CN112883620B - 一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，该方法包括以下步骤：一、非规则板柱剪力墙结构的有限元模型的建立；二、非规则板柱剪力墙结构的有限元模型的整体分析；三、钢筋接头位置的获取；四、楼板模板起拱位置的获取；五、楼板模板满堂脚手架拆除顺序的获取；六、楼板混凝土浇筑顺序的获取。本发明方法步骤简单，设计合理，获取钢筋接头位置、楼板模板起拱位置、楼板模板满堂脚手架拆除顺序和楼板混凝土浇筑顺序，从而为非规则板柱剪力墙的施工提供依据，提高非规则板柱剪力墙的整体性能。

Description

一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法
技术领域
本发明属于非规则板柱剪力墙施工技术领域，尤其是涉及一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法。
背景技术
随着社会经济的发展和人们审美需求的提高，建筑布局和结构类型日益复杂多变，结构型式由平面规则、空间平直向空间不规则、造型美观、高净空发展。
采用钢筋混凝土非规则板柱剪力墙时当柱不规则布置及各层楼板内存在不规则洞口布局时，使得采用传统的框架体系进行布置非常困难。考虑到柱网的不规则及各层楼板中不规则洞口布局，使得水平力的传递路径及方向多变。目前一般规则的钢筋混凝土板柱剪力墙结构分析可用等效框架法，仍采用传统梁板施工方法。由于柱网不规则、楼板中不规则洞口等原因，柱顶难以划分为规则的柱上板带，不符合等效框架法和直接设计法的计算假定，一般受力方法不能准确模拟结构的受力情况。则非规则板柱剪力墙结构不能简单的采用规范的要求和常规经验来施工，结构施工难度大。
柱网不规则布置及各层楼板中不规则洞口布局的非规则板柱剪力墙结构的受力点不一样，侧向力点不一样。该结构本身受力状态与常规框架剪力墙体系不一样。普通的框架剪力墙体系结构受力及弯矩分布是规矩的。而柱网不规则布置及平面不规则洞口布局的非规则板柱剪力墙体系必须通过计算，找到弯矩分布，因为有大跨有小跨有悬挑，变化比较多。因此，现如今需要一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，通过非规则板柱剪力墙的有限元模型分析，为非规则板柱剪力墙的施工提供依据，提高非规则板柱剪力墙的整体性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其方法步骤简单，设计合理，通过非规则板柱剪力墙的有限元分析，获取非规则板柱剪力墙施工中钢筋接头位置、楼板模板起拱位置、楼板模板满堂脚手架拆除顺序和楼板混凝土浇筑顺序，从而为非规则板柱剪力墙的施工提供依据，提高非规则板柱剪力墙的整体性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、非规则板柱剪力墙结构的有限元模型的建立：
步骤101、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件建立第i层非规则板柱剪力墙结构模型；其中，第i层非规则板柱剪力墙结构模型中第i层楼板上开设第i个多边形洞口；
步骤102、I次重复步骤101，建立非规则板柱剪力墙结构模型；其中，i为正整数，且1≤i≤I，I为大于3的正整数；
步骤二、非规则板柱剪力墙结构的有限元模型的整体分析：
采用计算机利用有限元分析软件，对步骤一中建立的非规则板柱剪力墙结构模型进行整体分析，直至整体结构分析结果和构件分析结果满足设计规范要求，最终得到非规则板柱剪力墙结构模型；
步骤三、钢筋接头位置的获取：
步骤301、当i取值位于3～I-1时，计算机利用有限元分析软件“楼板详细分析”中“运行分析和设计”的“工况”，设置网格尺寸；
步骤302、计算机利用有限元分析软件“楼板详细分析”中“内力”，得到组合荷载下第i层楼板的X向弯矩图和组合荷载下第i层楼板的Y向弯矩图；
步骤303、设定第i层楼板中设置有第i层上钢筋网和第i层下钢筋网，将组合荷载下第i层楼板的X向弯矩图中浅蓝色区域和蓝色区域作为第i层上钢筋网中相邻两个钢筋的第一钢筋接头区域，将组合荷载下第i层楼板的Y向弯矩图中浅蓝色区域和蓝色区域作为第i层上钢筋网中相邻两个钢筋的第二钢筋接头区域，则第一钢筋接头区域、第二钢筋接头区域的重叠区域记作第i层上钢筋网的钢筋接头优化区域；
步骤304、将组合荷载下第i层楼板的X向弯矩图中浅蓝色区域作为第i层下钢筋网中相邻两个钢筋的第一下接头区域，将组合荷载下第i层楼板的Y向弯矩图中浅蓝色区域作为第i层下钢筋网中相邻两个钢筋的第二下接头区域，则第一下接头区域、第二下接头区域的重叠区域记作第i层下钢筋网的钢筋接头优化区域；
步骤四、楼板模板起拱位置的获取：
步骤401、计算机利用有限元分析软件“楼板详细分析”中“运行分析和设计”的“工况”，设置网格尺寸；
步骤402、当i取值位于3～I-1时，计算机利用有限元分析软件“楼板详细分析”中“挠度”工具，得到第i层非规则板柱剪力墙结构模型中第i层楼板的挠度图；其中，第i层楼板上第j个网格挠度值记作
Figure BDA0002970150330000031
步骤403、采用计算机将第i层楼板的挠度图上的红色区域以及与多边形洞口所处轮廓之间的间距大于600mm的绿色区域作为第i层楼板模板的起拱区域，并获取第i层楼板挠度的最大绝对值并记作
Figure BDA0002970150330000032
步骤五、楼板模板满堂脚手架拆除顺序的获取：
步骤501、将第i层楼板中的第i个多边形洞口围设的中空区域记作第i个中空区域，I个中空区域的垂直投影重叠区域所需要搭建的满堂脚手架记作中空模架；
步骤502、将第i层楼板上距离第i个多边形洞口边界600mm的区域记作第i个悬挑区域，I个悬挑区域的投影叠加区域所需要搭建的满堂脚手架记作第一悬挑区模架；
步骤503、根据步骤403中获取的第i层楼板模板的起拱区域，并将第i层楼板模板的起拱区域下方所需要搭建的满堂脚手架记作第二悬挑区模架；
步骤504、将第i层楼板的剩余区域所需要搭建的满堂脚手架记作楼层模架；
步骤505、根据中空模架、第一悬挑区模架、第二悬挑区模架和楼层模架，得到楼板模板满堂脚手架拆除顺序为楼层模架、第一悬挑区模架、第二悬挑区模架和中空模架；
步骤六、楼板混凝土浇筑顺序的获取：
步骤601、根据步骤403中获取的第i层楼板模板的起拱区域，则第i层楼板模板的起拱区域所对应的第i层楼板区域记作第i层楼板挠度大区域，并将第i层楼板的剩余区域记作记作第i层楼板挠度小区域；
步骤602、根据第i层楼板挠度大区域和第i层楼板挠度小区域，得到楼板混凝土浇筑顺序为先第i层楼板挠度小区域后第i层楼板挠度大区域。
上述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤302中组合荷载下第i层楼板上第j个网格的X弯矩记作
Figure BDA0002970150330000041
j和J均为正整数，且1≤j≤J，且J表示第i层楼板的网格总数，组合荷载下第i层楼板上X向弯矩的最大绝对值记作
Figure BDA0002970150330000042
组合荷载下第i层楼板的X向弯矩图中
Figure BDA0002970150330000043
不大于-0.8的网格为红色，
Figure BDA0002970150330000044
处于(-0.8～-0.6)的网格区域为橙色，
Figure BDA0002970150330000045
处于(-0.6～-0.5]的网格区域为黄色，
Figure BDA0002970150330000046
处于(-0.5～-0.1]的网格区域为绿色，
Figure BDA0002970150330000047
处于(-0.1～0]的网格区域为浅蓝色，
Figure BDA0002970150330000048
大于0的网格为区域蓝色。
上述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤303中组合荷载下第i层楼板上第j个网格的Y弯矩记作
Figure BDA0002970150330000049
组合荷载下第i层楼板上Y向弯矩的最大值绝对值记作
Figure BDA00029701503300000410
组合荷载下第i层楼板的Y向弯矩图中
Figure BDA00029701503300000411
不大于-0.8的网格为红色，
Figure BDA00029701503300000412
处于(-0.8～-0.6)的网格区域为橙色，
Figure BDA00029701503300000413
处于(-0.6～-0.5]的网格区域为黄色，
Figure BDA0002970150330000051
处于(-0.5～-0.1]的网格区域为绿色，
Figure BDA0002970150330000052
处于(-0.1～0]的网格区域为浅蓝色，
Figure BDA0002970150330000053
大于0的网格为区域蓝色。
上述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤402第i层楼板的挠度图中
Figure BDA0002970150330000054
小于-7mm的网格区域为红色，
Figure BDA0002970150330000055
处于[-7mm～-2mm]的网格区域为绿色，Yj处于(-2mm～0mm]的网格区域为浅蓝色，Yj大于0mm的网格区域为蓝色。
上述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤101中根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件建立第i层非规则板柱剪力墙结构模型，具体过程如下：
步骤1011、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“结构”菜单中“轴网”工具，建立轴网，并形成多边形洞口、电梯井洞口和托板形状；
步骤1012、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“结构”菜单中“标准层和楼层”，输入第i层的楼层高度；
步骤1013、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件构件中“柱”和“墙”工具，输入柱的直径以及剪力墙的墙厚，利用有限元分析软件“构件”中“特性”工具，输入柱和墙的材料均钢筋混凝土，得到柱和剪力墙；
步骤1014、根据结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“构件”菜单中“梁”和“楼板”工具，输入梁高度、楼板厚度、托板厚度；利用有限元分析软件“构件”中“特性”工具，输入梁、楼板和托板的材料均钢筋混凝土，形成第i层外边梁、第i层楼板和托板；
步骤1015、根据结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“构件”菜单中“洞口”工具，在第i层的楼板上形成第i个多边形洞口和第i个电梯井洞口，完成第i层非规则板柱剪力墙结构模型的建立；其中，第i个电梯井洞口为圆形洞口。
上述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤二中采用计算机利用有限元分析软件，对步骤一中建立的非规则板柱剪力墙结构模型进行整体分析，直至整体结构分析结果和构件分析结果满足设计规范要求，最终得到非规则板柱剪力墙结构模型，具体过程如下：
步骤201、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“荷载”菜单中“构件荷载”工具，输入风荷载、地震作用和活荷载控制的荷载控制信息；采用计算机利用有限元分析软件“荷载”菜单中“构件荷载”，输入楼面恒荷载、楼面活荷载、梁恒荷载、梁活荷载；
步骤202、采用计算机利用有限元分析软件“分析设计”菜单中“控制信息”工具，输入结构分析的控制信息、调整信息、设计信息和钢筋信息的设计参数；其中，当个别构件信息与主体结构信息不同时，通过“调整系数”工具对个别构件的设计参数进行调整；
步骤203、采用计算机利用有限元分析软件“分析设计”菜单中“分析”工具，计算运行，得到整体结构分析结果和构件分析结果，将整体结构分析结果、构件分析结果和设计指标进行比较，当整体结构分析结果不满足设计规范时，对步骤202中控制信息参数进行调整；当构件分析结果不满足设计规范时，对构件截面、构件材料和分析设计中的控制信息参数进行调整，直至整体结构分析结果和构件分析结果满足设计规范要求，最终得到非规则板柱剪力墙结构模型。
上述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤304中完成之后还执行如下步骤：
步骤305、将第3层上钢筋网的钢筋接头优化区域～第I-1层上钢筋网的钢筋接头优化区域的垂直投影重叠区域记作上钢筋网的钢筋接头二次优化区域；
将第3层下钢筋网的钢筋接头优化区域～第I-1层下钢筋网的钢筋接头优化区域的垂直投影重叠区域记作下钢筋网的钢筋接头二次优化区域。
上述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤403中获取第i层楼板模板的起拱区域，之后还进行如下步骤：
步骤404、计算机根据
Figure BDA0002970150330000071
得到第i层楼板模板的起拱区域的起拱高度H；其中，Yx表示起拱修正量，且Yx的取值范围2mm～3mm，[·]表示取整运算；
步骤405、计算机根据第i层楼板模板的起拱区域，得到第i层楼板模板的起拱区域所处轮廓线上的两点之间的最大距离并记作Lmax；
步骤406、计算机根据
Figure BDA0002970150330000072
得到第i层楼板模板的起拱区域的起拱坡度为θ。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明根据建筑、结构设计图纸，建立非规则板柱剪力墙结构模型满足各个设计参数，且符合板柱剪力墙结构实际施工情况，方法简单，另外基于有限元分析，可以精准对非规则板柱剪力墙结构模型进行分析，从而为非规则板柱剪力墙的施工提供准确依据。
2、本发明有限元分析下非规则板柱剪力墙的结构施工方法操作简便且使用效果好，首先是非规则板柱剪力墙结构的有限元模型的建立，然后对非规则板柱剪力墙结构的有限元模型进行整体分析，以满足待施工的非规则板柱剪力墙的整体设计指标；接着进行钢筋接头位置的获取、楼板模板起拱位置的获取、楼板模板满堂脚手架拆除顺序的获取和楼板混凝土浇筑顺序的获取，从而为非规则板柱剪力墙的施工提供依据，提高非规则板柱剪力墙的整体性能。
3、本发明在建立非规则板柱剪力墙结构的有限元模型之后先对非规则板柱剪力墙结构的有限元模型进行整体分析，以满足待施工的非规则板柱剪力墙的整体设计指标，才进行各个结构施工的分析，这样在非规则板柱剪力墙整体满足设计要求的情况下，通过进一步优化各个结构施工，进一步地提高各个结构施工的稳定性。
4、本发明在获取钢筋接头位置的过程中，通过分析了各个楼板在组合荷载下的X向弯矩和Y向弯矩，得到各个楼板的筋钢筋接头区域，实现了对钢筋接头位置的一次优化；然后根据各个楼板的筋钢筋接头区域的垂直投影重叠区域，得到非规则板柱剪力墙整体各层的筋钢筋接头区域，实现了对钢筋接头位置的二次优化，通过钢筋接头位置的二次优化，不仅考虑了弯矩影响，而且考虑绑扎钢筋长度规则的统一，钢筋接头的排布整体规则，提高施工效率。
5、本发明在获取楼板模板起拱位置的过程中，通过分析了各个楼板的挠度图，将楼板的挠度图上的红色区域以及与多边形洞口所处轮廓之间的间距大于600mm的绿色区域作为各层楼板模板的起拱区域，并获取楼板上挠度的最大绝对值；便于进一步根据挠度的最大绝对值和起拱修正量，得到起拱高度，最后将起拱高度与起拱区域所处轮廓线上的两点之间的最大距离比，得到起拱区域的起拱坡度，从而有效地考虑了非规则板柱剪力墙各层楼板中不规则洞口，从而也考虑了应力集中位置及挠度值大的区域的起拱，不仅提高了施工精确度，而且确保整体稳定性。
6、本发明在获取楼板模板满堂脚手架拆除顺序的过程中，首先根据挠度图和多边形洞口位置，将各层楼板区域划所需要搭建的满堂脚手架分为中空模架、第一悬挑区模架、第二悬挑区模架和楼层模架，这样通过独立搭建满堂脚手架，各区自成一体并保持稳定，进而得到楼板模板满堂脚手架拆除顺序为楼层模架、第一悬挑区模架、第二悬挑区模架和中空模架，这样是为了楼层模架可在楼板现浇板强度达到设计要求时拆除，然后在楼板悬挑区域既满足现浇板强度设计要求，又满足上部结构强度及支撑稳定需要时拆除，之后拆除楼板模板的起拱区域下方的第二悬挑区模架，在最后一层楼板施工结束达到设计要求时拆除中空模架，避免目前模板满堂脚手架全部为一体结构无法实现有效地部分拆除。
7、本发明因为板柱结构在形式上比较简洁，可以更加灵活地进行空间布局同时提高净空，带来更好的经济效益，但是其和传统框架结构相比，板柱结构在节点处易发生属于脆性破坏的冲切破坏，在破坏发生前无明显的迹象，往往造成重大人员伤亡和经济损失。因此根据挠度图得到挠度大区域和挠度小区域，进而进行先第i层楼板挠度大区域后第i层楼板挠度小区域的混凝土浇筑，来增加混凝土结构的整体性，避免先浇筑挠度大的部位引起受力突变，产生质量问题。
综上所述，本发明方法步骤简单，设计合理，获取钢筋接头位置、楼板模板起拱位置、楼板模板满堂脚手架拆除顺序和楼板混凝土浇筑顺序，从而为非规则板柱剪力墙的施工提供依据，提高非规则板柱剪力墙的整体性能。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明非规则板柱剪力墙结构的有限元模型的结构示意图。
图2为本发明非规则板柱剪力墙结构中第4层楼板在组合荷载下的X向弯矩图。
图3为本发明非规则板柱剪力墙结构中第4层楼板在组合荷载下的Y向弯矩图。
图4为本发明非规则板柱剪力墙结构中第3层楼板的挠度图。
图5为本发明基于有限元分析的非规则板柱剪力墙的结构施工方法的流程框图。
17—第i个多边形洞口；19—第i个电梯井洞口；21—第i层楼板；20—剪力墙；22—柱。
具体实施方式
如图1至图5所示的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、非规则板柱剪力墙结构的有限元模型的建立：
步骤101、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件建立第i层非规则板柱剪力墙结构模型；其中，第i层非规则板柱剪力墙结构模型中第i层楼板21上开设第i个多边形洞口17；
步骤102、I次重复步骤101，建立非规则板柱剪力墙结构模型；其中，i为正整数，且1≤i≤I，I为大于3的正整数；
步骤二、非规则板柱剪力墙结构的有限元模型的整体分析：
采用计算机利用有限元分析软件，对步骤一中建立的非规则板柱剪力墙结构模型进行整体分析，直至整体结构分析结果和构件分析结果满足设计规范要求，最终得到非规则板柱剪力墙结构模型；
步骤三、钢筋接头位置的获取：
步骤301、当i取值位于3～I-1时，计算机利用有限元分析软件“楼板详细分析”中“运行分析和设计”的“工况”，设置网格尺寸；
步骤302、计算机利用有限元分析软件“楼板详细分析”中“内力”，得到组合荷载下第i层楼板21的X向弯矩图和组合荷载下第i层楼板的Y向弯矩图；
步骤303、设定第i层楼板中设置有第i层上钢筋网和第i层下钢筋网，将组合荷载下第i层楼板的X向弯矩图中浅蓝色区域和蓝色区域作为第i层上钢筋网中相邻两个钢筋的第一钢筋接头区域，将组合荷载下第i层楼板的Y向弯矩图中浅蓝色区域和蓝色区域作为第i层上钢筋网中相邻两个钢筋的第二钢筋接头区域，则第一钢筋接头区域、第二钢筋接头区域的重叠区域记作第i层上钢筋网的钢筋接头优化区域；
步骤304、将组合荷载下第i层楼板的X向弯矩图中浅蓝色区域作为第i层下钢筋网中相邻两个钢筋的第一下接头区域，将组合荷载下第i层楼板的Y向弯矩图中浅蓝色区域作为第i层下钢筋网中相邻两个钢筋的第二下接头区域，则第一下接头区域、第二下接头区域的重叠区域记作第i层下钢筋网的钢筋接头优化区域；
步骤四、楼板模板起拱位置的获取：
步骤401、计算机利用有限元分析软件“楼板详细分析”中“运行分析和设计”的“工况”，设置网格尺寸；
步骤402、当i取值位于3～I-1时，计算机利用有限元分析软件“楼板详细分析”中“挠度”工具，得到第i层非规则板柱剪力墙结构模型中第i层楼板的挠度图；其中，第i层楼板21上第j个网格挠度值记作
Figure BDA0002970150330000111
步骤403、采用计算机将第i层楼板的挠度图上的红色区域以及与多边形洞口所处轮廓之间的间距大于600mm的绿色区域作为第i层楼板模板的起拱区域，并获取第i层楼板挠度的最大绝对值并记作
Figure BDA0002970150330000112
步骤五、楼板模板满堂脚手架拆除顺序的获取：
步骤501、将第i层楼板21中的第i个多边形洞口17围设的中空区域记作第i个中空区域，I个中空区域的垂直投影重叠区域所需要搭建的满堂脚手架记作中空模架；
步骤502、将第i层楼板21上距离第i个多边形洞口17边界600mm的区域记作第i个悬挑区域，I个悬挑区域的投影叠加区域所需要搭建的满堂脚手架记作第一悬挑区模架；
步骤503、根据步骤403中获取的第i层楼板模板的起拱区域，并将第i层楼板模板的起拱区域下方所需要搭建的满堂脚手架记作第二悬挑区模架；
步骤504、将第i层楼板的剩余区域所需要搭建的满堂脚手架记作楼层模架；
步骤505、根据中空模架、第一悬挑区模架、第二悬挑区模架和楼层模架，得到楼板模板满堂脚手架拆除顺序为楼层模架、第一悬挑区模架、第二悬挑区模架和中空模架；
步骤六、楼板混凝土浇筑顺序的获取：
步骤601、根据步骤403中获取的第i层楼板模板的起拱区域，则第i层楼板模板的起拱区域所对应的第i层楼板区域记作第i层楼板挠度大区域，并将第i层楼板的剩余区域记作记作第i层楼板挠度小区域；
步骤602、根据第i层楼板挠度大区域和第i层楼板挠度小区域，得到楼板混凝土浇筑顺序为先第i层楼板挠度小区域后第i层楼板挠度大区域。
本实施例中，步骤302中组合荷载下第i层楼板21上第j个网格的X弯矩记作
Figure BDA0002970150330000121
j和J均为正整数，且1≤j≤J，且J表示第i层楼板的网格总数，组合荷载下第i层楼板上X向弯矩的最大绝对值记作
Figure BDA0002970150330000122
组合荷载下第i层楼板的X向弯矩图中
Figure BDA0002970150330000123
不大于-0.8的网格为红色，
Figure BDA0002970150330000124
处于(-0.8～-0.6)的网格区域为橙色，
Figure BDA0002970150330000125
处于(-0.6～-0.5]的网格区域为黄色，
Figure BDA0002970150330000126
处于(-0.5～-0.1]的网格区域为绿色，
Figure BDA0002970150330000127
处于(-0.1～0]的网格区域为浅蓝色，
Figure BDA0002970150330000128
大于0的网格为区域蓝色。
本实施例中，步骤303中组合荷载下第i层楼板上21第j个网格的Y弯矩记作
Figure BDA0002970150330000129
组合荷载下第i层楼板上Y向弯矩的最大值绝对值记作
Figure BDA00029701503300001210
组合荷载下第i层楼板的Y向弯矩图中
Figure BDA00029701503300001211
不大于-0.8的网格为红色，
Figure BDA00029701503300001212
处于(-0.8～-0.6)的网格区域为橙色，
Figure BDA00029701503300001213
处于(-0.6～-0.5]的网格区域为黄色，
Figure BDA00029701503300001214
处于(-0.5～-0.1]的网格区域为绿色，
Figure BDA00029701503300001215
处于(-0.1～0]的网格区域为浅蓝色，
Figure BDA00029701503300001216
大于0的网格为区域蓝色。
本实施例中，步骤402第i层楼板的挠度图中
Figure BDA00029701503300001217
小于-7mm的网格区域为红色，
Figure BDA00029701503300001218
处于[-7mm～-2mm]的网格区域为绿色，Yj处于(-2mm～0mm]的网格区域为浅蓝色，Yj大于0mm的网格区域为蓝色。
本实施例中，步骤101中根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件建立第i层非规则板柱剪力墙结构模型，具体过程如下：
步骤1011、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“结构”菜单中“轴网”工具，建立轴网，并形成多边形洞口、电梯井洞口和托板形状；
步骤1012、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“结构”菜单中“标准层和楼层”，输入第i层的楼层高度；
步骤1013、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件构件中“柱”和“墙”工具，输入柱的直径以及剪力墙的墙厚，利用有限元分析软件“构件”中“特性”工具，输入柱和墙的材料均钢筋混凝土，得到柱22和剪力墙20；
步骤1014、根据结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“构件”菜单中“梁”和“楼板”工具，输入梁高度、楼板厚度、托板厚度；利用有限元分析软件“构件”中“特性”工具，输入梁、楼板和托板的材料均钢筋混凝土，形成第i层外边梁、第i层楼板21和托板；
步骤1015、根据结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“构件”菜单中“洞口”工具，在第i层的楼板上形成第i个多边形洞口17和第i个电梯井洞口19，完成第i层非规则板柱剪力墙结构模型的建立；其中，第i个电梯井洞口为圆形洞口。
本实施例中，步骤二中采用计算机利用有限元分析软件，对步骤一中建立的非规则板柱剪力墙结构模型进行整体分析，直至整体结构分析结果和构件分析结果满足设计规范要求，最终得到非规则板柱剪力墙结构模型，具体过程如下：
步骤201、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“荷载”菜单中“构件荷载”工具，输入风荷载、地震作用和活荷载控制的荷载控制信息；采用计算机利用有限元分析软件“荷载”菜单中“构件荷载”，输入楼面恒荷载、楼面活荷载、梁恒荷载、梁活荷载；
步骤202、采用计算机利用有限元分析软件“分析设计”菜单中“控制信息”工具，输入结构分析的控制信息、调整信息、设计信息和钢筋信息的设计参数；其中，当个别构件信息与主体结构信息不同时，通过“调整系数”工具对个别构件的设计参数进行调整；
步骤203、采用计算机利用有限元分析软件“分析设计”菜单中“分析”工具，计算运行，得到整体结构分析结果和构件分析结果，将整体结构分析结果、构件分析结果和设计指标进行比较，当整体结构分析结果不满足设计规范时，对步骤202中控制信息参数进行调整；当构件分析结果不满足设计规范时，对构件截面、构件材料和分析设计中的控制信息参数进行调整，直至整体结构分析结果和构件分析结果满足设计规范要求，最终得到非规则板柱剪力墙结构模型。
本实施例中，步骤304中完成之后还执行如下步骤：
步骤305、将第3层上钢筋网的钢筋接头优化区域～第I-1层上钢筋网的钢筋接头优化区域的垂直投影重叠区域记作上钢筋网的钢筋接头二次优化区域；
将第3层下钢筋网的钢筋接头优化区域～第I-1层下钢筋网的钢筋接头优化区域的垂直投影重叠区域记作下钢筋网的钢筋接头二次优化区域。
本实施例中，步骤403中获取第i层楼板模板的起拱区域，之后还进行如下步骤：
步骤404、计算机根据
Figure BDA0002970150330000141
得到第i层楼板模板的起拱区域的起拱高度H；其中，Yx表示起拱修正量，且Yx的取值范围2mm～3mm，[·]表示取整运算；
步骤405、计算机根据第i层楼板模板的起拱区域，得到第i层楼板模板的起拱区域所处轮廓线上的两点之间的最大距离并记作Lmax；
步骤406、计算机根据
Figure BDA0002970150330000142
得到第i层楼板模板的起拱区域的起拱坡度为θ。
本实施例中，实际使用时，I＝7，当i取1、2、7时，第i个多边形洞口为规则的矩形洞口；当i取3时，第i个多边形洞口为非规则的五边形洞口；当i取4、5、6时，第i个多边形洞口为非规则的六边形洞口。
本实施例中，需要说明的是，非规则板柱剪力墙结构的非规则不仅体现在3层～6层的楼板上开设非规则的多边形洞口；还可体现在相邻两个圆柱之间的间距不相同，且相邻两个圆柱之间的间距位于4500mm～8450mm；以及剪力墙20相对板柱剪力墙结构平面的中心不对称。
本实施例中，实际使用时，托板位于柱22和第i层楼板21的连接处，托板的厚度为350mm，托板的长×宽为2000mm×2000mm，托板为钢筋混凝土板托。
本实施例中，有限元分析软件可参考MIDASBui ldings有限元分析软件。
如图2所示，本实施例中，i＝4时，第4层楼板在组合荷载下的X向弯矩图。
如图3所示，本实施例中，i＝4时，第4层楼板在组合荷载下的Y向弯矩图。
如图4所示，本实施例中，i＝3时，第3层楼板的挠度图。
本实施例中，网格尺寸为1m×1m。
本实施例中，需要说明的是，组合荷载是指恒荷载和活荷载。
本实施例中，整体结构分析结果包括刚重比、各层质量比、各层剪重比、各层位移、各层刚度、各层刚度比、各层受剪承载力。
本实施例中，构件分析结果包括轴压比、剪压比、超配筋验算结果。
综上所述，本发明方法步骤简单，设计合理，获取钢筋接头位置、楼板模板起拱位置、楼板模板满堂脚手架拆除顺序和楼板混凝土浇筑顺序，从而为非规则板柱剪力墙的施工提供依据，提高非规则板柱剪力墙的整体性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、非规则板柱剪力墙结构的有限元模型的建立：
步骤101、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件建立第i层非规则板柱剪力墙结构模型；其中，第i层非规则板柱剪力墙结构模型中第i层楼板(21)上开设第i个多边形洞口(17)；
步骤102、I次重复步骤101，建立非规则板柱剪力墙结构模型；其中，i为正整数，且1≤i≤I，I为大于3的正整数；
步骤二、非规则板柱剪力墙结构的有限元模型的整体分析：
采用计算机利用有限元分析软件，对步骤一中建立的非规则板柱剪力墙结构模型进行整体分析，直至整体结构分析结果和构件分析结果满足设计规范要求，最终得到非规则板柱剪力墙结构模型；
步骤三、钢筋接头位置的获取：
步骤301、当i取值位于3～I-1时，计算机利用有限元分析软件“楼板详细分析”菜单中“运行分析和设计”工具的“工况”工具，设置网格尺寸；
步骤302、计算机利用有限元分析软件“楼板详细分析”菜单中“内力”工具，得到组合荷载下第i层楼板(21)的X向弯矩图和组合荷载下第i层楼板的Y向弯矩图；
步骤303、设定第i层楼板中设置有第i层上钢筋网和第i层下钢筋网，将组合荷载下第i层楼板的X向弯矩图中浅蓝色区域和蓝色区域作为第i层上钢筋网中相邻两个钢筋的第一钢筋接头区域，将组合荷载下第i层楼板的Y向弯矩图中浅蓝色区域和蓝色区域作为第i层上钢筋网中相邻两个钢筋的第二钢筋接头区域，则第一钢筋接头区域、第二钢筋接头区域的重叠区域记作第i层上钢筋网的钢筋接头优化区域；
步骤304、将组合荷载下第i层楼板的X向弯矩图中浅蓝色区域作为第i层下钢筋网中相邻两个钢筋的第一下接头区域，将组合荷载下第i层楼板的Y向弯矩图中浅蓝色区域作为第i层下钢筋网中相邻两个钢筋的第二下接头区域，则第一下接头区域、第二下接头区域的重叠区域记作第i层下钢筋网的钢筋接头优化区域；
步骤四、楼板模板起拱位置的获取：
步骤401、计算机利用有限元分析软件“楼板详细分析”菜单中“运行分析和设计”工具的“工况”工具，设置网格尺寸；
步骤402、当i取值位于3～I-1时，计算机利用有限元分析软件“楼板详细分析”菜单中“挠度”工具，得到第i层非规则板柱剪力墙结构模型中第i层楼板的挠度图；其中，第i层楼板(21)上第j个网格挠度值记作
Figure FDA0003623039500000021
步骤403、采用计算机将第i层楼板的挠度图上的红色区域以及与多边形洞口所处轮廓之间的间距大于600mm的绿色区域作为第i层楼板模板的起拱区域，并获取第i层楼板挠度的最大绝对值并记作
Figure FDA0003623039500000022
步骤五、楼板模板满堂脚手架拆除顺序的获取：
步骤501、将第i层楼板(21)中的第i个多边形洞口(17)围设的中空区域记作第i个中空区域，I个中空区域的垂直投影重叠区域所需要搭建的满堂脚手架记作中空模架；
步骤502、将第i层楼板(21)上距离第i个多边形洞口(17)边界600mm的区域记作第i个悬挑区域，I个悬挑区域的投影叠加区域所需要搭建的满堂脚手架记作第一悬挑区模架；
步骤503、根据步骤403中获取的第i层楼板模板的起拱区域，并将第i层楼板模板的起拱区域下方所需要搭建的满堂脚手架记作第二悬挑区模架；
步骤504、将第i层楼板的剩余区域所需要搭建的满堂脚手架记作楼层模架；
步骤505、根据中空模架、第一悬挑区模架、第二悬挑区模架和楼层模架，得到楼板模板满堂脚手架拆除顺序为楼层模架、第一悬挑区模架、第二悬挑区模架和中空模架；
步骤六、楼板混凝土浇筑顺序的获取：
步骤601、根据步骤403中获取的第i层楼板模板的起拱区域，则第i层楼板模板的起拱区域所对应的第i层楼板区域记作第i层楼板挠度大区域，并将第i层楼板的剩余区域记作记作第i层楼板挠度小区域；
步骤602、根据第i层楼板挠度大区域和第i层楼板挠度小区域，得到楼板混凝土浇筑顺序为先第i层楼板挠度小区域后第i层楼板挠度大区域；
步骤二中采用计算机利用有限元分析软件，对步骤一中建立的非规则板柱剪力墙结构模型进行整体分析，直至整体结构分析结果和构件分析结果满足设计规范要求，最终得到非规则板柱剪力墙结构模型，具体过程如下：
步骤201、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“荷载”菜单中“构件荷载”工具，输入风荷载、地震作用和活荷载控制的荷载控制信息；采用计算机利用有限元分析软件“荷载”菜单中“构件荷载”，输入楼面恒荷载、楼面活荷载、梁恒荷载、梁活荷载；
步骤202、采用计算机利用有限元分析软件“分析设计”菜单中“控制信息”工具，输入结构分析的控制信息、调整信息、设计信息和钢筋信息的设计参数；其中，当个别构件信息与主体结构信息不同时，通过“调整系数”工具对个别构件的设计参数进行调整；
步骤203、采用计算机利用有限元分析软件“分析设计”菜单中“分析”工具，计算运行，得到整体结构分析结果和构件分析结果，将整体结构分析结果、构件分析结果和设计指标进行比较，当整体结构分析结果不满足设计规范时，对步骤202中控制信息参数进行调整；当构件分析结果不满足设计规范时，对构件截面、构件材料和分析设计中的控制信息参数进行调整，直至整体结构分析结果和构件分析结果满足设计规范要求，最终得到非规则板柱剪力墙结构模型。
2.按照权利要求1所述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤302中组合荷载下第i层楼板(21)上第j个网格的X弯矩记作
Figure FDA0003623039500000041
j和J均为正整数，且1≤j≤J，且J表示第i层楼板的网格总数，组合荷载下第i层楼板上X向弯矩的最大绝对值记作
Figure FDA0003623039500000042
组合荷载下第i层楼板的X向弯矩图中
Figure FDA0003623039500000043
不大于-0.8的网格为红色，
Figure FDA0003623039500000044
处于(-0.8～-0.6)的网格区域为橙色，
Figure FDA0003623039500000045
处于(-0.6～-0.5]的网格区域为黄色，
Figure FDA0003623039500000046
处于(-0.5～-0.1]的网格区域为绿色，
Figure FDA0003623039500000047
处于(-0.1～0]的网格区域为浅蓝色，
Figure FDA0003623039500000048
大于0的网格为区域蓝色。
3.按照权利要求1所述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤303中组合荷载下第i层楼板上(21)第j个网格的Y弯矩记作
Figure FDA0003623039500000049
组合荷载下第i层楼板上Y向弯矩的最大值绝对值记作
Figure FDA00036230395000000410
组合荷载下第i层楼板的Y向弯矩图中
Figure FDA00036230395000000411
不大于-0.8的网格为红色，
Figure FDA00036230395000000412
处于(-0.8～-0.6)的网格区域为橙色，
Figure FDA00036230395000000413
处于(-0.6～-0.5]的网格区域为黄色，
Figure FDA00036230395000000414
处于(-0.5～-0.1]的网格区域为绿色，
Figure FDA00036230395000000415
处于(-0.1～0]的网格区域为浅蓝色，
Figure FDA00036230395000000416
大于0的网格为区域蓝色。
4.按照权利要求1所述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤402第i层楼板的挠度图中
Figure FDA00036230395000000417
小于-7mm的网格区域为红色，
Figure FDA00036230395000000418
处于[-7mm～-2mm]的网格区域为绿色，Yj处于(-2mm～0mm]的网格区域为浅蓝色，Yj大于0mm的网格区域为蓝色。
5.按照权利要求1所述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤101中根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件建立第i层非规则板柱剪力墙结构模型，具体过程如下：
步骤1011、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“结构”菜单中“轴网”工具，建立轴网，并形成多边形洞口、电梯井洞口和托板形状；
步骤1012、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“结构”菜单中“标准层和楼层”工具，输入第i层的楼层高度；
步骤1013、根据建筑、结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“构件”菜单中“柱”和“墙”工具，输入柱的直径以及剪力墙的墙厚，利用有限元分析软件“构件”菜单中“特性”工具，输入柱和墙的材料均钢筋混凝土，得到柱(22)和剪力墙(20)；
步骤1014、根据结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“构件”菜单中“梁”和“楼板”工具，输入梁高度、楼板厚度、托板厚度；利用有限元分析软件“构件”菜单中“特性”工具，输入梁、楼板和托板的材料均钢筋混凝土，形成第i层外边梁、第i层楼板(21)和托板；
步骤1015、根据结构设计图纸，采用计算机利用有限元分析软件“构件”菜单中“洞口”工具，在第i层的楼板上形成第i个多边形洞口(17)和第i个电梯井洞口(19)，完成第i层非规则板柱剪力墙结构模型的建立；其中，第i个电梯井洞口为圆形洞口。
6.按照权利要求1所述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤304中完成之后还执行如下步骤：
步骤305、将第3层上钢筋网的钢筋接头优化区域～第I-1层上钢筋网的钢筋接头优化区域的垂直投影重叠区域记作上钢筋网的钢筋接头二次优化区域；
将第3层下钢筋网的钢筋接头优化区域～第I-1层下钢筋网的钢筋接头优化区域的垂直投影重叠区域记作下钢筋网的钢筋接头二次优化区域。
7.按照权利要求1所述的一种有限元分析下非规则板柱剪力墙结构的施工方法，其特征在于：步骤403中获取第i层楼板模板的起拱区域，之后还进行如下步骤：
步骤404、计算机根据
Figure FDA0003623039500000061
得到第i层楼板模板的起拱区域的起拱高度H；其中，Yx表示起拱修正量，且Yx的取值范围2mm～3mm，[·]表示取整运算；
步骤405、计算机根据第i层楼板模板的起拱区域，得到第i层楼板模板的起拱区域所处轮廓线上的两点之间的最大距离并记作Lmax；
步骤406、计算机根据
Figure FDA0003623039500000062
得到第i层楼板模板的起拱区域的起拱坡度为θ。
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