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【功能概述】
本文介绍了STAAD.Pro中关于Member Offset-偏移功能的几点应用。
【功能详解】
Member Offset 命令用于Member构件节点间的偏移,偏移常用于将固定的端梁缩短到支撑柱的表面, 特别是节点刚接且柱深较大情况下。(该命令不能用于板单元)
Member offset 命令将考虑构件由于偏心引起的次内力。 偏心可定义成任何方向,包括构件轴向,也可以用于设置类似顶面齐平但构件本身高度不同的两个相连构件。
注意:若定义了Member load ,则构件荷载加载范围是从偏心后的位置计算,而不是从构件坐标点位置计算。局部坐标偏移命令应设置在Beta角之前;
偏移可以精确模拟模型中各构件的实际位置,让渲染后的模型更符合实际。但是节点间偏移造成的人为模型刚度增大会降低模型的计算准确性。例如节点两端有偏移的梁,其本质上表现为框架体系,即梁节点两端连接了两个无限刚的垂直构件,此时该体系明显刚度更高。而不采用偏移的模型,计算分析相对简单,得到的计算结果是近似解,在一定情况下,这种结果工程师也是普遍接受的。实际上偏心是很难准确模拟的,它取决于结构本身和荷载情况。若工程师认为偏移将会对结构产生重要影响,建议最好建立偏移和不偏移两种模型,并检查两种情况下的对比结果。
《建筑抗震设计规范》中6.1.5条和《高层建筑混凝土结构技术规程》中6.1.7条规定:框架结构中梁、柱中心线宜重合。当梁柱中心线不能重合时,在计算中考虑偏心对梁柱节点核心区和构造的不利影响,以及梁荷载对柱子的偏心影响。梁、柱中心线之间的偏心距,9度抗震设计时不应大于柱截面该方向宽度的1/4;非抗震设计和6~8度抗震设计时不宜大于柱截面在该方向宽度的1/4时,可采取增设梁的水平加腋等措施。设置水平加腋后,仍需梁柱偏心的不利影响。
>>>>> 有些规范中对于偏心可在Design阶段进行设置:例如Russian 混凝土规范 SP 63.1330.2012中:
当应用了Member Offset 命令,构件长度则从偏移后构件计算其。此时 SFA和EFA参数采用默认参数0;
例如:
MEMBER OFFSET 1 START 0.3 0 0 1 END -0.2 0 0
当没有用Member Offset命令偏移构件,构件长度从坐标点位置进行计算,此时应设置SFA和EFA参数为需要值;(当均是正值时,将从构件长度中减掉设置值)
CODE RUSSIAN SFA 0.3 1 EFA 0.2 1
这两种情况下,构件计算得到的箍筋用量一致,而通过CODE中SFA和EFA设置计算得到的纵筋用量较直接设置Member offset偏大一些。
而在Australian钢结构规范 AS4100-1998中对于就没有此类参数,若考虑构件偏心,需通过Member Offset命令来设置。
而在British 混凝土规范 BS8110中,SFACE参数可定义梁支撑面的起始位置(但仅对剪切起作用,受弯则需通过Member Offset命令来考虑)。
>>>>> 梁、板偏移——当板建立在实际位置,而将梁偏移:
此时偏移定义的是板节点和梁始末节点之间刚性连接。建模中梁单元是用杆系单元,而板是采用板单元中心位置来模拟的,就计算分析而言,这样考虑梁中心线和板中心线之间的连接,得到的结果是基本合理的。(若梁采用的是带有翼缘的截面,由于单元种类不一样,此时梁和板之间是无法考虑梁翼缘的连接,除非此时翼缘也是用板单元建立。)
STAAD.Pro CE版本,可以直接按照结构实际建立物理模型,然后生成为分析模型,此时STAAD.Pro将自动计算构件偏心值。
>>>>> 上、下柱偏移——外侧齐平,此时建议偏移上柱:
上、下柱偏移,外侧齐平,此时建议偏移上柱,保持下柱支座节点在柱子中心线位置。否则会造成节点反力不等于柱底反力,且此时的节点反力不正确。若偏移了下柱,为得到合理的柱底反力,要在下柱偏心后的点处设置一个刚性很大的短柱用以考虑支座反力。
>>>>> STAAD.Pro中的Offset命令不支持Plate单元,那么如何在STAAD.Pro中模拟板的偏移?
方法一:
这里以实现板单元以梁单元顶面为支撑面为例进行说明。需要知道STAAD.Pro默认梁单元和板单元的建模位置均在其截面中线高程位置处,如下图所示为默认截面位置。
第一步:分别对梁、板进行建模,让STAAD.Pro生成的梁单元和板单元分别均在其实际需求建模位置处。
第二步:使用“Generate Plate Mesh”命令生成板单元,且使板网格的每个节点位置与位于其下方的梁节点对应,即梁、板理论相交边网格划分相同,且节点位置一一对应。
第三步:在梁、板对应节点处设置“Master-Slave Connection”-主从节点,见下图所示。
【注意事项】
主从节点功能并不能保证从节点与主节点的位移完全一致。从节点的位移=主节点的位移+R×Theta (其中R是主节点与从节点间距离,Theta是主节点的转动值)
方法二:
第二步:添加一种弹性模量极高、密度极低的材料;然后在梁构件和板构件间建立一种“Link Member“构件,并赋予其新添加的材料性质。(该连接构件为一种刚度无穷大的0密度构件,即保证了梁、板间可以传递荷载,又不会对体系贡献额外重量)