结构分析中虚梁设置必须注意的问题_中华文本库
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?62?第35卷第19期西建筑????????????????Vol.35No.19????????????山2009年7月Jul.?2009SHANXI?ARCHITECTURE
文章编号:09)19?0062?03结构分析中虚梁设置必须注意的问题
摘?要:针对建模时,虚梁的使用可能导致分析结果不符合实际传力情况的问题,利用PKPM,ETABS两种常用结构分
析软件分别建立比对模型,通过对模型结果进行分析比较,找出错误产生的原因,最后给出一些利用虚梁导荷建模的建议。关键词:虚梁,分析模型,弯矩,荷载传递
中图分类号:TU318文献标识码:A
面,这种简化有时候会带来结构的安全隐患。下面就此问题分别
用PKPM和ETABS建立比对模型,进行分析讨论。0?引言在我们常用的建模导荷中,常常会用到虚梁的建模手段来布
置落在楼板上的线荷载,保证墙体等荷载的施加。对虚梁的常规
理解就是?虚的,结构中不存在,其特点是无刚度,无自重,不参与
结构计算 。在PKPM中特指100mm!100mm的梁。这种方法
是部分程序在板上无法直接施加点荷载或线荷载的情况下产生
的,但是对这种方法是否能满足我们的设计要求,考虑的并不全
??框架结构延性是抗震设计的关键,延性框架的抗震设计概念
主要包括?强柱弱梁,强剪弱弯,强大节点 。关于强柱弱梁节点,
是为了在大地震作用下,让梁端形成塑性铰,柱端处于非弹性工
作状态,而没有屈服,但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁措
施的强弱,也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言,柱端截面
抗弯能力增强幅度的大小,是决定由强震引起柱端截面屈服后塑
性转动能否不超过其塑性转动能力,而使柱不被压溃的关键控制
措施。柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超
配程度的大小,以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑
性内力重分布和动力特征的相应变化。所以,当建筑允许时,尽
可能将柱的截面尺寸做得大些,使柱的线刚度与梁的线刚度的比
值尽可能大于1,并控制柱的轴压比满足规范要求,以增加延性。
验算截面承载力时,人为地将柱的设计弯矩按强柱弱梁原则调整
放大,加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高,
以免在大地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到
立柱上。注意节点构造,让塑性铰向梁跨内移。1?PKPM中模型的构建及对比在这里,我们将建两组对比模型,分析虚梁导荷的结果。计算模型仅考虑竖向荷载的作用,不考虑水平荷载的作用,不考虑活荷载不利布置,不考虑梁支座的调幅影响,梁柱节点考虑刚域影响。在同组模型中构件截面、面荷载以及其他的分析参数均相在相互比较上,框架结构无论从抗震,稳定性,房屋坚韧性等都优于砖混结构,抗震设计概念一定要做到?强柱弱梁,强剪弱弯,强大节点 。框架结构体系的刚度和强度都比较好,是柔性结构,而砖混中砌体自重大,使砌体结构所承受的地震力也相对增大,而且是由脆性材料组成,抗拉抗剪强度较差,延性差,抗变形能力小。3?结语通过这次关于?5?12地震 陕西理工学院灾害专题调研,给我们提供了许多抗震防灾方面经验。我们发现有许多结构的破坏有相同之处,从而提出一些建议,为今后各地区房屋灾后修缮和重建提供参考。主要有以下几点:1)严格按#建筑抗震设计规范?设计、施工、验收的建筑,这样抗震安全才有保证。2)在抗震设防烈度较低的地区,根据具体情况,可以提高等级。3)选择适合的抗震能力强的结构体系,特别是学校、医院等重要建筑。4)加强全民的抗震防范意识,做好防震的措施。对于建设工程只有在抗震设防,抗震设计和施工质量这三方
面都符合要求,才能确保建筑工程具备合理的抗御地震的能力。
[1]?赵玉琴.房屋的抗震设防措施[J].山西建筑,):
[2]?GB,建筑抗震设计规范[S].
[3]?周志军.确定强震观测场地类型的实用方法研究[J].四川
建筑科学研究,?41.
[4]?周志军,刘喜平.高震区框架结构的薄弱层变形验算[J].陕
西理工学院学报(自然科学版),?80.2?框架结构和砖混结构抗震设防要求砖混结构是混合结构的一种,由钢筋混凝土梁柱板等构件构成的混合结构体系。砖混结构的承重构件主要是墙,传力方式是:楼板传力给墙,墙以线荷载的形式传给基础。适合开间进深较小,房间面积小,多层或低层的建筑。框架结构主要是框架柱子,框架梁承重,传力方式是:荷载作用在楼板上,楼板传力给梁,由于梁搁在柱子上,所以力传至柱子,柱子再传给基础。墙体只是起分隔和围护作用。适合房间开间进深大,房间形状自由的建筑,造价比砖混结构高。
Severalthoughtsonanti?seismicforschoolbuildinginHanzhong
ZHANGJi?HUANGYu?ZHOUZhi?jun
Abstract:Theseismicdamageofbrick?concretestructurehousingandframestructurehousingofShanxiInstituteofTechnologywasinvesti?gatedandanalyzedimportantly,andthecorrespondingearthquakeresistanceprotectionrequirementandsuggestionwereprovided,whichac?cumulateexperienceforreconstructionafterdisasterinHanzhongareaandotherareas,soastostrengthentheseismicbehaviorofbuilding.Keywords:earthquake,building,seismicdamage,earthquakeresistanceprotection
作者简介:李?瑞(1978?),男,硕士,工程师,深圳市博艺建筑工程设计有限公司,广东深圳?518053
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史上最强大的ETABS教程,没有之一Master Etabs by 法彼加斯35-14
轴网是进行构件布置时的重要定位工具；楼层确定了模型Z方向标高的位置；在ETABS中，除了可以像AutoCAD用窗口进；“组”是ETABS中一个十分有用的概念；在ETABS中，每个构件有两个属性可供选择，一是；同属性的构件；3）全选、反选和取消选择；选择并不一定都是直接选中，还可以通过间接的方式来；3剪切、延伸、移动、复制；剪切、延伸、移动和复制是建模过程中经
轴网是进行构件布置时的重要定位工具。ETABS支持两种坐标系，即直角坐标系和柱坐标系，并且两个坐标系可以同时存在于一个模型中。工程师可以通过定义轴网数据来详细地确定轴网的布置。对于一些不规则轴线的布置，可以使用“一般轴网系统”。在ETABS中，可以将已有的轴网转化为一般轴网系统，这意味着其中的轴线会变得更加“自由”，可以利用编辑菜单中的命令任意移动轴线，也可以使用绘制线对象的命令来绘制轴线（选择线类型为Gridline），还可使用重定形命令拖动轴线。需要注意的是，转换为一般轴网系统是不可逆操作，转换后不能恢复其整体编辑功能。楼层确定了模型Z方向标高的位置。关于楼层的操作主要包括相似楼层、插入楼层、删除楼层、楼层带属性复制等内容。其中，使用最多的就是相似楼层。定义相似楼层之后，在任一楼层上进行的操作都可以在与之相似的楼层上同时进行操作，而且这种相似关系在建模过程中是可以改变的。比如某层的构件布置与相邻几层相同，但荷载布置却不同，因此在进行荷载布置时可更改其相似层关系来操作。 2 选择功能在ETABS中，除了可以像AutoCAD用窗口进行选择，还有非常多样、细化的选择功能，而且可以将它们配合使用创造更多灵活的选择方式。 1）按组选择“组”是ETABS中一个十分有用的概念。一个组代表了若干对象的集合，通常是先定义组的名称，然后将若干对象指定到这个组。ETABS很多功能都可以通过组来实现，其中就包括选择功能。比如，可以将若干楼面梁定义为一个组，然后直接选中这个组，进行中梁刚度放大的调整，避免了逐根选择再调整的繁琐。 2）按构件进行选择在ETABS中，每个构件有两个属性可供选择，一是构件的截面，二是构件的类型（梁、柱、支撑、墙、楼板等等）。对于剪力墙和连梁，还可以按它们的标签来选择。因此，工程师可以很方便的选择所有具有相同属性的构件。3）全选、反选和取消选择选择并不一定都是直接选中，还可以通过间接的方式来选取想要的对象。ETABS提供了全选、反选和取消选择几种方式。全选和反选顾名思义，很好理解。取消选择并不是单纯地取消前一步选择的对象，而是可以有选择地取消已选择的内容。比如选择某一层所有的板，可以先按类型选择所有的板，再按楼层取消选择该层以外的所有楼层。另外，也可以直接在已选择的对象上单击，来实现取消选择。比如对某一层的楼板进行荷载布置，但其中个别板的荷载与其它板不同，可以按上面的方法先选中该层的所有楼板，再直接在模型上点击取消对个别板的选择。3 剪切、延伸、移动、复制剪切、延伸、移动和复制是建模过程中经常使用的操作，但ETABS中相关的命令并不十分为人熟知。 1）剪切和延伸剪切和延伸都必须首先选中对象（包括需要剪切或延伸的对象，以及剪切边或延伸边），再选中剪切端或延伸端。比如，剪切（图1a）和延伸（图1b）一根次梁，除了选中梁a和梁b，还需要选中点1和点2，再点击编辑菜单中的对齐点\线\边命令即可（图1c）。(a)
(c)图1 剪切、延伸示意图2）移动和复制要实现移动，首先选择对象，设定移动的方向和距离即可。需要注意的是，如果选择对象是节点，则与节点相连的对象形状会随之改变。ETABS中的复制功能，不是简单的图形复制，同时会复制对象的属性。比如，复制某根带有线荷载的梁，梁上荷载也会被复制到新的位置。实现带属性复制的方式包括，平移复制、旋转复制、镜像复制、楼层复制。4 拉伸一些不方便直接绘制的图形，可以通过拉伸来实现。通过拉伸，可以将点按一定轨迹形成线，将线按一定轨迹形成面。拉伸的方式有平移和旋转。常用的斜坡和旋转坡道，通常就是使用拉伸来实现（图2）。 图2
拉伸命令的使用5 局部坐标局部坐标是ETABS中一个重要概念，它与对象的属性修正、结果输出等密切相关。所有对象在绘制时，都会按默认的方式生成各自的局部坐标系。局部坐标的方向可以通过设置视图选项来显示，也可以人为修改。借助局部坐标，可以使建模更加灵活。比如，沿弧线轴网布置柱。直接绘制的柱截面，总是平行于整体坐标的X、Y方向。这时，通过旋转这些柱的局部坐标，可以达到需要的效果。例如沿柱坐标布置的构件并不需要工程师逐一输入旋转的角度，只需要选择柱截面沿弧线切向或径向布置即可。（图3） 图3 沿弧线切向和径向布置的柱 三、模型检查为了避免运行分析时的错误，模型检查是必不可少的内容。造成分析出错的原因，除了建模过程中的操作不当，还包括参数输入有误。特别是在定义截面时，输入数值的单位与屏幕右下角的单位制不统一，会带来错误，这一点时常被工程师忽视。1、信息查看通过一系列建模操作以后，工程师常常会拿不准某些操作是否已经进行。这时需要查看模型信息。在ETABS中，对象信息对话框将包括所有关于对象几何、属性、荷载方面的信息。检查模型时，选中需要检查的构件，再点击鼠标右键，即可弹出对象信息对话框（图4）。所有针对选中构件已经进行的操作都会在该对话框中得到体现。图4 对象信息对话框另外，也可以通过显示荷载命令，直接在模型上显示已经添加的荷载，避免荷载的重复的布置。 2 容差设置ETABS中有自动合并容差的概念。绘制构件时，若新节点与某个已存在的节点距离小于自动合并容差，则新节点将会被合并到这个已存在的节点上。这对于避免相同位置上构件的重复布置十分有用。默认的自动合并容差是1mm。有时可以适当增大这个数值，来避免构件的重叠。特别是对于通过其它程序转换到ETABS的模型，这项操作可以有效减少模型检查得到的警告信息。修改自动合并容差数值的命令是，选项&首选项&尺寸/容差。 3 检查模型命令分析菜单下，有“检查模型”命令。这里可以对模型中点、线、面对象的重叠、交叉进行检查。同时可以检查构件的剖分是否合理、荷载的传递是否合理。默认情况下，检查模型命令是针对整个模型进行的。对于某些规模较大的复杂模型，运行一次检查模型耗费的时间会比较长。这时，工程师可选择一些可能存在问题的部位，在检查模型对话框中勾选“仅所选对象”，程序会只针对已选择的对象进行检查。检查完毕后，程序会弹出列有错误信息的对话框，并自动将这些信息保存为与模型同名的.wrn文件。错误信息中会提示出现问题的位置（构件编号、几何坐标等），工程师以此来查看。同时程序会自动选择引起错误的构件，点击命令显示&只显示选择对象，视图中将只留下引起错误的对象。下一步工作就是工程师对这些构件进行修改。 建立模型、修改模型的方法并不是唯一的。只有更多地使用软件，才会更熟悉软件自身的特点，才能达到方法上的融会贯通。 ETABS常见问题汇编详见金土木公司网站： /Software/software_QA.asp?soft_serial=7 结构分析与设计软件ETABS中文版知识选讲（二）ETABS深化建模要点介绍李立
常弘(北京金土木软件技术有限公司
100044)虽然ETABS提供了面向对象的操作方法来建模，并不要求设计人员对模型本身有非常深入的了解，但是了解软件相关的理论背景（包括广大工程师熟悉的力学知识、数值分析方法、设计规范等）和技术条件（指程序对理论背景的处理方法和实现途径），有助于工程师更准确地建立模型，并客观地评估分析结果。 1
单元的选择和使用ETABS的单元库几乎涵盖了所有有限元结构分析的常用单元，包括框架（梁柱）单元、壳体（墙板）单元、弹簧单元、连接单元和塑性铰单元等。 1.1
膜与壳ETABS提供了三种面单元类型：壳(具有平面内和平面外刚度)、膜(仅具有平面内刚度)、板(仅具有平面外刚度)。对于面单元类型的选取，一定程度上需要工程师根据工程实际和设计经验来判断。值得一提的是，膜属性和壳属性的楼板单元，其传递荷载的方式是不同的（图1）。膜可直接将楼面荷载传递到与之相连的梁上，壳则通过与梁相连的剖分点以点荷载的方式传递荷载。对于膜属性的楼板单元，程序会自动剖分。因而，膜可以方便有效地模拟楼板并起到传递楼面荷载的作用。 图2 竖向荷载作用梁板的变形1.2 不规则楼板的划分程序会对膜属性的面对象进行自动剖分，但对于多边形或异形楼板，自动剖分可能会带来一些意想不到的问题（如模型检查出错、精度丢失等），因此建议将不规则的楼板人工划分为若干较规则的四边形。如图3所示的一个规则的结构平面，建模时很容易令人想到将这层的楼板按一个矩形来绘制。但由于梁、墙的布置，在这个规则的平面内形成了若干不规则的板块。这时需要对这些不规则的板块进行处理，可以分别沿abcf和cdef绘制两个四边形来组成这个板块，也可以绘制虚梁将不规则的板块分割为若干较规则的四边形。这样处理有助于程序识别楼板的形状并进行导荷，避免不必要的警告信息。 1.3 转换梁的模拟壳属性的面单元，除了可以模拟墙、连梁外，还适 宜模拟转换梁。转换梁通常体积较大、应力状态复杂， 图1 膜（上）、壳（下）楼板导荷示意 注意：采用膜属性的楼板时，由于程序默认在梁墙处剖分，在竖向荷载作用下梁和板的变形看上去似乎不协调（图2左）。这是由于梁没有和板连接的共同节点造成的，可以通过进一步的剖分来实现协调（图2右）。但这种不协调的变形并不会影响膜属性的楼板的导荷，更不会带来计算上的错误。此外，在定义面单元截面厚度时，ETABS提供了两个参数：膜厚度和弯曲厚度。膜厚度用于计算面单元的平面内刚度，弯曲厚度用于计算面单元的平面外刚度。通常情况下，两者数值相等，即等于楼板或墙体的实际厚度。 图4 用壳单元模拟转换梁1.4
自动线约束 模拟转换梁的几个例子。 图3 不规则楼板的划分bedc 采用壳来模拟可较清楚地查看细部的应力情况。图4是用壳北京金土木软件技术有限公司联系电话：010-，， 23自动线约束是一个易被混淆的概念，常被错误地理解为用于面对象和线对象之间的位移协调。其实，自动线约束是用于面对象之间的位移协调。如果在相交界线上面对象网格划分不匹配（图5），沿这些边将形成自动线约束，从而强制协调位移。这是ETABS软件的一项十分强大而且实用的功能，它使得工程师建模时不需要花大量的时间来考虑网格了刚性隔板的楼板，程序会在视图中用一个红点来标识本楼层的质心位置。ETABS V9版本新增了“半刚性隔板”选项。半刚性隔板不会对平面内节点的变形产生限制，楼板仍按弹性楼板计算，但可通过该选项来确定风荷载的施加范围及考虑地震作用的偶然偏心影响。因此，半刚性隔板适用于楼板开大洞等划分的连续性，只需要考虑结构中实际的对象。通常工程师没有注意到这项功能的存在，但面对象网格划分不匹配的情况是很常见的，墙和楼板交界处、转换梁或连梁与墙交界处等都存在这样的情况。1.5
结构单元与设图5 相邻面对象剖分不匹配示意图 计对象ETABS的建模环境是面向对象的，绘制构件的同时也确定了运算分析后内力输出和设计对象的范围。对于面对象（剪力墙），程序需要通过标签（程序用于识别构件的名称（ID））来确定内力输出和设计对象的范围。设计时，程序会将同一层内具有相同标签的墙肢或连梁作为一个设计对象。对于线对象（梁、柱），通过定义测站（一般按默认值即可）来输出控制截面的内力，并且将线对象两个端点确定的范围作为一个设计对象。所以不要轻易将线对象打断，否则一根杆件将会按若干根小杆件来设计，引起不必要的错误。比如，对于某些导入到ETABS中的模型，某些梁经常会被与之相连的构件打断，形成短梁，这时梁的跨高比明显有误，导致设计出现问题，这时应使用连接线命令将应该作为整体来设计的多段短梁合并。 2
模型修正模型修正是针对某些结构构件或结构本身的一系列特殊指定。这些操作反映了工程师对设计对象的了解和把握，也体现了工程师对结构概念的理解和运用。 2.1 刚性隔板刚性隔板实质是节点间的平面内变形限制。刚性隔板作为刚体，可以在它自己的平面内平移或绕垂直于该平面的轴转动。刚性隔板假定使得结构体系的自由度明显降低，结构响应的输出也因此变得更加清晰。规范中多项结构控制指标，特别是位移比和周期比的控制，都是基于刚性隔板假定。当然，是否指定刚性隔板依赖于结构平面的规则程度。当没有进行刚性隔板指定时，楼板处于真实的弹性状态。另外，ETABS允许同一楼层平面内指定不同的刚性隔板，刚性隔板之间用弹性楼板连接，以反映因平面布置不规则引起的剪切变形。ETABS也允许将刚性隔板中间的某点从隔板中脱离，来模拟跨楼层的竖向构件。同时，对于指定24 需考虑楼板变形的情况。 2.2
梁柱的偏心布置在ETABS中，线对象的偏心布置定&框架/线&插入点）来实现的。偏心布置完过拉伸显示来查看。在“框架插入点”项――“不转换框架刚度距质心的偏移”序将考虑偏心布置所带来的附加弯矩是，不能在对象属性浮动窗口中输入偏移布置的梁。偏移绘制使线对象的几何位置发生象将在新位置上形成新的节点。而插入点位置的移动，线对象的节点仍在轴线2.3
中梁刚度放大及连梁刚度折减根据高规5.2.2条，由于不考虑楼板平面外楼面梁刚度可增大。在ETABS中，当因为膜不具有平面外刚度，因此需要执讲，就是修正梁单元的属性，增大其围绕外，根据高规5.2.1条，考虑连梁在地可折减连梁的刚度。在ETABS中，推荐梁，因此折减连梁刚度也就是修正壳单元刚度2.4 刚域ETABS对节点区的范围是自动考虑的，默认状态下节点区假定为柔性。计算框架或(a)规范的定义
壁式框架内力与图6 刚域位移时，高规5.3.4条考虑了节点区刚域的影响，并提供了节点算公式。可以通过指定线单元的端部偏移规规定的刚域范围(图6(a))。也可近似采用程序识叠合区作为刚域范围(图6(b))。另外，在设话框中有一项“刚域系数”，这里可输代表完全柔性，1代表完全刚性。 3
荷载计算 3.1 自重乘数ETABS按照结构的几何尺寸和使算结构自重。在定义静荷载工况时，若设定自重乘数为1，程序自动计算结构自重此时输入楼面恒载时，不用再人工输使用插入点命令（指成后，需要通话框中有一个复选。不勾选该项，程强调的的距离来绘制偏心了变化，线对命令不会造成节点 抗弯贡献，具体来3轴的惯性矩。另作用下的耗能作用，用壳单元来模拟连f11，f22和f12。(b)程序默认区域围区刚域范围的计值，来准确确定高别的梁柱置端部偏移的对0～1之间的值，0材料的密度自动计恒荷载工况中的考虑为恒载。重。是对的影响。需要上。采用膜属性楼板时，行这条规定。震 入用并将其入楼板的自
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