PKPM软件说明书-楼板舒适度分析软件SLABFIT

前言楼板舒适度问题是指由于人员活动、机器振动等所引起的楼板（屋盖）振动问题，这类问题在实际工程中经常碰到，结构设计时需确保这种振动不会影响楼板（屋盖）的正常使用功能。

对此，发达国家早已形成比较完整的规范和标准，而我国随着社会经济的日益发展，这类问题也逐渐提上日程，比如10版新规范就对此提出了明确的要求，包括楼板最低固有频率和最大加速度限值等。

SlabFit软件就是针对这类问题专门开发，旨在给用户提供一个楼板舒适度分析的专业模块，以满足10版新规范的要求。

用户可利用该软件对复杂楼板结构进行固有模态分析和动力学时程分析，判断其最低固有频率和最大加速度响应是否满足规范限值。

目前该软件仅以单层楼面结构作为分析对象，以后会进一步扩展为以大楼的部分结构（比如连廊、屋盖、多层高桁架等）作为分析对象，以满足各类工程的需求。

目录第1章SlabFit简介 (1)1.1 SlabFit的开发目标 (1)1.2 SlabFit的主要功能 (2)1.3 SlabFit的基本流程 (2)1.4 SlabFit的适用范围 (3)第2章SlabFit前处理 (4)2.1 选取PM楼层 (4)2.2 定义SlabFit的分析参数 (4)2.2.1 网格划分信息 (5)2.2.2 材料信息 (5)2.2.3 质量信息 (5)2.2.4 模态分析信息 (5)2.2.5 动力学分析信息 (6)2.3 施加约束条件 (6)2.4 载荷工况定义 (8)2.4.1 动力荷载概述 (8)2.4.2 定义动力荷载工况 (8)2.4.3 自定义动力荷载 (10)2.5 施加动力载荷 (11)2.5.1 施加固定集中荷载 (11)2.5.2 施加固定均布荷载 (13)2.5.3 施加移动荷载 (14)2.6 荷载工况组合 (16)2.7 荷载删除 (16)2.7.1 选择删除 (16)2.7.2 删除工况 (17)2.7.3 完全删除 (17)2.8 选择计算区域 (17)2.9 生成计算数据 (17)2.10 数据显示和查看 (18)第3章SlabFit有限元分析 (19)3.1 固有模态分析 (19)3.1.1 判断楼板频率是否满足规范要求 (19)3.1.2 查找楼板的薄弱区域 (20)3.1.3 估算时间步长和参与模态数 (21)I3.1.4 关于有效质量系数的说明 (22)3.2 动力学时程分析 (22)3.2.1 模态叠加法 (23)3.2.2 直接法 (23)3.2.3 关于动力学分析的补充说明 (24)3.3 SlabFit分析步骤和使用建议 (26)3.3.1 SlabFit的分析步骤 (26)3.3.2 关于楼板分析区域的补充说明 (26)3.3.3 SlabFit的使用建议 (30)第4章SlabFit后处理 (31)4.1 查看楼板的固有模态 (31)4.2 查看楼板的加速度包络图 (32)4.3 查看楼板的加速度时程曲线 (33)II1第1章 SlabFit 简介楼板舒适度分析软件SlabFit 是专门针对10版规范的舒适度条文而开发，它接力PMCAD 的数据模型进行固有模态分析和动力学时程分析，通过最低阶固有频率和最大加速度响应来判断楼盖结构是否满足规范的舒适度要求，其主界面如图1-1所示。

图1-1 SalbFit 主菜单1.1 SlabFit 的开发目标“楼板舒适度问题”可简单概括为“由于人员活动、机器振动等问题所引起的楼板（屋盖）振动不能影响楼板（屋盖）的正常使用功能”，为确保“楼板振动不影响其正常使用功能”，10版新规范对楼盖结构作出如下规定：《混凝土规范》3.4.6条：对混凝土楼盖结构应根据使用功能的要求进行竖向自振频率验算，并符合下列要求：（1）住宅和公寓不宜低于5Hz ；（2）办公楼和旅馆不宜低于4Hz ；（3）大跨度公共建筑不宜低于3Hz ；《高规》3.7.7条：楼盖结构应具有适宜的舒适度，其竖向振动频率不宜小于3Hz ，竖向振动加速度峰值不应超过规范的限值，一般情况下，当楼盖结构竖向振动频率小于3Hz 时，应验算其竖向振动加速度。

楼板舒适度软件（SlabFit ）就是针对10版新规范的上述条文开发，目的是给用户提供一个楼板验算工具，验算楼板的自振频率以及各种动力荷载作用下的加速度响应，以满足新规范（《混凝土》和《高规》）的舒适度要求。

1.2 SlabFit的主要功能如前所述，SlabFit目的是给用户提供一个楼板舒适度的验算工具，简单实用，其功能主要包括如下几点：（1）从PMCAD中读取楼板模型，将楼板相连的墙、柱、支撑等构件自动转换为等效弹簧约束；（2）选择全层楼盖或者楼盖的部分区域作为分析对象；（3）给楼盖的目标区域施加动力学载荷，包括固定时程载荷和移动时程载荷；（4）对楼盖结构进行模态分析，计算其固有频率和固有振型；（5）对楼盖结构进行动力学时程分析，提供两种分析方法：模态叠加法和直接法；（6）显示楼盖结构的固有频率以及振型图；（7）显示楼盖结构的最大加速度包络图；（8）显示楼盖结构最大加速度位置对应的加速度时程曲线；另外，以后我们还会给SalbFit增加一个“动力荷载库”，将工程中常用的各种动力荷载均内置到荷载库中，方便用户选择和使用。

1.3 SlabFit的基本流程楼板舒适度软件（SlabFit）的基本思路为：选取PMCAD中的一个楼层作为分析模型，将与楼板相连的墙、柱均简化为弹性支座，对楼板施加动力荷载（包括固定荷载和移动荷载），计算楼板的固有模态和动力学时程响应，根据最低固有频率和最大加速度响应来判断楼板是否满足规范给定的舒适度要求，其分析流程如图1-2所示。

23图1-2 楼板舒适度软件的基本流程图1.4 SlabFit 的适用范围SlabFit 可对复杂楼板进行模态分析和动力学时程分析，目前只适用于单层楼盖结构，以后会推广到多层楼盖结构同时分析。

第2章SlabFit前处理SlabFit的前处理包括：楼层选择、参数定义、荷载输入、选择计算区域、生成有限元数据、前处理数据显示和查看等。

2.1 选取PM楼层将PM模型导入SlabFit后，首先从右侧菜单中选择目标楼层，如图2-1所示。

该处选择的楼层是结构层，而不是标准层，这是因为SlabFit需要读取楼面板上下层所连接的剪力墙、柱和支撑等信息，这些信息不会在屏幕上显示，但会按一定的规则转换为楼板的支座条件（详见2.3小节），以正确模拟楼板的位移边界约束。

图2-1 选取目标楼层2.2 定义SlabFit的分析参数选择计算楼层后，则可定义SlabFit的分析参数。

其参数定义对话框如图2-2所示，它主要包括如下几部分信息：网格划分信息、材料信息、质量信息、模态分析信息、动力学时程分析信息，下面分别介绍。

4图2-2 参数定义对话框2.2.1 网格划分信息通常情况下，建议用户采用1m网格，因为从我们的经验来看，1m网格能较好地满足计算精度和计算效率的要求，但如果用户希望得到更精确的计算结果，可减小网格尺寸，但计算时间也会相应增加，如果用户希望缩短计算时间，可增大网格尺寸，但计算精度也可能随之降低。

2.2.2 材料信息材料信息包括混凝土容重和钢材容重，缺省值为25和78，用户可以修改。

2.2.3 质量信息该处定义动力学分析的参与质量（即重力荷载代表值），通常由1.0的恒载和0.5的活载构成，具体恒载和活载的数值由PM读入2.2.4 模态分析信息模态分析只需填写“计算振型数”，它表示待求解的前N阶固有模态数。

通常来说，如果执行模态分析的目的是为了“判断楼板频率是否满足舒适度要求”，那么采用10阶模5态数（甚至更少）就已经足够，但如果执行模态分析的目的是为了“查找楼板的薄弱区域”或者“估算时间步长”等，则需根据计算结果来确定所需模态数，详见3.1小节。

另外，SlabFit暂时只开放“子空间方法”，以后会开放“Lanczos方法”供用户选择，通常来说，特征值非常密集的结构采用Lanczos方法可能会得到更好的结果，其计算效率也可能更高一些。

2.2.5 动力学分析信息动力学分析信息主要包括三部分内容：时间步长信息、模态叠加法信息、直接法信息，下面分别叙述。

1. 时间步长信息动力学分析时间信息包括计算步数和计算步长，两者的乘积为计算总时间。

这里需特别强调的是时间步长的选择，因为对于动力学时程分析而言，时间步长的选择非常重要，如果时间步长太长那么其计算结果是不可靠甚至错误的，而如果时间步长太短又会大幅度增加计算量。

SlabFit可通过“有效质量系数”来判断有效模态阶数，然后取用最高阶有效模态对应周期的十分之一作为计算时间步长，详见3.1.3小节。

2. 振型叠加法信息振型叠加法有两个主要参数：参与振型数和阻尼比。

默认情况下阻尼比取用5%，参与振型数可根据有效质量系数来确定（与计算时间步长类似），详见3.1.3小节。

3. 直接法信息“直接法”是指采用直接积分法来计算结构的动力学响应，其阻尼模型通常采用Rayleigh阻尼（质量阻尼系数α和刚度阻尼系数β，默认情况下分别取为3.0和0.0005）。

另外，为了方便用户使用，SlabFit还允许输入阻尼比，然后自动转换为Rayleigh阻尼系数，详见3.2.2小节。

2.3 施加约束条件SalbFit的约束条件由软件自动施加，不需要用户干预，软件会根据上下层墙、柱、支撑与当前楼板的连接关系按一定规则简化得到楼板的位移边界条件，其基本思路为：对于与楼板相连的剪力墙、柱、支撑等构件（包括当前层和上层），其轴向拉压方向简化为拉压弹簧，侧向位移方向和侧向弯曲方向分别简化为侧移弹簧支座和转角弹簧支座，其简化67 模型如图2-3所示，其中侧移弹簧刚度k 和转角弹簧刚度k ϕ分别见公式（2-1）和（2-2），简化结果如图2-4所示。

图2-3 墙和柱的侧向弯曲等效图 4x x EI k h ϕ=；4y y EI k h ϕ= （2-1） 312yx EI k h =；312x y EI k h = （2-2）上式中，x I 和y I 表示墙（柱、支撑）的横截面惯性矩，E 表示混凝土（或钢材）弹性模量，h 表示当前层（或上层）的层高（对于斜杆支撑则表示支撑的长度）。

图2-4 约束条件示意图82.4 载荷工况定义2.4.1 动力荷载概述为了方便用户加载，我们将动力荷载分解为如下三种属性：空间分布属性、时程属性、作用位置变化属性。

具体来说：根据荷载分布模式可将它分为集中荷载和分布荷载（暂时只考虑均布）；根据荷载的时程属性可将它分为突加荷载、线性荷载、简谐荷载（三角函数荷载）（如图2-5所示）以及用户自定义荷载（比如脉冲荷载）；根据荷载作用位置的变化属性可将它分为固定荷载和移动荷载（如图2-6所示），其中固定荷载是指荷载的作用点不随时间改变，但其荷载值是变化的，而移动荷载的作用点和荷载值均随时间而改变，这种加载模式主要用来模拟人员走动、机器移动等。