根据某超限工程的认定再论强制刚性楼板假定，以及三类跃层柱模型设计思路分析

本帖最后由 如梦无痕…… 于 2016-3-15 12:34 编辑

以下所有内容 仅仅是我如梦无痕的个人思考的结果，和传统设计思路有些出入。
建议大家在实际设计工作中算整体指标的时候 ，无论是否开大洞依然点强制楼板假定。
关于刚性楼板强制假定的PKPM的官方意见
见 http://bbs.co188.com/thread-9222753-1-1.html


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关于刚性楼板假定 分为两个话题。
首先是PKPM的stawe参数里面的这个参数。


对于这个参数，目前普遍做法是算整体指标的时候点上，算配筋的时候是不点这个参数。这个是常规结构设计。
我举一个我自己做的工程实例，是一个高层厂房。

以上是二层平面。因生产工艺要求。左边局部大开洞。

以上是标准层平面。

以上这个是整楼模型。
好了问题来了，在点强制刚性楼板假定的情况下。我这个楼的二层的位移比是1.18.
如果不点刚性楼板假定这个楼的在二层的位移比是1.32.
我这个楼的由于本身存在两项超限。开洞超限，以及层间刚度比超限（底层需要按夹层和二层并层高度13米计算层间刚度比，）
这样开大洞口的模型的位移比在点刚性楼板假定的情况下的算出来的位移比
采用哪个结果是 是否需要专家论证的关键。
那我们来看一看下图PKPM的对于二层的在不点强制刚性楼板假定的时候到底是怎样的，刚性楼板是怎样假定的。


这个在特殊构件 里面点刚性板号查看。
在来通过下图再来看点强制刚性楼板假定。刚性楼板是什么样子的。


很明显看出，所有大大小小的洞口全部变成刚性楼板，并且连城一个整体。那通过刚性楼板协同作用，那位移比自然是小于1.2.那问题是，这样的假定结果可信么？个人认为是十分很不可信。这么大的洞口如何能共同协同作用呢。可是根据pkpm官方出版的书，无论楼板空到什么程度，都要忽略这种局部振动。认为这样大洞口还是可以忽略，所有大小洞口都可以假定为刚性楼板。
不过我们江苏的专家还是让我采用非刚性楼板强制假定算位移比只能用1.31这个结果。江苏专家认为虽然不点强制刚性楼板假定，算出来偏保守，但是对于大开洞洞口来说不满足刚性楼板假定，他的位移比位移角在强制刚性楼板假定下算出来的是真正没有意义的。
所以该项目只能进行专家论证。（该项目前已经通过江苏的专家评审并已经通过施工图审查）
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那关于夹层还涉及到另外一个概念。那就是刚性楼板假定。好吧有的人已经晕了。刚性楼板假定又是什么？和强制刚性楼板假定又是什么区别。前文讲到强制刚性楼板假定是吧洞口，板厚为0，其实我少说了一个。定义的弹性板也会强制改为刚性板。我们再来分析以下这个图。
刚性板号1和2的地方是孤立的楼板，画圈三号是狭长楼板。这三个地方是不满足刚性楼板假定。也就是对于一个楼板来说，他的面内变形不能忽略。而这个刚性楼板和弹性板的区分的主要是配筋的时候考虑。因为他的面内变形对于整标来说意义不大。但是对于构件来说面内变形不能忽略所以算配筋的时候。要如下图所示定义成弹性板。
而且要加大板厚为150，配筋率提高至0.25%
。

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通过以上几个图来来说。stawe参数里面的强制刚性楼板假定，主要是把所有的弹性板，洞口都强制为刚性楼板。为了算整体指标。因为弹性板已经洞口附近的抗震构件因为没有楼板约束，他的变形比较大。而局部比较大的变形会掩盖整体的变形。打个比方（并非实际工程只是比方）。常规的平面局部构件有小洞口的地震作用下变形为10cm而其他没有洞口大部构件的变形为5cm。那pkpm可能就会输出的在5cm-10cm之间，很有可能是8cm。但是变形为10cm的毕竟是少数。从宏观上来讲，其实还是应为5cm左右是正常。所以通过强制刚性楼板假定使局部变形10cm的也变成5cm，这样算出来宏观的整体指标计算的才有意义。但是对于单个构件来说，变形还是不能忽略。所以算配筋就不点强制刚性楼板假定了。
但是对于狭长楼板。是不满足刚性楼板楼板假定，他是属于弹性板。而PKPM默认的是所有楼板都是假定为刚性楼板。
那算配筋的时候，不点强制刚性楼板假定的同时，还要在特殊构件里面进行弹性板定义的来计算梁柱配筋。
对于这样的项目如果要分析透彻，该楼板甚至还要做地震作用下的应力分析。


最后总结 pkpm默认楼板定义的是对所有 有厚度 的楼板进行刚性楼板假定。对于狭长楼板，孤独的楼板不满足刚性楼板假定的时候要人为进行弹性板定义来算配筋。
pkpm stawe参数里面的强制刚性楼板假定 是把所有的弹性板 洞口 都假定为刚性楼板。这个用来算整体指标的。对于普通只有电梯洞口 风井洞口的普通楼层来说是可以接受的。
但是对于和我上面一样案例的大开洞的案例来说，就不能点强制刚性楼板假定算整体周期位移指标。开大洞的整体的位移比周期等宏观指标只能看不点强制刚性楼板（这里要注意同时未定义弹性板）下的指标。
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接下来我们再来看穿层柱问题，穿层住最大的问题在于计算长度。而为什么经常有人说PKPM计算长度不准呢。
再来回想强制刚性楼板假定那个刚性楼板板号。因为他把洞口强制为刚性楼板，所以整体有限元计算的时候这个地方就会产生计算节点。所以，跃层柱在点强制刚性楼板假定这个参数的时候，计算长度就会失真。

如上图所示这个是上个案例在点刚性楼板假定柱的计算长度出现了错误。



如上图所示，而不点刚性楼板假定的，模型计算的计算长度系数经过验算大部分是比较靠谱的。而计算长度系数主要对配筋的影响比较大。所以穿层柱计算模型只要不点强制刚性楼板假定计算，穿层住计算配筋是没有什么太大问题。如果不放心可以手算复核一下计算长度系数在修改。然后在对穿层柱进行承载力上的加强对于一般项目只有个别穿层柱计算，可能这样就可以了。但是对于我刚刚的那个超限案例来说还不行。
我这这样二层柱大部分都是穿层柱的超限案例，必然得采取加强措施。普通工程加强措施拍脑袋，比如箍筋全高加密啊，，采用井字箍，箍筋不小呀12啊，什么穿层柱提高抗震等级啊，但是超限工程你的加强措施必须有理有据，加强的计算结果必须给出。所以就需要进行包络设计。我的这个项目主要通过以下几种包络设计结果。
一 ，中震计算 对于穿层住 采用中震弹性 抗弯 中震不屈服抗剪来算出柱配筋
二 ，二层和和三层合并标准层设计。二层所有构件采用层间梁建模。这样柱的计算长度那就是真正不会错了。（这种方法只适用于穿层柱较多的情况）
三，采用二维pk建模不考虑空间协同作用，计算柱配筋。二维一品框架的柱计算长度也是正确的。
（这种方法只适用于穿层柱较多的情况）
然后常规模型加上以上三种模型包络设计出最终的柱配筋。那所有采取的加强措施就有理有据了。其中二维单品计算起了主要控制作用。因为这种计算方法是最不利的。专家组对于我穿层柱的包络设计方法都表示认可。
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最后总结穿层柱的计算方法。
首先 要分为三种情况。
一穿层柱非常多的情况。如下图所示

如果遇到这种情况，那要说的是你的模型建错了。因为这样的情况，本“层”已经无法满足层的概念。层的概念必须是有楼板的。
而这样的情况你不能如此建模。你需要把本层和上一层合并建模，本层所有梁只能按层间梁输入和层间楼板输入（最新PKPM v3.1采有层间楼板的输入功能）。所以这样的项目穿层柱反而不是主要设计要点。夹层梁和夹层相关的柱才是主要设计要点。以及由于底层过高造成层间刚度比和抗剪承载力之比反而成为新的设计难点。如下图所示，合并标准层后模型。本层模型由两层4米高的模型变为一层8米高的模型来分析。


二穿层柱子比较多的情况，楼板虽少但是不容忽略。如以下这个设计案例

这个是最头疼的。需要多模型包络设计。设计方法详见原文。
三 穿层柱比较少的情况。如下图所示仅仅一个穿层柱

这种情况是最容易的。由于洞口面积不大，该层还是满足强制刚性楼板假定的。所以还是按传统设计方法。
建模总体计算周期位移指标还是强制刚性楼板假定。配筋不点刚性楼板假定。值得注意的是，最左边那一小块狭长局部楼板不满足刚性楼板定义，计算配筋的时候要进行弹性板定义。
穿层柱设计的时候主要复核柱子计算长度系数，然后对其进行构造加强。主要就是提高一级抗震等级，提高箍筋配筋率等加强措施。
穿层柱设计一定要分情况 来分析。如果不根据具体情况具体分析就给出结论，那显然是不合适的。