常用结构计算软件的分析模型与使用

常用结构计算软件的分析模型与使用

按语：读了工业建筑2005-5期，中国建筑设计研究院，常林润、罗振彪“常用结构计算软件与结构概念设计”一文，感到其内容、观点对更深层次讨论PKPM很有有帮助，现分几个部分摘编如下，供网友发帖时参考，其目的是将J区的讨论提高到一个更高的层次。

一、TAT的分析模型与使用。

二、SARWE的分析模型与使用，

三、从整体上把握结构的各项性能。

四、现阶段常用的结构分析模型。

五、结构计算软件的局限性、适用性和近似性。

六、抗震概念设计的一些重要准则。

七、结语。

一、TAT的分析模型与使用

TAT是中国建科院开发的，程序对剪力墙采用开口薄壁杆件模型，并假定楼板平面内刚度无限大，平面外刚度为零。这使得结构自由度大为减少，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是：

1）在线弹性条件下，杆件截面外形轮廓线在其平面内保持不变，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，则结构刚度增加程度越高。

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，从而削弱了结构的刚度。连梁越多，连梁的高度越大，则结构的刚度削弱越大。

3）引入了楼板平面内刚度无限大，平面外刚度为零。

实际工程中许多布置复杂的剪力墙难以满足薄壁杆件的基本假定，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，因而由截面翘曲引起的纵向位移不易协调，会导致一定的计算误差。

2) 长墙、短墙：由于薄壁杆件模型不考虑剪切变形的影响，而长墙、短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，该假定会会导致较大的误差。

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，而菜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，其受剪力枪的约束并不强，梁这一端的弯距并不大。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，使梁端弯距计算值偏大。

6）柱、墙上下偏心：程序将在上（薄壁）柱下端加一水平刚域，刚域的存在对结构整体刚毒有较大的影响。

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软件可用于框架、框架—剪力墙、剪力墙及筒体结构，但应用时应根据工程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的力传递计算，当上下层的洞口不对齐时，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。剪力墙的洞口一般分对齐、开通、忽略三种处理方法。

3）框支剪力墙处理：对于框支剪力墙，用薄壁柱模拟的剪力墙有个传离问题，上部薄壁柱只能传给下一个点，而下部往往是由多个点支撑上部剪力墙的，这时应对框支梁上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，这样才能在结构整体分析中得到一个比较满意的结果，然后再利用高精平面有限元程序对关键部位进行细致的内力分析。

TBSA其计算原理和TAT相似。

二、SATWE分析模型与使用

SATWE是用墙元来模拟剪力墙的。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选用了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个节点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，较好的反映剪力墙真实收力状态，其刚度一实际刚度较为一致。2}通过静力凝聚形成墙元来模拟剪力墙，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）假定搂板平面内无限刚。2）假定搂板分块平面内无限刚。3）假定搂板分块平面内无限刚，并带有弹性连接板带。4）假定搂板为弹性楼板。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