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美标直接分析法对结构周期的影响
创建者:郑翔,编辑者:郑翔,最近更新:2025/04/09 15:48:54

问题描述:

       采用ETABS软件分析两个美标模型,这两个模型的梁板柱截面、材料均相同,边界条件相同,荷载也相同。模型A采用美标直接分析法进行设计,模型B采用美标有效长度法进行设计,但是如图2所示,模型A的基本周期为1.124s,模型B的基本周期为1.008s。请问产生该现象的原因是什么?

图1:某钢框架结构模型

图2:两个模型周期表对比图

解答:

       一般来说,如果两个模型的梁板柱截面、材料均相同,边界条件相同,荷载均相同,则他们应该具有完全相同的基本周期,但是该案例的基本周期却相差12%,说明这两个模型在有效质量或者结构刚度上存在差异。

       ETABS软件可以通过显示表格命令,查看基于楼层的质量统计表,通过图3可见,两个模型的有效质量完全相同,说明不是有效质量导致的周期不同。

图3:两个模型有效质量对比图

       因此可以猜测是两个模型刚度不同导致的周期差异。检查两个模型的钢框架设计首选项,如图4所示,模型A采用的是直接分析法,模型B采用的是有效长度法。这里需要注意,美标的直接分析法需考虑构件刚度折减,当刚度折减方法采用固定Tau-b时,表示EA和EI折减系数均为0.8,程序会按照0.8的折减系数将整个结构构件刚度折减为0.8倍,而美标的有效长度法不需要考虑构件刚度折减,构件刚度无需折减。根据周期和刚度公式T=2π√(M/K)可知,周期与刚度的平方根成反比,(1/0.8)0.5=1.12,刚好是相差12%,这就是两个模型基本周期相差12%的原因。

图4:两个模型钢框架首选项对比图

       目前ETABS程序无法在构件截面信息中显示构件刚度折减系数,建议用户执行完设计后,通过构件设计细节,查看构件的刚度折减系数(图5),或者直接通过查看钢框架设计输出表格中的“Decision Parameters”表格(图6),查看所有设计构件的刚度折减系数。

图5:构件设计细节的刚度折减系数

图6:钢结构设计表格的刚度折减系数

       另外,假如用户需要将直接分析法改为有效长度法,除了需要在设计首选项中修改设计方法为有效长度法以外,还需要重新点击设计,保证整个结构再设计一遍。这样程序后台会把隐藏的刚度折减取消。之后用户再解锁模型,重新再运行一遍分析和设计,才能保证构件刚度未折减。

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