如何利用盈建科软件进行无梁楼盖设计.doc

第四节 无梁楼盖设计
无梁楼盖设计在YJK现有的建模、上部计算、楼板施工图三个模块中就可完成，而且无梁楼盖的设计可以和其它结构整体建模和分析协同工作，是融入其它结构设计之中的。大致流程是：
在建模中布置无梁楼盖的暗梁和柱帽；
在上部结构计算中采用弹性板3或弹性板6模型，弹性板荷载计算方式应选择有限元方式；计算结果中补充了柱的冲切计算；
在楼板设计中采用楼板有限元计算，并按照柱上板带、跨中板带给出计算结果和楼板施工图设计。
一、在建模中布置暗梁和柱帽
无梁楼盖没有梁，柱之间需布置虚梁或者暗梁。
1、布置暗梁
无梁楼盖的板设计时，需要按照柱上板带、跨中板带方式配筋，软件将按照暗梁的位置确定柱上板带，因此用户需在建模中布置暗梁，暗梁按照普通梁方式输入即可。
《高规》8.2.4：“板柱-剪力墙结构中，板的构造应符合下列规定：
1 抗震设计时，应在柱上板带中设置构造暗梁，暗梁宽度取柱宽及两侧各1.5倍板厚之和，暗梁支座上部钢筋截面积不宜小于柱上板带钢筋面积的50%，并应全跨拉通，按梁下部钢筋应不小于上部钢筋的1/2。。。。”
因此，暗梁的尺寸可按高规的要求输入。
在上部结构计算时，对无梁楼盖板应选择按照弹性板3或者弹性板6计算，这种计算模式将使楼板和梁变形协调，共同承担荷载，我们输入的暗梁尺寸适当，其暗梁的配筋结果就基本可用。
也有用户按照等代框架梁宽高尺寸的输入暗梁，等代框架的宽度取垂直于等代框架方向两侧柱距各1/4，梁高取板厚度。这样的输入方式和如上按照《高规》的要求设置暗梁尺寸方式差不多，其暗梁配筋结果基本可用。
2、布置柱帽
无梁楼盖中设置柱帽时，可在建模的楼板布置菜单下布置柱帽：

图2.4.1 柱帽布置与删除
软件可布置的柱帽形式有3种：柱帽、柱帽+托板、托板。

图2.4.2 柱帽布置
《高规》8.1.9条：“板柱-剪力墙结构的布置应符合下列规定：
。。。
4 无梁板可根据承载力和变形要求采用无柱帽（柱托）板或有柱帽（柱托）板形式。柱托板的长度和厚度应按计算确定，且每方向长度不宜小于板跨度的1/6，其厚度不宜小于板厚度的1/4。7度时宜采用有柱托板，8度时应采用有柱托板，此时托板每方向长度尚不宜小于同方向柱截面宽度和4倍板厚之和。托板总厚度尚不应小于柱纵向钢筋直径的16倍。”

图2.4.3 柱帽视图
3、软件自动将柱帽处的梁设置成加腋梁
建模退出时，软件自动将和柱帽相连的暗梁设置成加腋梁，为的是考虑柱帽的因素按照加腋梁计算和配筋。加腋的长度尺寸取柱帽或柱帽加托板的长方向和梁交界处，加腋的高度取柱帽+托板+板厚-梁高。
可在建模中看到自动形成的加腋梁，如果柱帽被删除，加腋梁在退出建模时，会自动删除梁加腋。
在建模退出时，设置了选项“柱帽处自动生成梁加腋”，如果用户不希望设置这种梁的加腋，可对该参数不勾选。
二、上部结构计算
上部结构计算时，对于无梁楼盖部分应注意以下几点
1、对无梁楼盖板设置弹性板3或弹性板6
对无梁楼盖板应设置成弹性板3或者弹性板6，并勾选参数“梁与弹性板变形协调”。
对无梁楼盖板按照弹性板3或者弹性板6计算，这种计算模式将使楼板和梁变形协调，共同承担荷载。弹性板3不考虑板的面内变形，仅能考虑面外刚度；弹性板6是壳元模型，既可考虑板的面内、又可考虑板的面外变形。不能选择弹性膜模型，因为弹性膜仅有面内刚度，没有面外刚度。
为了保证弹性板与梁变形协调，应勾选参数“梁与弹性板变形协调”，这样梁的中间节点和板的中间节点是联系在一起工作的。但是，如果不勾选这个参数，板只在梁端节点和梁连接，不能发挥出板和梁共同工作的能力。
2、计算参数的弹性板荷载计算方式应选择有限元方式
计算参数的弹性板荷载计算方式有两个选项：平面导荷方式和有限元计算方式。平面导荷方式就是以前的处理方式，作用在各房间楼板上恒活面荷载被导算到了房间周边的梁或者墙上，在上部结构的考虑弹性板的计算中，弹性板上已经没有作用竖向荷载，起作用的仅是弹性板的面内刚度和面外刚度，这样的工作方式不符合楼板实际的工作状况，因此也得不出弹性楼板本身的配筋计算结果。
有限元方式是在上部结构计算时，恒活面荷载直接作用在弹性楼板上，不被导算到周边的梁墙上，板上的荷载是通过板的有限元计算才能导算到周边杆件。这样的工作方式与第一种方式相比有两个主要变化：
一是经有限元计算板上荷载不仅传到周边梁墙，也同时传给柱，换句话说柱的受力增加，梁承受的荷载将减少。特别是平面导荷方式传给周边梁墙的荷载只有竖向荷载，没有弯矩，而有限元计算方式传给梁墙的不仅有竖向荷载，还有墙的面外弯矩和梁的扭矩，对于边梁或边墙这种弯矩和扭矩常是不应忽略的；
二是既使弹性板参与了恒活竖向荷载计算，又参与了风、地震等水平荷载的计算，计算结果可以直接得出弹性板本身的配筋。
有限元方式适用于无梁楼盖、厚板转换层等结构，可在上部结构计算结果中同时得出板的配筋，在等值线菜单下查看弹性板的各种内力和配筋结果。注意为了查看等值线结果，在计算参数的结构总体信息中还应勾选“生成绘等值线用数据”。

图2.4.4 无梁楼盖等值线图
3、与柱帽相连的梁按照加腋梁设计
为了考虑柱帽的有利因素，软件自动将和柱帽相连的梁设置成加腋梁，因此在上部结构计算中这些梁是按照加腋梁计算和配筋的。
在这些梁的配筋结果文件中，可以看到加腋的尺寸等信息。
有柱帽时，各层计算结果简图中将画出柱帽。

图2.4.5 计算结果中柱帽简图

4、柱对板的冲切计算
对于和无梁楼盖相连的柱，或者上边布置了柱帽的柱，软件自动补充柱的冲切计算。如果没有柱帽，软件判断无梁楼盖的标准是柱上所有梁的高度不大于板厚。
柱的冲切计算考虑了上部结构计算中所有的荷载组合，有柱帽时冲切计算包括柱对柱帽、柱帽对板的冲切计算；无柱帽时冲切计算就是柱对板的冲切计算。
冲切计算时，冲切力为柱顶的轴力减去冲切锥范围内的板的荷载，砼强度等级取板的强度等级。
对于柱帽冲切计算的人防荷载组合采用人防规范相关公式进行，这样避免了人防荷载组合下柱帽或托板总计算不过、必须采用过大尺寸的问题。
当冲切计算不够时给出抗冲切钢筋。
在柱的计算配筋结果文件中，做了冲切计算的柱将输出冲切计算的相关内容和结果，它们在每根柱配筋文件的后面部分。柱的冲切计算结果如需要配置箍筋，所输出的抗冲切箍筋面积为单边一个箍筋间距内的箍筋总面积，箍筋间距同梁。

图2.4.6 柱冲切结果以及验算
在计算结果的柱轴压比菜单下，设置了专门的“柱冲切”菜单，专门输出柱的冲切计算结果简图，在柱上标注的三个数字分别为柱根、柱帽、托板处的冲切计算结果，为冲切力和抗冲切力的比值，小于1时满足要求。

图2.4.7 柱根、柱帽、托板处的计算简图
三、无梁楼盖的楼板配筋设计
无梁楼盖的楼板配筋设计在楼板施工图中完成。软件可对无梁楼盖按照细分的有限元法计算，并按照柱上板带和跨中板带方式给出计算结果和画施工图。
1、定义板带
楼板施工图中设置了无梁楼盖菜单，菜单的第一项是定义板带。操作是用多边形围区定义需要按照无梁楼盖设计的部分，随后，软件把框出部分自动划分出柱上板带和跨中板带。
柱上板带和跨中板带是靠自动穿串生成的，软件在用户划定的多边形区域内，沿着柱间布置的虚梁、梁或墙穿串，位于同一直线的形成一个柱上板带或跨中板带，每个板带记录他的跨数。
板带定义的过程支持多次操作，不同围区定义的板带分别生成各自范围内的板带。有时需要把自动生成的一条板带分成几段，可以分多次围区定义这条板带范围，以达到板带分段的目的。
软件将按照板有限元方式计算无梁楼盖，而且按照柱上板带和跨中板带方式给出内力和配筋。
定义板带后，软件在计算简图中对柱上板带按照灰白色的一对平行双虚线表达，而对跨中板带按照一条粉色单虚线表达。

图2.4.8 无梁楼盖板带定义
如果没有进行这一步则软件将无梁楼盖仍然按照普通楼板方式设计。普通楼板的计算方式主要分为手册法和有限元法，有限元法还区分为是否考虑梁的弹性变形。即便对无梁楼盖按照考虑了梁弹性变形的有限元法计算，但是配筋方式仍保持普通楼板方式，即按照房间的跨中和支座分别画出钢筋的方式，不能给出柱上板带、跨中板带的配筋方式。
软件自动生成柱上板带。自动生成的柱上板带的宽度可有三种取值方法，一是按照板带间宽度的1/4，二是按照柱帽的宽度取值，三是对前两种方式的结果取大。在计算参数中由用户选择取值方法：

图2.4.9柱上板带宽度取值
软件在下列位置生成柱上板带
1）沿着梁高不大于楼板厚度的梁；
2）梁高虽然大于板厚，但是梁两端布置了柱帽的梁。
3）墙上没有梁，但墙两端有柱，且柱上布置有柱帽。
软件对以墙为支座的楼板，或梁高大于板厚的梁处不生成柱上板带，对于没有柱上板带的楼板仍然按照普通楼板的方式计算和配筋。因此，无梁楼盖的柱上板带跨中板带配筋方式和普通楼板的配筋方式可以同时在一层平面上同时设计和绘图。
2、按有限元方式计算楼板
对无梁楼盖应按有限元方式计算楼板，软件考虑了柱帽影响，即在柱帽处的单元按照柱帽+楼板厚度计算和配筋。
应设置为考虑梁的弹性变形，否则计算不出无梁楼盖的受力状态。
由于梁高与板厚一致形成重叠，为避免造成无梁板计算刚度被放大，板有限元计算时忽略了梁的截面刚度。
计算前必须在计算参数中勾选计算方法采用有限元算法和考虑梁弹性变形。

图2.4.10双向板计算方法
如果用户定义了板带但是没有勾选这两个参数，软件将给出提示并中断计算。

图2.4.11提示计算
软件隐含的单元尺寸为0.4米，其计算精度已经足够高。每次计算一整个楼层的所有楼板。
在计算后的计算结果显示菜单中，用户可通过等值线方式和显示各单元内力方式查看有限元计算结果。

图2.4.12计算结果
3、分区域给出弯矩配筋
对于无梁楼盖的计算结果，不再按照普通楼板结果输出方式，而是按照柱上板带、跨中板带的分区输出，为的就是按照平法标准图的柱上板带、跨中板带方式出图。
对于计算结果的配筋面积楼板弯矩，软件将按照如下的分区输出
1）柱帽或柱上板带相交区域，这部分受力最大，标注板上部2个方向的计算结果；
2）柱上板带区域，对每一跨柱上板带，软件在扣除柱帽的净跨范围内挑出各单元的最大值，分别标注当前跨的板带上、板带下2个值，它们是沿着板带方向的数值；
3）跨中板带区域，这里标注2个方面的内容
A、跨中板带中间区域板底部、板顶部结果，这是从周边扣除柱上板带以后剩余的区域，给出沿板带方向的板带上、板带下2个数值；
B、跨中板带支座区域，这是垂直于柱上板带方向的板顶的结果，其计算区域是柱上板带在两个柱帽或柱上板带相交区域之间的部分，标注方式与普通楼板的支座钢筋相同。
注意板配筋结果表示的是每米的计算钢筋。

图2.4.13无梁楼盖计算配筋
4、操作步骤
分为3步：
1）执行无梁楼盖菜单的第一项，定义板带；
2）执行计算菜单进行楼板有限元计算，之前需将计算参数调整好；
3）查看计算结果。
四、无梁楼盖板施工图
按照平法标准图的柱上板带、跨中板带方式出图
分为3个区域配筋：
1、柱上板带，沿各跨贯通连续配筋，双层，并在第一跨标注，按各跨最大值配筋。操作无梁楼盖菜单下的子菜单“标注板带”即可标注出柱上板带。

图2.4.14柱上板带贯通筋布置

2、柱帽或柱上板带相交处，根据减去柱上板带的剩余部分计算面积配置，钢筋长度为柱上板带宽度。这部分钢筋也可称为柱上板带的非贯通筋。操作无梁楼盖菜单下的子菜单“标注柱帽”即可标注柱帽处的钢筋。

图2.4.15柱上板带贯通筋布置

图2.4.16柱帽处的配筋
3、跨中板带，这部分包括2种钢筋：
（1）扣除柱上板带的剩余部分；
该部分设置了两种画法：
第一种画法是对跨中板带也按照平法标准图的板带方式出图，在无梁楼盖参数中设置跨中板带相关参数：根据柱上板带自动生成跨中板带，如果勾选，软件将在柱上板带平行的方向上同时生成跨中板带。操作“标注板带”菜单时同时也标注了跨中板带。

图2.4.17 跨中板带生成选项设置
第二种画法是用集中标注方式画图和修改，如果不勾选如上参数软件没有生成跨中板带时的画法，它普通房间板画钢筋方式相同。因此操作的菜单就是集中标注的系列菜单；

图2.4.18 跨中板带贯通筋布置区域和方向
（2）在柱上板带垂直布置的非贯通钢筋，用原位标注方式画图和修改，和普通房间画图的支座负筋类似，操作的菜单就是原位标注系列菜单。

图2.4.19跨中板带非贯通筋布置区域和方向

图2.4.20跨中板带非贯通筋
五、板带取整体模型下弹性板的配筋结果
上部结构计算给出了弹性板的计算结果，如果计算时考虑了板的协同作用定义了弹性板6，且弹性板导荷方式选用有限元方式，此计算结果就可以代表无梁楼盖的柱上板带以及跨中板带的配筋结果。由于上部结构计算中不仅考虑恒活竖向荷载，还考虑了风、地震等水平荷载工况或者温度荷载和组合，因此整体模型下弹性板的计算结果更全面。
为此，YJK在楼板施工图的无梁楼盖有限元计算中设置了参数，可在柱上板带顶部配筋时读取暗梁计算结果并与本身的恒活有限元结果取大。

图2.4.21柱上板带顶部配筋
图示为楼板的计算参数下的无梁楼盖参数中，板带配筋取整体计算结果的选项。勾选取整体计算结果后，软件将读取上部结构计算结果中柱上板带、跨中板带对应位置的计算结果。
在柱上板带配筋取整体计算结果后，柱上板带的配筋即可代表暗梁的配筋，因此，不必再在梁的施工图菜单下单独画暗梁的配筋图。
在无梁楼盖施工图的说明部分增加了一条：沿柱上板带中心位置设置暗梁，暗梁宽度为柱宽两侧各加1.5倍板厚，暗梁上部钢筋取柱上板带的50%，暗梁下部钢筋为其上部钢筋的1/2，且设置矩形箍筋。如果整体计算时柱上板带位置已经布置有暗梁，则可参考其箍筋结果。这条的做法就是为了满足《高规》8.2.4的相关要求。
六、常见问题
1、计算简图中所标出的柱上板带的计算结果（弯矩和计算面积），是每跨自己的，还是连续各跨中的最大值？
计算简图中柱上板带各跨所标注的计算结果，各跨表示各自的计算结果。每跨的计算结果是本跨扣除柱帽部分的最大值。
2、计算简图中所标出的柱帽计算结果（弯矩和计算面积），是柱帽范围内所有节点的最大值吗？
计算简图中柱帽所标注的计算结果，是柱帽范围内，扣除距离柱节点一定范围后所有节点中的较大值。在柱节点附近出现应力集中现象，应忽略距离柱节点较近单元的异常结果。
忽略应力集中的范围，在楼板计算参数中可交互设置，程序默认为1米。

3、计算简图中所标出与支座平行的计算结果（弯矩和计算面积），具体含义是什么？
计算简图中所标注的计算结果，除柱上板带的计算结果外，在每一跨的中部同时还有一个与支座平行的文字（如下图），其表示板顶部与此支座（板带）垂直方向跨中板带支座区域的计算结果，标注方式与普通楼板的支座钢筋相同。

4、计算简图中所标出与支座平行的计算结果（弯矩和计算面积），是柱上板带扣除柱帽范围后所有节点的最大值吗？
计算简图中所标注的计算结果，除柱上板带的计算结果外，在每一跨的中部同时还有一个与支座平行的文字，其表示板顶部与此支座（板带）垂直方向的计算结果。
该计算结果程序默认是取柱上板带扣除柱帽范围后所有节点的最大值。但在柱帽边缘附近，相邻单元厚度相差较大，也会造成局部的应力集中现象，因此应忽略距离柱帽边较近单元的异常结果。
忽略此应力集中的范围，在楼板计算参数中可交互设置，程序默认为0米。

5、柱上板带的计算结果当边支座为墙时，边跨的计算结果较其它跨大许多，为什么？
无梁楼盖的边支座为外墙时，如果墙端节点没有布置柱帽，那么该边跨的计算结果相对其它跨就会大一些。原因是对于边跨仅在其内侧布置了柱帽，靠墙的外侧没有柱帽，该跨板带只能扣除内侧一端柱帽范围，外端墙节点由于没有布置柱帽，程序取用的是靠近梁端的弯矩和配筋，梁端弯矩配筋要比柱帽边大得多，因此该跨计算结果就会偏大。
可采用在墙端节点布置柱帽或墙上布置暗梁，形成有效的柱帽范围来解决。
6、同轴线上连续的柱上板带，如何实现分段配筋？
如果同轴线上连续的板跨，需要分段按不同的板带配筋，就需要在定义板带时，分不同的围区选择分次选择。不同的选择范围，仅生成本次选择围区内的柱上板带。不同批次的选择范围，互不影响。
7、计算简图中标注柱帽的计算结果中，用“/”分隔的两个数值各表示什么方向？
柱帽的计算结果（弯矩、计算面积）为了表示简单，将两个方向的结果，用一个字符串来表示，中间用“/”分隔。“/”前面的数值表示，沿文字方向的结果，“/”后面的数值表示与文字方向垂直方向的结果。
8、标注柱帽钢筋后，钢筋超出柱帽范围一定长度，这个长度是多少？
考虑到柱帽钢筋在板内需要有一个锚固，因此柱帽钢筋在施工图中每端超出柱帽范围20d。
9、无梁楼盖的跨中板带，板顶部为什么总有计算钢筋？
无梁楼盖的跨中板带，板顶部钢筋是程序按计算配筋面积以及按最小配筋率确定构造钢筋面积的较大值确定。
10、柱上板带的纵向钢筋，是如何计算的？
柱上板带顶部纵筋、底部纵筋分别取该柱上板带各跨顶部、底部纵筋的最大值。在确定计算配筋时，根据选项“贯通筋考虑受压钢筋作用”的状态，决定是否按双筋截面计算。当选中该项时，计算受拉钢筋面积时，会考虑受压区按构造配置有受压钢筋。

11、计算参数中边缘梁已经按简支考虑了，为什么跨中板带在此处仍有弯矩？
无梁楼盖在计算时，程序要求勾选“楼板有限元计算时，考虑梁弹性变形”参数。选择此参数后，在有限元计算时，梁板之间是按真实的刚度和约束条件计算，交互修改（或参数定义）的边界条件就不再起作用了。因此，在计算结果显示时，跨中板带在此位置仍有弯矩和配筋。

12、整体结构计算的弹性楼板结果与楼板施工图中计算结果，相差较大，为什么？
i、整体结构计算弹性楼板的计算模型与楼板施工图中的计算模型不同。
整体计算时，是全楼模型，所有的构件都参与计算，同时荷载工况全面，包括了水平荷载及温度荷载等。
楼板施工图中的计算模型，仅是楼板模型，不包含其它构件，如柱、墙等竖向构件，荷载工况只包括恒载、活载、人防三种工况。
ii、暗梁处理方式不同。
如果柱上板带位置是按暗梁方式建模，则在整体结构计算时，不仅包含了弹性板的刚度，同时也包含了暗梁的刚度。而在楼板计算模型中，则忽略了暗梁刚度，只保留弹性板的刚度。
柱上板带位置按虚梁方式建模，整体结构计算与楼板计算均忽略虚梁的刚度，两者在相同工况下的计算结果接近。

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