[发明专利]一种建筑结构节点分析杆件内力确定方法

说明书

本发明提供一种建筑结构节点分析杆件内力确定方法，包括如下步骤：步骤一，采用反应谱法整体结构分析；步骤二，反应谱法节点区相关构件应力；步骤三，确定节点区控制杆件；步骤四，对地震弹性时程进行整体结构分析；步骤五，根据控制杆件确定弹性时程工况；步骤六，弹性时程工况下节点杆件内力组合；步骤七，根据确定的杆件内力对节点进行有限元分析。根据现行规范对抗震设计的相关规定和对节点区在地震作用下实际受力机理分析，采用本发明的方法确定节点区分析时的杆件内力，即有限元分析的力边界条件，从而确定相对边界后，相关杆件内力与整体模型中相关杆件的内力更接近，提高结构分析模型建立和分析计算过程中节点计算的准确性。

技术领域

本发明属于建筑设计领域，具体涉及一种建筑结构节点分析杆件内力确定方法。

背景技术

在结构分析中，边界条件与荷载作用是影响模型真实性与分析结果精度最主要的两个因素。在结构整体分析中如此，节点等细部分析中亦是如此。不同的是，结构整体分析中，边界条件和荷载作用相对来说比较明确，容易确定，而在节点分析中，边界条件需要从整体模型中的各种假定中推演出来，而荷载则包含作用在节点上的外荷载以及与其相连杆件的内力分量。因为节点分析是针对某一特殊部件的细部分析，需要更真实的分析模型和更高的精度要求。因此，在节点分析中边界与荷载的确定就更需要引起我们的注意。

节点分析中，边界有两种情况：(1)真实边界。如果分析的是支座节点，则分析模型中与基础相连的边界就是真实边界。这时，像整体分析中一样，根据实际的约束情况，施加在作用面、点、线上即可。不过，在实体单元分析中，每个几何面都被剖分成多个小单元体，所以构造上的点可能包含了几个甚至几十个有限元的点，因此，需要把构造点上的所有有限元节点都施加相应的约束。(2)结构体系内部边界。有时候分析的节点并不靠近结构的支承点，因此，它周围并不存在真实的边界约束。但是有限单元法要求分析模型必须提供一定的边界约束使其不可发生刚体位移，此时就必须根据与节点相连各构件的构造情况假定一个约束条件。比如可以把与节点相连的梁单元端部设置成刚性支承。在实际应用中，往往把与节点相连的刚度较大的那些杆件端部设置成约束，或将次要构件的端部设置成边界。

因为节点分析是细部分析，而且一般都是采用shell单元或solid单元，因此，为了得到可靠的分析结果，需要采用数目较大的单元剖分，这又导致了非常可观的计算机用时。因此，在实际分析中往往选取的分析范围较小。这样导致了所设置的边界与欲分析的区域非常接近，根据圣维南原理，边界约束会影响到分析的精度。所以通常希望将边界设置在远离分析区域，根据经验，边界与分析区域的距离大于2倍于节点构造尺寸为宜。另外，为了分析节点区域的各个部位，可以调换边界的位置。

与边界条件一样，节点上的荷载也存在两种情况：(1)真实荷载。即作用在节点上的实际外荷载，比如玻璃幕墙对结构的作用、设备悬吊荷载、自重荷载等。值得注意的是均布荷载需要转换为节点力施加在相应有限元的节点上。(2)是相对荷载，即与节点相连构件的内力。与节点相连的各构件中，有些可能会被设置成约束，而有些则可能需要将其内力模拟成外荷载施加在模型上。

同样，被设置成内力的构件需要保留一定的长度以消除应力集中对目标区域的影响。有时候为了消除施加外荷载部位的应力集中对分析区域的影响，会在模型中人为地增加一块“垫板”。

在目前市场上使用的诸多商业有限元软件中，不同软件提供不同的边界和荷载施加方法。比如ABAQUS、ANSYS等软件可以把约束和荷载施加在几何面、线上，而有些软件则只能把约束和荷载施加在有限元的单元和节点上。

在实际应用中，相对边界与相对荷载的位置选取是相互联系的，但总的选择原则是方便荷载或约束的施加，在真实模拟节点受力特征的条件下使问题简单化，利于分析的顺利进行。