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从层间板的角度探索YJK

发布于:2023-03-24 10:26:24 来自:建筑结构/盈建科 [复制转发]

从一个简单的层间板的角度出发,结合设计的实际需求和软件的具体实现,展开如何利用软件的条件来证明自己的疑问的过程,从而更了解软件的设计思路。

     对于层间板,用户的需求其实很简单:就是想用层间板模拟实际情况。现在的loft公寓比较多,经常会出现这样的需求。且这种夹层多为薄板,钢结构之类,改造的灵活空间比较大,不确定性强,约束较小。因此,需要一种板,既能考虑夹层荷载又可以不考虑该板对于整体刚度的贡献。YJK软件提供了层间板的方式来满足用户需求。

     为此,我们抛出几个问题:层间板与普通楼板有哪些不同?YJK软件是如何考虑层间板的刚度(重点)?层间板是如何导荷的?

     以203版本为例,建立一个6.6米层高、中间设置夹层的模型,来论证上述问题。为排除其他因素干扰,建模时要求楼面板与层间板的板厚、跨度、荷载完全一致,且夹层与楼层的支座梁的尺寸也完全一致。

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第一,层间板与普通楼板有哪些不同?

      层间板的计算模型;在软件默认条件下,层间板为弹性膜,用户也可以通过板属性进行修改板属性,可以改为弹性板6,如果改为刚性板或者弹性板3,软件会自动将层间板恢复成弹性膜;从轴测简图可以看到,层间板与楼层板的默认属性分别为弹性膜和刚性板。层间板除了不能设定成刚性板和弹性板3之外,其他条件与楼层板是一样的。

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第二,YJK软件是如何考虑层间板的刚度的?这是重点;

1、在弹性膜的模型下(楼层板和层间板均为弹性膜),弹性膜的面内刚度按真实考虑,面外刚度为0,这意味着在平面内梁的轴向变形与板是协调的,而平面外变形必然是不协调的。变形协调意味两个方面,一是变形一致,二是内力趋势一致。下面我们来一一验证,在整体云图中查看恒荷载单工况下结构的竖向位移,很明显梁的变形脱离了板,平面外方向板的竖向位移为0而梁的竖向位移是真实考虑的,如下图:

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      再查看恒荷载单工况下板轴向应力,层间板受拉,且节点处有明显的应力集中;而楼层板受压,且节点处有明显的应力集中。再对比恒荷载单工况下的梁轴向内力,会发现梁的轴向内力趋势与板的轴向内力趋势完全一致,都是楼面梁受压层间梁受拉,且在节点处有明显的应力集中;如下图:

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2、为了更清楚的知道层间板对整体模型的影响,我们再拿弹性板6的模型进行对比:弹性板6在有限元计算荷载的情况下,可以发现板面上是留有均布荷载的,这与弹性膜不同(弹性膜由于平面外刚度为0,无法承受平面外荷载),如下图:

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      弹性板6的特点是平面内、平面外刚度均按真实考虑。要想证明这一点,必然是梁、板在平面内、平面外都是变形协调的,且内力变化趋势一样。我们仍然选择恒荷载单工况下结构的竖向位移来对比,可以发现梁板变形一致,与弹性膜形成鲜明的对比;如下图:

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     为了进一步体现YJK软件在梁板协调变形功能的效果,我们接着在弹性板6模型下对部分梁施加额外的扭矩,再来查看梁板的位移情况,同样在恒荷载单工况下,梁板的整体协调变形得到了很好的协同效应,如下图:

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3、层间板无法设置刚性板,所以弹性板3和刚性板模型不再分析。由于很多设计师都比较关注配筋(直接看配筋并不是好习惯,应多着手于内力和变形分析),我们再来分析一下弹性板6模型下的配筋。这里容易产生一个误会,认为层间梁出现很多偏拉(PL)标志是因为板没有约束住梁的平面内变形,配筋如下图(全楼普遍出现这种情况):

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      用构件信息功能任意点开一根带PL标志的梁可以发现:轴力控制工况都是恒、活+风+X向地震。当我们查看风荷载和地震荷载单工况的时候,发现层间梁与楼面轴力并没有太大差别,再查看恒荷载单工况的时候,才发现轴力相差特别大,这是因为选择了施工模拟次序3。此时软件认为每层施工时,下一层已经凝固完毕不再影响到本层,即按单层来计算恒荷载的效应,其变形如下图。如果选择一次加载则偏拉梁的情况就会减少(但是会导致施工过程模拟不准的问题)。组装的层数越多,两种方法的结果相差越大,对于单层建筑,两种方法不会导致结果的差异。

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      为了进一步证明是因为整体变形要求的梁、板的变形调协一致,而并非是因为板没有约束住梁的平面内变形。我们可以对比恒载作用下层间板的轴向应力图,由下图可以发现其轴向的变形与梁的内力趋势是一致的。

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第三,层间板如何导荷载?

      这是一个极简单的问题,由于刚性板、弹性膜平面外刚度为0,只能采用梯形导荷之外,其他均可采用有限元导荷或平面导荷。之所以提到这个,是因为在弹性板6模型下,轴测简图中,板面保留荷载的同时,为何还有梯形导荷的结果?这是因为有限元导荷是经整体计算之后才能做到的,这里显示的是整体计算之前的简单导荷,弹性板3、弹性板6如果选择有限元导荷,在计算时是无视梯形导荷结果,直接采用有限元导荷。但这样总是不免让用户起疑心,为了避免歧义,对于弹性板3和弹性板6建议取消梯形导荷的结果的显示,软件后期也会做相应的改进。

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第四,扩展一个用户反馈的常见问题

      加层间板且采用弹性膜和不加层间板的两个模型,两者的整体指标差别很大。原因有二,其一是层间板刚度的贡献,其二是由于直观感觉误差导致的问题。举一个例子,有用户将折算好的荷载(按板跨来估算)直接布置在梁上,以此对比层间板模型。这种做法下,用户会质疑为何荷载相差不大,结果整体指标却差别很大?而用YJK软件的工程对比功能准确对比的时候发现,质量差别非常大!如下图,最后一列为误差百分比,总体荷载差别高达37%。因此所有与地震相关的对比都将失去意义。我们再对比风荷载作用下的位移,两个模型就相差很小(梁板结构,弹性膜的层间板对整体影响比较小),因为风荷载位移效应和质量无关。

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第五,回顾这一简单过程涉及的实用功能:

      层间板、梁板协调变形、板属性、施工模拟次序、轴测简图、构件信息、三维内力、三维配筋、等值线、整体云图、工程对比。


知识点:从层间板的角度探索YJK

回复-----yjk空心板

这个家伙什么也没有留下。。。

盈建科

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