梁板墙的优化设计和原理 PPT课件

1、梁的设计优化,1、矩形混凝土梁考虑楼板翼缘作用按T形截面配筋 2、梁端配筋考虑柱宽 3、与剪力墙垂直相连的梁可按非框架梁设计 4、计算梁时应考虑较厚楼板的面外协同作用 5、转换梁常见超限问题应对,1,一、矩形混凝土梁考虑楼板翼缘作用按T形截面计算后可以减少梁下的配筋量,混规5.2.5 ：对现浇楼盖和装配整体式楼盖，宜考虑楼板作为翼缘对梁刚度和承载力的影响。,梁与楼板共同工作,例题：8层混凝土框架结构,3,梁与楼板共同工作,梁按矩形截面与按T形截面计算配筋量对比,结论：考虑楼板作为梁的翼缘后，梁的跨中配筋量有效减少。,二、梁端配筋考虑柱宽,一般可减少梁上钢筋15%以上，比设置梁刚域方式更有效,使

2、用弹性板6时应采用的参数设置,三、计算梁时应考虑较厚楼板的作用 上部计算采用弹性板3或弹性板6,如地下室顶板，或作为嵌固层顶，或承受人防荷载，或承受消防车荷载，一般厚度很大，楼层梁受力很大,7,地下1层嵌固层顶板250厚（活载29），按刚性板算梁的超筋及剪扭超限很多，改为按照弹性板6计算,傅学怡实用高层建筑结构设计14章,不考虑实际现浇钢筋混凝土结构中梁、板互相作用的计算模式，其弊端主要有： 1）对于单独计算的板，由于忽略支座梁刚度的影响，无法正确反映板块内力的走向，容易留下安全隐患。 2）对于梁，由于忽略楼板的翼缘作用，重力荷载下往往高估梁端截面弯矩，其结果不仅仅是造成材料的浪费，更重要的是

3、过高的框架梁支座截面受弯承载力使得水平荷载下梁端形成延性结构的可能性大为减小。 3）对于整体结构在水平荷载作用下的工作性能，由于忽略楼板对结构刚度的增强作用，往往低估了地震作用效应。,8,四、与剪力墙垂直相连的梁可按非框架梁设计,不打勾即按非框架梁,与剪力墙垂直相连的梁可按非框架梁设计,例题：框剪23层,与剪力墙面外相连的梁可按非框架梁设计,按框架梁设计,按非框架梁设计,与剪力墙面外相连的梁可按非框架梁设计,框剪结构平面图,按框架梁设计时抗震等级是1级,与剪力墙面外相连的梁可按非框架梁设计,按非框架梁设计时为非抗震,与剪力墙面外相连的梁可按非框架梁设计,梁端M、V可不随柱剪力调整增大,广东省高

4、规DBJ15-92-2013第8.1.4条和第9.1.10条：各层框架所承担的地震总剪力按本条第一款调整后，应按调整前、后总剪力的比值调整每根框架柱的剪力及端部弯矩，框架柱的轴力及与之相连的框架梁端弯矩、剪力可不调整。 傅学怡实用高层建筑结构设计第3章：小震作用下的钢筋混凝土框架-剪力墙结构柱剪力调整十分必要，不必调整相连框架梁梁端弯矩、剪力，以利于框架梁先屈服发挥延性，以利于相对强化框架柱。,15,设置参数：梁端M、V可不随柱剪力调整增大,16,梁承受拉力或压力时的配筋,对于坡屋面梁、设置弹性板处的梁、当桁架上铉杆输入的梁或者其它情况梁，这些梁常承受拉力或者压力，从而处于拉弯或者压弯的受力状

5、态。 YJK对于承受较大比例的拉力 或者压力的梁（压压力的比例 通过参数设置），可自动按照 拉弯构件或者压弯构件计算该梁 的配筋，,五、转换梁常见超限问题应对,转换梁本身容易抗弯抗剪超限 转换梁上承托的剪力墙容易抗剪超限,转换梁自动按壳单元计算,传统软件处理转换梁模型的方法 缺陷：用梁单元计算转换梁，不能真实反映转换梁的刚度。 实际情况：剪力墙的下边缘与转换大梁的上表面变形协调； 计算模型：剪力墙的下边缘与转换大梁的中性轴变形协调；于是计算模型中的转换大梁的上表面在荷载作用下将会与剪力墙脱开，失去本应存在的变形协调性。 处理方法：托墙梁刚度放大系数,转换梁自动按壳单元计算,YJK软件处理转换梁

6、模型的方法 采用壳元模型计算，自动进行单元划分，使细分的单元和上部承托的剪力墙单元保持协调。,转换梁自动按壳单元计算,实际模型例题,转换梁自动采用壳单元计算，并使细分的单元和上部承托的剪力墙单元保持协调,YJK与ANSYS相同，SATWE的跨中弯矩比YJK大将近一倍 YJK支座弯矩比SATWE大，但可考虑支座宽度的影响，实配负筋不大,YJK、ANSYS、SATWE相差不大,YJK可使转换梁底部配筋明显减少,多工程对比YJK与传统软件差距,剪力墙设计优化,1、自动按照组合墙配筋 2、按组合墙计算剪力墙的轴压比 3、对短墙肢自动单元加密计算 4、墙水平分布筋参与边缘构件的配箍 5、怎样避免剪力墙连

7、梁超限 6、钢板混凝土剪力墙,30,一、自动按照组合墙配筋,剪力墙配筋按照考虑翼缘、考虑边框柱的组合截面 对型钢、型钢混凝土柱剪力墙按照组合截面配筋 剪力墙组合轴压比计算 按照组合截面计算剪力墙稳定性 剪力墙边缘构件的设计,31,一、自动按照组合墙配筋,剪力墙是多个墙肢相连组合工作的，抗规6.2.13条和砼规9.4.3条都指出：抗震墙应计入腹板和翼墙共同工作、剪力墙承载力计算中可考虑翼缘等。说明规范要求按照墙肢相连的组合截面计算。 但是现软件计算剪力墙的配筋时是按照每个单肢墙的一字墙分别计算，然后把相交各墙肢的配筋结果叠加作为边缘构件配筋，虽然这种配筋方式编程简单，但是一方面多数情况下配筋结果

8、偏大，另一方面正如许多权威专家多次指出的：有时配筋不够不安全。 特别对于带边框柱剪力墙，现软件是将柱配筋和与柱相连的墙肢配筋相加作为边缘构件配筋，常导致配筋大得排布不下，这完全是计算模型不合理导致的错误结果。,32,33,参数：计算每一段剪力墙配筋时，考虑墙的翼缘和边框柱范围和受力组合计算,每端翼缘不大于腹板面积的一半，不大于4倍翼缘墙厚,34,阴影区包含全部墙肢截面的，用双偏压方式计算,阴影区仅包含部分墙肢截面的，用不对称配筋方式计算,35,单肢计算,组合墙不对称配筋计算,由于X向墙少，X向墙肢两端翼缘分别为拉和压，组合墙弯矩很大，导致不对称配筋比单肢计算大很多。 但采用组合墙计算后本层边缘

9、构件总配筋量仍少很多,组合墙不对称配筋计算的结果有时比单肢计算大,傅学怡实用高层建筑结构设计13章：复杂截面剪力墙配筋采用分段设计，不安全、不经济,36,单肢计算,组合墙双偏压计算,单肢和组合墙双偏压计算的结果对比（8.5度，后者输出两个值）,37,单肢计算和组合墙双偏压计算的边缘构件 结果对比,单肢计算,组合墙双偏压计算,傅学怡实用高层建筑结构设计13章：复杂截面剪力墙配筋采用分段设计，不安全、不经济,以前设计方法： 墙和边框柱配筋分别输出 边缘构件取二者之和,组合墙计算： 没有边框柱单独的配筋 边缘构件取墙的配筋,天津某项目:审图要求解决剪力墙边缘构件超限过多,按组合墙计算的边框柱配筋大大

10、减少 （白框内为PKPM结果）,2层,组合墙配筋的方式减少边缘构件配筋配筋量,6个剪力墙工程（新、旧）：-1.4%、-4.6%、-7.1%、-17.3%、-23.7%,42,43,计算每一段剪力墙轴压比时，结合相邻墙肢适当范围的轴力组合计算,二、按组合墙计算剪力墙的轴压比,每肢翼缘不大于6倍翼缘墙厚,剪力墙组合轴压比计算,考虑组合轴压比后的效果,44,有效避免相邻墙段轴压比差距过大的情况,45,墙稳定计算时准确考虑组合墙状况，可随时查看每一墙肢的单墙肢和整体稳定计算书,在计算长度设置中可以修改墙柱的计算高度,46,对短墙肢自动单元加密计算,对于水平向只划分了1个单元的较短墙肢，自动增加到2个单

11、元，以避免短墙肢计算异常。,由于有限元计算时对于水平向只划分了1个单元的较短墙肢计算误差很大,三、短墙肢自动加密避免内力异常大,不勾选“短墙肢自动加密”时短墙肢的单元划分结果， 一片墙划分为一个单元。,短墙肢自动加密,勾选“短墙肢自动加密”时短墙肢的单元划分结果， 一片墙划分为两个单元。,短墙肢自动加密,上图5号墙柱采用短墙加密前后的内力结果见下图所示，采用短墙加密后，单工况内力一般减小。 YJK1 ( EX) 13.6 -9.7 30.4 32.4 14.0 -24.1 -11.8 YJK2 ( EX) 9.0 -9.5 29.8 29.4 9.5 -21.1 -6.9 相差(%) -33.

12、8 -9.3 -32.1 -12.4 -41.5 YJK1 ( EY) -0.7 68.6 38.3 22.0 0.6 10.0 0.7 YJK2 ( EY) -0.8 68.1 36.5 22.7 0.4 14.2 0.4 相差(%) 42.0 YJK1 ( DL) 11.1 -6.8 -162.5 10.5 13.8 -14.3 -12.1 YJK2 ( DL) 7.4 -6.9 -164.0 13.4 9.8 -16.1 -7.0 相差(%) -33.3 27.6 -29.0 12.6 -42.1 其中： YJK1：短墙不加密结果；YJK2：短墙加密结果 EX：X方向地震作用下的标准内力

13、； EY：Y方向地震作用下的标准内力 DL：恒载作用下的标准内力,对短肢剪力墙的判断按考虑墙厚和偏心的全长,51,施工缝验算超限时自动给出剪力墙应增加的配筋面积,52,对托墙转换梁上的剪力墙进行施工缝验算,按照高规10.2.22-4条，框支梁与其上部墙体的水平施工缝处宜按本规程第7.2.12条的规定验算抗滑移能力。 软件自动对定义为托墙转换梁上的剪力墙进行施工缝验算。,53,四、墙水平分布筋参与边缘构件的配箍,高规第7215明确提出约束边缘构件可以考虑墙水平分布筋： 箍筋体积配箍率，可计入箍筋、拉筋以及符合构造要求的水平分布钢筋，计入的水平分布钢筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30% 约束

14、边缘构件和构造边缘构件均可以考虑墙水平分布筋 要求保证至少每隔一个是采用封闭箍筋，也就是说即使墙身间距和边缘构件箍筋间距相同，也只是每隔一个用墙水平筋替代部分箍筋,54,根据国标图集11G101-1至少每隔一个是采用封闭箍筋,55,墙水平分布筋参与边缘构件的配箍,56,墙水平分布筋参与边缘构件的配箍,一般可减少边缘构件箍筋用量20%,57,五、解决连梁的两个关键问题,墙上开洞方式和普通梁输入方式，在跨高比较小时，计算结果差距较大；且按普通梁方式输入有时并不合理； 连梁超限,连梁的杆单元和壳单元模型计算结果不一致,程序处理： 对“普通梁方式”输入的连梁，程序将跨高比较小的梁自动划分单元并按照“壳

15、元”计算。 这种处理方式保证了两种输入方式计算结果的一致性。,广东高规5.1.4：连梁可用杆单元或壳单元模拟，当连梁的跨高比小于2时，宜用壳单元模拟,对普通梁方式输入的连梁按照壳元计算,60,对普通梁方式输入的连梁按照壳元计算,单元自动划分,开洞壳元,普通梁壳元,普通梁梁元,对普通梁方式输入的连梁按照壳元计算,连梁按墙体开洞方式输入与按普通梁方式输入计算结果的一致性 例题：10层剪力墙结构，通过改变洞口的宽度或普通梁的跨度来形成不同跨高比的连梁。 计算结果主要对比两方面内容： 周期、位移等整体指标； 以结构平面左上角连梁为例对比内力结果（活荷载工况），位移为x向水平位移。,对普通梁方式输入的连

16、梁按照壳元计算,对比三种跨高比的情况：L/H=1.5，L/H=2.5，L/H=3,对比内力使用的第5层5号墙梁（梁）位置示意图,对普通梁方式输入的连梁按照壳元计算,普通梁按壳元计算模型，两种输入方式的计算结果对比,结论：两种输入方式计算结果各项指标的差异率均在2%以内。,广高规5.1对力学模型要求更具体,广高规5.1.4.。一般情况下，可用杆单元模拟梁、柱，膜单元模拟楼板，壳单元模拟剪力墙。连梁可用杆单元或壳单元模拟。当连梁的跨高比小于2时，宜用壳单元模拟。,65,对普通梁方式输入的连梁按照壳元计算,普通梁按梁元计算模型，两种输入方式的计算结果对比,结论：两种输入方式计算结果各项指标相差较大。

17、,连梁超限的解决方案,规范条文： 按照分缝连梁设计 抗震规范6.4.7 跨高比较小的高连梁，可设水平缝形成双连梁、多连梁或采取其它加强受剪承载力的构造。 作用：减小抗弯刚度及受力，有效避免连梁超筋或减少配筋。 按照配置斜向交叉钢筋的方式计算连梁钢筋 混凝土规范11.7.10 对于一、二级抗震等级的连梁，当跨高比不大于2.5时，除普通箍筋外，宜另配置斜向交叉钢筋。 作用：这种配筋方式较普通方式提高了连梁的抗剪能力，从而有效的减少超筋现象。,连梁超限的解决方案-连梁分缝,软件处理： 在“特殊梁”、“特殊墙”中定义“连梁缝数” ，将某些 连梁设置成分缝连梁。,68,连梁超限的解决方案-连梁分缝,69

18、,单元在分缝处分离不协调,连梁超限的解决方案-连梁分缝,双连梁或多连梁的处理方式可以有效的减少超筋现 例题：23层剪力墙结构,70,第6标准层平面,连梁超限的解决方案-连梁分缝,71,在特殊构件定义中设置分缝,连梁超限的解决方案-连梁分缝,采用双连梁后计算结果,72,第6标准层平面,连梁超限的解决方案- 交叉配筋、斜撑配筋、对角斜筋,软件处理： 在“特殊梁”、“特殊墙” 中定义“交叉配筋”、“斜撑配筋” 。,连梁超限的解决方案- 交叉配筋、斜撑配筋、对角斜筋,配交叉钢筋是减少连梁抗剪超限的有效措施 例题：23层混凝土剪力墙结构,74,连梁超限的解决方案- 交叉配筋、斜撑配筋、对角斜筋,框选的连

19、梁配置交叉钢筋后对计算结果的影响,结论：配置交叉钢筋有效的减少了超筋现象。,第6标准层平面,对按普通梁输入的连梁的砼强度等级取墙的强度等级,76,77,可计算钢板混凝土剪力墙,58层框筒结构核心筒部分设置钢板混凝土剪力墙与普通剪力墙的计算对比,高规11.4.11-15,有效增加剪力墙的抗剪能力、减少轴压比,普通剪力墙超限,钢板砼剪力墙不再超限,楼板设计优化,1、全层楼板有限元连续算法减少板支座钢筋 2、无梁楼盖的优化设计计算及柱上、跨中板带的配筋 3、现浇空心板的优化设计计算,80,可将全层所有楼板都按照有限元算法计算,设置了“有限元方法”选项，勾选此项程序将把全层的所有楼板板块都按照有限元算法计算。 有限元算法是楼板的准确算法，由于本程序具有较强的有限元计算分析能力基础，对楼板也提供了这种算法