问题描述:
在无梁楼盖或基础模型中,柱上或柱底通常会包含类型为Stiff的面对象,如图1所示。该面对象的含义是什么?它对计算结果有何影响?如何生成?

图1 Stiff类型的面对象
解答:
一、刚域的概念
在SAFE中,创建无梁楼盖和基础等结构时,为模拟竖向构件(如柱、墙)与水平构件(如楼板、基础底板)之间的连接关系,引入了“刚域”的概念。
例如,柱为线单元,与楼板相交仅为一个点;墙为面单元,与楼板相交为一条线。但在真实结构中,柱与楼板、墙与楼板之间通常存在局部刚度较大的连接区域。为避免应力集中和变形失真,SAFE引入柱上刚域和墙上刚域,用于更准确地模拟连接部位的受力传递,使板的变形与内力更加接近实际受力状态。
在SAFE中,刚域由类型为Stiff的面对象进行模拟。分析时,程序默认将此类面对象的抗弯刚度放大100倍。
二、刚域对结果的影响
在模型中考虑刚域后,该区域不输出内力和配筋结果。如图2所示,刚域处的变形更小,板带力显示在刚域边缘而非柱中心线位置,整体板带力也有所减小。无论采用基于板带还是有限元的设计方法,刚域处均不输出配筋结果。
刚域的引入有助于更真实地模拟楼板的变形,避免过于保守的设计。此外,对于无梁楼盖和基础结构,通常需要进行冲切验算。由于刚域改变了板的变形,计算冲切力时的不平衡弯矩也随之改变,进而影响冲切系数的计算结果。

图2 刚域对计算结果的影响
三、刚域的生成方法
SAFE中生成刚域的方法有两种:自动生成和手动绘制。
1. 自动生成
如图3所示,在定义柱或墙截面时勾选“自动考虑刚域”,程序将在柱顶或墙顶自动生成刚域。

图3 定义柱或墙截面时自动包含刚域
自动刚域的平面尺寸通常等于柱或墙的截面尺寸。在定义柱截面时,如果勾选“包含自动计算的柱帽”,刚域尺寸会根据规则自动扩大,具体可参考知识库《自动柱帽尺寸计算》。
自动刚域的厚度通常与相交楼板/托板/基础的厚度相同。但需要特别注意:如果模型中已存在自定义刚域,在柱绘制完成后,程序自动采用自定义刚域的厚度作为自动刚域的厚度。因此,建议用户检查自动刚域的厚度是否合理,以避免因厚度过大而导致分析过程中节点精度丢失的问题。
2. 手动绘制
手动绘制刚域分为两步,如图4所示。
首先,通过【定义>截面属性>楼板属性】命令定义刚域,类型选择Stiff。在无梁楼盖中,刚域厚度通常应与楼板或托板的厚度一致;在基础结构中,应与基础厚度相同。当模型中存在不同厚度的楼板/托板/基础时,应分别定义相应厚度的刚域,以确保建模精度。
然后,通过【绘制>绘制楼板/墙>快速绘制圆形或矩形面(平面)】命令进行绘制。注意:该命令仅在平面视图中可用。绘制前需设置刚域的几何形状(矩形或圆形)、截面属性、旋转角度、平面尺寸以及是否修剪面对象边。

图4 手动绘制刚域步骤