问题描述:
在ETABS中,程序是怎样对楼层质量进行统计的?定义质量源对话框中的“楼层处横向质量集中”对楼层质量统计有什么影响?
解答:
在ETABS中,程序会根据质量源的定义来计算结构的质量,如图1所示,程序默认勾选了对话框中的两项“仅包含侧向质量”和“楼层处横向集中质量”。
图1 ETABS中质量源定义
1. “仅包含侧向质量”选项
图2和图3针对相同的模型,分别展示了是否勾选“仅包含侧向质量”选项得到的质量输出结果。顾名思义,此选项决定了结构在计算过程中是否计算考虑竖向质量。需要提醒的是,当分析过程中要考虑竖向震动对结构的影响时(如,计算结构的竖向地震作用),一定要取消“仅包含侧向质量”选项,否则,计算得到的结果不包含竖向质量影响的结果。
图2 勾选“仅包含侧向质量”的质量输出
图3 不勾选“仅包含侧向质量”的质量输出
2. ETABS楼层质量的统计方法
在ETABS软件中,楼层的范围是指楼层标高处及向下延伸到相邻下一个楼层标高处(不包含下一个楼层标高处)的范围,如图4所示,不同的颜色代表不同的楼层范围。程序在统计楼层质量时,也是统计当前楼层范围内所有有限元节点质量之和。
图4 质量计算模型1
模型1,柱截面均为700X700,梁截面为700X300,均采用C30混凝土,重量密度25KN/m3,梁长8米,层高3米,梁上施加10KN/m的活荷载,其质量源定义同图1。
在默认情况下,梁柱构件均未进行有限元网格划分,即梁柱构件的质量会自动分配到构件两端的节点上,手算楼层质量过程如下,
1)Story3(顶层)楼层质量计算:
在顶层质量统计的过程中,顶层柱的质量被分配到柱顶和柱底两个节点上,柱顶节点是属于顶层范围,而柱底节点属于相邻下一层,此部分质量应计入下一楼层质量中,因此在计算顶层质量时只应计入柱子质量的一半。
2)Story2和Story1(层高相同的中间层)楼层质量计算
此模型中,楼层高度相同,story2质量统计中包含story2柱子的一半质量和story3柱子质量的一半,故其楼层总质量为:
Story1楼层质量计算方法同Story2,且其值相同。
3)Base楼层质量计算
Base楼层质量仅包含story1中柱子质量的一半,即7495kg。
手算各楼层质量与图2中输出的楼层质量相同。
3. “楼层处横向集中质量”选项
楼层处横向集中质量是指,程序在进行节点质量分配时,会将竖向构件的质量分配到楼层标高处。
如图5所示的质量计算模型2,剪力墙厚度为300,剪力墙宽4米,层高3米,采用C30混凝土,重量密度25kN/m3。质量源定义仅考虑自重,分别按考虑和不考虑“楼层处横向集中质量”来分别计算楼层质量。
图5 质量计算模型2
1)楼层质量计算考虑“楼层处横向集中质量”
图6 楼层质量统计范围 (考虑楼层处横向集中质量)
当考虑“楼层处横向集中质量”时,剪力墙的质量被平均分成两份,上下楼层各占一半。楼层质量统计的范围如图6所示,质量计算过程如下,
图7 程序输出楼层质量(考虑楼层处横向集中质量)
图7为程序输出的楼层质量,与手算的结果一致。
2)楼层质量计算不考虑“楼层处横向集中质量”
图8 楼层质量统计范围(不考虑楼层处横向集中质量)
当不考虑“楼层处横向集中质量”时,程序按照楼层范围内节点的实际质量分布来统计楼层质量,楼层质量统计的范围如图8所示。其计算过程如下,
图9 程序输出楼层质量(不考虑楼层处横向集中质量)
图9为程序输出的楼层质量,与手算的结果一致。
4. 小结:
由以上描述可知,
1)程序根据质量源的定义计算结构的质量数据;
2)默认情况下,程序不考虑竖向质量,在考虑竖向地震等影响时,需要取消“仅包含侧向质量”选项;
3)是否考虑“楼层处横向集中质量”选项,会影响结构楼层质量的统计。如图10所示包含局部楼层的结构,建议不勾选“楼层处横向集中质量”选项。
图10 含有局部楼层的结构