概念设计结构措施(4)

2020-02-22 12:49

板壳单元模型的主要特点是用每一节点6个自由度的壳元来模拟剪力墙单元。剪力墙既有平面内刚度,又有平面外刚度,楼板既可以按弹性考虑,也可按刚性板考虑,这是一种接近实际情况的模型。该模型的特点是:

1) 具有平面内、外刚度,可与空间任何构件连接,较好地反映剪力墙真实受力状态,其刚度与实际刚度较为一致。

2) 通过静力凝聚形成的墙元来模拟剪力墙,解决了剪力墙模型化的问题。

3) 允许剪力墙洞口不对齐,适用于较复杂的结构,较真实地分析出剪力墙的内力和变形。

4) 结构自由度数目增多,计算工作量增加,计算效率有所降低。 SATWE 在对楼板的处理上采用了四种不同的假定: 1) 假定楼板整体平面内无限刚; 2) 假定楼板分块平面内无限刚;

3) 假定楼板分块平面内无限刚,并带有弹性连接板带; 4) 假定楼板为弹性板。

为提高计算效率,在保证一定的分析精度的前提下,针对不同类型的工程,采用不同的楼板假定。

在使用SATWE软件时,值得注意的有两点:

1) 墙元的划分并非越细越好。当墙元划分过细时,由于单元有一定的厚度,当单元的长、宽与单元的厚度比较接近时,墙单元就不能再作为墙单元计算。

2) 在地震作用分析时,程序对振型分解法提供了两种解法:总刚分析方法和侧刚分析方法。两者的主要区别在于对墙元侧向节点自由度的处理上,前者将其作为子结构出口自由度,参加总刚的集成,后者将其作为子结构的内部自由度,在单元计算阶段就凝聚掉,这就造成墙元之间的变形不协调,使之在变形的过程中可以自由开裂,使得计算出的结构刚度偏小,尤其在采用弹性楼板假定以及错层结构中会产生较大的误差。

3.3 ETABS 软件

ETABS 软件是由美国Berkeley地震工程研究中心开发的高层建筑三维专用有限元分析软件,其特点是采用空间杆单元模拟梁、柱、支撑构件,采用膜元模型来模拟剪力墙,楼板可采用平面内无限刚假定、分块无限刚假定和弹性假定。膜元模型是把无洞口或有较小洞口的一片剪力墙简化为一个墙板单元,把有较大洞口的一片剪力墙简化为一个由墙板单元和连梁组成的墙板-梁体系,即把洞口两侧部分作为两个墙板单元,上、下层剪力墙洞口之间部分作为一根连梁。墙板单元由膜单元+边梁+边柱组成,膜单元只有墙平面内的抗弯、抗剪和抗压刚度,平面外刚度为零;边梁为一种特殊的刚性梁,在墙平面内的抗弯、抗剪和轴向刚度无限大,垂直于墙平面的抗弯、抗剪和抗扭刚度为零;边柱的作用为等效替代剪力墙的平面外刚度,边柱可能是实际工程中的一根柱,也可能是人为虚拟的柱。膜元模型使得剪力墙的几

何描述和前处理工作得到了简化,解决了剪力墙单元划分的难题,结构自由度有所减少,分析效率也得到了一定的提高,位移的协调性介于薄壁杆件模型和有限元模型之间,分析结果也较薄壁杆件模型更合理。

膜元模型的不足之处主要是:膜元模型中是按“柱线”来把剪力墙划分为一个个墙板单元的,为了使上、下层之间的墙板单元角点变形协调,模型要求整个结构从上到下“柱线”对齐、贯通。对于复杂工程,特别是当剪力墙洞口上下不对齐、不等宽以及各层与剪力墙搭接的梁平面位置有变化时,将导致“柱线”又多又密,这不仅会增加许多墙板单元,增加计算量,更重要的是会使许多墙板单元变得又细又长,单元的几何比例不当,造成墙板单元刚度奇异,使分析结果失真。此外,将剪力墙洞口间部分模型化为一个梁单元,削弱了实际结构中连梁对墙肢的约束,其结果是结构整体计算的分析结果偏柔,这一点与TAT计算软件相似。 事实上,ETABS 采用空间协同工作体系,因此是准三维分析程序。其主要优点是针对建筑结构的特点进行编制,使用起来比较方便。不足之处是它并非完全三维空间分析程序,协同工作假定带来一定的计算误差,同时,对剪力墙的模型化假定也使得ETABS分析结果偏柔。

2003年10月,由中国建筑设计研究院标准所和美国CSI公司联合推出符合中国规范的ETABSV8中文版,为我国的结构计算软件市场注入了新的活力。ETABS 软件功能十分强大,除了可以

进行线性静、动力反应分析外,还可以进行非线性静、动力反应分析、推覆分析和P - Δ效应分析等。

3.4 SAP2000 软件

20世纪70年代初,美国Willson 教授等人编制了结构通用有限元分析程序SAP5,该软件在国际上得到了极其广泛的应用。经过二十多年的发展和完善,90 年代中期,Willson 教授等人将美国、加拿大和新西兰等国的设计规范和常用设计材料的特性编入程序,根据计算分析结果,直接进行下一步设计,推出了被称为21世纪的结构分析与设计程序SAP2000。该软件以空间杆单元模拟梁、柱、支撑,以壳元模拟剪力墙。可以进行线性静、动力反应分析,也可以进行非线性静、动力反应分析、推覆分析和P - Δ效应分析等。但SAP2000因其价格昂贵、前后处理工作量大且与我国规范不相符合等原因,在我国的应用和推广受到一定的制约。

4、从整体上把握结构的各项性能

由于结构计算软件存在着一定的适用性、局限性和近似性,在计算输出的结果中可能存在部分构件或部位内力异常的情况,尤其是对于复杂结构。这时,不能据此来否定分析软件的正确性,更不能对异常构件、部位置之不理或偏信于计算机的结果,而是

应该从整体上来把握和控制结构体系的各项性能,对内力异常的构件或部位,应从明确的结构概念出发来分析和处理,从而确保结构的安全性、经济性、合理性。

1) 剪重比控制:剪重比指结构任一楼层的水平地震剪力与该层及其上各层总重力荷载代表值的比值,一般是指底层水平剪力与结构总重力荷载代表值之比。它在某种程度上反映了结构的刚柔程度。剪重比应在一个比较合理的范围内,以保证结构整体刚度的适中。剪重比太小,说明结构整体刚度偏柔,水平荷载或水平地震作用下将产生过大的水平位移或层间位移;剪重比太大,说明结构整体刚度偏刚,会引起很大的地震内力,不经济。 2) 位移比控制:位移比是指楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)与该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)的平均值之比。位移比的大小是反映结构平面规则与否的重要依据,它侧重控制的是结构侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系,而非其绝对大小,它的目的是使结构抗侧力构件的布置更有效、更合理。 3) 周期比控制:周期比是指结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1 的比值,其主要目的是控制结构在地震作用下的扭转效应。周期比实际上反映了结构的扭转刚度和侧向刚度之间的一种对应关系,同时也反映了结构抗侧力构件布置的合理性和有效性。

4) 层刚度比控制:我国的“抗震规范”和“高规”均对结构的楼层侧向刚度比作出了规定,其主要目的是为了保证结构竖向刚度变化


概念设计结构措施(4).doc 将本文的Word文档下载到电脑 下载失败或者文档不完整,请联系客服人员解决!

下一篇:初中物理热学知识点总结

相关阅读
本类排行
× 注册会员免费下载(下载后可以自由复制和排版)

马上注册会员

注:下载文档有可能“只有目录或者内容不全”等情况,请下载之前注意辨别,如果您已付费且无法下载或内容有问题,请联系我们协助你处理。
微信: QQ: