文档介绍：工程计算中的40个问题
及其算例分析
2009年3月
广东省建筑设计研究院
深圳市广厦软件有限公司
吴文勇焦柯
每个问题包括如下6个方面内容:
1)问题的背景和来源;
2)典型算例介绍;
3)不同计算模型简介;
4)列举不同方法和软件计算结果;
5)对计算结果分析和比较;
6)结论和建议。
一、偏心算例
工程名:
问题的背景:梁托墙, 墙对梁有偏心时,对梁产生较大扭矩,为何有些计算算不出梁扭矩和柱弯矩?
算例:
1)墙对梁的偏心100mm;
2)在墙上布置50kN/m的荷载,模拟上面还有多层墙;
3)考证有偏心计算的计算精度。
工程计算中有大量的偏心存在,
偏心引起的弯扭较大,偏心计算
是当前计算中的难点。(刚度和力)
计算模型:
1)GSSAP采用偏心刚域方法计算;
2)SATWE采用没有人工布置刚性梁方法。
3)SATWE采用人工布置刚性梁方法。
不同方法和软件计算结果:
计算方法
理论结果
GSSAP
SATWE(无刚梁)
SATWE(有刚梁)
柱底轴力(kN)

柱底弯矩()
-
-
0

梁扭矩()
-
-
0

分析和比较:
1 )GSSAP偏心刚域方法与理论结果完全吻合;
2 )SATWE没有人工布置刚性梁时,无扭矩,结果有问题;
3 )SATWE人工布置刚性梁时,刚梁长取偏心100mm,结果有较大误差,随刚梁长度增大误差减小,梁长度要求大于300mm。
结论和建议:
1 ) GSSAP偏心刚域方法可以准确计算扭矩,按实际模型输入偏心墙即可;
2 ) SATWE必须梁墙间人工加刚性梁,要注意刚梁长度控制。
罚约束应用不合理,引起力不平衡。
偏心刚域方法:当多个节点之间的运动关系为刚体运动时,其中一个节点作为计算节点,其它节点的刚度变换到计算节点即可。
两墙肢与柱相交,墙的两节点和
柱节点之间刚体运动,柱节点为
计算节点,墙的节点刚度变换后
凝聚到计算节点,这种方法在理
论和实践上能准确计算各种偏心
情况。在所有的软件中,GSSAP
第1次按偏心刚域方法对所有偏心
实现了自动处理,没有完全按此方
法就是就会有问题。
详细的计算过程:
1)构件形成计算单元时,有两个节点:单元节点和计算节点,两个节点位置可不同;
2)单元节点和计算节点的关系由构件的位置和截面大小决定;
3)在所有单元刚度组集到总刚时,单元节点的刚度经过坐标变换后组集到计算节点。
为什么这么多年各计算软件没有完全
实现偏心计算?
1)建筑结构问题复杂就是关系复杂。
2)构件的位置和截面来决定偏心关系;
3)有限元计算包括:数值计算和关系计算;
4)结构化有限元->面向对象有限元;
5)Fortran->C++;
:
问题的背景:两根梁同时搭接在两根柱上,以往有两种计算方法:
1)把柱当墙输入;
2)梁端与柱中之间加刚梁。
采用方法1会影响柱的内力调整和截面计算,对柱配筋需人工处理;采用方法2输入较繁琐,有内外力不平衡的现象。
算例:两柱托两梁,在其中一根梁上布置50kN/m的均布荷载,工业结构中常见到的一种情况。
不同方法和软件计算结果:
分析和比较:
1 )偏心刚域方法与理论结果完全吻合;
2 )加刚梁会产生内外力不平衡的现象,柱的弯矩偏小。
结论和建议:
GSSAP偏心刚域方法可以准确计算,按实际模型输入梁的偏心即可。
计算模型:
1)GSSAP采用偏心刚域方法计算。
2)SATWE采用人工布置刚梁方法(刚梁长350mm)。
计算方法
理论结果
GSSAP
SATWE
柱底轴力(kN)

柱底弯矩()
-
-
-
:
问题的背景:转换大梁同时托两片剪力墙,以往的常用软件无法计算。
算例:
1)在其中一条墙上布置50kN/m的荷载;
2)计算梁的扭矩和柱的弯矩。