PKPM中的四种板

一、显示刚性板

本菜单可以查看楼层的刚性板信息。

程序默认将同平面的相连的有厚度平板合并成刚性板块，同一层中允许存在多个刚性板块，但刚性板块之间不可有公共节点相连，因此，即使两房间楼板之间仅有一个公共节点，程序也会将两房间楼板归为一个刚性板块。

选择“强制刚性楼板假定”时，同一塔内楼面标高处所有的房间（包括开洞和板厚为零的情况）均从属同一刚性板，非楼面标高处的楼板，按照非强制刚性楼板假定的原则进行搜索，形成其余刚性楼板。

1、刚性板计算原理

建筑的楼屋面大多数为现浇钢筋混凝土楼板或有现浇面层的预制装配式楼板，它们具有很大的面内刚度，可近似认为楼板在其自身平面内为无限刚。《高规》5.1.5条规定：“进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，相应地设计时应采取必要措施保证楼板平面内的整体刚度。”

“刚性楼板”模型假定楼板平面内刚度无限大，平面外刚度为零。

在采用刚性楼板假定进行整体分析时，每块刚性楼板在水平面内做刚体运动。除刚性板主节点外，其余每个节点的自由度只剩下3个，即绕X、Y方向的转角、和Z方向位移，而X、Y 方向平动以及绕Z方向的转动由主节点自由度确定。

采用上述假设后，结构分析的自由度数目大大减少，可能减少由于庞大自由度系统而带来的计算误差，使计算过程和计算结果的分析大为简化。并在大多数工程分析中具有足够的工程精度。

但是，由于假定楼板内的节点没有相对水平位移，也即楼板内的梁等杆件的轴向变形为零，因此有限元计算无法得出这些构件的轴力。在楼板的面内刚度无限大的情况下，这些轴力被楼板吸收。

2、刚性楼板的生成和修改

在计算软件的前处理部分，对于用户在建模中定义的水平放置的楼板，程序将自动地默认为刚性楼板。用户可以在“特殊构件补充定义”菜单下，点击“刚性板号”来查看默认生成的刚性板情况。

建模中的楼板是以房间为单元的，而计算模型则默认将连续的多个房间的平板设置成一块刚性板。即程序默认将同平面的、有厚度的（厚度可以不同）、连续的水平平板合并成一个刚性板块。

若房间不连续（例如有全房间洞或者板厚为0的房间分隔开）或者楼板有错层，则会生成多块刚性板，并将其分别编号。

同一层中允许存在多个刚性板块，但刚性板块之间不可有公共节点相连，即使两房间楼板之间仅有一个公共节点，程序也会将两房间楼板归为一个刚性板块，如下图所示。类似图中情况的处理方式与工程实际不符，此时用户可在“特殊构件补充定义”中将相关楼板定义为弹性楼板。

图1刚性板块之间不可有公共节点相连

对于工程中常见的若干情况处理方式如下：

(1).程序自动将斜板设为弹性膜，如图所示。

(2). 全房间洞和板厚为零的楼板均不参与生成刚性楼板。但程序将忽略在建模中输入的房间内的楼板开洞，如图示。

(3).通过“楼板错层”命令生成的错层板在形成刚性板块时，将忽略错层的影响，与周围的楼板形成一块刚性板块，如图所示。工程中楼板错层的高度一般较小，因此这样的处理方式是符合实际的。

图2斜板的模型及其刚性板块生成

图3开洞、楼板错层的模型及刚性板块生成

(4).“错层结构”将在不同的标高处各自生成刚性板块。程序可以自动搜索到不同标高处的楼板，各自形成刚性板块。如图所示。

图4错层结构楼板透视模型及其刚性楼板生成在“特殊构件补充定义”中的“弹性板”菜单下，用户可以修改程序默认生成的刚性楼或弹性楼板。可以将刚性楼板修改为弹性楼板，也可以将弹性膜修改成弹性板6或弹性板3，但是程序没有设置将弹性板修改为刚性板的功能。若用户已将刚性板修改为弹性板后，又想恢复为刚性板时，只需将弹性楼板删除，程序即自动将该处楼板恢复定义为刚性板属性。

“全房间洞”和“板厚为0”是工程设计中常遇的两种情况。两者的相同点是均不参与生成刚性楼板，两者的区别主要是通过“全房间洞”删除某一房间的楼板时，其上布置的各种楼面荷载也将相应删除，而且不能再布置楼面荷载。当将板厚设置为0时，该房间仍可布置楼面恒活荷载，并可以正常导算至周边梁墙。

鉴于上述特点，工程设计中一般将楼梯间定义为板厚为0，这样可在其上布置楼面荷载，避免手工导算荷载的工作；而电梯间一般定义为全房间洞，电梯机房楼板可定义为板厚为0。二、弹性板

弹性楼板是以房间为单元进行定义的，一个房间为一个弹性楼板单元，定义时，只需用光标在某个房间内点一下，则在该房间的形心处出现一个内带数字的小圆环，圆环内的数字为板厚(单位cm)，表示该房间已被定义为弹性楼板，在内力分析时将考虑该房间楼板的弹性变形影响；修改时，仅需在该房间内再点一下，则小圆环消失，说明该房的楼板已不是弹性楼板单元。在平面简图上，小圆环内为0表示该房间无楼板或板厚为零，（洞口面积大于房间面积一半时，则认为该房间没有楼板）。

弹性楼板单元分三种，分别为“弹性楼板6”，“弹性楼板3”和“弹性膜”，其中

弹性楼板6：程序真实地计算楼板平面内和平面外的刚度；

弹性楼板3：假定楼板平面内无限刚，程序仅真实地计算楼板平面外刚度。

弹性膜：程序真实地计算楼板平面内刚度，楼板平面外刚度不考虑（取为零）。

弹性板由用户人工指定，但对于斜屋面，如果没有指定，程序会缺省为弹性膜，用户可以指定为弹性板6或者弹性膜，不允许定义刚性板或弹性板3。

1、弹性楼板的应用

虽然刚性楼板假定的分析效率高，但一般适用于楼板形状比较规则的普通工程。

《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场合，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。

对于坡屋面和斜板，刚性楼板假定也不再适用。

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弹性楼板。

对于转换层中的梁，在设计中应考虑梁的受拉力的情况，为此，程序自动对用户定义的转换层全层设置成弹性膜。

《高规》第5.3.3条规定：对平板无梁楼盖，在计算中应考虑板的平面外刚度影响，其面外刚度可按有限元方法计算或近似将柱上板带等效为框架梁计算。平板无梁楼盖的面外刚度由楼板提供，一般在计算时应该考虑。

为此，计算程序提供了弹性膜、弹性板6、弹性板3共三种弹性楼板假定。其中弹性膜假定由于忽略楼板平面外刚度，符合传统设计习惯，应用最为广泛。上述各情况中，除板柱结构、厚板转换体系外均可采用弹性膜进行计算。

如用户在特殊构件补充定义中定义了弹性楼板，则弹性楼板将与梁、柱、墙一样参与到整体分析中，作为整体结构的构件贡献刚度。因此，对于楼板开了大洞口，或有弱连接、或平面狭长等结构定义了弹性楼板后，结构的基本周期、位移等指标参数和按照刚性楼板计算的结果将有所变化，同时，梁、柱、墙等构件的内力和配筋也会相应变化。

2、三种弹性楼板的基本假定、计算单元和适用范围。

（1）弹性膜假定楼板平面内具有膜元的刚度，但忽略了楼板平面外刚度，即假定楼板平面外刚度为零。程序采用平面应力膜单元计算楼板的平面内刚度。

对于大多数弹性楼板结构如楼板平面较长或有较大凹入以及平面弱连接结构等的情况，应采用弹性膜假定模型计算，因为这种模型忽略了板的面外刚度，不会使梁的内力配筋计算偏小，不会影响梁的设计安全储备，又能够考虑楼板的面内实际刚度。

（2）弹性楼板6假定楼板平面内刚度和平面外刚度均为有限值。程序采用壳单元计算楼板的面内刚度和面外刚度。

从力学模型的角度看，弹性楼板6相对最符合楼板的真实受力情况，可以应用于任何工程。但从工程设计的角度看，在采用弹性楼板6假定时，部分竖向楼面荷载将通过楼板的面外刚度直接传递给竖向构件，导致梁的弯矩减少，相应的配筋也会减少。这与采用刚性楼板假定不同，因为采用刚性楼板假定时，所有的竖向楼面荷载都通过梁传递给竖向构件。这点差异会造成采用弹性板6假定和采用刚性楼板假定的梁配筋安全储备不同，而过去所有关于梁的工程经验都是与刚性楼板假定前提下的配筋安全储备相对应的。

在程序中，弹性板6假定主要是针对板柱结构和板柱-抗震墙结构提出的。对于复杂的板柱结构和板柱-抗震墙结构，传统的等代框架法难以应用。对于这类结构，采用弹性楼板6假定是比较合适的，既可以真实的模拟楼板的刚度和变形，又不存在梁配筋安全储备减少的问题。

（3）弹性楼板3假定楼板平面内刚度无限大，平面外刚度为有限值。程序采用中厚板弯曲单元计算楼板平面外刚度。

对于大多数工程，用户只需在局部楼层的局部平面设置弹性楼板，其它按照程序自动生成的刚性楼板计算即可。

指定弹性板是以房间为单元进行的。程序对弹性板也自动划分单元。

程序对弹性板的有限单元划分的尺寸也设置了一个参数，隐含设置为2m，这是考虑到大多数板的弹性膜的受力特点，并为减少计算量。用户可以根据需要修改。

3、计算程序自动将斜板和坡屋面楼板设置为弹性膜计算。

对于不共面的斜板，程序不能生成弹性膜。实际中常见用户的坡屋面等斜板的多边形不共面，但在力学模型中不允许不共面的板单元，在计算中这部分将不会出现，用户在空间计算模型中可以看到这部分为空。因此在建模中用户对于斜板的多边形必须使其共面，否则这部分在计算中不起作用。

对于斜板和坡屋面楼板，用户可以将程序设置的弹性膜改为弹性板6，但不能设为弹性板3或刚性板。