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设计转换层的步骤

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经过:Haseeb贾马尔/:2017年7月31日/的设计如何

转帐层的负荷是多少?

钢筋混凝土设计转移地板,但经常由结构设计工程师进行,是一个非常具有挑战性的任务。转移楼层常用于多层建筑物,它们是承载许多楼层的主要结构元素。通常情况下,整个建筑,10到15层,都是由转移板承载的。

主要的问题是对转换板,特别是终止于转换水平的柱和墙的荷载的评估。当柱子在转移梁上终止时,它将承受较小的负载,因为支撑柱子的梁起到弹性弹簧的作用。梁的深度越小,传递柱的轴向荷载越小。在这种情况下,荷载分布到其他柱,这些柱连续到基础水平。在极端的情况下,如果我们拆除转移柱下面的支撑,轴向载荷将降至零,即柱子将“悬挂”在上面的楼层上,不承受任何载荷。

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另一个挑战是考虑施工方法。在任何三维框架静态分析图1,转换板结构模型示例我们假设整个荷载同时作用于整个结构上。而在实际施工中,荷载是逐渐施加在几层楼上的。例如,如果我们想象整个结构是支撑的,所有的支柱都被拆除后,混凝土完全设置,静态分析将充分捕捉结构的行为。但是,如果每一层的支柱都在上面一层建筑之前被拆除,静力分析将不能提供准确的结果。

另一方面,采用支流区域法,我们假设整个荷载作用在转换板上,忽略上部结构。这种方法将在传递柱上产生最大可能的荷载,而以对连续柱的荷载为代价。这种方法被认为是更保守的,然而,我们可以说它是更保守的中跨,在转移柱,它将低估荷载在另一个位置,如连续柱,因为楼板上的总荷载必须保持不变。

基本上,建模方法或设计假设都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,也不是或多或少保守。相反,我们建议非常了解对建模假设的影响和所有输入参数对最终结果的影响对于分析和设计转移板至关重要。

策略一:用支流面积法评价转换底板荷载

传统上,我们可以通过支流区域方法评估转运地板上的装载,忽略转移板的灵活性,以及​​对负荷分布的影响。而且,转印板可以独立分析,与结构的其余部分分离,并忽略支撑柱的柔韧性及其对转移梁和板坯中的弯矩的影响。

图2,简单的手动方法

这种方法将在传输板上的点负载提供没有变化。在上图(图2)中,中间的两个点负载是相同的,无论下面的支持条件如何。

图3,通过支流区域或R / C建筑物分析的负载,转移水平脚踏这种方法是常用的,被认为更加保守。其缺点是荷载分布均匀,忽略了结构本身的影响。转换板上的点荷载为上部柱的内力,其大小受各结构单元相对刚度的影响。然而,单独处理转换板而忽略结构的其余部分是一种更为保守的分析方法。

我们将通过一个数值例子来说明要点。如果我们使用R/C BUILDING软件,如果我们设置所有的柱在过渡板有一个“基础”支持,我们可以得到相同的结果支流面积法。(图3)

策略2:用三维框架静力分析评估传递荷载

图4,传输列板图5静力分析的梁弯矩我们可以分析结构使用R / C建筑软件使用3D中的第1订单静态分析,或任何其他帧分析软件。(图1)传输板上的点负载将是不同的形式支流区域方法。在这种情况下,转移塔中的反应(转印板上的点负载)显着降低,并且将装载分布在周围柱上。(图4)这是由于传送柱由梁支撑,该梁仅提供弹性支撑。在这个例子中,我们使用了400毫米的深梁。如果光束深度减少以说300mm或200mm,则转移柱反应将更小。但是,总负载将保持不变,但它将被不同地分布。

转换梁的弯矩结果如图5所示。我们可以观察到较小的点荷载348 kN会在梁中产生相对较小的弯矩。

策略3:“非常僵硬”的转移板

图6,静态分析反应图7,带有a的弯矩通过分配不同的材料性能,我们可以通过分配不同的材料性能来制造转移板和光束“非常僵硬”。与其余的结构相比,这将使转移楼层更加冷却,并且它将“强制执行”柱反应的均匀分布。(图6)

引入“非常刚性”梁对反作用力的影响与支流区域法类似。然而,这也会对梁中的弯矩产生影响。(图7)。力矩大小会增大,更重要的是,我们可以看到右侧柱的负力矩被“丢失”了。这是由于下面柱子的弹性缩短(挤压),柱子支撑着转移板。

策略4:“非常刚性”的转换梁,防止下面柱轴向缩短

除了“非常刚性”的梁,我们可以引入增加所有柱的轴向刚度,包括转移板下面的柱。在R / C建筑软件有一个全局开关,可以将所有柱子的轴向刚度提高100或10000倍。在这个例子中,我们将增加柱的轴向刚度10000倍。值得注意的是,我们不增加柱的抗弯刚度,所以下面的柱不会影响转换梁的抗弯。

图9,弯曲的梁和刚性柱的弯曲矩

在这种情况下,反力(柱荷载)仍然相同(图8)。

图10,柱轴向刚度没有变化,梁变硬时的反作用力和弯矩(因子4)在这种情况下,弯矩将具有预期形状(图9)。但对于没有增加的刚度,策略2的弹性分析,矩幅度的速度增加了增加,这是预期的,因为负载较大,转移梁具有增加的刚度,因此吸引更大的内部力。在这种情况下,我们可能会说光束时刻是“更保守的”。

Now we can say that we have "forced" the column reactions on the transfer slabs to be uniform, i.e. to mimic the Tributary Area method, and we have increased the bending moments in the transfer beam, as it is working by itself, i.e. as it is analyzed as a two-span continuous beam ignoring the rest of the structure.

柱的增加的轴向刚度会影响横向稳定性分析。它将提供不可实现的较小的横向偏转。当柱的轴向刚度增加时,该模型不能用于横向稳定性评估。

结尾注释和建议

上面的例子说明了我们如何通过将增加的刚度分配给选定的元素组来“强迫”结构模型以某种方式表现。将转换梁/板的抗弯刚度提高100倍,柱的轴向刚度提高10000倍,表明我们可以得到与手工计算相似的结果,使用分支区域法和简单的两跨梁。

我们必须注意到,所选单元组刚度的急剧增加会“扭曲”结构模型,并可能导致不现实和不可预测的内力分布,因此必须非常谨慎地使用。我们的建议是采取中间立场。这可以通过使用系数为4的弹性模量分配转换梁/板抗弯刚度的小增加来实现,而柱的轴向刚度没有增加。结果如下图10所示。

这种方法更均匀地分布在转印底板上的柱载荷,但与支流区域方法中的不相同。中跨光束矩(转移柱下方)也保持相对较大。这种方法可能会产生更安全但经济的转移设计。

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