問題描述:
在無梁樓蓋或基礎模型中,柱上或柱底通常會包含類型為Stiff的面對象,如圖1所示。該面對象的含義是什么?它對計算結果有何影響?如何生成?

圖1 Stiff類型的面對象
解答:
一、剛域的概念
在SAFE中,創(chuàng)建無梁樓蓋和基礎等結構時,為模擬豎向構件(如柱、墻)與水平構件(如樓板、基礎底板)之間的連接關系,引入了“剛域”的概念。
例如,柱為線單元,與樓板相交僅為一個點;墻為面單元,與樓板相交為一條線。但在真實結構中,柱與樓板、墻與樓板之間通常存在局部剛度較大的連接區(qū)域。為避免應力集中和變形失真,SAFE引入柱上剛域和墻上剛域,用于更準確地模擬連接部位的受力傳遞,使板的變形與內力更加接近實際受力狀態(tài)。
在SAFE中,剛域由類型為Stiff的面對象進行模擬。分析時,程序默認將此類面對象的抗彎剛度放大100倍。
二、剛域對結果的影響
在模型中考慮剛域后,該區(qū)域不輸出內力和配筋結果。如圖2所示,剛域處的變形更小,板帶力顯示在剛域邊緣而非柱中心線位置,整體板帶力也有所減小。無論采用基于板帶還是有限元的設計方法,剛域處均不輸出配筋結果。
剛域的引入有助于更真實地模擬樓板的變形,避免過于保守的設計。此外,對于無梁樓蓋和基礎結構,通常需要進行沖切驗算。由于剛域改變了板的變形,計算沖切力時的不平衡彎矩也隨之改變,進而影響沖切系數的計算結果。

圖2 剛域對計算結果的影響
三、剛域的生成方法
SAFE中生成剛域的方法有兩種:自動生成和手動繪制。
1. 自動生成
如圖3所示,在定義柱或墻截面時勾選“自動考慮剛域”,程序將在柱頂或墻頂自動生成剛域。

圖3 定義柱或墻截面時自動包含剛域
自動剛域的平面尺寸通常等于柱或墻的截面尺寸。在定義柱截面時,如果勾選“包含自動計算的柱帽”,剛域尺寸會根據規(guī)則自動擴大,具體可參考知識庫《自動柱帽尺寸計算》。
自動剛域的厚度通常與相交樓板/托板/基礎的厚度相同。但需要特別注意:如果模型中已存在自定義剛域,在柱繪制完成后,程序自動采用自定義剛域的厚度作為自動剛域的厚度。因此,建議用戶檢查自動剛域的厚度是否合理,以避免因厚度過大而導致分析過程中節(jié)點精度丟失的問題。
2. 手動繪制
手動繪制剛域分為兩步,如圖4所示。
首先,通過【定義>截面屬性>樓板屬性】命令定義剛域,類型選擇Stiff。在無梁樓蓋中,剛域厚度通常應與樓板或托板的厚度一致;在基礎結構中,應與基礎厚度相同。當模型中存在不同厚度的樓板/托板/基礎時,應分別定義相應厚度的剛域,以確保建模精度。
然后,通過【繪制>繪制樓板/墻>快速繪制圓形或矩形面(平面)】命令進行繪制。注意:該命令僅在平面視圖中可用。繪制前需設置剛域的幾何形狀(矩形或圓形)、截面屬性、旋轉角度、平面尺寸以及是否修剪面對象邊。

圖4 手動繪制剛域步驟