b体育·bsports体育场馆中看台斜板的建模方法分析WE- 弹性膜、SAT WE- 斜撑替代斜板三个模型在 X 方向均是中间节点位移最大, 这是由于弹性楼板 假定时, 出现局部振荡变形引起的, 而规范对扭转不
2008 年北京奥运会的申办成功极大地 引燃了 中国人民的体育热情, 体育场馆也如雨后春笋般在 全国各地出现。体育场馆一般采用下部混凝土看台 加上部钢结构屋盖的结构形式, 其中看台为斜梁加 斜板, 具有剪力墙和斜 向支撑的双重 特征, 受 力复 杂。如何利用现有软件模拟斜板及斜板对结构受力 性能的影响成为结构工程师关心的问题。
性板模型时, 可按照上文方法人工计算其位移比, 真 实了解结构的扭 转超限程度。取 9 号 角点计算发 现, 其 X 方向位移比为 1 00。
制计算振型数量不得小于 3 以外, 其余模型程序均 仅计算 2 个振型( X 、Y 两个方向) , 不考虑振型效应 组合。这是因 为, 若采 用振型 效应 组合 ( SRSS 或
是由于第一排矮柱相对刚度大、结构质心刚心偏离 的原因造成的, 在实际计算中须采用改变柱截面、设 置支撑和剪力墙等方式来减小其扭转不规则程度。
斜梁可分为层内斜梁和跨层斜梁, 对斜梁的处 理有降节点法、升 节点法, 如何 在 SA T WE 中 定义 斜梁所在层的层高和定义跨层斜梁的连接虚柱, 对 计算结果影响很大。本课题通过对此类结构形式的 细致分析, 试图给出适合工程实际的、较为实用的模 拟方法。
采用常用的 3 种结构 软件 SAT WE、P MSAP、 M IDAS 对斜板结构进行分析, 在计算之前, 为了验 证有 3 种软件的可比性, 取上文所述模型, 将斜板取 平, 层高 7 850 m 。3 种软件对此简单 1 3 框架结 构计算所得的基本信息如表 1 所示。
SAT WE 和 PM SAP 计 算 结 果 基 本 相 等, 和 M IDAS 相比, 第一周期相差 1 6% 。总体来说, 3 种 软件在计算模型、计算方法相同的情况下, 结果相差 很小, 具有较高的可比性。
SAT WE- 弹性楼板 6 模型和 SAT WE- 弹性 膜模型周期计算结果相当, 与 M IDAS- 壳单元模型 相比, T 1 周期相差 3 2% , 较符合实际情况。但是, 采用弹性楼板 6 假定时, 部分竖向楼面荷载将通过
楼板的面外刚度直接传递给竖向构件, 导致梁的弯 矩减小, 相应的配筋也会减小, 不符合工程中安全储 备的要求b体育。因此, SAT WE - 弹 性膜模型更加 适合
使端部位移 Umin 被放大, 从而 使平 均位移 U 被放 大, 位移比 U max / U 被减小, 使这一结构重要扭转特 性指标不完全符号实际情况[ 2] 。
M IDAS- 壳单元 模型计算时 受到 M IDAS 程 序限制, 不同高度的点被认为不在同一层上( 即使这 些点通过斜板联系) , 位移比计算时也仅取同一高度
壳单元模型相比, T 1 周期相差 3 9% 。 SA T WE- 斜撑替代斜板模型是一种简化计算
的点来进行计算, 故在 M IDAS 生成的计算书中 Y 向位移比仅为 1 002, 这与实际情况是明显不符合 的。因此, 人工选取同一侧楼层角点竖向构件最大 水平位移 U max 、最小水平位移 U min , 平均位 移 U =
0 6% 。但是, 此种简化首 先须选择合 适的斜撑 截 面, 并在模型中设定其不承受荷载。除了模型复杂、 与采用弹性楼板模型相比可节约大量时间的情况, 不建议采用。
在斜屋面结构需要进行斜板细化内力分析( 斜板不 规则的判定均是基于刚性楼板假定的。本例中, 采
用刚性楼板假定对结构计算偏差不大, 但是体育场 馆多有大开洞( 开洞处作为比赛场地) 和细长板带, 不符合完全刚性楼板的假定。在位移比计算采用弹
摘 要: 针对体育场馆中的看台斜板, 采用了 3 种常 用的结构设 计软件, 建立了 7 种模型进行 分析, 探讨 了各种模型的适用性; 专门讨论了 SA T W E 中建 立斜板 模型时 降节点法、升 节点法 的结果差 异和适 用性; 最 后分析了 SA T W E 模型中上、下两层共用节 点的模拟方法, 对其位移比结果进行了讨论。
由表 2 可知, SAT WE- 普通板的计算结果相 差最大, T 1 周期接近 M IDA S- 壳单元模型计算结 果的两倍。造成该结果的原因在于, SAT WE 在计 算斜板时, 如果不选择弹性板或者刚性楼板, 程序认 为高度不同的节点仅通过梁联系, 并不考虑斜板的 联系作用。因此, 在斜板计算时不应采用此种模型。
在 MIDA S- 壳单元模型中, 采用壳单元同时考 虑楼板的面内刚度和面外刚度。有限元计算时, 为 保证计算结果的精度, 壳单元划分较密; 并利用壳单 元与主梁的交点对主梁进行单元划分, 以保证主梁 与板的共同作用。因此, 可以认为该分析结果最接 近结构实际受力情况。
3) SA T WE 中利用弹性膜来进行模拟, 即采用 平面应力膜单元真实地计算楼板的平面内刚度, 同
4) SA T WE 中利用刚性楼板来进行模拟, 即假 定楼板平面内刚度无限大, 平面外刚度为零;
仅传递给斜梁, 斜撑的主要作用是模拟斜板的刚度; 6) PM SAP 中利用弹性楼板 6 来 进行模拟, 其
80 厚混凝土板来模拟次梁及现浇板, 荷载传递选择 单方向传递到斜梁 K L 1 之上, 恒载取 7 4 kN / m2, 活载取 3 0 kN / m2。通过对近年来若干新建体育场 馆的资料统计, 一层看台斜梁倾角大多在 20 ~ 25 之间, 二层看台斜梁倾角多在 28 ~ 33 之间, 本模型 取为 30 , 前排柱高 3 m , 后排柱高 7 85 m。 1 2 分析过程 1 2 1 软件选取及可比性分析