常用结构计算软件与结构概念设计

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结构分析设计软件SAP2000和PKPM在钢混结构中的应用分析

结构分析设计软件SAP2000和PKPM在钢混结构中的应用分析

结构分析设计软件SAP2000和PKPM在钢混结构中的应用分析摘要:本文通过应用结构分析设计软件SAP2000对水泥厂窑头进行计算和分析,阐述了SAP2000在钢混结构设计中的直观性和优越性,同时,结合国内结构分析设计软件PKPM进行了结果对比分析,得出了结构分析设计软件SAP2000在钢混结构设计中的可靠性,为实际工程中的结构有限元分析设计软件的选择提供了一些论证,以便大家在今后的工程中根据结构的具体形式采取更加合理的设计软件。

关键词:结构分析;SAP2000;钢混结构;PKPM绪论结构的有限元法分析是随着计算机模拟技术的发展逐步兴起的,目前国内外的结构分析设计软件很多,在国内应用最多的由中国建筑科学研究院PKPKCAD工程部编制的PKPM系列软件,它在国内设计行业占有绝对优势,在工业与民用建筑中得到了广泛的应用。

它紧跟行业需求和规范更新,不断推陈出新开发出对行业产生巨大影响的软件产品,使国产自主知识产权的软件十几年来一直占据我国结构设计行业应用和技术的主导地位。

而SAP2000是由美国Computer and Structures Inc.(CSI)公司开发和编制的集成化的通用结构分析和设计软件,它可以对建筑结构、工业建筑、桥梁、管道、大坝等不同体系类型的结构分析和设计,也可以根据需要完成世界大多数国家和地区的结构规范设计。

作为国际化的结构分析设计软件,它与国内软件的概念和体系存在着一定的区别[1]。

SAP2000可以给设计者提供一个直观简洁的视图界面,而且还可以在同一界面中进行结构的建模、分析和设计,同时应用计算机高效准确的分析技术和直观完善的数据展示,已经逐步在国内得到了的推广,特别是从事国外工程项目的设计工作,作为国际通用软件的SAP2000可以更加有效的提高我国设计者的水平和效率,增强我国设计行业在国际平台上的竞争力。

同时它还具有强大的荷载定义和结构分析功能,荷载定义包括面荷载、车道荷载、应变荷载、表面压力荷载、孔隙压力荷载、预应力荷载等,结构分析功能包括了模态分析、反应谱分析、屈曲分析、push—over分析及阶段施工分析、非线性动力分析等。

剪力墙设计与施工中的计算软件和技术工具

剪力墙设计与施工中的计算软件和技术工具

剪力墙设计与施工中的计算软件和技术工具引言剪力墙是建筑结构中常用的一种承载结构,其设计和施工过程中需要使用计算软件和技术工具来辅助完成。

本文将介绍在剪力墙设计与施工中常用的计算软件和技术工具,并分析其特点和应用范围。

1. 三维建模与分析软件在剪力墙的设计和施工中,三维建模与分析软件是必不可少的工具。

这些软件能够帮助工程师进行结构的建模和分析,从而确保剪力墙的设计和施工符合规范要求。

常见的三维建模与分析软件包括: - AutoCAD: AutoCAD是一款由Autodesk开发的三维建模软件,可以帮助工程师绘制和编辑剪力墙的三维模型。

同时,AutoCAD还提供了一些分析功能,如结构的静力学分析和受力分析。

- ETABS: ETABS是一款由CSI开发的专业结构分析软件,广泛应用于建筑结构的分析和设计。

它能够进行剪力墙的静力学分析,考虑地震效应和设计荷载,为剪力墙的设计和施工提供准确的分析结果。

2. 剪力墙设计软件剪力墙设计软件是为了简化剪力墙的设计过程而开发的专业软件。

这些软件通常具有简单易用的界面和丰富的设计功能,可以帮助工程师进行剪力墙的尺寸设计和配筋计算。

常见的剪力墙设计软件包括: - DokaCAD: DokaCAD是一款由Doka 开发的专业剪力墙设计软件。

它能够根据结构的荷载和要求,自动生成剪力墙的尺寸和钢筋配筋图。

- MIDAS Wall: MIDAS Wall是一款由MIDAS开发的剪力墙设计软件。

它基于先进的数值分析方法,可以进行剪力墙的参数化设计和优化。

3. 剪力墙施工技术工具剪力墙的施工过程中,需要使用一些专业的技术工具来进行剪力墙的布置和施工。

这些工具能够帮助施工人员进行剪力墙的定位、定型和浇筑。

常见的剪力墙施工技术工具包括: - 剪力墙定位器: 剪力墙定位器是一种用于定位剪力墙位置的工具,通常采用激光技术和传感器来实现高精度的定位功能。

- 剪力墙定型模板: 剪力墙定型模板是一种用于剪力墙定型的专用模板,可以确保剪力墙的几何形状和尺寸符合设计要求。

常用结构软件比较

常用结构软件比较

常用结构软件比较本文仅限于混凝土结构计算程序。

目前的结构计算程序主要有:PKPM系列 TAT、SATWE 、TBSA系列 TBSA、TBWE、TBSAP 、BSCW、GSCAD、 SAP系列。

其他一些结构计算程序如ETABS等,虽然功能强大,且在国外也相当流行,但国内实际上使用的不多,故不做详细讨论。

一、结构计算程序的分析与比较1、结构主体计算程序的模型与优缺点从主体计算程序所采用的模型单元来说:TAT和TBSA属于结构空间分析的第一代程序,其构件均采用空间杆系单元,其中梁、柱均采用简化的空间杆单元,剪力墙则采用空间薄壁杆单元。

在形成单刚后再加入刚性楼板的位移协调矩阵,引入了楼板无限刚性假设,大大减少了结构自由度。

SATWE、TBWE和TBSAP在此基础上加入了墙元,SATWE和TBSAP还加入了楼板分块刚性假设与弹性楼板假设,更能适应复杂的结构。

SATWE提供了梁元、等截面圆弧形曲梁单元、柱元、杆元、墙元、弹性楼板单元包括三角形和矩形薄壳单元、四节点等参薄壳单元和厚板单元包括三角形厚板单元和四节点等参厚板单元。

另外,通过与JCCAD 的联合,还能实现基础-上部结构的整体协同计算。

TBSAP提供的单元除了常用的杆单元、梁柱单元外,还提供了用以计算板的四边形或三角形壳元、墙元、用以计算厚板转换层的八节点四十八自由度三维元、广义单元包括罚单元与集中单元 ,以及进行基础计算用的弹性地基梁单元、弹性地基柱单元桩元、三角形或四边形弹性地基板单元和地基土元。

TBSAP可以对结构进行基础-上部结构-楼板的整体联算。

从计算准确性的角度来说:SAP84是最为精确的,其单元类型非常丰富,而且能够对结构进行静力、动力等多种计算。

最为关键的是,使用SAP84时能根据结构的实际情况进行单元划分,其计算模型是最为接近实际结构。

BSCW和GSCAD 的情况比较特殊,严格说来这两个程序均是前后处理工具,其开发者并没有进行结构计算程序的开发。

PKPM结构软件及应用PKPM介绍及PMCAD建模

PKPM结构软件及应用PKPM介绍及PMCAD建模

PKPM结构软件及应用PKPM介绍及PMCAD建模PKPM(简称“普康”)是中国建筑结构软件中的一种常用的结构计算软件。

PKPM由沈阳工业大学的“先进结构系统分析与优化技术”教育部重点实验室研制开发,是国内最早应用于实际工程设计的系列结构软件之一、该软件通过分析结构的杆件模型,进行受力、位移和变形等计算,以验证结构的稳定性和合理性,为工程设计人员提供科学、合理、安全的结构设计解决方案。

PKPM提供了多种结构分析功能,如静力弹性分析、非线性分析、动力分析等,可以满足不同结构设计的需求。

它可以进行建筑、桥梁、高层建筑、厂房等结构的设计和分析。

该软件不仅能够进行最常见的结构计算,如弯矩、剪力等,还能进行高级的模型分析,如地震响应、响应谱分析等。

同时,用户可以通过该软件进行结构合理性校核、验算和自动化设计。

PKPM在结构软件中具有以下特点与优势:1.界面友好:PKPM拥有简洁明了的用户界面,使得操作起来非常方便,即使没有深入的结构计算知识也能够迅速上手。

2.大型工程支持:PKPM能够处理各种规模的工程项目,包括大型建筑、桥梁等,可以有效地应对复杂的结构计算任务。

3.多种分析方法:PKPM支持多种不同的结构分析方法,包括静力分析、动力分析等,可以满足不同类型结构的需求。

4.强大的计算功能:PKPM提供了强大的计算功能,能够根据结构的特点和设计要求进行高精度的计算,得出准确的结构分析结果。

5.可视化结果:PKPM能够将计算结果以图表、图形等形式呈现,使得设计人员可以直观地了解结构的受力情况和变形情况,对结构进行更加合理的设计和优化。

近年来,随着计算机技术的不断进步,PKPM还引入了PMCAD(结构柱、梁、板件的三维建模)技术。

PMCAD能够将结构模型从二维平面转换为三维立体模型,更加真实地反映结构的空间特征。

通过PMCAD,设计人员可以更直观地观察结构的构造,从而更准确地分析结构的受力状况和进行优化。

与传统的二维图纸相比,PMCAD极大地提高了结构设计的效率和准确性。

简明结构计算手册

简明结构计算手册

简明结构计算手册结构计算手册第一章:概论1.1 结构计算的概念1.2 结构计算的重要性1.3 结构计算的应用领域1.4 结构计算的基本步骤第二章:结构力学基础2.1 牛顿第二定律2.2 力矩定理2.3 弹性力学2.4 弯曲理论2.5 梁的受力分析2.6 悬臂梁的受力分析第三章:结构模型3.1 结构模型的选择3.2 离散模型与连续模型的区别3.3 杆系模型3.4 梁系模型3.5 面系模型3.6 三维结构模型第四章:结构荷载4.1 死载和活载4.2 垂直荷载和水平荷载4.3 风荷载和地震荷载4.4 动态荷载和静态荷载第五章:结构稳定性5.1 结构稳定性的定义5.2 稳定结构的条件5.3 竖向稳定和横向稳定5.4 偏心受力引起的稳定性问题5.5 薄壁结构的稳定性问题第六章:结构分析方法6.1 强度设计方法6.2 极限状态设计方法6.3 力学计算方法6.4 有限元方法6.5 振动分析方法第七章:结构设计原则7.1 结构设计的基本原则7.2 结构材料的选择原则7.3 结构构造的选择原则7.4 结构施工的考虑因素7.5 结构维护的原则第八章:结构计算案例分析8.1 梁的计算案例分析8.2 柱的计算案例分析8.3 桥梁的计算案例分析8.4 高层建筑的计算案例分析8.5 地下结构的计算案例分析第九章:结构计算软件应用9.1 常用的结构计算软件9.2 结构计算软件的基本功能9.3 结构计算软件的操作步骤9.4 结构计算软件的输出结果分析9.5 结构计算软件的优缺点第十章:结构计算实验方法10.1 结构力学实验方法10.2 结构振动实验方法10.3 结构材料实验方法10.4 结构性能实验方法10.5 结构可靠性实验方法结语以上是一份简要的结构计算手册,主要介绍了结构计算的概念、基本步骤、力学基础、结构模型、结构荷载、结构稳定性、结构分析方法、结构设计原则、实例分析、软件应用、实验方法等方面的内容。

通过学习这份手册,读者可以掌握结构计算的基本知识和方法,并且能够在实际工程中进行结构计算和设计。

建筑结构PKPM通用课件

建筑结构PKPM通用课件

界面操作
熟练掌握PKPM软件的操 作界面,如菜单、工具栏 、命令行等,提高建模效 率。
基本元素建模
学习如何利用PKPM创建 基本建筑元素,如梁、板 、柱、墙等,并设置其属 性。
结构分析模型的建立
模型简化
了解如何对实际建筑结构 进行简化,以适应数值计 算的需要,如去除次要构 件、合并相同材料等。
边界条件与荷载
02 03
设计方法
钢结构设计包括结构分析、构件设计、连接节点设计、防 腐防火设计等步骤。设计中需要选择合适的钢材、截面形 式和连接方式。
常见问题
钢结构设计中常见问题包括荷载计算错误、截面选择不当 、连接节点设计不合理、防腐防火措施不到位等。在实际 工程中,设计师需要充分考虑这些因素,确保钢结构的安 全性和稳定性。
学习如何设置模型的边界 条件,如固定、铰接等, 以及施加荷载,如风荷载 、雪荷载等。
模型检查与修正
掌握模型质量检查的方法 ,如模型交叉检查、元素 属性检查等,并对模型进 行必要修正。
结构计算与结果分析
计算参数设置
理解并合理设置计算参数,如收敛准则、迭代次 数、求解方法等,确保计算的准确性和高效性。
计算结果查看
学习如何查看计算结果,如内力分布、位移分布 、应力分布等,并对其进行初步分析。
结果解读与评估
深入解读计算结果,评估结构性能是否满足设计 要求,并提出改进建议。
04
CATALOGUE
建筑结构设计实例
钢筋混凝土框架结构设计
设计步骤
首先进行结构分析,确定荷载和荷载组合,然后进行构件截面设 计,最后进行节点设计。
PKPM软件具备强大的结构设计功能,包括 梁、板、柱、墙等构件的设计和分析,可 根据规范要求进行自动或手动设计。

PKPM软件在框架结构设计中的应用及施工图绘制

PKPM软件在框架结构设计中的应用及施工图绘制

第九章PKPM软件在框架结构设计中的应用9.1 PKPM软件介绍毕业设计除了需要对一榀具有代表性的框架进行手算分析外,还要求应用结构设计软件对手算结果进行复核比较并完成整个工程的结构分析及施工图。

目前国勘察设计部门最常用的是PKPM系列软件,本章对应用该软件进行框架结构设计的过程做简单介绍,并对软件中的一些重要的参数设定加以说明。

PKPM是由中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的一套集建筑设计、结构设计、设备设计及概预算、施工软件于一体的大型建筑工程综合CAD系统。

该系统在国率先实现建筑、结构、设备、概预算数据共享。

从建筑方案设计开始,建立建筑物整体的公用数据库,全部数据可用于后续的结构设计,各层平面布置及柱网轴线可完全公用,并自动生成建筑装修材料及围护填充墙等设计荷载,经过荷载统计分析及传递计算生成荷载数据库。

并可自动地为上部结构及各类基础的结构计算提供数据文件,如平面框架、连续梁、框剪空间协同计算、高层三维分析、砖混及底框砖房抗震验算等所需的数据文件。

由于可自动生成设备设计的条件图,大大提高了结构分析的正确性及使用效率。

PKPM系列结构类设计软件装有先进的结构分析软件包,容纳了国最流行的各种计算方法,如平面杆系、矩形及异形楼板、高层三维壳元及薄壁杆系、梁板楼梯及异形楼梯、各类基础、砖混及底框抗震、钢结构、预应力混凝土结构分析等等。

全面反映了规要求的荷载效应组合,设计表达式,抗震设计新概念要求的强柱弱梁、强剪弱弯、节点核心、罕遇地震以及考虑扭转效应的振动耦连计算方面的容。

该系统还具有丰富和成熟的结构施工图辅助设计功能,可完成框架、排架、连梁、结构平面、楼板配筋、节点大样、各类基础、楼梯、剪力墙等施工图绘制。

并在自动选配钢筋,按全楼或层、跨、剖面归并,布置图纸版面,人机交互干预等方面独具特色。

在砖混计算中可考虑构造柱共同工作,也可计算各种砌块材料,底框上砖房结构,CAD适用任意平面的一层或多层底框。

2021比较基础结构设计中常运用的几款结构设计软件范文3

2021比较基础结构设计中常运用的几款结构设计软件范文3

2021比较基础结构设计中常运用的几款结构设计软件范文 0引言 当前,结构设计电算化越来越普遍,建筑行业中结构设计软件层出不穷,大大提高了设计人员的工作效率。

但使得工程设计人员越来越依赖于结构设计软件。

实际的工程构件多,结构复杂及其他多方面影响使得目前的结构设计软件还没有一个能完全做到精确计算。

每个结构设计软件都是通过对实际工程进行一定的假定基础上,简化计算,而假定的不同对计算结果的影响也不尽相同,有时其差异非常大,甚至出现错误的结果。

结构设计人员在进行工程设计时候,不能过于迷信结构设计软件,必须了解所使用的结构设计软件的数学、力学模型及使用条件,以得到更精确的结果,本文就是受此启发而开展工作的。

在基础设计中,结构软件设计所起到的作用也是辅助的作用,这点在独立基础中也有较多的体现。

1基础结构设计中常运用的结构设计软件 1.1理正结构工具箱对地基承载力、抗冲切及抗剪承载力等来验算;可以对基础的长宽比,按对称或非对称自动进行设计截面尺寸;最终拿出上部结构传来的轴心或偏心荷载作用,直接出图,再转到 CAD 中。

1.2PKPM 中 JCCAD 进行基础设计时,先采用PMCAD 建立分析模型,并接力SATWE,TAT 等模块进行结构内力和配筋计算,生成 JCCAD 所需的数据文件(由柱子传到基础的轴力),最后进入 JCCAD 设计建筑基础。

设计柱下独立基础需要点的菜单为:地质资料、参数输入、荷载输入、上部构件,最后点柱下独基中:自动生成柱下独基。

1.3算易结构设计工具箱一款结构设计计算的软件,对结构设计可以进行一些常用的计算,含有独立基础的结构设计的模块,最后程序绘出计算书(图文并茂)和施工图。

1.4计算书大师软件一款服务于结构设计人员、方案编制人员、现场施工技术人员的多方面的工程计算软件,不仅具有结构设计的功能,还有施工相关计算功能,它包括了对混凝土柱自动配筋,设计柱独立基础,自动查询部分规范中的参数,一些参数如下:砼弹性模量、抗拉设计强度、抗压设计强度查表等,不用再去查询相关规范和书籍,减少麻烦。

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常用结构计算软件与结构概念设计论文作者:不详摘要:随着计算机结构分析软件的广泛应用和普及,它使人们摆脱了过去必须进行的大量的手工计算,使人们的工作效率得以大幅度的提高。

与此同时,人们对结构计算软件的依赖性也越来越大,有时甚至过分地相信计算软件,而忽略了结构概念设计的重要性。

关键词:常用结构计算软件概念设计1、结构计算软件的局限性、适用性和近似性。

随着计算机结构分析软件的广泛应用和普及,它使人们摆脱了过去必须进行的大量的手工计算,使人们的工作效率得以大幅度的提高。

与此同时,人们对结构计算软件的依赖性也越来越大,有时甚至过分地相信计算软件,而忽略了结构概念设计的重要性。

由于种种原因,目前的结构计算软件总是存在着一定的局限性、适用性和近似性,并非万能。

如:结构的模型化误差;非结构构件对结构刚度的影响;楼板对结构刚度的影响;温度变化在结构构件中产生的应力;结构的实际阻尼(比);回填土对地下室约束相对刚度比;地基基础和上部结构的相互作用等等。

有些影响因素目前还无法给出准确的模型描述,也只能给出简化的表达或简单的处理,受人为影响较大。

加之,建筑体型越来越复杂,这就对结构计算软件提出了更高的要求,而软件本身往往又存在一定的滞后性。

正是因为如此,结构工程师应对所用计算软件的基本假定、力学模型及其适用范围有所了解,并应对计算结果进行分析判断确认其正确合理、有效后方可用于工程设计。

2、现阶段常用的结构分析模型实际结构是空间的受力体系,但不论是静力分析还是动力分析,往往必须采取一定的简化处理,以建立相应的计算简图或分析模型。

目前,常用的结构分析模型可分为两大类:第一类为平面结构空间协同分析模型;另一类为三维空间有限元分析模型。

1) 平面结构空间协同分析模型。

将结构划分若干片正交或斜交的平面抗侧力结构,但对任意方向的水平荷载和水平地震作用,所有正交或斜交的抗侧力结构均参与工作,并按空间位移协调条件进行水平力的分配。

楼板假定在其自身平面内刚度无限大。

这一分析模型目前已经很少采用。

其主要适用于平面布置较为规则的框架结构、框-剪结构、剪力墙结构等。

2) 三维空间有限元分析模型。

将建筑结构作为空间体系,梁、柱、支撑均采用空间杆单元,剪力墙单元模型目前国内有薄壁杆件模型、空间膜元模型、板壳单元模型以及墙组元模型。

楼板可假定为弹性,也可假定在其自身平面内刚度无限大,还可假定楼板分块无限刚。

该模型以节点位移为未知量,由矩阵位移法形成线性方程组求解。

3、常用结构计算软件多、高层结构的基本受力构件有柱、梁、支撑、剪力墙和楼板。

柱、梁及支撑均为一维构件,可用空间杆单元来模拟其受力状态。

空间杆单元的每个端点有6个自由度,即3个平动自由度和3个转角自由度。

对一维构件,各种有限元分析软件对这类构件的模型化假定差异不大。

剪力墙和普通楼板均为二维构件,这两种构件的模型化假定是关键,它直接决定了多、高层结构分析模型的科学性,同时也决定了软件分析结果的精度和可信度。

目前国内外流行的几个结构计算软件对剪力墙和楼板的模型化假定差异较大。

现进行分述。

3.1 TAT结构计算软件TAT是由中国建筑科学研究院开发的建筑结构专用软件,采用菜单操作,图形化输入几何数据和荷载数据。

程序对剪力墙采用开口薄壁杆件模型,并假定楼板在平面内刚度无限大,平面外刚度为零。

这使得结构的自由度大为减少,计算分析得到一定程度的简化,从而大大提高了计算效率。

薄壁杆件模型采用开口薄壁杆件理论,将整个平面联肢墙或整个空间剪力墙模拟为开口薄壁杆件,每个杆件有两个端点,每个端点有7个自由度,前6个自由度的含义与空间杆单元相同,第7个自由度是用来描述薄壁杆件截面翘曲的。

开口薄壁杆件模型的基本假定为:1) 在线弹性条件下,杆件截面外形轮廓线在其自身平面内保持不变,在平面外可以翘曲,同时忽略其剪切变形的影响。

这一假定实际上增大了结构的刚度,薄壁杆件单元及其墙肢越多,则结构刚度增大的程度越高。

2) 将同一层彼此相连的剪力墙墙肢作为一个薄壁杆件单元,将上下层剪力墙洞口之间的部分作为连梁单元。

这一假定将实际结构中连梁对墙肢的线约束简化为点约束,削弱了连梁对墙肢的约束,从而消弱了结构的刚度。

连梁越多,连梁的高度越大,则结构刚度消弱越大。

3) 引入楼板在其自身平面内刚度无限大,而平面外刚度为零的假定。

实际工程中许多布置复杂的剪力墙难以满足薄壁杆件模型的基本假定,从而使计算结果难以满足工程设计的精度要求。

1) 变截面的剪力墙:在平面布置复杂的建筑结构中,常存在薄壁杆件交叉连接、彼此相连的薄壁杆件截面不同,甚至差异较大的情况。

由于这些薄壁杆件的扇形坐标不同,其翘曲角的含义也不同,因而由截面翘曲而引起的纵向位移不易协调,会导致一定的计算误差。

2) 长墙、矮墙:由于薄壁杆件模型不考虑剪切变形的影响,而长墙、矮墙是以剪切变形为主的构件,其几何尺寸也难以满足薄壁杆件的基本要求,采用薄壁杆件理论分析这些剪力墙时,存在着较大的模型化误差。

3) 多肢剪力墙:薄壁杆件模型的一个基本假定就是认为杆件截面外形轮廓线在自身平面内保持不变,在墙肢较多的情况下,该假定会导致较大误差。

4) 框支剪力墙:框支剪力墙和转换梁在其交接面上是线变形协调的,而采用薄壁杆件理论分析框支墙时,由于薄壁杆件是以点传力的,作为一个薄壁杆件的框支墙只有一点和转换梁的某点是变形协调的,这必然会带来较大的计算误差。

5) 框架梁与剪力墙的连接:在一般情况下和剪力墙垂直相连的框架梁,其受剪力墙的约束并不强,梁这一端的弯矩一般并不大,但用薄壁杆件理论分析剪力墙时,梁要通过刚臂与薄壁杆件的剪心相连,其结果是强化了剪力墙对梁端的嵌固作用,使梁端弯矩的计算值偏大。

6) 柱、墙上下偏心:程序将自动在上(薄壁) 柱的下端加一水平刚域,刚域的存在对结构整体刚度有较大的影响。

7) 对悬挑剪力墙、无楼板约束的剪力墙等也不适合采用薄壁杆件单元计算。

TAT软件适合于框架、框架- 剪力墙、剪力墙及筒体结构,但应用时应根据结构的实际情况对剪力墙进行处理以减小计算误差。

1) 剪力墙的输入处理:对长度超过8m的剪力墙和多肢剪力墙应在适当的位置,按照使每个薄壁柱的刚度尽量均匀的原则人为设置计算洞口,这样可使薄壁柱的受力更符合实际。

当洞口较小时,在实际施工时按无洞处理。

2) 剪力墙洞口的处理:因为TAT采用薄壁柱模型,每层薄壁柱上下各有一个节点与上下层的柱、薄壁柱或无柱节点相连,通过这样的连系将上下层力传递计算,当上下层洞口不对齐时,由于洞口会切割一个薄壁柱为2个或更多,造成上下层节点不一一对应,使上下层传力混乱,这时应采用简化的方法进行处理。

剪力墙洞口一般分对齐、开通、忽略三种处理方法。

3) 框支剪力墙的处理:对于框支剪力墙,用薄壁柱模拟的剪力墙就有个传力问题,上部薄壁柱只能传力给下面一个点,而下部往往是由多个点来支撑上部剪力墙的,这时应对框支梁上部的剪力墙进行离散化处理,将计算产生的误差控制在局部平面内,这样才能在结构的整体分析中得到一个比较满意的结果,然后再利用高精度平面有限元程序对关键部位进行细致的内力分析。

TBSA 也是由中国建筑科学研究院开发的多、高层建筑的结构专用程序,其计算模型和原理与TAT相似,这里不再赘述。

3.2 SATWE结构计算软件SATWE 是专门为多、高层建筑结构分析与设计而研制的空间结构有限元分析软件,适用于各种复杂体型的高层钢筋混凝土框架、框剪、剪力墙、筒体结构等,也适用于混凝土- 钢混合结构和高层钢结构。

SATWE是用墙元来模拟剪力墙。

SATWE中的墙元是在板壳单元的基础上构造出的一种通用墙元,它采用静力凝聚原理将由于墙元的细分而增加的内部自由度消去,将其刚度凝聚到边界节点上,从而保证了墙元的精度和有限的出口自由度,而且墙元的每个节点都具有空间全部6个自由度,可以方便地与任意空间梁、柱单元连接,而无需任何附加约束,同时也降低了剪力墙的几何描述和板壳单元划分的难度,提高了分析效率。

板壳单元是目前模拟剪力墙的最理想单元,SATWE选用这一单元并对墙元的细分和墙上开洞作了自动化处理。

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。

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