淺談?dòng)胮kpm設(shè)計(jì)無梁樓蓋

翁英杰 ，鄭冬益 ，黎兆豐

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州市 天河區(qū)510642）

1 無梁樓蓋的簡介

無梁樓蓋是相對梁板結(jié)構(gòu)體系而言的，這種結(jié)構(gòu)體系又稱板柱結(jié)構(gòu)體系。無梁樓蓋因?yàn)樵跇巧w結(jié)構(gòu)中不設(shè)梁而得名的，它是一種雙向受力樓蓋。它直接將樓蓋支承在柱子上，樓蓋的周邊可以直接支承在剪力墻或者周邊梁上。相對于有梁樓蓋，無梁樓蓋的板厚要大些。為了增強(qiáng)樓蓋和柱子的整體連接性，通常會(huì)在柱頂設(shè)置柱帽。這樣能提高柱頂處樓蓋的受沖切承載力，還能減少板的計(jì)算跨度，從而減少了樓板的配筋，使樓蓋的成本減低，力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性更好。

由于無梁樓蓋下沒有梁，故采用無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)形式的建筑構(gòu)造高度比有梁樓蓋小。采用無梁樓蓋形式時(shí)，樓層的有效凈高就加大，當(dāng)凈高要求一樣時(shí)我們可以降低樓層的高度。由于板下無梁，所以板底的采光和通風(fēng)都有所改善。

在施工方面，由于板下無梁，就一整塊平板，不止減少了模板的攤開面積，還降低了支模的難度。此外無梁樓板樓面鋼筋綁扎方便，設(shè)備安裝方便。由于板下無梁，減少了批蕩的面積和費(fèi)用，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了工期，對整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)性有很大提高。故近年來，無梁樓蓋這一結(jié)構(gòu)形式在國內(nèi)外迅速發(fā)展起來，特別是在商場，圖書館，倉庫，地下停車場都運(yùn)用得比較多。

2 無梁樓蓋的整體計(jì)算分析

目前，對于無梁樓蓋的設(shè)計(jì)一般采用pkpm系列軟件。在pkpm中，TAT模塊或SATWE模塊可以對無梁樓蓋的整體空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算?，F(xiàn)在針對這兩個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方法做一個(gè)簡單的介紹。

2.1 TAT模塊

在TAT模塊中，我們一般按照規(guī)范的規(guī)定，人為將樓板簡化成雙向等代框架梁進(jìn)行計(jì)算分析，這主要是為了解決無梁樓蓋中沒有了梁跟柱子相連的問題。所以在pkpm中PMCAD對無梁樓蓋建模時(shí)，先計(jì)算確定等代框架梁的寬和高，確定等代框架梁的剛度。梁的寬度取垂直于計(jì)算跨度方向的兩個(gè)相鄰平板的中心線的間距，高度取板的厚度。按照經(jīng)驗(yàn)，我們也可取取柱距的1/2板寬為等代框架梁的寬、高。然后再按照等代框架梁的寬和高作為普通的主梁輸入模型中。例如實(shí)際工程中橫向柱距為L，則該方向的帶代梁的截面為L/2* L/2，然后按住普通梁布置好。建模完成后接TAT模塊進(jìn)行三維計(jì)算分析。在實(shí)際工程中，采用TAT計(jì)算和實(shí)際情況存在一定的誤差，為了讓計(jì)算更加精確，我們大多數(shù)時(shí)候用SATWE模塊計(jì)算分析。

2.2 SATWE模塊

SATWE模塊的設(shè)計(jì)過程跟TAT有所不同。SATWE模塊不用將樓板簡化為雙向等代框架梁，直接對無梁樓蓋體系進(jìn)行三維分析計(jì)算。因?yàn)镾ATWE軟件具有考慮樓板彈性變形的功能，可以采用彈性樓板單元較為真實(shí)的模擬樓板的剛度和計(jì)算變形。2001年4月以后的pkpm中增加了彈性板6。這個(gè)樓板假定能更真實(shí)計(jì)算樓板平面內(nèi)和平面外的剛度。

在PMCAD建模時(shí)，我們?nèi)藶閷⒐こ痰却蚣芰旱奈恢貌贾蒙辖孛鏋?00*100的虛梁。按照設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，邊界和開洞處還是布置實(shí)梁。布置虛梁主要是SATWE模塊在接PMCAD模塊前處理能夠自動(dòng)識(shí)別邊界信息，和輔助劃分彈性樓板單元。虛梁由于沒有剛度，布置后不參加模型結(jié)構(gòu)的整體分析，軟件在STAWE模塊計(jì)算分析前會(huì)自動(dòng)過濾掉所有的虛梁。在計(jì)算前根據(jù)實(shí)際工程確定樓板的厚度，一般在400mm左右，還有樓面荷載的輸入等等。然后讓軟件對模型進(jìn)行整體分析。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算分析過程中應(yīng)該注意問題

3.1 在模型建立后使用SATWE軟件對無梁樓蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維整體分析計(jì)算時(shí)需定義了彈性樓板，選擇“算法二”即總剛算法進(jìn)行計(jì)算。

3.2 由于有限元的計(jì)算原理，樓板的有限元?jiǎng)澐珠L度不一樣可能對計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響。

3.3 無梁樓蓋的周邊，應(yīng)設(shè)置圈梁，其截面高度不小于版后的2.5倍。圈梁除了與柱上板帶一起承受彎矩外，還需承受未計(jì)的扭矩，所以應(yīng)另設(shè)置必要的抗扭構(gòu)造鋼筋。

3.4 “樓板數(shù)據(jù)生產(chǎn)和預(yù)應(yīng)力信息輸入”菜單中可以對樓板不同部位的板厚進(jìn)行修改，還可以在樓板上添加任意的荷載，包括在建模時(shí)無法輸入的板上的任意線荷載及點(diǎn)荷載。

3.5 如果在有梁樓蓋設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行無梁樓蓋的設(shè)計(jì)，在pmcad建模的基礎(chǔ)上，我們可以將有梁樓蓋的梁改成100*100的虛梁，還必須將里面多余的次梁刪掉，否則軟件計(jì)算出錯(cuò)，不能劃分板帶。此外還必須刪掉梁上的荷載，不然板上的恒荷載會(huì)變大，會(huì)造成配筋計(jì)算錯(cuò)誤，不只不科學(xué)還增加了成本。

3.6 現(xiàn)代高層建筑中厚板轉(zhuǎn)換層的計(jì)算，也可像無梁樓蓋結(jié)構(gòu)類似進(jìn)行處理計(jì)算。但是如果要在SATWE軟件中計(jì)算厚板轉(zhuǎn)換層時(shí)，使用PMCAD建模時(shí)，除了要象無梁樓蓋結(jié)構(gòu)一樣要輸人虛梁以外，層高的輸人有所改變。應(yīng)將厚板的板厚均分給與其相鄰兩層的層高。

結(jié)語

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系是近年來發(fā)展較為迅速的一項(xiàng)建筑結(jié)構(gòu)新技術(shù)，其較有梁樓蓋存在許多優(yōu)點(diǎn)。1906年無梁樓蓋開始在美國出現(xiàn)，至今有107年的歷史，在理論和試驗(yàn)方面都做了很多工作，各方面都比較成熟。近年來，pkpm軟件對于設(shè)計(jì)無梁樓蓋也越來越成熟和準(zhǔn)確。而且設(shè)計(jì)的方法和過程都比較簡單，不繁瑣。相對起其他復(fù)雜的有限元軟件，采用pkpm來設(shè)計(jì)無梁樓蓋無非是一個(gè)比較理想的選擇?？梢圆粩嗤七M(jìn)無梁樓蓋在各種建筑中的使用和發(fā)展。

[1] 《GB 50009，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[S]

[3] 《雙向板無梁樓蓋》 朱聘儒編著 中國建筑工業(yè)出版社，1999