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绘图员的日子.48 楼板那些事（弹性板、隔墙、中震楼板分析）

发布于：2016-07-27 16:30:27 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

（设计师在国外是个很受人尊敬的职业，收入也算是中等或者偏上点。为什么在中国差距这么大呢。因为设计行业在中国发展的就不对。一直以来，结构设计就是个体力活。搞设计就是拼体力，拼加班。真正涉及到结构理论、结构概念的部分我们现在的结构工程师几乎很少花时间。要么领导定好，要么一带而过。软件也都是做成傻瓜式，点两下出结果。只会如何点，却不知为何这么做，90%以上的时间都花在重复的改图上。说句大言不惭的话，在我原单位，像我那么较真研究理论的没几个人，我经常把专业负责人问的一句话都说不出来，因为他只知道如何点软件，对理论没任何研究。每个月都会有各种培训，看起来对设计工作很有帮助，实际上呢，有毛用？所谓的大师，上台讲大半天，都是在讲自己的经验，我经过怎么怎么研究，觉得某个地方应该怎么画，某个软件应该怎么点，下面一堆人记笔记记的不亦乐乎。对实际的设计行业发展和设计水平有推动作用吗？有，这是肯定的。但我觉得更多的是对画图技术的推动，对结构概念和理论的推动，对设计行业的发展其实没有太大的作用。我们这些小结构师，每天埋头画图，偶尔听听这些大师的讲课，就觉得“哦，原来是这样，大师真是厉害啊”。但实际呢，对外面的世界一点都不知晓，对行业发展的方向和趋势一点都不了解。干的时间长了，再跳出来真的会发现我除了会干传统的结构设计，也就是点软件，画图这个操作流程，别的都不会了。我不知道甲方想要什么，我还停留在甲方肯定想抠钢筋这个肤浅的层面。现在的事实就是，工程师都按照富士康的工人来培养。可是人家富士康马上就要拿机器人来代替工人了，咱结构工程师情何以堪。）——以上摘录自“结构博客”前辈博文http://www.jiegouboke.com/?p=2702，难觅佳音，以此共勉。

一点思考，一点吐槽，一点记录，一点成长，点点滴滴

一、板的概念

PKPM和YJK进行结构计算时，通常有四种板模型：刚性板、弹性板6、弹性板3、弹性膜。

· 刚性板概念：平面内刚度无穷大，平面外刚度为0。

应用范围及注意事项：其主要用于大部分有梁体系的板，一般的非特别厚的板，平面内刚度无穷大和平面外刚度为0，相对的都是梁的刚度。pkpm或是yjk默认都是将楼板设置为刚性板进行设计。

在采用刚性楼板假定进行整体分析时，每块刚性楼板在水平面内做刚体运动。除刚性板主节点外，其余每个节点的独立自由度只剩下3个，即绕X、Y方向的转角、和Z方向位移，而X、Y方向平动以及绕Z方向的转动由主节点自由度确定。采用上述假设后，结构分析的自由度数目大大减少，可能减少由于庞大自由度系统而带来的计算误差，使计算过程和计算结果的分析大为简化。并在大多数工程分析中具有足够的工程精度。但是，由于假定楼板内的节点没有相对水平位移，也即楼板内的梁等杆件的轴向变形为零，因此有限元计算无法得出这些构件的轴力。在楼板的面内刚度无限大的情况下，这些轴力被楼板吸收。

ps：一般的，软件强制刚性楼板假定是基于整块楼板刚性计算指标，而非强制刚性楼板则是除去开洞及板厚为零的地方分块刚性楼板。

· 弹性板6概念：真实计算板平面内外的刚度（这里的真实计算是素砼的刚度，不包括钢筋）。（主要针对薄板）

应用范围及注意事项： 其主要用于“板柱结构”以及“板柱－剪力墙结构”，这种结构没有梁，不考虑板的平面外刚度就不合理了，所以需要考虑板平面外的刚度。

从理论上说，弹性板6假定是最符合楼板的实际情况，可应用于任何工程。但是实际上，采用弹性板6假定时，部分竖向楼面荷载将通过楼板的面外刚度直接传递给竖向构件，从而导致梁的弯距减小，相应的配筋也比刚性楼板假定减少。而过去所有关于梁的工程经验都是与刚性楼板假定前提下（所有的竖向楼面荷载都通过梁传递给竖向构件）配筋安全储备相对应的。所以，建议不要轻易采用弹性楼板6假定。弹性板6假定是针对“板柱结构”以及“板柱－剪力墙结构”提出的，因为对于这类结构，采用弹性楼板6假定既可以较真实地模拟楼板的刚度和变形，又不存在梁配筋安全储备减小的问题。

· 弹性板3概念：平面内刚度无穷大，真实计算平面外刚度。（主要针对厚板）

应用范围及注意事项：主要用于“板柱结构”以及“板柱－剪力墙结构”，尤其是楼板特别厚的时候，这种模型更复合实际结构受力特点。

弹性楼板3假定主要是针对厚板转换层结构的转换厚板提出的。因为这类结构楼板平面内刚度都很大，其平面外刚度是这类结构传力的关键。通过厚板的平面外刚度，改变传力路径，将厚板以上部分结构承受的荷载安全地传递下去。当板柱结构的楼板平面外刚度足够大时，也可采用弹性楼板3来计算。

· 弹性膜概念：真实计算楼板平面内刚度，平面外为0。

应用范围及注意事项： 该假定是采用平面应力膜单元真实计算楼板的平面内刚度，同时忽略楼板的平面外刚度，即假定楼板平面外刚度为0。该假定适用于“空旷的工业厂房和体育场馆结构”、“楼板局部开大洞结构”、“楼板平面较长或有较大凹入以及平面弱连接结构”。

对于转换层中的梁，在设计中应考虑梁的受拉力的情况，为此，程序自动对用户定义的转换层全层设置成弹性膜。

二、板的应用

关于指标与构件设计

最大层间位移、位移比是在刚性楼板假设下的控制参数。构件设计与位移信息不是在同一条件下的结果（即构件设计可以采用弹性楼板计算，而位移计算一般必须在刚性楼板假设下获得），故可先采用刚性楼板算出位移，而后采用弹性楼板进行构件分析。如果没有勾选刚性楼板假定这一项，意味着当该房间定义了板厚为零或全房间洞时,楼层就会产生"弹性节点"，普通楼面只要不开洞的楼板还是按刚性假定计算内力，即平面内无限刚，平面外为零。在特殊构件里定义不同类型的弹性楼板和不勾选刚性楼板假定的区别是后者会自动对有楼板的房间默认为刚性楼板。（点强制刚性楼板假定，则对于有节点处的楼板，无论是开洞或是0厚都作为刚性楼板范畴）

楼板假定的注意事项

由于“刚性楼板假定”和弹性膜没有考虑楼板的面外刚度，所以才通过“梁刚度放大系数”来提高梁面外弯曲刚度，以弥补面外刚度的不足，同样，也可通过“梁扭矩折减系数”来适当折减梁的设计扭矩。而弹性板6与弹性板3都是真实的考虑了楼板的面外刚度，所以是不需要调整两个系数的，都取1就可以了。

在工程应用中，需要了解工程结构的特点，采用相应的假定。

ps：对于斜板和坡屋面楼板，用户可以将程序设置的弹性膜改为弹性板6，但不能设为弹性板3或刚性板。

三、板的设计

· 隔墙荷载

荷载规范中给出隔墙荷载的说明：表5.1.1各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。对固定隔墙的自重应按恒荷载考虑，当隔墙位置可灵活自由布置时，非固定隔墙的自重可取每延米长墙重(kN/m)的1／3作为楼面活荷载的附加值(kN/m2)计入，附加值不小于1.0kN/m2。大家是否有这种感觉，这不定隔墙的荷载是不是太大了，关于这点我也拿不准具体在设计该如何执行。下面说说项目中隔墙荷载的自我思考：

以上基于YJK将隔墙按线荷载、平均均布荷载（总重平摊）和等效均布荷载（中点弯矩等效）三种情况考虑其隔墙荷载更准确的模拟，可以看出平均均布荷载下XY向配筋均偏小，结构偏于不安全，而等效均布荷载能包住两向配筋。对于固定隔墙较多情况，可以偷个懒按等效来考虑，或是直接按YJK里面的隔墙荷载输入相应荷载。

以上是隔墙线荷载作用下XY向有限元结构配筋结果，其实通过网格划分，我们也可以得知楼板传力的一定规律。在X向只有隔墙相关范围会支撑隔墙，而对于Y向，则对于每一单元板带的中点，都会有单元荷载作用，可想而知，隔墙荷载作用下，Y向更不利。

关于这点，再次引用“结构博客”前辈的一篇博文进行说明：

“经常逛论坛，发现有不少人在讨论这个后砌墙板底加筋问题。有人问，这个板底加筋是怎么算出来的，有人问这个板底加筋到底该怎么加。记得以前看图纸，有不少图纸上也有类似的说明，说是后砌墙板底加筋的种种。

关于这个问题，我有幸听到了北京院的一位老总关于这个问题的解释。这位老总说，后砌墙板底其实根本不需要加筋，那些在板底加筋的作法实际上都是不合理的或者说是错误的。

首先，在计算楼板时，我们已经把楼板上可能存在的后砌隔墙按照均布荷载考虑在板上了。关于如何计算这个均布荷载，在荷载规范的附录里有相关方法的介绍。所以计算出来的板配筋实际上是考虑了后砌隔墙的，无需再重复加筋。

第二，大家都知道，一块板受荷时，应该是整块板都会有变形，也就是说后砌隔墙的荷载其实是由整块板的配筋来承担的，而不是后砌隔墙下的局部配筋来承担。如果在后砌墙下加钢筋的话，可能会改变板底钢筋的受力方式，对整个板的受力都会有影响，破坏原来的平衡，反而不好。

第三，在北京院做过的这么多项目中，从来没出现过后砌墙板底没加钢筋出过事故的，所以实际工程也证明，后砌墙板底是不需要另外加钢筋的。”

听这语气应该是程懋功程总的心得，想不到我对隔墙荷载的想法能够和程总一致，其实隔墙线荷载作用下，力是会两侧传递，而不是单纯的在墙底附加几根钢筋而已。

经与Y姐和F君讨论后，达成一致，对地下二层纯车库，固定隔墙按YJK中隔墙荷载输入，不考虑不定隔墙的活载附加；对地下一层有超市有商业之类的，超市活载为10kN/m2可以包的住不定隔墙这种情况，故超市范围不许额外考虑，而对于商业考虑了DL=4.5 LL=5.5，也能包的住隔墙荷载的情况，对走道或是广场，则考虑LL=4kN/m2来考虑后期的不定因素。

板属性的实践

· YJK弹性板参数说明

弹性板荷载计算方式：

有限元方式仅适用于定义为弹性板3或者弹性板6的楼板，不适合弹性膜或者刚性板的计算。

梁板变形协调：

对于弹性膜，一般可设置为不勾选此项。但是对于弹性板3或者弹性板6，则应勾选此项。因为设置弹性板3或弹性板6的目的是使梁与板共同工作，发挥板的面外刚度的作用，减少梁的受力和配筋，此时必须使弹性板中间节点和梁的中间节点变形协调才能实现这种作用。

考虑相对偏移（次梁点铰后负弯矩的由来）：

以前弹性板与梁变形协调时，计算模型是以梁的中和轴和板的中和轴相连的方式计算的，由于一般梁与楼板在梁顶部平齐，实际上梁的中和轴和板中和轴存在竖向的偏差，勾选此参数后软件将在计算中考虑到这种实际的偏差，将在板和梁之间设置一个竖向的偏心刚域，该偏心刚域的长度就是梁的中和轴和板中和轴的实际距离。在生成数据后的计算简图中可以看到用粉色表示的弹性板和梁之间的竖向短线，就是它们之间的偏心刚域。这种计算模型比按照中和轴互相连接的模型得出的梁的负弯矩更小，跨中承受一定的拉力，这些因素在梁的配筋计算中都会考虑。

地震内力按弹性板6计算：

用户对恒活风等荷载工况计算时，对楼板习惯于按照刚性板、弹性膜的模型计算，这种模型不考虑楼板的抗弯承载能力，由梁承担全部荷载内力，此时的楼板成为一种承载力的安全储备。但是从抗震设计强柱弱梁的要求考虑，常造成梁的配筋过大的不好的效果。

勾选此参数则软件仅对地震作用的内力按照全楼弹性板6计算，这样地震计算时让楼板和梁共同抵抗地震作用，可以大幅度降低地震作用下梁的支座弯矩，从而可明显降低梁的支座部分的用钢量。

由于对其他荷载工况仍按照以前习惯的设置，保持恒活风等其他荷载工况的计算结果不变，这样做既没有降低结构的安全储备，又实现了强柱弱梁、减少梁的钢筋用量的效果。

因此，这也是一项有效的设计优化的措施。

勾选此参数后，除了地震作用内力计算外，其他计算内容均按照用户当前设置的楼板模型计算。对地震内力计算，软件另外取用全楼所有楼板设置为弹性板6的模型，并考虑了弹性板与梁协调时梁向下相对偏移的影响。

· 中震弹性楼板分析

YJK进行性能设计时，用户除在这里勾选性能设计相关参数外，还需到地震参数中按地震烈度修改“地震影响系数最大值”和与性能水准对应的抗震构造措施的抗震等级，以便软件采取与性能水准相适应的构造措施。另外，无论按《抗规》还是按《广东高规》进行性能设计，均不考虑地震效应和风效应的组合，不考虑与抗震等级有关的内力调整系数。