0  .

前言

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時，對于樓板的假定通長有四種樓板模型，PKPM軟件程序中也提供了這四種樓板模型，分別為剛性板、彈性板6、彈性板3、彈性膜，這四種板模型的屬性如表1所示。我們常用的如剛性板模型，一般情況下如果設(shè)計(jì)師對于所設(shè)計(jì)的模型中樓板不做特別指定的話，程序都會默認(rèn)所布置的樓板屬性為剛性板。

四種板模型的對 表1

同時，在軟件參數(shù)選項(xiàng)中，程序又提供“全樓強(qiáng)制剛性樓板假定”，如圖1所示。而對于這個假定，基于《抗規(guī)》3.4.3條、《高規(guī)》3.4.5條，例如《高規(guī)》3.4.5條規(guī)定：結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響。在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍；B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結(jié)構(gòu)及本規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結(jié)構(gòu)及本規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。

圖1 剛性樓板假定

所以很多情況下，基于這兩本規(guī)范關(guān)于位移比的規(guī)定，很多設(shè)計(jì)師在SATWE參數(shù)中，不管自己的模型是什么情況，首先都會選擇第三個參數(shù)，即“整體指標(biāo)計(jì)算采用強(qiáng)剛，其他結(jié)果采用非強(qiáng)剛”進(jìn)行計(jì)算，很多時候其所設(shè)計(jì)的模型根本不符合強(qiáng)剛假定的條件，此時采用這個假定進(jìn)行指標(biāo)計(jì)算，這些指標(biāo)的結(jié)果不具備可參考性，但是很多設(shè)計(jì)師都忽略了這一點(diǎn)。

 1  .

設(shè)置參數(shù)“全樓強(qiáng)制剛性樓板假定”的意義

在對整體結(jié)構(gòu)規(guī)則性的控制方面，規(guī)范規(guī)定了若干個控制指標(biāo)，比如周期比、扭轉(zhuǎn)位移比，都是非常重要的指標(biāo)。在這些指標(biāo)計(jì)算時，我們的設(shè)計(jì)人員已經(jīng)習(xí)慣采用“全樓強(qiáng)制剛性樓板假定”，這是因?yàn)檫@些指標(biāo)都是規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)整體性能的指標(biāo)，這些整體指標(biāo)計(jì)算的前提是結(jié)構(gòu)的樓層和樓板布置比較規(guī)則，對于少量的局部的不規(guī)則可適當(dāng)?shù)暮雎云溆绊懰捎玫囊环N設(shè)計(jì)手段。

在《抗規(guī)》3.4.3條條文說明中也明確指出，“對于結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，按剛性樓蓋計(jì)算，當(dāng)最大層間位移與其平均值的比值為1.2時，相當(dāng)于一端為1.0，另一端為1.45；當(dāng)比值1.5時，相當(dāng)于一端為1.0，另一端為3。”該條條紋說明明確指出在進(jìn)行驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)位移比的時候，要求在“剛性樓板”假定的條件下進(jìn)行，因此程序提供了“對所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定”的選項(xiàng)。事實(shí)上，“扭轉(zhuǎn)位移比”是建立在“剛性樓板”假設(shè)前提下的控制參數(shù)，“對所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定”是規(guī)范對扭轉(zhuǎn)位移比限制的需要。也就是說如果一個結(jié)構(gòu)樓蓋不符合“剛性板”假定時，在對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)位移比的判別已沒有多大意義。

一般比較規(guī)則結(jié)構(gòu)的樓板，在自身平面內(nèi)剛度很大，變形很??；在平面外，樓板抗彎剛度相對較小，因此在結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析計(jì)算中可以假定樓板在平面內(nèi)剛度無限大，在平面外剛度為0，即“剛性樓板”假定。而實(shí)際的工程中，大多數(shù)的結(jié)構(gòu)樓層都屬于樓板形狀比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)，都可以采用“剛性樓板”假定來進(jìn)行分析。

如圖2所示，在PKPM程序中通過【設(shè)計(jì)模型前處理】中的【彈性板】菜單可以進(jìn)行不同樓板類型的指定，每一層中的各個房間均可指定為剛性板或者指定為彈性板，對于指定為不同的樓板類型的房間，在計(jì)算樓層平均位移的時候，只有把樓層中所有的房間均按照“強(qiáng)制剛性樓板”計(jì)算，才能避免局部変形的影響，平均位移和位移比的計(jì)算也才符合規(guī)范的要求。

圖2 彈性樓板的指定

關(guān)于周期比的控制，也是對結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)剛度的控制，因此對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期比的計(jì)算也應(yīng)采用“強(qiáng)制剛性樓板”假定，計(jì)算時應(yīng)忽略局部振動的影響。比如對于結(jié)構(gòu)樓層開洞口較復(fù)雜，或者錯層結(jié)構(gòu)時，若不采用“強(qiáng)制剛性樓板”假定，則程序計(jì)算出的結(jié)果中往往會產(chǎn)生局部的較大變形或者局部的振動，而這些均不屬于結(jié)構(gòu)整體性能的反映，換言之，當(dāng)選擇“全樓強(qiáng)制剛性樓板假定”選項(xiàng)時，可以過濾掉局部振動產(chǎn)生的周期。

雖然對規(guī)范上規(guī)定這些的整體指標(biāo)計(jì)算時，要采用“剛性樓板”假定，這個假定也適用于絕大多數(shù)的高層結(jié)構(gòu)，但是該假定也有其適用范圍的，在具體的設(shè)計(jì)中需要我們設(shè)計(jì)師自己進(jìn)行判別，而不能針對任何的結(jié)構(gòu)類型，習(xí)慣性的在SATWE參數(shù)的“剛性板假定”中勾選第三項(xiàng)，比如對于個別結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間行很強(qiáng)、明顯不符合剛性板假定的情況，再去控制“扭轉(zhuǎn)位移比”、“周期比”等這些指標(biāo)已沒有實(shí)際意義了。

 2  .

程序中“強(qiáng)剛假定”與“剛性板假定”的區(qū)別

PKPM程序中，當(dāng)設(shè)計(jì)師勾選“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”時，程序?qū)⒃跇菍訕?biāo)高平面上下200mm范圍內(nèi)查找節(jié)點(diǎn)，重新形成剛性板塊；對于任何一個房間，無論P(yáng)M中定義的是“彈性板”、“全房間洞”或是“0厚度板”，只要勾選“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”后，則都將形成剛性板塊，對于獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)，也會包含在該剛性板塊中；而“剛性板假定”，一般PKPM程序中對于設(shè)計(jì)師輸入的樓板，如果不特別進(jìn)行樓板類型指定，且非0厚度板的情況下，默認(rèn)的均為剛性板，即為默認(rèn)情況下的“剛性板假定”，其與“強(qiáng)剛假定”大多數(shù)情況下都是基本相同的。

對于多塔結(jié)構(gòu)，如果沒有進(jìn)行分塔，不勾選“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”，則剛性板查看如下圖3所示，這種情況下，如果把SATWE參數(shù)中“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”選項(xiàng)勾上后，再進(jìn)行剛性板查看的時候如圖4所示。

圖3 不分塔下的“剛性板假定”（不勾選“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”）

圖4 不分塔下的“強(qiáng)制剛性板假定”（勾選“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”）

如果把該多塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行分塔后，不勾選“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”，則剛性板查看如下圖5所示，這種情況下，如果把SATWE參數(shù)中“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”選項(xiàng)勾上后，再進(jìn)行剛性板查看的時候如圖6所示。

圖5 分塔下的“剛性板假定”（不勾選“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”）

圖6 分塔下的“強(qiáng)制剛性板假定”（勾選“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”）

如圖7所示為某結(jié)構(gòu)的平面布置圖，當(dāng)不勾選“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”，則剛性板查看如下圖8所示，這種情況下，如果把SATWE參數(shù)中“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”選項(xiàng)勾上后，再進(jìn)行剛性板查看的時候如圖9所示。

圖7 結(jié)構(gòu)平面布置圖圖

圖8 默認(rèn)的“剛性板假定”

（不勾選“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”）

圖9“強(qiáng)制剛性板假定”（勾選“全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定”）

當(dāng)結(jié)構(gòu)中有局部錯層的情況時，如圖10所示，如果節(jié)點(diǎn)高差在200mm以上時，默認(rèn)的情況下錯層部分的樓板也將形成單獨(dú)的剛性板塊，此時不管是否勾選“全樓強(qiáng)制采用剛性板假定”，則均如圖11所示。

圖10 錯層結(jié)構(gòu)

圖11 “剛性板假定”與“強(qiáng)剛假定”

對于工程中存在的坡屋面板的情況，如下圖12所示，不管我們在SATWE參數(shù)中是否“全樓強(qiáng)制采用剛性板假定”，在進(jìn)行剛性板查看的時候均如圖13所示，此時的坡屋面板始終都是彈性膜的屬性。

圖12 坡屋面板

 圖13 “剛性板假定”與“強(qiáng)剛假定”

由以上幾個工程案例情況可見，我們在實(shí)際工程中進(jìn)行一些整體指標(biāo)判定的時候，一定要注意SATWE參數(shù)中是否“全樓強(qiáng)制采用剛性板假定”這個選項(xiàng)是有其使用范圍的，如果我們設(shè)計(jì)師不注意這一點(diǎn)，針對于自己的工程，也不去關(guān)注其樓板是否連續(xù)，整體性是否滿足指標(biāo)的控制條件，上來就直接勾上該選項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算，然后盲目的只關(guān)注最終程序給出的這些整體指標(biāo)是否超限，其實(shí)這么做是不合理的。

如對于上面的錯層結(jié)構(gòu)，如果錯層較大的時候，不管我們是否勾選了“全樓強(qiáng)制采用剛性板假定”，最終程序始終都是按照兩塊剛性板進(jìn)行整體指標(biāo)分析的，而程序中在進(jìn)行整體位移指標(biāo)計(jì)算的時候，所取的最大位移、最小位移及平均位移都是基于整層來取的，就有可能會導(dǎo)致這些整體的位移指標(biāo)滿足不了規(guī)范上規(guī)定的限值，而我們設(shè)計(jì)師如果不注意這一點(diǎn)，仍然按照規(guī)范上的限值去限制，忽略了這個規(guī)定應(yīng)有的條件，也是不合理的。再比如對于這種坡屋面建筑，我們很多設(shè)計(jì)師也會進(jìn)行類似的操作，其實(shí)對于這種坡屋面建筑，再去看起整體扭轉(zhuǎn)位移比的時候，已經(jīng)沒有多大意義了，所以這些都需要我們設(shè)計(jì)師在實(shí)際工程中注意到這一點(diǎn)。

 3  .

工程案例及設(shè)計(jì)建議

如圖14所示，該工程為框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，地下一層，地上7層，上部樓層局部有錯層，錯層高度1.5米，計(jì)算中SATWE參數(shù)中勾選了“全樓強(qiáng)制采用剛性板假定”，計(jì)算完后發(fā)現(xiàn)位移指標(biāo)總是計(jì)算超限，如圖15所示，在考慮偶然偏心的規(guī)定水平力作用下位移指標(biāo)超限的樓層均在第3、5、6層，而返回前處理去查看強(qiáng)剛假定下的板類型時發(fā)現(xiàn)，這個時如圖16至圖18所示。

圖14 某框剪結(jié)構(gòu)

圖15 位移指標(biāo)

圖16 第三層的“強(qiáng)剛假定”  圖18 第六層的“強(qiáng)剛假定”

圖17 第五層的“強(qiáng)剛假定”

由圖17至圖18可以看出，至少這幾種情況下的“強(qiáng)制全樓剛性樓板假定”均不滿足規(guī)范規(guī)定的這幾個整體指標(biāo)的前提條件，所以雖然程序也給出了相應(yīng)的整體指標(biāo)，但是不具有參考性，在具體的設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)該判斷這些指標(biāo)的應(yīng)用范圍，對于圖16和圖17的情況，如果需要給出位移比，則我們可以針對性的按照分塊剛性板來進(jìn)行各自的計(jì)算，而對于圖18這種情況，由于錯層導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的整體性較差，此時再去判斷整體指標(biāo)可能意義不大了，如果硬要去給出一個位移指標(biāo)值了，首先我們也應(yīng)該明確的是進(jìn)行分塊剛性板來進(jìn)行分別的計(jì)算。所以對于我們設(shè)計(jì)師具體的工程項(xiàng)目中，我們要有判別性的知道所做的工程是否滿足規(guī)范的前提條件，SATWE參數(shù)中的“強(qiáng)制剛性樓板假定”在很多場合也不是完全適用的，還是需要我們進(jìn)行判斷，特殊的工程作出特殊的對待。

參考文獻(xiàn)

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 BIM裝配式設(shè)計(jì)系列叢書：結(jié)合工程實(shí)例介紹如何通過BIM平臺實(shí)現(xiàn)全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，進(jìn)而完成裝配式建筑的方案設(shè)計(jì)和深化設(shè)計(jì)。