技术周刊
如何解决有限元分析模型中将不同高度墙、
柱同梁自动拉平，导致分析模型不准确问题？
PKPM结构系列软件常见问题解析
二零二四年第十八期
问题汇总:
Q1：如何解决柱、墙不到顶层，建模阶段模型正确，而有限元分析自动将柱、墙拉平导致分析模型不准确？
Q2：梁构件信息没有输出嵌固端放大系数，那如何验证SATWE计算对于嵌固端梁端执行了1.1倍放大？
Q3：梁施工图中锚固长度是如何计算的，为什么核对不上？
Q4：为什么筏板分块建模与整体建模冲切结果不同？
Q1：如何解决柱、墙不到顶层，建模阶段模型正确，而有限元分析自动将柱、墙拉平导致分析模型不准确？
A：
如图Q1-1，截图中的模型是该模型的第一标准层，其中用层间梁的方式建了夹层，而夹层的柱子并非伸到层顶，如果用常规的柱去模拟会发现，分析模型是如图Q1-2所示，建模只建到了层间梁的位置，但是分析模型却是在层顶？这就导致模型与实际不符，这是因为软件在satwe生成有限元分析模型时，为避免某些建模疏痛导致梁顶超过柱顶时有限元模型中梁柱脱开，程序会自动将柱顶延伸至梁元相接，导致分析模型不准确，而以前很多的做法是将该处的柱子用斜杆建模，因此可以看如图Q1-1图中柱子为粉色，当时就采用了这种方法去处理。
图Q1-1
图Q1-2
对于墙构件来说，当墙顶高低于本层梁高时，也会出现类似的问题，如图Q1-3和Q1-4所示，模型中峰设土木网建模都正常，但是生成分析模型后，发现分析模型与实际不符，这是因为软件在satwe生成有限元分析模型时，为避免某些建模疏漏导致梁顶超过墙顶时有限元模型中梁墙脱开，程序会自动将梁落到墙顶，确保梁墙单元连接。
图Q1-3
图Q1-4
在V2版本中软件开放了这个选项，因此在使用新版本时，对于上述类似的情况可以通过“前处理〉参数设置〉高级参数”选择如图Q1-5的两个选项，即可规避这种情况，生成正确的分析模型。
图Q1-5
Q2：梁构件信息没有输出嵌固端放大系数，那如何验证SATWE计算对于嵌固端梁端执行了1.1倍放大？
A：
抗规6.1.14条文（《高规》12.2.1-3）指出，当框架柱嵌固在地下室顶板时，位于地下室顶板的梁柱节点应按首层柱的下端为“弱柱”设计，即地震时首层柱底屈服、出现塑性铰。为实现首层柱底先屈服的设计概念，规范提供了两种方法，一个是地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大
于地上一层柱端实配的抗震受弯承载力的1.3倍；二是梁端顶面和底面的纵向钢筋面积均应比计算增大10%
以上。而新版软件都采用了第二种方法，即梁端计算配筋放大1.1倍。
目前软件对于梁构件信息中，若该梁处于嵌固端，需要放大配筋1.1倍时，不会像图Q2-1中其他放大
系数一样输出在构件信息。如果想要校核结果需要通过以下方法进行校核。
图Q2-1
首先，在PKPM软件中的嵌固端是设计嵌固端不是力学嵌固端。
力学嵌固端：是指能承受轴力（N）、弯矩（M）、剪力（V），同时U（X方向水平位移）、V（Y方向水平位移）、（竖向位移）、（转角位移）均为零的部位。
设计嵌固端：按在地震作用下的屈服机制下，预期塑性铰出现的部位。设计嵌固端就是通过刚度和承载力调整，迫使塑性铰在该预期部位出现，并能承担上部结构在该处屈服超强引起的极限弯矩和出现塑性铰时的最大剪力以及相应的轴向力。
因此软件中嵌固端不影响结构的力学分析模型，而是与计算调整相关的一项参数。
所以此时我们可以通过将嵌固端下移的方式来判断，例如同一个模型地下室层数为1，分别备份两个模型，将嵌固端层号分别填为1和2，此时两个模型一个嵌固端在地下室顶板，一个是在基础顶。经过计算，我们对比地下室顶板的梁端，如图Q2-2和Q2-3所示，我们选取I端，两个模型内力结果完全一致，只是TopsAst即顶部配筋不同，一个为921.91一个为1014.10，可以发现921.91×1.1=1014.10，因此可以判断软件正确执行了嵌固端梁端执行了1.1倍放大。
图Q2-2 基础顶嵌固
图Q2-3 地下室顶板嵌固
Q3：梁施工图中锚固长度是如何计算的，为什么核对不上？
A:
如图Q3-1梁的锚固长度发现超限，此时很多用户反馈我们根据22G101-1图集无法核对上软件的计算长度，因为在计算锚固长度是需要减去纵筋直径，而在22G101图集中的图示并没有直接画出这部分示意图，从而导致很多设计师在核对时，忘记减去了纵筋直径，此时我们可以看如图Q3-2为《18G901-1：混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图》（Q3-3为22G101），在该图集中清晰给出了此处的示意图，因此锚固长度应为：梁宽-保护层厚度-箍筋直径－纵筋直径（很多设计师在核对时会因为22G101示意图而忽略钢筋直径）。
因此，核对图Q3-1的锚固长度为：400-20-8-25=347，与软件计算一致。
图Q3-1
图Q3-2
图Q3-3
Q4：为什么筏板分块建模与整体建模冲切结果不同？
A：
如图Q4-1，该工程师在设计基础时，分别采用了两种方式建模，一个是整块建模，另一个是分块建模。
图Q4-1
计算后发现，反力、位移、承载力校核以及配筋等结果全部一致，只有冲切的结果差别很大，如图Q4-1，经检查发现对于右侧两根柱子，两种方式建模时软件对于判断中柱、角柱、边柱产生了区别，对应规范G50007附录P，对于中柱、角柱、边柱，规范对于它们的冲切临界截面周长及极惯性矩计算公式是有区别的，因此，对于这两种方式建模方式计算的冲切结果会有很大不同。
在新版软件中，我们开放了冲切椎体调整功能，在这个功能中，可以修改冲切椎体轮廓、冲切力增大，系数（中柱、边柱、角柱）以及轮廓抗力属性调整，使用该功能将图Q4-1中两种建模形式下，自动生成的冲切椎体定义为相同范围及属性后，结果变为一致。
因此建模时，在多种实现方式中，选择合理的建模方式也峰设土木网很重要，需要广大设计师们合理把握。
图Q4-2
Q5：为什么模型中墙的抗震构造措施抗震等级软件自动提高一级？
A：
见图Q5-1，该模型1-3层为地下室，框架核心筒结构，总共23层，在软件中该设计师设置的抗震等级为2级，但是计算后satwe将抗震构造措施抗震等级提高了一级，为1级，此时设计师产生了疑惑，将模型第一标准层删除后，发现此时软件就会按照设定的2级考虑。
图Q5-1
图Q5-2
图Q5-3
此时检查模型，模型0.2v0调整第一段设置的是1-3层即地下1-3层，且框架剪力百分比低于10%，
因此如图Q5-2所示，所以模型自动提高了一级。而删除地下一层后的模型，虽然最底层仍满足框架剪力百分比低于10%，但是高规9.1.11条规定，如图Q5-4，根据规范要求软件处理逻辑为，0.2v0调整的这一段，对于此模型为1-3层，根据该段中框架柱承担地震剪力最大的一层来判断，是否需要执行《高规》第9.1.11—2条。其中就决定了是否需要提高抗震构造措施抗震等级。
图Q5-4
供稿丨张昊鹏 审稿丨刘孝国
编辑丨王蕊 责编丨张跃飞
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