pkpm中的建模问题 系“援引”分享

建模问题——悬空梁、悬臂梁•由于采用不等高梁的不当造成。如下图所示：悬空梁悬臂梁建模问题——斜梁的上下层连接•由于建模、分析数据的局限性，坡梁的上下层连接需要附加端柱才能实现。斜梁直接与下层节点相连实际计算时没有连接造成斜向悬臂梁在端头加柱，但柱高要大于200，才能保证计算正确，该柱的设计可以不考虑。注意：如果采用空间建模SPASCAD，则不受此影响。建模问题——墙节点抬高无效•在计算程序SATWE、TAT、PMSAP中，只承认柱节点和梁梁交点的上下变化，不考虑墙节点高度的变化。因为分析时，不能考虑异形墙。想要分析的图形实际产生的图形建模问题——错层、错层梁、层间梁的合并、简化•当结构产生错层、错层梁、层间梁时，如果错层在梁高的范围内，则最好合并，简化为同一标高的梁分析、设计。简化为3层层间梁小体量夹层梁的刚度合并简化为荷载错层梁错层建模问题——多塔层高不同的输入•当多塔的层高不同时，一般不能按错层处理，应以同一层高建模，再到后面的计算软件SATWE、TAT、PMSAP中修改各塔层高即可。•要保证连梁的正确高度，所以只能调节洞口的高度。•对上连多塔，则要具体分析结构的实际情况，如果比较复杂，最好采用空间建模SPASCAD。错误的简化正确的简化按层数多的塔定义层高修改该塔的层高注意：当然可以采用更先进的建模——空间建模。这样可以随心所欲。无须考虑简化的问题。可以采用SPASCAD——PMSAP来建模、分析。建模问题——两根梁与柱大偏心连接•当柱范围内有两根梁偏心相连时，应加柱内小梁，以封闭房间。该小梁程序自动定义为刚性梁。应定义两根小梁，以封闭房间程序自动确认为刚性梁柱定位点建模问题——一根柱抬两根柱•此时，需要加刚性梁。加两根刚性梁加一根刚性梁牛腿建模问题——一根梁抬两片墙•此时，只能简化处理。转换大梁上建三根轴线，如下图所示：中轴线定义宽转换梁上下两根轴线定义上部剪力墙建若干竖向轴线定义刚性梁上部墙与下部刚性梁交点刚性梁与转换梁的交点建模问题——复连通域的导荷•复连通域的导荷载是有问题的，应避免房间彼此之间产生复连通域的形状。此外，计算时“弹性楼板”的定义也不能是复连通域。绿色区域的荷载导算有问题，应避免。建模问题——铰接梁的定义•在“特殊构件”定义中，要求梁梁交点不能都是铰接。也不能产生机构。程序不能处理零自由度结构结构产生机构结构产生机构PMSAP可以处理零自由度结构建模问题——越层钢支撑•SATWE在处理越层钢支撑时，仍按层分段考虑，这样由于钢支撑默认是两端铰接，造成支撑越层节点产生机构。SATWE节点产生机构，需要改为两端刚接TAT是连接越层支撑为一根，所以不会产生机构建模问题——钢柱底铰接•当底层柱底都设定为铰接后，结构也将产生机构。应至少有一根柱底是刚接。底部结构产生机构应至少有一个节点是刚接。变形问题——主次梁的共同工作•当次梁当主梁输入后，次梁与主梁共同产生交叉梁系的体系承担竖向荷载。竖向荷载将在主次梁之间，按刚度传递、分配。变形问题——梁抬柱的传力•梁抬柱的传力，是由梁柱协调变形完成的，柱的轴力由梁的剪力平衡，所以，可以通过查看梁剪力来确认上部柱传来的集中力（即柱轴力）。梁柱位移协调点，也是柱轴力、梁剪力的平衡点变形问题——避免短梁的方法•结构产生短梁后，短梁局部将会超限，因为其相对刚度很大，把局部荷载都吸收在自己身上。短梁的超限往往是剪扭截面不够或斜截面抗剪不够等。在梁宽度范围内，应简化为一点输入对柱边的短梁，也可以采用定义刚性梁的方法超过梁宽范围产生短梁，此时才是真正的短梁，应尽量避免，因为应力过于集中。对柱边短梁可以采用加宽、加掖等方法。柱边短梁加宽柱边短梁加掖变形问题——从主梁伸出的悬挑梁•从主梁伸出的悬挑梁，与从柱伸出的悬挑梁，其变形协调是不同的。它将受到主梁大变形（相对于柱）的影响，从而降低了刚度，把自身的荷载卸向两边刚度大的挑梁。柱的轴向变形小梁的弯曲变形大卸载方向变形问题——恒载模拟施工算法的平衡•由于恒载模拟施工算法的特殊性，不能直接用模拟施工算法计算出的内力，去做节点的剪力、弯矩平衡。•要验算节点剪力、弯矩的平衡，应采用“一次性加载”的计算模式。第3层加载形式第2层加载形式第1层加载形式节点平衡需要上下层的内力，而它们却是在不同加载条件下产生的，所以不满足平衡。恒载模拟施工的加载方式一次性加载可以满足节点平衡变形问题——框剪结构中，竖向荷载的传力•框架剪力墙结构中，由于柱轴向刚度要远小于墙的轴向刚度，在竖向荷载作用下，柱与墙之间的连梁将调节两者的位移差，使得柱的轴力减少，墙的轴力增大。高层建筑的层层调整，将可能造成顶部框架柱在竖向荷载作用下受拉。•实际情况是：结构变形是在逐层找平、逐层变形的情况下产生的，到结构顶部时，由于大部分变形已经完成，连梁的调节作用就不会很大。程序采用“模拟施工1”就是体现了这种施工过程。另外：地基变形也会调整柱、墙的位移差。即使考虑了模拟施工1，连梁也会起到相当的调节作用•模拟施工1，只对上部结构起作用，对底部传基础荷载，并没有起到调节作用。所以框剪结构传基础荷载还是会出现黑洞现象，即剪力墙下的轴力很大，柱下轴力很小，造成地基沉降、承载力等验算误差。•可以采用“模拟施工2”的计算方法解决这个问题，它是把柱的轴向刚度提高10倍，以减少柱、墙的刚度差异，从而起到调整传基础的荷载。变形问题——连梁的计算模型•连梁作为一种重要的、敏感的结构刚度调节器，其分析模型的合理性会影响到整个结构的分析结果。•连梁按壳元进行划分单元方式的有限元分析模型，如果单元划分可以很细，则连梁跨高比再大，计算结果也是正确的。•当单元划分受到限制，对跨高比较大的连梁，由于单元划分不够细，将造成较大的分析误差。为此，可以按以下方式处理：•当跨高比大于5时，连梁按框架梁输入、分析。•当跨高比小于2.5时，连梁按壳元（洞口）输入、分析。•当跨高比介于5和2.5之间时，按壳元（洞口）分析，应细化单元划分；按框架梁分析，结构刚度将偏柔。连梁的单元划分连梁与墙的协调节点框架梁与墙的协调节点变形问题——越层柱的计算模型•越层柱的特点是：在越层点不受楼板的约束。•越层柱的计算模型可以是整根接起来的模型，也可以是每层逐根的计算模型。只要保证越层柱的变形特点，这两种模型的计算结果是可以一致的。越层柱TAT越层柱模型，把柱连接起来，自重作用在柱顶SATWE越层柱模型，柱不连接，自重各自作用在各层的柱顶地震力、风力地震力、风力•越层柱的长度系数：•对单边越层柱，长度系数中含有柱的折算长度；•对全越层柱，SATWE的长度系数中含有柱的折算长度。Lo3LoLo2Lo1μ3μμ2μ1各段柱长度和总长度各段柱长度系数和按全长计算的长度系数长度系数应满足：Lo1*μ1=Lo2*μ2=Lo3*μ3=Lo*μ变形问题——梁柱偏心的计算模型•当梁柱偏心时，程序自动加刚域，来考虑偏心产生的附加弯矩。•也可以通过人工设置刚性梁来实现。梁的计算模型梁的刚域梁端剪力转换为柱端轴力和弯矩变形问题——上下柱偏心的计算模型•当上下柱形心偏心连接时，程序自动加刚域，来考虑偏心产生的附加弯矩。柱水平刚域上柱轴力转换为下柱的轴力和弯矩变形问题——梁抬墙的偏心问题•当转换梁抬偏心墙时，一般认为在竖向力作用下，墙对下部转换梁作用一个大的扭矩。但事实上扭矩并不大，因为扭矩是由梁两端转角不协调所产生，上部墙体虽然偏心，但它给下部的梁柱作用的是一个同向的弯曲，所以，偏心的效果都转化为两边柱的附加弯矩了。上部墙偏心将主要产生下部柱的附加弯矩变形问题——刚性梁和刚域的区别•刚性梁可以独立位移，但不变形。主要起到传递位移和力的作用。与构件变形不协调。•刚域则需要依附于构件，本身也不变形，但随构件变形而移动。与构件变形协调。•刚性梁与刚域作用是一样的，但效果不一定相同，两者不能互换。刚性梁使局部转角增加，弯矩增加垂直于构件的刚域也会使局部转角增加，弯矩增加沿着构件的刚域不会使局部转角增加，弯矩增加变形问题——剪力墙单元的划分•剪力墙采用二维有限元模型，则单元划分不可避免。•单元划分的粗细均匀性、对称性、合理性等，都会影响到分析结果。•单元划分的特征，也与二维单元的协调性则有关。不同的协调原则，可以认为是不同的分析模型。•SATWE采用节点协调的单元划分原则，对划分合理性依赖强，划分难度较大。•PMSAP采用节点广义协调的单元划分原则，对划分合理性依赖不强，划分比较容易控制。目前一些国外软件也采用这种广义协调的单元划分原则。•单元划分目前不能人工调整，都由程序自动进行，当出现由于单元划分造成局部分析不合理、不对称时，需要调整分析结果，最好采用多种分析模型计算，以增加设计依据。如用TAT来避开这个问题。SATWE上下墙节点要求协调PMSAP上下墙可以采用附加位移函数作为约束条件的广义协调广义协调位移函数曲线对于复杂高层结构也要使用两种不同的计算模型进行分析变形问题——梁的轴力•一般梁与楼板相连，且在同一标高，楼板平面内的刚度很大，面内相对位移很小，所以，梁的轴力是可以忽略的，刚性楼板假定就是这样考虑的。•考虑楼板的面内变形，或没有楼板，梁会有轴力。•混凝土梁的轴压力一般不考虑，轴拉力与弯矩一起按偏拉构件设计。•钢梁产生轴力，梁应按钢柱的方式验算应力比。•斜梁、坡梁一般都有轴力。•框支转换梁一般应考虑轴拉力，应按偏拉构件设计。框支梁上部墙体内力的起拱作用起拱对下部墙、梁产生拉力设计问题——柱墙活荷载折减•较多的用户理解这个折减系数存在问题。这里关键是要理解“计算截面以上层”这句话。当一个10层的结构，按这句话的理解，各层的“柱墙或荷载折减系数”将是如下。•层号折减系数层号折减系数•101.091.0•80.8570.85•60.7050.70•40.6530.65•20.6510.60•从折减系数来看，说明从1到10层满布活荷载的概率为60%，对第6层来说6到10层满布活荷载的概率为70%，而顶层满布活荷载的概率则为100%。这说明活荷载折减的科学性、合理性。1.01.00.850.850.70.70.650.650.650.6各层柱墙活荷载折减系数设计问题——梁活荷载折减•梁活荷载折减是根据梁的承受荷载面积而确定的，这样就会造成比较复杂的折减方式，且可能每根梁不同。•PMCAD在处理这个问题时，采用了折减楼面荷载的方式，这样就把搂面的外荷载折减了，同时，它也就把结构的整体质量、地震作用、所有构件的内力都折减了。鉴于这样的处理方式，建议在选择梁活荷载折减时，应慎重考虑。•所以，在使用PKPM系列的软件中，活荷载折减最好不要重复使用，如考虑了梁的活荷载折减，则在SATWE、TAT中最好不要选择“柱墙活荷载折减”，以避免活荷载折减过多。反之亦然。梁承受面荷载的面积设计问题——梁设计弯矩放大系数的合理使用•梁弯矩放大系数起源于梁的活荷载不利布置，当不考虑活荷载不利布置时，梁活荷载弯矩偏小，程序试图通过这个参数来调整梁的弯矩。•过去这个参数只乘在梁的跨中正弯矩上，但是实际上活荷载不利布置不但对梁的正弯矩有影响，对负弯矩也有影响，所以，目前这个参数在梁正负弯矩上都乘。•当考虑活荷载不利布置时，梁弯矩放大系数宜取1.0。如果活荷载较小，则即使不考虑活荷载不利布置，该系数也不要取得过大，宜取1.1以下。只有当活荷载较大时，该系数需要取得大些。•梁弯矩放大系数是最后乘在组合设计弯矩上（弯矩包络图上），所以它把恒、活、地震、风的荷载都放大了。放大前的设计包络放大后的设计包络放大后的设计包络放大前的设计包络设计问题——剪力墙加强区起算层号的合理应用•这个参数主要是针对有地下室结构、多层带剪力墙结构、底框剪力墙结构而设置的。起算层号是指建模输入的结构自然层号。•当有多层地下室时，地下1层以下可以不按加强区设计，此时该参数可以起到抬高起算层号的目的。•多层带剪力墙结构或底框剪力墙结构，由于剪力墙的轴压比很小，按照抗震规范可以不设加强区，可以把“剪力墙加强区起算层号”定义为大于结构层，则结构分析时将没有剪力墙的加强区。地下一层以下可以不作为加强区底框和多层剪力墙结构可以不作为加强区剪力