问题描述:部分工程师希望在SAP2000建模过程中考虑大型基础,同时将基础用实体单元模拟。竖向构件(柱、墙)与实体基础之间的连接怎样考虑呢?
解答:
在SAP2000中,分别建立如下图所示的框架与实体基础的模型、墙与实体基础的模型。按照通常的做法,在不同构件之间保证节点的连续性,即柱底与实体基础的节点重合、墙底节点与实体基础节点重合。
柱与实体基础模型
墙与实体基础模型
施加一个较小的水平荷载(其中墙与实体基础模型中水平荷载垂直于墙平面),得到构件在水平荷载作用下的位移结果如下图所示。从图中可以看到,在水平荷载下构件的水平位移巨大,也可由此判断柱子和墙在此方向上约束不足。
柱在水平荷载作用下的位移结果
墙在水平荷载作用下的位移结果
此种现象是什么原因造成的?在SAP2000中,框架单元和壳单元均有3个平动自由度和3个转动自由度,而实体单元只有3个平动自由度。当框架单元或壳单元与实体单元相连时,在默认的情况下,并不能提供转动约束,故在这两个模型中,柱顶和墙顶的位移均为无穷大。
在此情况下,我们需要人为施加约束条件保证柱或墙与基础之间弯矩的传递。常规的做法为,根据柱或墙的截面范围将实体单元分割,得到截面周边的节点,对这些节点施加体束缚保证其共同平动与转动。施加束缚的节点范围及施加的束缚如下图所示。
柱-基础模型施加束缚的节点范围
墙-基础模型施加束缚的节点范围
施加的体束缚
施加束缚后,得到正常的位移结果如下图所示。
处理后的柱位移
处理后的墙位移