的中間計算，而不輸出中間資料，僅將結(jié)果值告訴設(shè)計人。

3.2時程分析法

即振型疊加法，用于復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)的補充計算，按抗震規(guī)范5.1.2-3及條文說明，時程分析法是多遇地震下的補充計算，與反應(yīng)譜法計算值比較取較大值，對特殊不規(guī)章、特殊重要的和較高的高層建造才要求采納。

為一組常系數(shù)的二階線性動力微分方程，程序多用振型疊加法求解，即把各個振型的響應(yīng)疊加以得到系統(tǒng)的彈性時程響應(yīng)。實施中應(yīng)注重：

(1)應(yīng)按建造場地類別和設(shè)計地震分組選用不少于二組的實際強震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線(人工模擬地震波)舉行分析。

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