解析高层钢结构抗震有限元分析程序计算机分析模型

发布时间：2015-12-29 阅读：457次

上海闵轩钢结构工程有限公司结合多年的钢结构施工经验，对高层钢结构房屋的分析，一般均采用有限元分析程序通过计算机完成。目前有限元分析采用的计算模型有平面协同计算模型、空间协同计算模型、空间结构—刚性楼面计算模型和空间结构—弹性楼面计算模型等。

（1）平面协同计算模型

平面协同计算模型假定结构在受荷载作用时不产生扭转。将结构拆分为若干个平面子结构，通过楼板连成整体结构。假定平面子结构只能在平面内受力，不能在平面外受力，楼板在自身平面内无限刚。在水平荷载作用下，平面子结构与荷载方向一致，通过平面内刚性楼板协同作用，共同抵抗水平荷载。各平面子结构所受水平力的大小与其抗侧刚度成正比，两个垂直方向的平面结构各自独立，分别计算。

这一计算模塑在分析时，所有平面子结构的相同楼层只有一个平移自甶度，N层高层房屋结构只有N个未知量，计算简便；但不能计算平面复杂，在水平荷载作用下会产生扭转的结构。

（2）空间协同计算模型

空间协同计算模型可以考虑结构在受荷载作用时的扭转变形影响。与平面协同模型相似，将结构划分成若干个平面子结构，并假定楼板在自身平面内无限刚性。平面子结构也假定只能在平面内受力。各平面子结构在水平力作用下，通过平面内刚性楼板协同作用，共同抵抗水平荷载产生的作用力和扭矩。甶于考虑了扭转变形，在一个方向水平荷载作用下，两个方向的平面子结构由楼板联系协同工作。

这计算模型在分析时，各楼层分别有三个自甶度，即2个平移自由度与1个扭转自由度，N层房屋结构有3N个未知量，计算也比较简便；但不能用于结构无法划分成平面结构的情况。

（3）空间结构—刚性楼面计算模型

空间结构—刚性楼面计算模型采用空间杆单元，并假设楼板在楼层平面内具有无限刚性。由于采用楼板无限刚性假定，每个楼层也只具有3个自由度，即两个平移和一个扭转。但因不采用平面子结构而采用空间整体计算，因此所有节点的位移均连续，计算精度相对较高。当有些结构因平面布置不太规则，难以使楼板在平面内形成无限刚性时，宜采用空间结构—刚性楼面计算摸型，不否则会造成较大误差。

（4）空间结构—弹性楼面计算模型

空间结构—弹性楼面计算模型不采用刚性楼板假定，采用空间杆单元和能反应楼面实际刚度的板单元或板売单元建立计算模型，每个节点有6个自由度。这是一种精度更高的计算模型，但计算工作量却大大增加。

（5）计算模型的选用及单元模型

高层钢结构住宅进行结构分析中一般结构分析中一般应采用空间结构计算模型，并根据需要采用空间结构—刚性楼面计算模型或空间结构—弹性楼面计算模型。因为这种模型能精度较高地反映结构的实际情况，用于受力复杂的高层房屋钢结构比较合适，能较好地保证其安全性。

上海钢结构公司闵轩钢结构工程有限公司是以钢结构工程施工为主体的建筑单位，有承接大跨度的钢结构厂房、物流库、钢结构库棚，仓储及多层重钢结构的技术分解、生产及安装经验。认为在计算模型中，梁柱宜采用梁单元模型，能够考虑弯曲变形，剪切变形，扭转变形和轴向变形。支撑应根据其连接节点构造形式的不同，采用不同的单元模型，当为铰接时，采用杆单元模型；当为刚接时，采用与梁和柱相同的梁单元模型。梁柱连接处的节点域宜作一个单独的剪切单元，也可按以下方法近似考虑而不设剪切单元：对于工字形截面柱的框架，梁和柱的长度取轴线间的距离；对于箱形截面柱，宜将节点区视作刚域，刚域尺寸取节点域实际尺寸的一半，梁柱的计算长度取刚域间的净距；对于框架—支撑结构，可不考虑梁柱节点域的剪切变形对结构内力和位移的影响。当有混凝上剪力墙时，剪力墙宜采用墙板单元摸型，应能考虑弯曲、剪切、轴向、扭转和翘曲变形。当需考虑楼板自身在平面内的变形影响时，宜采用板壳单元模型。