设计转移楼层的步骤
转换楼层的负荷是什么?
钢筋混凝土设计转换层虽然通常由结构设计工程师进行,但却是一项非常具有挑战性的任务。转换层通常用于多层建筑,它们是携带多个楼层的主要结构元素。通常,整个建筑物10到15级,由转移板携带。
主要问题是对转换板的荷载评估,特别是对转换层止点的柱和墙的荷载评估。当柱子端接在传递梁上时,它将承受较小的荷载,因为支撑柱子的梁是一个弹性弹簧。梁的深度越小,传递柱的轴向荷载越小。在这种情况下,荷载被分配到其他连续到基础水平的柱上。在一种极端情况下,如果我们去掉转换柱下面的支撑,轴向荷载将降为零,即转换柱将“悬挂”在上面的楼层上,不承受任何荷载。
其他挑战正在考虑建设方法。在任何3D帧静态分析中我们假定整个荷载同时作用于整个结构上。而在现实中,荷载是逐渐施加在几个楼层的建设。例如,如果我们想象在混凝土完全凝固后,整个结构被支撑,所有的支柱被移除,静态分析将充分捕捉结构的行为。但如果在上一层施工前拆除每一层的支柱,静力分析将不能提供准确的结果。
另一方面,通过使用支流区域方法,我们假设整个负载施加在转印板上,忽略上面的结构。这种方法将在转移栏中产生最大的载荷,以牺牲连续柱的负载。这种方法被认为是更保守的,但我们可以说,它更保守的是中间跨度,在转移栏中,它将在估计诸如连续列的另一个位置的装载,因为地板上的总负荷必须保持相同。
基本上,建模方法或设计假设会影响转换板上荷载的评估,并最终影响整个结构体系的设计。
这两种方法都不能被认为是优越的或更精确的,也不能或多或少地保守。相反,我们建议,为了分析和设计转换板,必须很好地理解建模假设和所有输入参数对最终结果的影响。
策略1:用支流面积法评估转移层荷载
传统的计算方法是采用支路面积法,忽略了转换板的柔度及其对荷载分布的影响。此外,转换板可以独立分析,与结构的其他部分分离,忽略支撑柱的柔性及其对转换梁和转换板中弯矩的影响。
这种方法不会改变转换板上的点荷载。在上图(图2)中,无论下面的支撑条件如何,中间的两点荷载是相同的。
这种方法通常使用,并且被认为是更保守的。它的缺点是负载分布是均匀的,忽略了结构本身的影响。转印板上的点载荷是上述列中的内部力,并且它们的幅度受到相对刚度的影响,所有结构元素受到相对刚度。然而,独立地处理转移板并忽略其余的结构是一种更保守的分析方法。
我们将通过一个数字示例跟进以说明主要观点。如果我们使用R / C构建软件,如果我们将传输板上的所有列设置为“立足点”支持,我们可以获得与支流区域方法相同的结果。(图3)
策略2:3D帧静态分析转移负荷评估
我们可以分析结构使用R/C建筑软件或任何其他框架分析软件进行三维一阶静力分析(图1)转换板上的点荷载与支路面积法不同。在这种情况下,转换柱中的反作用力(转换板上的点荷载)显著降低,荷载分布在周围的柱上(图4)这是因为转换柱由梁支撑,梁仅提供弹性支撑。在这个例子中,我们使用了400mm深的梁。如果梁的深度减小到300mm或200mm,转换柱的反作用力将更小。但是,总负荷将保持不变,但其分布将有所不同。
在图5中示出了转移光束的弯矩导致的弯曲时刻。我们可以观察到348kn的较小点负载将产生光束中相对较小的弯曲力矩。
策略三:“非常僵硬”的转换板
我们可以通过指定不同的材料属性,例如100倍的弹性模量,使转换板和梁“非常坚硬”。与其他结构相比,这将使转换层更加坚硬,并“加强”柱反作用力的均匀分布(图6)
“非常僵硬”光束的引入将对作为支流区域方法的反应产生类似的影响。然而,这也将对光束中的弯曲力矩产生影响。(图7)。片刻幅度将增加,更重要的是,我们可能会观察到右边的列处的负片“丢失”。这是由于下面列的弹性缩短(挤压),柱子支持转印板。
策略四:“非常坚硬”的传递梁,防止下面的柱轴向缩短
除了“非常僵硬”的光束之外,我们可以引入所有柱的增加的轴向刚度,其包括转印板下方的列。在R/C建筑软件有一个全局开关,将通过100或10,000次增加所有列的轴向刚度。在这个例子中,我们将提高列的轴向刚度10,000次。重要的是要注意,我们不会增加弯曲刚度的柱,所以下面的柱不会影响转移梁的弯曲。
在这种情况下,反应(柱载)仍然是相同的(图8)。
在这种情况下,弯矩将具有预期的形状(图9)。但是与没有增加刚度的弹性分析相比,力矩幅值增加了,策略2。这是预期的,因为荷载更大,转换梁刚度增加,因此吸引了更大的内力。在这种情况下,我们可以说梁力矩“更保守”。
现在我们可以说,我们已经“强迫”转换板上的柱反作用力是均匀的,即模仿附属面积法,并且我们已经增加了转换梁中的弯矩,因为它本身在工作,即作为两跨连续梁来分析,忽略了结构的其余部分。
柱的轴向刚度增加会影响横向稳定性分析。它将提供不现实的较小横向偏转。当柱的轴向刚度增大时,该模型不能用于横向稳定性评价。
终点和建议
上述示例说明了我们如何通过将增加的刚度分配给所选元素组来“强制”结构模型以某种方式行事。转移梁/平板的弯曲刚度的增加100倍,塔的轴刚度10,000表示,我们可以使用支路区域方法和简单的两跨度光束获得与手计算相似的结果。
我们必须注意到所选元素组刚度的这种急剧增加“扭曲”结构模型,可能导致内部力量不切实际和不可预测的分布,并且必须非常谨慎地使用。我们的建议是使用中间地面。这可以通过使用弹性模量的4个因子来分配转移梁/板坯弯曲刚度的小增加来实现,并且没有柱的轴向刚度增加。结果如下图10所示。
这种方法可以更均匀地分配转换层上的柱荷载,但与支流面积法不同。跨中梁弯矩(转换柱下方)也保持相对较大。这种方法可能会产生更安全但经济的转换层设计。