计算扭转位移比时,必须按刚性楼盖计算?

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漫谈结构设计   2019-6-16 18:32   884   0
先看下面两个图片:哪个是考虑刚性楼板假定的情况?


在平时设计中,整体指标计算时,采用刚性楼板假定;构件计算时,不考虑刚性楼板假定。这句话到底对吗?国内结构设计软件中,一般默认楼板都是刚性板,为何还要强调“强制刚性楼板假定”的事情呢?

不妨,先看看楼板的身世,有什么特殊之处呢?

在建筑物中,楼层对结构的整体抗震性能起着非常重要的作用。它们充当水平隔板,收集和传递惯性力到垂直结构系统,并确保这些系统共同作用,抵抗水平地震作用。

楼板的作用在垂直结构系统复杂且布局不均匀的情况下,或在具有不同水平可变形性特征的系统(例如在双系统或混合系统中)在同一方向上同时使用时,尤其重要。

层内刚度和层内抗力是两个不同的问题,但它们对建筑物的地震反应都很重要。

隔板应具有足够的平面内刚度,以便将水平惯性力分布到垂直结构体系中,并以相当相似的位移来移动它们。

如果楼板体系的平面内刚度较小(相对于竖向体系的刚度而言),则无法实现这一目标:平面中不同位置的相似结构体系可能存在不同的水平位移(见图1)。

不同建筑物的水平位移会导致更大的最大位移,这在默认情况下会导致更差或难以控制的响应。



为何楼板考虑成刚性板?

在过去,当结构分析能力受到很大限制时,寻求一种所谓刚性隔板解决办法的目标,不仅考虑到它的有益效果,而且可能主要是为了简化结构模型和分析。目前,有可能对楼板系统的平面内可变形性进行充分的建模,因此不再需要“刚性隔板”假设; 然而,它仍然被认为有助于简化分析。

哪些情况应考虑楼板的实际刚度?

在任何情况下,关键是这方面的模型假设应足以适用于手头的结构解,以便分析能够准确地捕捉惯性力转移到垂直抗力系统的方式。在非紧凑型或非常细长的平面形状中,或者在隔板上下垂直元件的刚度或偏移量发生显著变化时,需要考虑隔板的可变形性,这一点尤为重要(参见图2)。

横隔作用的另一个重要方面是楼板系统的平面抗力,以及它们与垂直结构系统连接的抗力。在这方面,必须强调的是,通过大的楼板开口,尤其是当楼板位于主要垂直结构单元附近时,可以显著降低楼板的抗力。这阻碍了垂直和水平结构之间的有效连接,并限制了将水平力传递到垂直元素的能力,如图2所示。











《高规》3.4.6条规定:“当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时,应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。”第5.1.5条进一步规定:“当楼板会产生较明显的面内变形时,计算时应考虑楼板的面内变形或对采用楼板面内无限刚性假定计算方法的计算结果进行适当调整。”

对于复杂楼板形状的结构工程,如楼板有效宽度较窄的环形楼面或其他有大开洞楼面、有狭长外伸段楼面、局部变窄产生薄弱连接的楼面、连体结构的狭长连接体楼面等部位,楼板面内刚度有较大削弱且不均匀,楼板的面内变形可能会使楼层内抗侧刚度较小的构件的位移和内力加大(相对刚性楼板假定而言),计算时应考虑楼板面内变形的影响。

有时在梁的设计中需要考虑梁的轴力,当梁的周围都是刚性板时计算将得不出梁的实际轴力,这种情况下这些梁的周围必须设置成考虑板面内变形的弹性楼计算模型。

考虑温度荷载时应将楼板设置为弹性板,否则梁在温度荷载下的的伸缩变形将受到刚性板的约束,并使梁产生异常大的轴力导致计算结果不合理。

对于转换层中的梁,在设计中应考虑梁受拉力的情况。

那么,计算扭转位移比,一定按照刚性楼板假定吗?

通常,扭转位移比计算时的要点:规定水平力,考虑偶然偏心,刚性板假定。

那么到底什么样的楼板可以假定为刚性?有没有定量的标准,只能凭感觉处理?其实,官方给出了答案。


实例说明:
最简单的算例,见下图:

楼板按照实际壳单元计算:





刚性板假定:





对比发现:
关于位移比,周期比计算:两种假定计算出的位移比均为1.13
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