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文章作者：徐卫东 0 . 前言 在进行结构计算时，对于楼板的假定通长有四种楼板模型，PKPM软件程序中也提供了这四种楼板模型，分别为刚性板、弹性板6、弹性板3、弹性膜，这四种板模型的属性如表1所示。我们常用的如刚性板模型，一般情况下如果设计师对于所设计的模型中楼板不做特别指定的话，程序都会默认所布置的楼板属性为刚性板。 四种板模型的对 表1
同时，在软件参数选项中，程序又提供“全楼强制刚性楼板假定”，如图1所示。而对于这个假定，基于《抗规》3.4.3条、《高规》3.4.5条，例如《高规》3.4.5条规定：结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。 图1 刚性楼板假定 所以很多情况下，基于这两本规范关于位移比的规定，很多设计师在SATWE参数中，不管自己的模型是什么情况，首先都会选择第三个参数，即“整体指标计算采用强刚，其他结果采用非强刚”进行计算，很多时候其所设计的模型根本不符合强刚假定的条件，此时采用这个假定进行指标计算，这些指标的结果不具备可参考性，但是很多设计师都忽略了这一点。 1 . 设置参数“全楼强制刚性楼板假定”的意义 在对整体结构规则性的控制方面，规范规定了若干个控制指标，比如周期比、扭转位移比，都是非常重要的指标。在这些指标计算时，我们的设计人员已经习惯采用“全楼强制刚性楼板假定”，这是因为这些指标都是规范规定的结构整体性能的指标，这些整体指标计算的前提是结构的楼层和楼板布置比较规则，对于少量的局部的不规则可适当的忽略其影响所采用的一种设计手段。 在《抗规》3.4.3条条文说明中也明确指出，“对于结构扭转不规则，按刚性楼盖计算，当最大层间位移与其平均值的比值为1.2时，相当于一端为1.0，另一端为1.45；当比值1.5时，相当于一端为1.0，另一端为3。”该条条纹说明明确指出在进行验算结构的扭转位移比的时候，要求在“刚性楼板”假定的条件下进行，因此程序提供了“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”的选项。事实上，“扭转位移比”是建立在“刚性楼板”假设前提下的控制参数，“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”是规范对扭转位移比限制的需要。也就是说如果一个结构楼盖不符合“刚性板”假定时，在对该结构进行扭转位移比的判别已没有多大意义。 一般比较规则结构的楼板，在自身平面内刚度很大，变形很小；在平面外，楼板抗弯刚度相对较小，因此在结构进行整体分析计算中可以假定楼板在平面内刚度无限大，在平面外刚度为0，即“刚性楼板”假定。而实际的工程中，大多数的结构楼层都属于楼板形状比较规则的结构，都可以采用“刚性楼板”假定来进行分析。 如图2所示，在PKPM程序中通过【设计模型前处理】中的【弹性板】菜单可以进行不同楼板类型的指定，每一层中的各个房间均可指定为刚性板或者指定为弹性板，对于指定为不同的楼板类型的房间，在计算楼层平均位移的时候，只有把楼层中所有的房间均按照“强制刚性楼板”计算，才能避免局部変形的影响，平均位移和位移比的计算也才符合规范的要求。 图2 弹性楼板的指定 关于周期比的控制，也是对结构整体扭转刚度的控制，因此对结构扭转周期比的计算也应采用“强制刚性楼板”假定，计算时应忽略局部振动的影响。比如对于结构楼层开洞口较复杂，或者错层结构时，若不采用“强制刚性楼板”假定，则程序计算出的结果中往往会产生局部的较大变形或者局部的振动，而这些均不属于结构整体性能的反映，换言之，当选择“全楼强制刚性楼板假定”选项时，可以过滤掉局部振动产生的周期。 虽然对规范上规定这些的整体指标计算时，要采用“刚性楼板”假定，这个假定也适用于绝大多数的高层结构，但是该假定也有其适用范围的，在具体的设计中需要我们设计师自己进行判别，而不能针对任何的结构类型，习惯性的在SATWE参数的“刚性板假定”中勾选第三项，比如对于个别结构复杂、空间行很强、明显不符合刚性板假定的情况，再去控制“扭转位移比”、“周期比”等这些指标已没有实际意义了。 2 . 程序中“强刚假定”与“刚性板假定”的区别 PKPM程序中，当设计师勾选“全楼强制采用刚性楼板假定”时，程序将在楼层标高平面上下200mm范围内查找节点，重新形成刚性板块；对于任何一个房间，无论PM中定义的是“弹性板”、“全房间洞”或是“0厚度板”，只要勾选“全楼强制采用刚性楼板假定”后，则都将形成刚性板块，对于独立的节点，也会包含在该刚性板块中；而“刚性板假定”，一般PKPM程序中对于设计师输入的楼板，如果不特别进行楼板类型指定，且非0厚度板的情况下，默认的均为刚性板，即为默认情况下的“刚性板假定”，其与“强刚假定”大多数情况下都是基本相同的。 对于多塔结构，如果没有进行分塔，不勾选“全楼强制采用刚性楼板假定”，则刚性板查看如下图3所示，这种情况下，如果把SATWE参数中“全楼强制采用刚性楼板假定”选项勾上后，再进行刚性板查看的时候如图4所示。  图3 不分塔下的“刚性板假定”（不勾选“全楼强制采用刚性楼板假定”）  图4 不分塔下的“强制刚性板假定”（勾选“全楼强制采用刚性楼板假定”） 如果把该多塔结构进行分塔后，不勾选“全楼强制采用刚性楼板假定”，则刚性板查看如下图5所示，这种情况下，如果把SATWE参数中“全楼强制采用刚性楼板假定”选项勾上后，再进行刚性板查看的时候如图6所示。 图5 分塔下的“刚性板假定”（不勾选“全楼强制采用刚性楼板假定”）  图6 分塔下的“强制刚性板假定”（勾选“全楼强制采用刚性楼板假定”） 如图7所示为某结构的平面布置图，当不勾选“全楼强制采用刚性楼板假定”，则刚性板查看如下图8所示，这种情况下，如果把SATWE参数中“全楼强制采用刚性楼板假定”选项勾上后，再进行刚性板查看的时候如图9所示。  图7 结构平面布置图图  图8 默认的“刚性板假定” （不勾选“全楼强制采用刚性楼板假定”） 图9“强制刚性板假定”（勾选“全楼强制采用刚性楼板假定”） 当结构中有局部错层的情况时，如图10所示，如果节点高差在200mm以上时，默认的情况下错层部分的楼板也将形成单独的刚性板块，此时不管是否勾选“全楼强制采用刚性板假定”，则均如图11所示。 图10 错层结构
图11 “刚性板假定”与“强刚假定” 对于工程中存在的坡屋面板的情况，如下图12所示，不管我们在SATWE参数中是否“全楼强制采用刚性板假定”，在进行刚性板查看的时候均如图13所示，此时的坡屋面板始终都是弹性膜的属性。
图12 坡屋面板
图13 “刚性板假定”与“强刚假定” 由以上几个工程案例情况可见，我们在实际工程中进行一些整体指标判定的时候，一定要注意SATWE参数中是否“全楼强制采用刚性板假定”这个选项是有其使用范围的，如果我们设计师不注意这一点，针对于自己的工程，也不去关注其楼板是否连续，整体性是否满足指标的控制条件，上来就直接勾上该选项进行计算，然后盲目的只关注最终程序给出的这些整体指标是否超限，其实这么做是不合理的。 如对于上面的错层结构，如果错层较大的时候，不管我们是否勾选了“全楼强制采用刚性板假定”，最终程序始终都是按照两块刚性板进行整体指标分析的，而程序中在进行整体位移指标计算的时候，所取的最大位移、最小位移及平均位移都是基于整层来取的，就有可能会导致这些整体的位移指标满足不了规范上规定的限值，而我们设计师如果不注意这一点，仍然按照规范上的限值去限制，忽略了这个规定应有的条件，也是不合理的。再比如对于这种坡屋面建筑，我们很多设计师也会进行类似的操作，其实对于这种坡屋面建筑，再去看起整体扭转位移比的时候，已经没有多大意义了，所以这些都需要我们设计师在实际工程中注意到这一点。 3 . 工程案例及设计建议 如图14所示，该工程为框架剪力墙结构体系，地下一层，地上7层，上部楼层局部有错层，错层高度1.5米，计算中SATWE参数中勾选了“全楼强制采用刚性板假定”，计算完后发现位移指标总是计算超限，如图15所示，在考虑偶然偏心的规定水平力作用下位移指标超限的楼层均在第3、5、6层，而返回前处理去查看强刚假定下的板类型时发现，这个时如图16至图18所示。
图14 某框剪结构
图15 位移指标  图16 第三层的“强刚假定” 图18 第六层的“强刚假定” 图17 第五层的“强刚假定” 由图17至图18可以看出，至少这几种情况下的“强制全楼刚性楼板假定”均不满足规范规定的这几个整体指标的前提条件，所以虽然程序也给出了相应的整体指标，但是不具有参考性，在具体的设计中，我们应该判断这些指标的应用范围，对于图16和图17的情况，如果需要给出位移比，则我们可以针对性的按照分块刚性板来进行各自的计算，而对于图18这种情况，由于错层导致了结构的整体性较差，此时再去判断整体指标可能意义不大了，如果硬要去给出一个位移指标值了，首先我们也应该明确的是进行分块刚性板来进行分别的计算。所以对于我们设计师具体的工程项目中，我们要有判别性的知道所做的工程是否满足规范的前提条件，SATWE参数中的“强制刚性楼板假定”在很多场合也不是完全适用的，还是需要我们进行判断，特殊的工程作出特殊的对待。 参考文献 [1] GB50009-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010. [2] JGJ3-2010高层建筑结混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010. BIM装配式设计系列丛书：结合工程实例介绍如何通过BIM平台实现全专业协同设计，进而完成装配式建筑的方案设计和深化设计。 |
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