技术周刊 | 斜板模型与平板模型配筋差异的原因是什么?
问题汇总:
Q1:带斜板的工程,不考虑地震和水平风荷载作用,仅恒/活竖向荷载作用,按实际”斜板建模”较”平板建模”配筋结果差异很大?用户疑问即便考虑荷载COS角度的问题,但二者的差距不应该这么大?
Q2:satwe在钢筋混凝土梁配筋计算时,是按“单筋梁”还是“双筋梁”计算?
Q3:勾选“砼矩形梁转T形(自动附加楼板翼缘)”之后,程序配筋计算时是按单筋T形梁还是双筋T形梁?翼缘区域是否会考虑板配筋作为受压钢筋参与T形梁配筋计算?
Q4:为什么这些和剪力墙平面外相连的铰接的小次梁(截面200x300),默认最小配筋率为0.38%?
Q5:为何与剪力墙平面外相连的铰接次梁(截面200x600),构件信息里查看梁两端内力均为0,且不勾选”执行《混规》11.3.7”,梁两端的配筋仍不同?与剪力墙相连端4?与梁相连端上筋1/下筋3?
Q1:带斜板的工程,不考虑地震和水平风荷载作用,仅恒/活竖向荷载作用,按实际”斜板建模”较”平板建模”配筋结果差异很大?用户疑问即便考虑荷载COS角度的问题,但二者的差距不应该这么大?
图Q1-1 “斜板建模”与“平板建模”模型对比
图Q1-2 “斜板建模”与“平板建模”配筋结果
A:
软件计算中出现上述差异问题,主要是因为:
(1)模型中设置了“斜板”,satwe默认将“斜板”设置为弹性膜(可改弹性板6),目的是考虑斜板实际面内刚度;
同理:satwe强制“斜板”不允许设置为“刚性板、弹性板3”;
图Q1-3 satwe自动将“斜板”设置为弹性模(可改为弹性板6)
图Q1-4 satwe不允许将斜板设置为“弹性板3”或“刚性板”
(2)周围梁受到“弹性斜板”影响而改变了内力,如图所示,梁单工况恒载弯矩;
图Q1-5 “斜板”“平板”模型简图
图Q1-6 “斜板”“平板”梁单工况恒载弯矩图
(3)satwe会考虑不同坡度斜板的恒载变化,和不同坡度斜板对周围梁内力的影响,如图所示;
图Q1-7 不同坡度斜板的梁恒载图
图Q1-8 不同坡度斜板的梁单工况恒载弯矩图
(4)总结:出现上述梁内力结果差异,是因为satwe并不是简单考虑竖向荷载角度变化,还重点考虑了斜板的面内刚度,这种斜板的面内刚度会在竖向有一定分量分担梁的弯矩,进而造成“斜板模型”与“平板模型”的结果有较大差异;
Q2:satwe在钢筋混凝土梁配筋计算时,是按“单筋梁”还是“双筋梁”计算?
A:
首先我们先了解“单/双筋”计算的概念:当仅在截面受拉区配置纵向受力钢筋时,称为单筋截面;同时也在截面受压区配置纵向受力钢筋时,称为双筋截面。
(1)判断“单/双筋”计算的方法,可以详见“satwe用户手册-技术手册”(如图所示)
图Q2-1 satwe用户手册-技术手册
(2)还可以从“构件信息-构件设计详细过程”中查看,里面有输出“单/双筋”的计算过程;
我们挑选某处梁“跨中4号截面+M”的详细计算过程,如图所示:
图Q2-2 构件信息-构件设计详细过程
图Q2-3 构件设计详细过程-双筋计算过程
(3)还需注意,因为satwe程序默认勾选了<框架梁端配筋考虑受压钢筋>,所以对于框架梁梁端,即便是按照“单筋计算”已经满足,程序仍会迭代考虑“梁端受压钢筋”的作用;
我们挑选某处梁“端部I截面-M”的详细计算过程,如图所示:
图Q2-4 构件设计详细过程-单筋计算过程
图Q2-4 构件设计详细过程-框架梁端配筋考虑受压钢筋
(4)综上过程,我们可以发现,程序在执行<框架梁端考虑受压钢筋>计算时考虑了:
(A)《混规》11. 3.1 计入纵向受压钢筋的梁端混凝土受压区高度限值;
(B)《高规》6.3.2 梁端截面的底面和顶面纵向钢筋截面面积的比值;
(C)还判断了《混规》6. 2. 10-4、6.2.14,避免受压钢筋过多,以保证受压钢筋应力达到抗压强度设计值fy’的情况。
Q3:勾选“砼矩形梁转T形(自动附加楼板翼缘)”之后,程序配筋计算时是按单筋T形梁还是双筋T形梁?翼缘区域是否会考虑板配筋作为受压钢筋参与T形梁配筋计算?
A:
通过问题Q2我们可以发现“单/双筋”计算是钢筋混凝土梁设计的基本方法,所以勾选“砼矩形梁转T形(自动附加楼板翼缘)”并不影响“单/双筋”计算;
(1)首先,在satwe构件编号和构件信息里,查看构件尺寸已经变成“T型截面”;
图Q3-1 砼矩形梁转T形后的“构件尺寸”
(2)我们挑选某处梁“跨中4号截面+M”的详细计算过程;
从“详细计算过程”中可以看到楼板当做“受压翼缘”参与计算的过程;(如图所示)
图Q3-2 砼矩形梁转T形后的“详细计算过程”
图Q3-3 砼矩形梁转T形后的“单双筋计算过程”
(3)通过上述过程,可以发现考虑翼缘后的相对受压区高度很容易满足“单筋”计算;
(4)注意:矩形梁转T形梁后,程序对于梁刚度放大系数自动置为1,即为按T型梁考虑翼缘后的实际尺寸计算其刚度大小。
图Q3-4 satwe用户手册:砼矩形梁转T形(自动附加楼板翼缘)
(5)虽然梁刚度按实际尺寸考虑,梁配筋按考虑翼缘后的尺寸进行计算,但是输出的配筋结果仍是按“矩形梁”进行设计的;
(A)我们从“构件信息”查看“配筋率”,发现其仍是按“矩形截面”考虑的;
(B)另外,进入梁施工图后,梁截面大小仍为“矩形截面”;
图Q3-5 砼矩形梁转T形后的“配筋率结果”
图Q3-6 砼矩形梁转T形后的“砼梁施工图结果”
(6)综上,所以程序不考虑楼板钢筋在T形梁翼缘中发挥的作用,程序最终仍是按“矩形梁”生成施工图;
图Q3-3
Q4:为什么这些和剪力墙平面外相连的铰接的小次梁(截面200x300),默认最小配筋率为0.38%?
图Q4-1 和剪力墙平面外相连的次梁的构件信息
A:
这是因为此模型在<高级参数>中勾选了<执行《混凝土规范》11.3.7 >;(默认不勾)
(1)参数解释:若勾选此项,程序将对主梁的上部和下部钢筋,分别执行不少于对应部位较大钢筋面积的 1/4 的要求,以及一、二级不小于 2 根 14mm,三、四级不小于 2 根 12mm钢筋的要求。
图Q4-2 satwe高级参数:执行《混规》11.3.7
(2)查看构件信息,此200x300梁虽然是“次梁、抗震构造5级”,但是因为梁一端连接了竖向构件(剪力墙),所以软件对此梁仍然默认执行上述规范要求,并按照最低三、四级执行。
图Q4-3 和剪力墙平面外相连的次梁的抗震等级
(3)三、四级不小于 2 根 12mm 为226mm²,226/200x300=0.38%,所以这不是最小配筋率,是最小2根12mm钢筋。
我们可以建立简单模型,还原此情况,如图所示:
(A)不和竖向构件连接的“次梁”,不考虑最小2根钢筋,构造计算结果为“0”;
(B)和竖向构件连接的“次梁”,抗震构造等级5级,考虑最小2根12钢筋,最小构造结果为226,配筋率0.38%;
(C)和竖向构件连接的“次梁”,抗震构造等级2级,考虑最小2根14钢筋,最小构造结果为308,配筋率0.51%;
图Q4-4 根据梁最小配筋要求而导致的计算结果差异
Q5:为何与剪力墙平面外相连的铰接次梁(截面200x600),构件信息里查看梁两端内力均为0,且不勾选”执行《混规》11.3.7”,梁两端的配筋仍不同?与剪力墙相连端4?与梁相连端上筋1/下筋3?
图Q5-1 和剪力墙平面外相连的次梁的构件信息
A:
梁端内力均为0,但出现问题中的三种不同配筋结果,其实是因为软件对不同位置的“构造配筋”处理方式不一样;
(1)第一种情况“与剪力墙面外相连的一端”,虽然梁端部铰接内力为0,但是从前处理“连续梁”和“梁抗震等级”中,可以看到,此梁软件默认为“框梁、抗震等级三级”;(如图所示)
因此,软件会默认对与“竖向构件”相连的梁端,按其“抗震等级”取最小配筋率,进行“最小构造配筋”,即三级、0.26%、313.58mm²;
图Q5-2 前处理特殊构件“连续梁”
图Q5-3 前处理特殊构件“梁抗震等级”
注意,如果用户在此改为“非框梁”,或“抗震等级五级”,则此处按“普通构件”最小配筋率计算;
还需注意,最小配筋率0.26%不是0.25%是因为混凝土等级C40导致,即55ft/fy=55x1.71/360/100x100%=0.26%;(如图所示)
图Q5-4 《混规》11.3.6-1
(2)第二种情况“与梁相连的一端下筋”,其不考虑“抗震等级”,即按“普通梁最小配筋率”进行配筋,即:0.21%、256.57mm²;
注意:还是因为混凝土等级为C40,按照《混通》《混规》最小配筋率
45ft/fy=45x1.71/360/100x100%=0.21%;
图Q5-5 《混通规》4.4.6
(3)第三种情况“与梁相连的一端支座上筋”,其不考虑“抗震等级”也不靠考虑“最小配筋率”;
一般情况下其配筋结果为“0”,但是本工程“高级参数”中勾选了<执行《混凝土规范》9.2.6.1>;
此时梁端配筋需按规范考虑底筋最大值的1/4,而我们发现底筋最大值其实是“与墙面外相连一端”考虑抗震等级的最小配筋,即为:313.58mm²/4=78.4mm²;如图所示:
图Q5-6 satwe高级参数:执行《混规》9.2.6.1
图Q5-7 satwe执行《混规》9.2.6.1的过程

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