常用結構計算軟件與結構概念設計
發布時間：2010-01-14 共3頁
1、結構計算軟件的局限性、適用性和近似性。
隨著計算機結構分析軟件的廣泛應用和普及，它使人們擺脫了過去必須進行的量的手工計算，使人們的工作效率得以幅度的提高。與此同時，人們對結構計算軟件的依賴性也越來越，有時甚至過分地相信計算軟件，而忽略了結構概念設計的重要性。由于種種原因，目前的結構計算軟件總是存在著一定的局限性、適用性和近似性，并非萬能。如：結構的模型化誤差；非結構構件對結構剛度的影響；樓板對結構剛度的影響；溫度變化在結構構件中產生的應力；結構的實際阻尼（比）；回填土對地下室約束相對剛度比；地基基礎和上部結構的相互作用等等。有些影響因素目前還無法給出準確的模型描述，也只能給出簡化的表達或簡單的處理，受人為影響較。加之，建筑體型越來越復雜，這就對結構計算軟件提出了更高的要求，而軟件本身往往又存在一定的滯后性。正是因為如此，結構工程師應對所用計算軟件的基本假定、力學模型及其適用范圍有所了解，并應對計算結果進行分析判斷確認其正確合理、有效后方可用于工程設計。
2、現階段常用的結構分析模型
實際結構是空間的受力體系，但不論是靜力分析還是動力分析，往往必須采取一定的簡化處理，以建立相應的計算簡圖或分析模型。目前，常用的結構分析模型可分為兩類：第一類為平面結構空間協同分析模型；另一類為三維空間有限元分析模型。
1） 平面結構空間協同分析模型。將結構劃分若干片正交或斜交的平面抗側力結構，但對任意方向的水平荷載和水平地震作用，所有正交或斜交的抗側力結構均參與工作，并按空間位移協調條件進行水平力的分配。樓板假定在其自身平面內剛度無限。這一分析模型目前已經很少采用。其主要適用于平面布置較為規則的框架結構、框－剪結構、剪力墻結構等。
2） 三維空間有限元分析模型。將建筑結構作為空間體系，梁、柱、支撐均采用空間桿單元，剪力墻單元模型目前國內有薄壁桿件模型、空間膜元模型、板殼單元模型以及墻組元模型。樓板可假定為彈性，也可假定在其自身平面內剛度無限，還可假定樓板分塊無限剛。該模型以節點位移為未知量，由矩陣位移法形成線性方程組求解。
3、常用結構計算軟件
多、高層結構的基本受力構件有柱、梁、支撐、剪力墻和樓板。柱、梁及支撐均為一維構件，可用空間桿單元來模擬其受力狀態。空間桿單元的每個端點有6個自由度，即3個平動自由度和3個轉角自由度。對一維構件，各種有限元分析軟件對這類構件的模型化假定差異不。剪力墻和普通樓板均為二維構件，這兩種構件的模型化假定是關鍵，它直接決定了多、高層結構分析模型的科學性，同時也決定了軟件分析結果的精度和可信度。目前國內外流行的幾個結構計算軟件對剪力墻和樓板的模型化假定差異較。現進行分述。
3.1 TAT結構計算軟件TAT是由中國建筑科學研究院開發的建筑結構專用軟件，采用菜單操作，圖形化輸入幾何數據和荷載數據。程序對剪力墻采用開口薄壁桿件模型，并假定樓板在平面內剛度無限，平面外剛度為零。這使得結構的自由度為減少，計算分析得到一定程度的簡化，從而提高了計算效率。薄壁桿件模型采用開口薄壁桿件理論，將整個平面聯肢墻或整個空間剪力墻模擬為開口薄壁桿件，每個桿件有兩個端點，每個端點有7個自由度，前6個自由度的含義與空間桿單元相同，第7個自由度是用來描述薄壁桿件截面翹曲的。開口薄壁桿件模型的基本假定為：1） 在線彈性條件下，桿件截面外形輪廓線在其自身平面內保持不變，在平面外可以翹曲，同時忽略其剪切變形的影響。這一假定實際上增了結構的剛度，薄壁桿件單元及其墻肢越多，則結構剛度增的程度越高。
2） 將同一層彼此相連的剪力墻墻肢作為一個薄壁桿件單元，將上下層剪力墻洞口之間的部分作為連梁單元。這一假定將實際結構中連梁對墻肢的線約束簡化為點約束，削弱了連梁對墻肢的約束，從而消弱了結構的剛度。連梁越多，連梁的高度越，則結構剛度消弱越。
3） 引入樓板在其自身平面內剛度無限，而平面外剛度為零的假定。
隨著計算機結構分析軟件的廣泛應用和普及，它使人們擺脫了過去必須進行的量的手工計算，使人們的工作效率得以幅度的提高。與此同時，人們對結構計算軟件的依賴性也越來越，有時甚至過分地相信計算軟件，而忽略了結構概念設計的重要性。由于種種原因，目前的結構計算軟件總是存在著一定的局限性、適用性和近似性，并非萬能。如：結構的模型化誤差；非結構構件對結構剛度的影響；樓板對結構剛度的影響；溫度變化在結構構件中產生的應力；結構的實際阻尼（比）；回填土對地下室約束相對剛度比；地基基礎和上部結構的相互作用等等。有些影響因素目前還無法給出準確的模型描述，也只能給出簡化的表達或簡單的處理，受人為影響較。加之，建筑體型越來越復雜，這就對結構計算軟件提出了更高的要求，而軟件本身往往又存在一定的滯后性。正是因為如此，結構工程師應對所用計算軟件的基本假定、力學模型及其適用范圍有所了解，并應對計算結果進行分析判斷確認其正確合理、有效后方可用于工程設計。
2、現階段常用的結構分析模型
實際結構是空間的受力體系，但不論是靜力分析還是動力分析，往往必須采取一定的簡化處理，以建立相應的計算簡圖或分析模型。目前，常用的結構分析模型可分為兩類：第一類為平面結構空間協同分析模型；另一類為三維空間有限元分析模型。
1） 平面結構空間協同分析模型。將結構劃分若干片正交或斜交的平面抗側力結構，但對任意方向的水平荷載和水平地震作用，所有正交或斜交的抗側力結構均參與工作，并按空間位移協調條件進行水平力的分配。樓板假定在其自身平面內剛度無限。這一分析模型目前已經很少采用。其主要適用于平面布置較為規則的框架結構、框－剪結構、剪力墻結構等。
2） 三維空間有限元分析模型。將建筑結構作為空間體系，梁、柱、支撐均采用空間桿單元，剪力墻單元模型目前國內有薄壁桿件模型、空間膜元模型、板殼單元模型以及墻組元模型。樓板可假定為彈性，也可假定在其自身平面內剛度無限，還可假定樓板分塊無限剛。該模型以節點位移為未知量，由矩陣位移法形成線性方程組求解。
3、常用結構計算軟件
多、高層結構的基本受力構件有柱、梁、支撐、剪力墻和樓板。柱、梁及支撐均為一維構件，可用空間桿單元來模擬其受力狀態。空間桿單元的每個端點有6個自由度，即3個平動自由度和3個轉角自由度。對一維構件，各種有限元分析軟件對這類構件的模型化假定差異不。剪力墻和普通樓板均為二維構件，這兩種構件的模型化假定是關鍵，它直接決定了多、高層結構分析模型的科學性，同時也決定了軟件分析結果的精度和可信度。目前國內外流行的幾個結構計算軟件對剪力墻和樓板的模型化假定差異較。現進行分述。
3.1 TAT結構計算軟件TAT是由中國建筑科學研究院開發的建筑結構專用軟件，采用菜單操作，圖形化輸入幾何數據和荷載數據。程序對剪力墻采用開口薄壁桿件模型，并假定樓板在平面內剛度無限，平面外剛度為零。這使得結構的自由度為減少，計算分析得到一定程度的簡化，從而提高了計算效率。薄壁桿件模型采用開口薄壁桿件理論，將整個平面聯肢墻或整個空間剪力墻模擬為開口薄壁桿件，每個桿件有兩個端點，每個端點有7個自由度，前6個自由度的含義與空間桿單元相同，第7個自由度是用來描述薄壁桿件截面翹曲的。開口薄壁桿件模型的基本假定為：1） 在線彈性條件下，桿件截面外形輪廓線在其自身平面內保持不變，在平面外可以翹曲，同時忽略其剪切變形的影響。這一假定實際上增了結構的剛度，薄壁桿件單元及其墻肢越多，則結構剛度增的程度越高。
2） 將同一層彼此相連的剪力墻墻肢作為一個薄壁桿件單元，將上下層剪力墻洞口之間的部分作為連梁單元。這一假定將實際結構中連梁對墻肢的線約束簡化為點約束，削弱了連梁對墻肢的約束，從而消弱了結構的剛度。連梁越多，連梁的高度越，則結構剛度消弱越。
3） 引入樓板在其自身平面內剛度無限，而平面外剛度為零的假定。
