结构分析设计主要参数解析答疑

1.“考虑梁板顶面对齐”选项对楼板厚度是否有要求？100mm厚的楼面是否可以勾选这个选项，同时不再考虑梁刚度放大系数，然后弹性板按照有限元方法计算？

通常在设计中，对于内力计算及配筋设计中，假定楼板为分块刚性板，实际楼板并没有参与计算，计算时采用的是梁与板中对中的模型，为了反映楼板对梁的约束作用，设计中按照混凝土规范考虑楼板有效翼缘对梁的约束，因此需要对梁的刚度进行放大，就引入了混凝土梁的刚度放大系数，同时考虑刚性板和梁的协调，梁与刚性板不产生平面内的相对变形，因此，刚性板下梁也不会存在轴力。

为了在计算阶段模拟梁与板真实的顶对顶的协调关系，软件中提供了参数“考虑梁板顶面平齐”，如图1所示，该参数的选择与否与楼板板厚没有关系。但是需要注意的是，如果选择了该参数，就代表该楼板必须要按照弹性板进行考虑，这样梁板才能一起参与协调变形，并且此时楼板是按照正常的板构件参与结构整体分析的。相当于考虑梁板共同承担荷载，因此，如果在设计中勾选了该参数，程序自动会将梁、板向下偏移至上表面与柱顶平齐，但是需要注意的是：

（1）此时由于是真实的模型，就不再有梁的刚度放大系数了，软件会默认梁刚度放大系数为1；

（2）需要设置全楼为弹性模或者弹性板6。

（3）如果对于该楼板要进行设计，就应采用有限元进行设计，考虑板中的拉压变形，板应该按照有限元计算的弯矩及轴力按拉弯构件进行配筋设计。

（4）由于已经考虑梁板顶面平齐，板已经按照正常构件参与了整体分析，需要人为将梁的扭矩折减系数修改为1。

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图1 选择“考虑梁板顶面平齐”

考虑梁板顶面对齐前后的模型对比如图2所示，图3为考虑梁板顶面对齐的计算模型。

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图2 考虑梁板顶面对齐前后模型对比

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图3 考虑梁板顶面对齐的计算模型

同时需要注意：如果仅仅定义了弹性板6或者弹性模，此时不应该画蛇添足的将混凝土梁刚度放大系数修改为1.0，修改刚度系数为1.0是错误的。混凝土梁的刚度放大系数不仅仅考虑有效翼缘的惯性矩，更重要的是要考虑由于中性轴移动后，由有效翼缘产生的附加惯性矩，示意图如图4所示。

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图4 梁板中对中截面示意与T型截面惯性矩示意图

问2.剪力墙的连梁建模，有洞口输入形成连梁和按照直接输入框架梁形成连梁两种建模方式，为什么在计算中点选参数框架梁自动转换壳元和墙开洞形成的壳元两者计算结果不同？

答剪力墙的连梁在建模时，通常有两种情况，一种方式是直接按照开洞方式形成连梁，另外一种方式是直接再洞口的两端加节点，然后连梁按照框架梁输入。对应两种连梁建模方式，SATWE中默认分别采用杆单元和壳元进行分析。但对于跨高比较小的连梁，再按照杆单元进行分析，计算结果与实际情况会有较大差异。

各规范对连梁计算时采用杆元还是壳元均出了相关要求：在广东高规5.1.4条要求，连梁可用杆单元或者壳单元模拟，当连梁的跨高比小于2时，宜用壳单元模拟。高规7.1.3条要求，跨高比小于5的连梁应按第7章有关规定设计，跨高比不小于5的连梁宜按框架梁设计。

由于设计人员的建模习惯不同，设计师对跨高比在2.5-5之间的连梁，可能按照框架梁建模也可能按照开洞建模，设计师希望按照杆系输入的连梁能够按照壳元分析，与墙肢更好地协调工作，通过程序提供的控制参数“自动将≤该跨高比限值条件的框架连梁按壳元分析”，程序默认为0，即不考虑，如图5所示。

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图5 框架梁转壳的跨高比设置

框架连梁按壳元分析，程序直接将框架连梁转为开洞墙梁，框架连梁按壳元分析的计算简图与按照开洞方式形成的连梁的计算简图一致，如图6为按照框架梁输入的连梁转换为壳元分析模型。

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图6 框架梁方式的连梁转换为壳

为了让设计师清楚的看到按照开洞形成的连梁与按照框架梁输入的连梁指定为壳进行计算，对比两者之间的差异，建立如图7所示的模型。图中两个连梁的情况完全一致。

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图7 模型中有开洞连梁和框架梁输入的连梁

计算完毕之后查看网格划分情况，如图8所示，从网格划分上来看，两种情况的网格是有区别的，对于出口节点有别。

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图8 按开洞形成的壳元和按照框架梁指定为壳元网格剖分图

图9为计算完毕之后，这两根连梁的配筋结果。从结果中可以看到按照框架梁输入转换为壳元的连梁配筋大。

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图9 计算完毕连梁配筋结果

再查看对应的恒载下的计算简图，如图10所示，可以看到如果按照直接开洞的方式处理，恒载、活载等竖向荷载是直接按照整个墙肢长度均分处理的，但是如果按照框架梁方式输入，荷载分布是考虑为在连梁长度范围内分布与在墙肢上分布不同，这就导致计算结果有差异。

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图10 恒载计算简图

另外对于地震作用分析的质量，SATWE中地震作用是以节点力的形式作用在结构上，其具体的分布位置与质量分布一致，对于梁是在两端，对柱是在上端，对墙则是分布在墙的两个顶角点，这就导致按照开洞输入时，实际上质量加载只加载到对应的墙的两个端点，并不加载到连梁的两个节点上，导致与按照框架梁输入的连梁地震作用个计算结果有差异。竖向荷载分布不同，各质量点质量不同，结构模态不同，地震作用的节点力也不同。风荷载也会有类似情况，弹性板时会平均分配到层高位置各弹性节点上，因此内力也存在差异。

如图11为连梁在地震作用下的弯矩图，可以看到按照框架梁输入的连梁转壳计算的地震作用下的弯矩比按照开洞方式形成的连梁弯矩大，这与前面的分析是一致的

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图11 按照开洞和按照杆系转壳形成的连梁地震作用内力对比

通过上述的分析，发现按照开洞方式形成的壳元与按照框架梁方式建模连梁转换为壳在计算时由于荷载及出口节点处理上不同，结果有一定的区别，不过这种差别一般比较小，设计中可以忽略。