问题描述:
如下所示,ETABS 以表格形式输出的位移结果包括节点位移(角)、隔板质心位移以及楼层位移角等各种数据。请问,这些位移结果之间存在怎样的相互关系?
解答:
以下图所示的两层框架结构(层高 3m)为例,依次介绍 ETABS 输出的各种位移结果及其相互关系。其中,#7 节点为第二层隔板的质心,#8 节点为第一层隔板的质心。
节 点 位 移(Joint Displacements)
节点位移即有限元分析输出的基本解(位移元),也是后续其它位移结果的基础。如下所示,以第二层 #1 节点为例,ETABS 输出各个工况/组合下的全部六个位移分量,包括平动位移(UX,UY,UZ)和转动位移(RX,RY,RZ)。
节 点 位 移 角(Joint Drifts)
节点位移角即相邻楼层上具有同一标签的两个节点之间的层间位移与层高的比值。如果某楼层中有斜构件(如斜柱、支撑),节点位移角是该斜构件上下两个端点之间的层间位移与层高的比值。ETABS 输出各个工况/组合下沿两个水平方向的节点位移角。如下所示,以 Wind-X 工况下第二层 #1 节点的位移角为例,具体计算过程如下:位移角 X 为(4.977-3.469)/3000=0.000503;同理,位移角 Y 为(5.853-3.192)/3000=0.000887。
隔 板 质 心 位 移(Diaphragm Center of Mass Displacements)
隔板质心位移即隔板质心位置处的节点位移。如下所示,以 Wind-X 工况下第二层的隔板质心位移为例,其数值与 #7 号节点的三个位移分量完全一致。不过,与前述节点位移(角)不同的是,隔板质心位移的输出仅限于风荷载工况和地震工况下的两个水平位移(UX,UY)和一个转动位移(RZ)。
隔 板 位 移 比(Diaphragm Max/Avg Drifts)
隔板位移比即隔板范围内全部节点的最大位移角与平均位移角的比值。其中,平均位移角为最大位移角与最小位移角的算术平均值。如下所示,以 Wind-X 工况下第二层各个节点的位移角为例,具体计算过程如下:
X 方向的最大位移角为 0.002278,平均位移角为 (0.002278+0.000503)/2=0.001391,故隔板位移比为 2278/1391=1.639;同理,Y 方向的最大位移角和平均位移角分别为 0.001694 和(0.001694-0.000082)/2=0.000806,故隔板位移比为 1694/806=2.101。注意,由于 Y 方向的最大位移和最小位移异号,故平均位移角的计算应取两者之差。
如下所示,对比 ETABS 输出的隔板位移比可以看出,上述手算结果与程序输出的结果完全一致。与前述隔板质心位移类似,隔板位移比的输出仅限于风荷载工况和地震工况。
楼 层 位 移 角(Story Drifts)
楼层位移角即楼层标高范围内全部节点的最大位移角。同上,楼层位移角的输出仅限于风荷载工况和地震工况。如下所示,第二层的楼层位移角与 #5 节点的节点位移角完全一致。注意,楼层标高范围与隔板范围并非完全相同,前者往往大于后者。虽然在本例中以上两者完全相同,但用户可以根据需要在同一个楼层标高处指定多个隔板。
楼 层 位 移 比(Story Max/Avg
Displacements)
楼层位移比即楼层标高范围内全部节点的最大位移与平均位移的比值。其中,平均位移为最大位移与最小位移的算术平均值。如以下左表所示,以规定水平力工况(~StaticRS-X)下第二层各个节点的水平位移为例,具体计算过程如下:
X 方向的最大水平位移为 31.443,平均位移为(31.443+9.517)/2=20.48,故楼层位移比为 31.443/20.48=1.535;同理,Y 方向的楼层位移比为 1.699。该手算结果与 ETABS 输出的楼层位移比结果(以下右表)完全一致。
层 间 位 移 比(Story Max/Avg Drifts)
层间位移比即楼层标高范围内全部节点的最大层间位移与平均层间位移的比值。其中,平均层间位移为最大层间位移与最小层间位移的算术平均值。如下所示,以规定水平力工况(~StaticRS-X)下第二层各个节点的水平位移和层间位移为例,具体计算过程如下:
X 方向的最大层间位移为 13.29,平均层间位移为(13.29+3.17)/2=8.23,故层间位移比为 13.29/8.23=1.615;同理,Y 方向的层间位移比为 1.823。
如下所示,对比 ETABS 输出的层间位移比可以看出,上述手算结果与程序输出的结果完全一致。最后需要注意的是,楼层位移比和层间位移比的输出仅限于规定水平力工况,用于判断结构平面布置的规则性。