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ETABS 深化建模要点介绍

(2010-11-04 14:01:01)

转载▼ 标签： 分类： 建筑结构

况中 中国 楼板 荷载 刚度 文化

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结构分析与设计软件ETABS 中文版知识选讲（二） ETABS 深化建模要点介绍 李立 常弘

(北京金土木软件技术有限公司 100044)

虽然ETABS 提供了面向对象的操作方法来建模，并不 要求设计人员对模型本身有非常深入的了解，但是了解软件 相关的理论背景（包括广大工程师熟悉的力学知识、数值分 析方法、设计规范等）和技术条件（指程序对理论背景的处 理方法和实现途径），有助于工程师更准确地建立模型，并 客观地评估分析结果。 1 单元的选择和使用

ETABS 的单元库几乎涵盖了所有有限元结构分析的常 用单元，包括框架（梁柱）单元、壳体（墙板）单元、弹簧 单元、连接单元和塑性铰单元等。 1.1 膜与壳

ETABS 提供了三种面单元类型：壳(具有平面内和平面

外刚度)、膜(仅具有平面内刚度)、板(仅具有平面外刚度)。 对于面单元类型的选取，一定程度上需要工程师根据工程实 际和设计经验来判断。

值得一提的是，膜属性和壳属性的楼板单元，其传递荷 载的方式是不同的（图1）。膜可直接将楼面荷载传递到与 之相连的梁上，壳则通过与梁相连的剖分点以点荷载的方式 传递荷载。对于膜属性的楼板单元，程序会自动剖分。因而， 膜可以方便有效地模拟楼板并起到传递楼面荷载的作用。 图1 膜（上）、壳（下）楼板导荷示意

注意：采用膜属性的楼板时，由于程序默认在梁墙处剖 分，在竖向荷载作用下梁和板的变形看上去似乎不协调（图 2 左）。这是由于梁没有和板连接的共同节点造成的，可以 通过进一步的剖分来实现协调（图2 右）。但这种不协调的 变形并不会影响膜属性的楼板的导荷，更不会带来计算上的 错误。

此外，在定义面单元截面厚度时，ETABS 提供了两个 参数：膜厚度和弯曲厚度。膜厚度用于计算面单元的平面内 刚度，弯曲厚度用于计算面单元的平面外刚度。通常情况下， 两者数值相等，即等于楼板或墙体的实际厚度。 图2 竖向荷载作用梁板的变形 1.2 不规则楼板的划分

程序会对膜属性的面对象进行自动剖分，但对于多边形 或异形楼板，自动剖分可能会带来一些意想不到的问题（如 模型检查出错、精度丢失等），因此建议将不规则的楼板人 工划分为若干较规则的四边形。如图3 所示的一个规则的结 构平面，建模时很容易令人想到将这层的楼板按一个矩形来 绘制。但由于梁、墙的布置，在这个规则的平面内形成了若 干不规则的板块。这时需要对这些不规则的板块进行处理， 可以分别沿abcf 和cdef 绘制两个四边形来组成这个板块， 也可以绘制虚梁将不规则的板块分割为若干较规则的四边

形。这样处理有助于程序识 别楼板的形状并进行导荷， 避免不必要的警告信息。 1.3 转换梁的模拟 壳属性的面单元，除了 可以模拟墙、连梁外，还适 宜模拟转换梁。转换梁通常 体积较大、应力状态复杂，

采用壳来模拟可较清楚地查看细部的应力情况。图4 是用壳 模拟转换梁的几个例子。 图4 用壳单元模拟转换梁 1.4 自动线约束 专 业 软 件 讲 座

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图3 不规则楼板的划分 24

自动线约束是一个易被混淆的概念，常被错误地理解为 用于面对象和线对象之间的位移协调。其实，自动线约束是 用于面对象之间的位移协调。如果在相交界线上面对象网格 划分不匹配（图5），沿这些边将形成自动线约束，从而强 制协调位移。这是ETABS 软件的一项十分强大而且实用的 功能，它使得工程师建模时不需要花大量的时间来考虑网格 划分的连续性，只需要考虑结构中实际的对象。通常工程师 没有注意到这项功能的存在，但面对象网格划分不匹配的情 况是很常见的，墙