梁刚度放大系数在结构设计中取值
梁刚度放大系数按主梁计算的思考

关于pkpm新版本中梁刚度系数放大的问题,新版本中是这样表述的:而旧版本中是这样表述的:
我认为新版本这样写,是更加完善,更加准确的写法;
先说一下旧版本的计算问题所在
在旧版本中,存在这样的问题,就是同样一根框架梁,截面尺寸、跨度一样的前提下,被次梁分割下就会发现,主梁的刚度放大系数差距很大了,如图所示:
就会发现框架梁被多个次梁分割成一小段一小段的时候,刚度放大系数变小了,我认为这样是不符合实际的,梁的刚度放大系数跟次梁分割不分割是没有关系的,框架梁是一根整体的,而pkpm在计算的时候,次梁的分割会在框架梁上形成一个个的节点,这样导致框架梁的刚度放大系数分成几段来计算,由规范的表格可以知道,框架梁的刚度放大系数跟三个方面有关系,分别为梁的计算跨度、梁的净距、楼板的厚度,旧版中的pkpm中来计算的时候,是
把梁分段来计算的,这样导致一个完整的框架梁被分成了几小段,导致计算跨度减小,导致梁的刚度放大系数减小,这样会导致整个结构的刚度减小,总之会导致地震剪力的减小,并且位移角会增加5%作用,地震剪力墙会减小7%左右,总之来说旧版本中的这个问题,是需要我们在特殊构件补充定义里去修改被分割后的框架梁的刚度放大系数,以下是截图
修改完之后,这样才符合实际的结构工作情况,那么问题来了,以前没有注意这个问题的时候,房子也不是没有倒塌吗,那是因为没有发生大震或者中震,并且我们知道混凝土的构件设计的时候,安全储备是很大的,我们看下混凝土与钢筋的设计值和标准值就明白了;
好了,正是pkpm发现了这个问题的所在,故而在新版本中将此项改为了梁刚度放大系数按主梁计算,也就是不考虑次梁,也就避免了以上的问题,所以我认为这个改善是很有必要的。
以上观点仅供参考,不足或者错误之处敬请批评。
-----------2016年12月7日。
YJK计算参数(-注释)20171011

YJK计算参数(-注释)20171011SATWE结构计算中的参数选取一、总信息..............................................1、结构体系根据实际情况填写。
该参数直接影响整体指标统计、构件内力调整、构件设计等内容。
2、结构材料信息: 根据实际情况确定3、地下室层数:指与上部结构同时进行内力分析的地下室部分的层数。
该参数对结构整体分析与设计有重要影响,无地下室时填0,有地下室时根据实际情况填写。
4、嵌固端所在层号: MQIANGU= 1嵌固端所在层号主要用于设计,如按《抗震规范》6.1.14.3.2条对梁、柱钢筋进行调整;按《高规》3.5.5.2条确定刚度比限值;地震组合下的设计内力调整;底部加强区起始位置等方面。
软件默认嵌固层号=地下室层数,如果在基础顶嵌固,则该参数填0,如果修改了地下室层号,1;对钢结构或大型体育场馆类(指没有严格的标准楼层概念)结构应选一次性加载。
10、风荷载计算信息:一般计算方式。
一般计算方式:软件先求出某层X、Y方向水平风荷载外力FX、FY,然后根据该层总节点数计算每个节点承担的风荷载值,再根据该楼层刚性楼板信息计算该刚性板块承担的总风荷载值并作用在板块质心;如果是弹性节点,则直接施加在该节点上,最后进行风荷载计算;11、地震力计算信息:计算水平地震作用12、生成绘等值线用数据选中该参数之后,后处理中的“等值线”才有数据,用来画墙、弹性楼板、转换梁以及框架梁转连梁的应力等值线。
二、计算控制信息..............................................1、水平力与整体坐标夹角该参数为地震作用、风荷载计算时的X正向与结构整体坐标系下X轴的夹角,逆时针方向为正,单位为度。
改变该参数时,地震作用和风荷载计算时的X正向将发生改变,进而影响与坐标系方向有关的统计结果,如风荷载计算时的迎风面宽度、风荷载、地震作用计算时的层外力、层间剪力、层间位移、层刚度等指标。
对pkpm参数设置的疑问解答

一、一般情况下模拟施工加载取模拟施工加载3比较符合逐层施工的实际情况。
模拟施工加载2则可以更合理的给基础传递荷载。
复杂结构设计人员可以指定施工顺序。
二、修正后的大体风压一般就是荷载规范规定的大体风压,对于沿海和强风地带对风荷载敏感的建筑可以在此基础上放大10%~20%,门刚中则规定按放大5%采用。
3、对于高度大于150M的高层混凝土建筑才要验算风振舒适度。
结构阻尼比取0.01~0.02,程序缺省0.02。
4、侧刚计算方式:一种简化计算法,计算速度快,但应用范围有限,当概念有弹性楼板或有不与楼板相连的构件时(如错层结构、空旷的工业厂房、体育馆等)用此法会有必然误差;总刚计算方式:精度高,适用范围广,计算量大。
对于没有概念弹性楼板且没有不与楼板相连构件的工程,两种方式结果一样。
(以下转贴)“刚性楼板”的适用范围:绝大多数结构只要楼板没有特别的减弱、不持续,都可采用这个假定。
相关注意:由于“刚性楼板假定”没有考虑板面外的刚度,所以可以通过“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。
一样原因,也可通过“梁扭矩折减系数”来适当折减梁的设计扭矩。
“弹性板6 ”的适用范围:所有的工程都可采用。
相关注意:由于已经考虑楼板的面内、面外刚度,则梁刚度不宜放大、梁扭矩不宜折减。
板的面外刚度将承担一部份梁柱的面外弯矩,而使梁柱配筋减少。
此时结构分析时间大大增加。
“弹性板3 ”的适用范围:需要保证楼板平面内刚度超级大,外刚度承担荷载,不使梁柱配筋减少,以保证梁柱设计的安全度。
“如厚板转换层中的厚板,板厚达到1m以上。
而面外刚度则需要按实际考虑。
相关注意:一般在厚板转换层不设梁,或用等代梁,并注意上下部轴线差别产生的传力问题。
“弹性膜”的适用范围:仅适用于梁柱结构,设计时不使楼板面相关注意:不能用于“板柱结构”。
设计时可以进行梁的刚度放大和扭矩折减。
(弹性楼板6:考虑楼板的面内刚度和面外刚度,采用壳单元.原则上适用于所有结构,但采用弹性楼板6计算时,楼板和梁一路承担面外弯矩,计算结果中梁的配筋小了,而楼板承担面外弯矩,计算的配筋又未考虑.另外计算工作量大.因此该模型仅适用于板柱结构;弹性楼板3:考虑楼板的面内刚度无穷大,并考虑楼板的面外刚度.适用于厚板转换层;弹性膜:考虑面内刚度,面外刚度为零.采用膜剪切单元.弹性板由用户人工指定,但对于斜屋面,若是没有指定,程序会缺省为弹性膜,用户可以指定为弹性板6或弹性膜,不允许概念为刚性板或弹性板3)五、按照高规(JGJ 3-2021)第3.7.3条注,抗震设计时SATWE计算结果中楼层层间最大位移与层高之比的限值可不考虑偶然偏心的影响。
盈建科各种参数设置

盈建科参数设置结构总体信息1、结构体系:按实际情况填写。
2、结构材料信息:按实际情况填写。
3、结构所在地区:一般选择“全国”。
分为全国、上海、广东,分别采用中国国家规范、上海地区规程和广东地区规程。
B类建筑和A类建筑选项只在坚定加固版本中才可选择。
4、地下室层数:定义与上部结构整体分析的地下室层数,根据实际情况输入,无则填0。
5、嵌固端所在层号:(P219~224)抗规6.1.14条:地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍。
如果地下室首层的侧向刚度大于其上一层侧向刚度的2倍,可将地下一层顶板作为嵌固部位;如果不大于2倍,可将嵌固端逐层下移到符合要求的部位,直到嵌固端所在层侧向刚度大于上部结构一层的2倍。
由于剪切刚度比的计算只与建筑结构本身的特性有关,与外界条件(如回填土的影响、是否为地下室等)无关,所以在计算侧向刚度比适宜选用剪切刚度比。
在YJK中的结果文件wmass.out中,剪切刚度是RJX1、RJY1,可从地下一层逐层计算与地上一层的剪切刚度比,出现大于2或四舍五入大于2的,该层顶板即可作为嵌固端。
如果地下室各层都不满足嵌固条件,应将嵌固部位设定在基础顶板处,嵌固端所在层号填0。
6、与基础相连构件最大底标高:7、裙房层数:程序不能自动识别裙房层数,需要人工指定。
应从结构最底层起算(包括地下室),例如:地下室3层,地上裙房4层时,裙房层数应填入7。
8、转换层所在层号:应按楼层组装中的自然层号填写,例如:地下室3层,转换层位于地上2层时,转换层所在层号应填入5。
程序不能自动识别转换层,需要人工指定。
对于高位转换的判断,转换层位置以嵌固端起算,即以(转换层所在层号-嵌固端所在层号+1)进行判断,是否为3层或3层以上转换。
9、加强层所在层号:人工指定。
根据《高规》10.3、《抗规》6.1.10条并结合工程实际情况填写。
10、底框层数:用于框支剪力墙结构。
高规10.211、施工模拟加载层步长:一般默认1.12、恒活荷载计算信息:(P66)1)一般不允许不计算恒活荷载,也较少选一次性加载模型;2)模拟施工加载一模式:采用的是整体刚度分层加载模型,该模型应用与各种类型的下传荷载的结构,但不使用于有吊柱的情况;3)按模拟施工二:计算时程序将竖向构件的轴向刚度放大十倍,削弱了竖向荷载按刚度的重分配,柱墙上分得的轴力比较均匀,传给基础的荷载更为合理。
YJK中震、大震参数

中震:结构总体信息:(1)不计算风荷载(2)不考虑人防荷载、消防车荷载计算控制信息:(1)中梁刚度放大系数上限:1.5(2)边梁刚度放大系数上限:1.0(3)连梁刚度折减系数(地震):0.5(不计算风荷载,故其连梁刚度折减系数不变)(4)不强制采用刚性楼板假定(根据专家要求,不同结构也可以采用强刚)(5)增加计算连梁刚度不折减模型下的地震位移(不勾选)地震信息:(1)周期折减系数:1.0(2)抗震等级:四级(抗震等级的不同使得内力的调整程度不同,抗震等级为四级时相当于内力不调整)(3)抗震构造措施的抗震等级:不提高(4)不考虑偶然偏心和双向地震作用(墙肢偏拉时需要复核双向地震)(5)地震影响系数最大值:按高规表4.3.7-1取设防地震对应的数值(勾选性能设计后YJK 会自动调整)(6)地震作用放大系数:全楼1.0(不放大)(7)性能设计:按抗规附录M不同的性能确定(弹性、不屈服)。
设计信息:(1)按抗震规范(5.2.5)调整地震内力(不勾选,不进行剪重比调整)(2)不考虑0.2Vo调整(3)薄弱层内力不调整(包括“自动对层间受剪承载力突变形成的薄弱层放大调整”、“自动根据受剪承载力比值调整配筋至非薄弱”、“转换层指定为薄弱层”均不勾选,薄弱层地震内力放大系数为1.0)。
特殊构件定义:(1)框支梁、框支柱取消定义;(2)性能设计构件类型(底部加强区):墙、柱定义为关键构件,梁、墙梁定义为耗能构件(3)框梁修改过的刚度系数按小震。
大震:结构总体信息:(1)不计算风荷载(2)不考虑人防荷载、消防车荷载计算控制信息:(1)中梁刚度放大系数上限:1.0(大震时楼板裂开,对梁刚度起不到增大作用)(2)边梁刚度放大系数上限:1.0(3)连梁刚度折减系数(地震):0.3(不计算风荷载,故其连梁刚度折减系数不变)(4)不强制采用刚性楼板假定(根据专家要求,不同结构也可以采用强刚)(5)增加计算连梁刚度不折减模型下的地震位移(不勾选)地震信息:(1)特征周期:根据高规表4.3.7-2查到的特征周期按4.3.7条规定再增加0.05s;(2)周期折减系数:1.0(3)抗震等级:四级(抗震等级的不同使得内力的调整程度不同,抗震等级为四级时相当于内力不调整)(4)抗震构造措施的抗震等级:不提高(5)不考虑偶然偏心和双向地震作用(墙肢偏拉时需要复核双向地震)(6)地震影响系数最大值:按高规表4.3.7-1取罕遇地震对应的数值(勾选性能设计后YJK 会自动调整)(7)地震作用放大系数:全楼1.0(不放大)(8)性能设计:按高规第3.11节不同的性能水准确定。
采用弹性楼板时还要不要进行刚度放大-20120313

具体问题:midas Building中如果将楼板设为弹性板,中梁与边梁还需不需要进行刚度调整?具体命令: 结构->模型控制具体解答:高规5.2.2在结构内力与位移计算中,现浇楼盖和装配整体式楼盖中,梁的刚度可考虑翼缘的作用予以增大。
近似考虑时,楼面梁的刚度增大系数可根据翼缘情况取1.3~2.0。
刚度增大系数取T型或L型截面与矩形截面惯性矩的比值。
如300x600矩形截面,翼缘宽度取为1.5m, 翼缘厚度取为板厚0.12m。
图1 考虑翼缘后T形截面梁及其截面特性图2 不考虑翼缘时矩形截面梁及其截面特性截面抗弯惯性矩增大系数=I yy1/I yy2=1.018x1010/5.4x109=1.885,也就是考虑楼板作为翼缘对梁的刚度放大作用,中梁的刚度放大系数大概要取为1.885左右。
在结构帮的第二期里边,我们也讲过,程序对中梁和边梁刚度的判别,是根据梁两侧的楼板类型来进行的。
表1 中梁与边梁的自动识别之所以对于两侧均为弹性板或一侧为弹性板另一侧为刚性板时的情况不识别为中梁,一侧为弹性板一侧无板时不识别为边梁,基本的出发点是由于弹性板与刚性板相比,其具有面外刚度。
整体分析时,尽管楼板并不参与,但其荷载与刚度会凝聚到周端的梁上,所以分析时已经考虑了楼板对于梁刚度的放大作用。
但包括midas Building在内的所有结构分析软件,建模时梁单元与板单元都是轴线对齐,如下图所示。
图3 模型中梁单元与板单元布置图以截面为300*600梁为例,其抗弯刚度为112bh3=112x300x(600)3=5.4x109mm4而楼板的平面外刚度,取翼缘宽度为1.5m, 112bh3=112x1500x(120)3=2.16x108mm4,梁刚度为楼板刚度的25倍,因而楼板对梁的刚度影响非常有限。
测试模型如下图所示:图4 简单框架模型(不设梁刚度调整系数)恒载作用下弯矩图:图5 恒载作用下弯矩图两种情况的结果基本接近。
盈建科各种全参数设置

盈建科参数设置结构总体信息1、结构体系:按实际情况填写。
2、结构材料信息:按实际情况填写。
3、结构所在地区:一般选择“全国”。
分为全国、上海、广东,分别采用中国国家规范、上海地区规程和广东地区规程。
B类建筑和A类建筑选项只在坚定加固版本中才可选择。
4、地下室层数:定义与上部结构整体分析的地下室层数,根据实际情况输入,无则填0。
5、嵌固端所在层号:(P219~224)抗规6.1.14条:地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍。
如果地下室首层的侧向刚度大于其上一层侧向刚度的2倍,可将地下一层顶板作为嵌固部位;如果不大于2倍,可将嵌固端逐层下移到符合要求的部位,直到嵌固端所在层侧向刚度大于上部结构一层的2倍。
由于剪切刚度比的计算只与建筑结构本身的特性有关,与外界条件(如回填土的影响、是否为地下室等)无关,所以在计算侧向刚度比适宜选用剪切刚度比。
在YJK中的结果文件wmass.out中,剪切刚度是RJX1、RJY1,可从地下一层逐层计算与地上一层的剪切刚度比,出现大于2或四舍五入大于2的,该层顶板即可作为嵌固端。
如果地下室各层都不满足嵌固条件,应将嵌固部位设定在基础顶板处,嵌固端所在层号填0。
6、与基础相连构件最大底标高:7、裙房层数:程序不能自动识别裙房层数,需要人工指定。
应从结构最底层起算(包括地下室),例如:地下室3层,地上裙房4层时,裙房层数应填入7。
8、转换层所在层号:应按楼层组装中的自然层号填写,例如:地下室3层,转换层位于地上2层时,转换层所在层号应填入5。
程序不能自动识别转换层,需要人工指定。
对于高位转换的判断,转换层位置以嵌固端起算,即以(转换层所在层号-嵌固端所在层号+1)进行判断,是否为3层或3层以上转换。
9、加强层所在层号:人工指定。
根据《高规》10.3、《抗规》6.1.10条并结合工程实际情况填写。
10、底框层数:用于框支剪力墙结构。
高规10.211、施工模拟加载层步长:一般默认1.12、恒活荷载计算信息:(P66)1)一般不允许不计算恒活荷载,也较少选一次性加载模型;2)模拟施工加载一模式:采用的是整体刚度分层加载模型,该模型应用与各种类型的下传荷载的结构,但不使用于有吊柱的情况;3)按模拟施工二:计算时程序将竖向构件的轴向刚度放大十倍,削弱了竖向荷载按刚度的重分配,柱墙上分得的轴力比较均匀,传给基础的荷载更为合理。
YJK参数设置详细解析

结构整体信息1、结构体系:按实际情形填写。
2、结构材料信息:按实际情形填写。
3、结构所在地域:一样选择“全国”。
分为全国、上海、广东,别离采纳中国国家标准、上海地域规程和广东地域规程。
B类建筑和A类建筑选项只在坚决加固版本中才可选择。
4、地下室层数:概念与上部结构整体分析的地下室层数,依如实际情形输入,无那么填0。
5、嵌固端所在层号:(P219~224)抗规条:地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍。
若是地下室首层的侧向刚度大于其上一层侧向刚度的2倍,可将地下一层顶板作为嵌固部位;若是不大于2倍,可将嵌固端逐层下移到符合要求的部位,直到嵌固端所在层侧向刚度大于上部结构一层的2倍。
由于剪切刚度比的计算只与建筑结构本身的特性有关,与外界条件(如回填土的阻碍、是不是为地下室等)无关,因此在计算侧向刚度比是宜选用剪切刚度比。
在YJK中的结果文件中,剪切刚度是RJX1、RJY1,可从地下一层逐层计算与地上一层的剪切刚度比,显现大于2或四舍五入大于2的,该层顶板即可作为嵌固端。
若是地下室各层都不知足嵌固条件,应将嵌固部位设定在基础顶板处,嵌固端所在层号填0。
6、与基础相连构件最大底标高:7、裙房层数:程序不能自动识别裙房层数,需要人工指定。
应从结构最底层起算(包括地下室),例如:地下室3层,地上裙房4层时,裙房层数应填入7。
8、转换层所在层号:应按楼层组装中的自然层号填写,例如:地下室3层,转换层位于地上2层时,转换层所在层号应填入5。
程序不能自动识别转换层,需要人工指定。
关于高位转换的判定,转换层位置以嵌固端起算,即以(转换层所在层号-嵌固端所在层号+1)进行判定,是不是为3层或3层以上转换。
9、增强层所在层号:人工指定。
依照《高规》、《抗规》条并结合工程实际情形填写。
10、底框层数:用于框支剪力墙结构。
高规11、施工模拟加载层步长:一样默许1.12、恒活荷载计算信息:(P66)1)一样不许诺不计算恒活荷载,也较少选一次性加载模型;2)模拟施工加载一模式:采纳的是整体刚度分层加载模型,该模型应用与各类类型的下传荷载的结构,但不利用与有吊柱的情形;3)按模拟施工二:计算时程序将竖向构件的轴向刚度放大十倍,减弱了竖向荷载按刚度的重分派,柱墙上分得的轴力比较均匀,传给基础的荷载更为合理。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
梁刚度放大系数在结构设计中的取值探讨摘要:在结构设计中,合理的参数取值对结构的分析及构件的承载力验算都有着明显的影响,如何根据实际情况进行合理的取值,满足抗震概念设计和构件承载力计算是工程师必须掌握的,本文探讨了梁刚度放大系数的取值依据,给出了刚度系数取值的建议。
关键词:梁刚度系数强梁弱柱概念设计
梁刚度放大系数在结构设计中有着较明显的影响,是一个比较重要的参数。
梁刚度系数的取值不仅影响混凝土构件的配筋,而且对这个结构体系的参数计算也有着非常大的影响。
在抗震设计中,由于对于一个结构而言,刚度越大、则周期越小,相应的地震作用也越大,因此对于现浇的混凝土结构若不考虑梁刚度放大作用则计算出的地震效应是偏于不安全的。
同时由于目前结构软件一般都是在计算梁构件配筋的时候按矩形截面受弯构件进行计算的,也就是说当考虑因翼缘的作用引起的梁刚度放大系数导致的附加的受力钢筋并没有配置在相应的翼缘内的,这就形成了事实上梁抗弯承载力的提高,而这与抗震概念设计中一再强调的强柱弱梁的抗震设计思想是不一致的,因此如何考虑梁的刚度系数在结构设计中就尤为重要。
“如何考虑梁刚度放大系数”这里面包含两层意思,一是在哪个阶段需要考虑梁的放大系数,二是梁的刚度放大系数该考虑多大,合理的取值范围是多少。
对于前者,工程师可以在配筋计算的时候分两步走,首先按不考虑梁刚度放大系数
或者考虑一个较小的刚度放大系数据此进行混凝土梁的配筋设计,然后按考虑梁刚度放大系数进行竖向(抗侧力)构件的承载力计算,以此来实现强柱弱梁的抗震设计要求。
本文主要就梁的刚度放大系数的合理取值范围进行探讨。
《高层混凝土建筑技术规程》jgj7-2002第5.2.2条规定:在结构内力与位移计算中,现浇楼面和装配整体式楼面中梁的刚度可考虑翼缘的作用予以增大。
楼面梁刚度放大系数可根据翼缘情况取1.3~2.0。
对于无现浇面层的装配式结构,可不考虑楼面翼缘的作用。
根据《高规》附录说明的建议:当近似以梁刚度增大系数考虑有效翼缘的作用时,应根据梁翼缘尺寸与梁截面尺寸的比例予以确定,现浇楼面的边框架梁可取1.5,中框架梁可取2.0。
此值的取值对结构的周期、位移、内力及配筋计算等均有影响,一般来说,考虑梁的刚度放大系数会使结构的周期变小、配筋增大。
梁刚度放大的本质是因为现浇楼板和矩形混凝土梁整体浇注时楼板翼缘对矩形混凝土梁刚度增大效应,进而对整个结构体系刚度的贡献作用,因此对于无现浇面层的装配式结构是不应该考虑梁的刚度放大的。
《混凝土建筑设计规范》gb50010-2002第7.2.3条给出了位于受压区的翼缘计算宽度方法,从表7.2.3可看出,t形截面梁及γ形截面梁受压区翼缘的计算宽度与该梁的计算跨度、梁(纵肋)净距以及楼板厚度与梁有效截面高度的比值都有关系。
当近似以梁刚度放大系数考虑时,应根据梁翼缘尺寸与矩形截面尺寸的比例予以确定。
根据《混凝土结构设计规范》gb50010-2002
第7.2.3条规定,一般情况下,梁每侧翼缘宽度可取楼板厚度的6倍、梁纵肋净距的1/2且不大于梁计算跨度的1/6三者最小值。
图1所示的是一个四层的框架结构,抗震设防烈度为7度,设计地震加速度为0.15g,地震分组为第二组,场地类别为iii类,特征周期为0.55s,表1、2给出了图1所示的结构不同位置、不同尺寸的矩形截面梁按《混凝土结构设计规范》7.2.3条计算的t形或γ形截面梁考虑翼缘后梁的截面抗弯刚度与不考虑翼缘影响矩形截面
梁抗弯刚度的比值:
图1 某四层框架结构平面布置图
表1 考虑翼缘宽度后t形或γ梁的截面抗弯刚度与矩形截面梁抗弯刚度比值
表2 考虑翼缘宽度后t形或γ形梁的截面抗弯刚度与矩形截面梁抗弯刚度比值
从上表可以看出:考虑翼缘的有效作用,中梁(t形梁)截面抗弯刚度一般是矩形截面梁的1.8~2.6倍之间,边梁(γ形梁)一般在1.4~1.8之间;由于有效翼缘宽度和梁的计算跨度以及楼板厚度、纵肋之间的净距有关,对于计算跨度较小、楼板较薄、纵肋间距较小、矩形梁截面尺寸较大的梁,其翼缘对截面抗弯刚度增加较小,刚度系数宜取小值;反之对于跨度较大的梁、楼板较厚、纵肋间距较大的梁,考虑楼板翼缘后截面抗弯刚度较不考虑翼缘矩形梁截面
抗弯刚度增加较大。
对于一些跨度及纵肋间距较大的梁,按《混凝土结构设计规范》翼缘的宽度主要是每侧各考虑6倍板厚的翼缘影响,计算出的有效翼缘较大,相应的梁刚度增大系数也较大,实际上对这类梁,一般来说真正对梁的刚度有影响的只是每侧3倍板厚宽度范围内的楼板,因此理论上计算出的t形梁截面抗弯刚度是矩形梁截面抗弯刚度的3倍甚至更多,实际工程中对矩形截面抗弯刚度的增大是有限的,因此,规范给出了楼面梁刚度增大系数可根据翼缘情况取1.3~2.0,这里需要指出的是:对无现浇层的装配式结构楼面梁、板柱结构采用等代梁刚度计算方法时其刚度不应放大,对于单向填充空心现浇预应力楼板,由于两个方向的各向异性应在平行和垂直填充空心管的方向分别用不同的梁刚度放大系数。
一般情况下,现浇板作为楼面梁的有效翼缘,仅在结构整体计算时和正常使用极限状态时考虑,在承载能力极限状态时往往不予考虑,而作为结构的安全储备。
刚度系数的取值对配筋影响也比较大,根据笔者统计,考虑梁刚度放大系数时配筋比不考虑梁刚度放大系数时配筋一般会有5~30%的增大,个别配筋甚至增大50%。
在框剪结构中与剪力墙端柱相连的跨度比较小的框架梁其刚度系数对结构的影响尤其为甚,刚度系数的取值直接影响着是否可以正常配筋,过大的刚度系数使得该梁要承受巨大的地震剪力及由此引起的弯矩,经常出现超筋的情况,此时合理的梁刚度放大系数取值就非常关键。
规范规定梁刚度放大系数的目的主要是为了考虑刚性板假定下
楼面刚度对结构的贡献作用。
由于刚性板假定总是假定楼板刚度在面内无限大,在此情况下楼板的刚度是无法考虑到对主体结构的贡献的。
因此,规范才规定通过设置梁刚度放大系数的方法,来近似考虑楼板刚度对结构整体刚度的贡献作用。
从这一点来讲,梁的刚度放大并非是仅仅为了计算梁的内力及配筋时,将楼板作为的翼缘,按t形梁设计,以达到降低梁的内力和配筋的目的,更重要的是,通过考虑梁刚度放大系数来近似考虑楼板刚度对结构整体刚度的贡献,进一步挖掘楼板刚度的潜力,使结构的周期和位移计算更真实一些。
而梁的刚度不放大,其本身承载力仍能满足在各种荷载组合下的设计要求。
需要指出的是,结构整体计算时一般是不考虑楼板的面外刚度的。
事实上,一般结构的楼板厚度相对于楼面梁是比较小的,其面外刚度对结构的整体刚度贡献不能估计过高。
当结构整体计算模型中考虑了现浇楼板的面外刚度时,梁单元计算中不应再考虑额外的刚度放大系数。
对于无现浇面层的装配式结构,虽然有现浇板缝等构造做法,一定程度上也可起到梁的翼缘作用,但作用的效果非常有限。
且不同的构造做法差异也比较大。
因此整体计算时可不考虑楼面翼缘的刚度贡献作用。
梁的刚度系数是结构设计中一个非常重要的参数,采用现浇楼面和装配整体式楼面的结构,楼板作为梁的有效翼缘形成t形或γ形截面梁,提高了楼面梁的刚度,从而也提高了结构整体的侧向刚
度,因此在结构整体计算时应予以考虑。
它不仅对结构体系的整体参数有明显的影响,对计算配筋也有着明显的影响。
作为梁翼缘部分的楼板的宽度取值,跟楼板的厚度、跨度、边界条件甚至配筋等都有关,而刚度增大系数不仅与有效翼缘有关,与矩形梁截面尺寸也有关。
因此合理的刚度系数取值应该考虑梁的跨度、梁间距以及楼板厚度以及矩形梁的截面尺寸等因素,工程师应该根据具体情况进行合理取值,以便尽可能准确的进行结构整体分析及构件配筋设计
注:文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。