運用PKPM軟件進行無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)計
摘要： 簡要介紹無梁樓蓋在PKPM軟件中的整體計算方法，并指出在TAT與SATWE中的不同處理。
無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系又稱板柱結(jié)構(gòu)體系，這是相對梁板結(jié)構(gòu)體系而言的。在我國，無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系是近年來發(fā)展較為迅速的一項建筑結(jié)構(gòu)新技術(shù)。較之傳統(tǒng)的密肋梁結(jié)構(gòu)體系它具有整體性好、建筑空間大，可有效地增加層高等優(yōu)點。并且，采用無梁樓蓋體系的建筑物的地震效應(yīng)也要明顯小于層高較大的梁板結(jié)構(gòu)體系的建筑物。在施工方面，采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的建筑物具有施工支模簡單、樓面鋼筋綁扎方便，設(shè)備安裝方便等優(yōu)點，從而大大提高了施工速度。因此，采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。
對無梁樓蓋這種結(jié)構(gòu)來說，其設(shè)計計算主要分為兩塊：結(jié)構(gòu)整體的空間結(jié)構(gòu)分析和無梁樓蓋本身的分析計算。目前，PKPM系列結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件對這兩方面的設(shè)計都已經(jīng)有比較成熟的分析方法。下面我們就此分別做一些介紹：
I．無梁樓蓋的整體三維計算:
無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的整體計算可通過PKPM軟件中的TAT軟件或SATWE軟件進行。當(dāng)然，這兩個軟件對無梁樓蓋在三維計算中的建模處理是不一樣的：
在TAT軟件中，對于無梁樓蓋結(jié)構(gòu)來說，由于沒有梁和柱子相連，一般我們必須按照規(guī)范中的規(guī)定將板簡化為雙向等代框架梁進行計算。因此，在用PMCAD對無梁樓蓋進行人機交互式建模時，首先應(yīng)確定等代框架梁的寬、高，也即確定等代框架梁的剛度。一般來說，等代框架梁的剛度由板寬決定：我們通常取柱距的1 /2板寬為等代框架梁的寬、高。確定等代框架梁的剛度之后，再將等代框架梁作為普通的主梁輸入。比如橫向柱距為5400mm，則該向的等代梁截面定義為2700mm*2700mm；縱向柱距為3000mm，則該向等代梁截面定義為1500mm*1500mm。然后將所定義的等代框架梁布置好。
模型建立后再接力TAT軟件進行三維分析。TAT的分析計算過程我們在此就不贅述了。當(dāng)然，這種方法對樓板的模擬與實際工程情況有一些出入，因此我們還可以采用SATWE進行更為準(zhǔn)確的計算。
在采用SATWE軟件分析無梁樓蓋結(jié)構(gòu)時，由于SATWE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的模擬樓板的剛度和計算變形。尤其是在2001年4月以后的版本中增加了一種能真實計算樓板平面內(nèi)和平面外的剛度的樓板假定：彈性板6。因此我們就不用將樓板簡化為雙向等代框架梁體系了，而是直接對無梁樓蓋體系進行三維分析計算。當(dāng)然，我們還必須在建模時進行一定的處理：在PMCAD人機交互式輸入時，在以前需輸入等代框架梁的位置上布置截面尺寸為100*100的矩形截面虛梁。（但在邊界處及開洞處最好是布置實梁）。
這里布置虛梁的目的有二：其一是為了SATWE軟件在接力PMCAD的前處理過程中能夠自動讀取樓板的外邊界信息；其二是為了輔助彈性樓板單元的劃分。當(dāng)然，虛梁是不參與結(jié)構(gòu)的整體分析的，實際上SATWE的前處理程序會自動將所有的虛梁過濾掉。此外，為了正確分析該結(jié)構(gòu)，在SATWE程序中還應(yīng)將無梁樓蓋的樓板定義為彈性樓板。
模型建立后就可使用SATWE軟件對無梁樓蓋結(jié)構(gòu)進行三維整體分析計算了。必須注意的是，由于在此定義了彈性樓板，我們必須選擇“算法二”即總剛算法進行計算。
II．樓蓋的設(shè)計計算:
無梁樓蓋的整體分析計算完成后，我們可以利用SATWE軟件中的“復(fù)雜樓板有限元計算”SLABCAD模塊進行樓蓋的分析計算。
首先點取“生成樓板有限元分析數(shù)據(jù)”菜單來生成有關(guān)的計算數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)的計算條件及計算參數(shù)進行定義。如果是預(yù)應(yīng)力樓板的話還應(yīng)將預(yù)應(yīng)力參數(shù)選取。如下圖所示：
當(dāng)然，此時必須注意的是：由于有限元的計算原理所致，對于樓板的有限元劃分長度不一樣可能會對計算結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。
同時我們還可補充輸入無梁樓蓋的其它數(shù)據(jù)，如樓板的洞口及柱帽等特殊構(gòu)件。并可對樓板不同部位的板厚進修改：
同時，我們還可以在樓板上添加任意的荷載，包括在PMCAD建模時無法輸入的板上的任意線荷載及點荷載。
此外，我們還可以輸入支座沉降及約束等補充數(shù)據(jù)。SLABCAD的補充數(shù)據(jù)輸入完畢后我們就可以通過“有限元分析和計算”菜單對無梁樓蓋進性設(shè)計計算了。對無梁樓蓋的計算內(nèi)容主要包括樓板的內(nèi)力、位移、配筋計算及板的沖切驗算等。計算完畢后再通過“分析結(jié)果圖形顯示”菜單查詢其計算結(jié)果。
最后，必須指出的是：對于現(xiàn)代高層建筑中比較常見的厚板轉(zhuǎn)換層的計算也可象無梁樓蓋結(jié)構(gòu)一樣進行類似的處理計算。但是如果要在SATWE軟件中計算厚板轉(zhuǎn)換層時，在使用PMCAD進行人機交互式輸入時必須注意：除了要象無梁樓蓋結(jié)構(gòu)一樣要輸入虛梁以外，層高的輸入有所改變。應(yīng)將厚板的板厚均分給與其相鄰兩層的層高。即取與厚板相鄰的兩層層高分別為其凈空加上厚板的一半板厚：如第i 層有厚度為Bt的厚板，在PMCAD交互式輸入中，則第i層的板厚輸入值為Bt，層高為Hi+Bt/2，第i+1層的層高為Hi+1+Bt/2。
參考文獻：
建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011－2010）
PKPM多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析及設(shè)計軟件
