【土木吧原创】相当危险！YJK推荐的新膜元是错误的？

1. 引言


结构分析和设计应该致力于保障结构安全，追求理性和科学。作为设计软件，坚持这样的原则也是必要的。最近YJK提供了一种新的NQ6Star单元，宣传材料称可以使边框柱的内力计算更合理，作为新技术引导用户使用(如图1所示)。就这一问题，我们本着对科学的执着，对结构工程师负责的态度，客观分析YJK的这一改进。





2. 简析

首先，建立一个简单的模型查看YJK推荐的方法是否合理。这种单元的计算结果是否可靠，应满足计算结果具有收敛性。图2为一12层剪力墙结构模型，我们分别采用SATWE的经典膜元和YJK推荐的改进膜元（NQ6Star），其他所有条件均相同的模型进行对比。



为了保证计算具有可对比性，首先对比两个模型的计算模型是否一致，经对比，两个模型的计算模型一致（如图3所示），可以从图中看到，墙是按照壳单元进行计算的，连梁是按照杆单元进行计算的。



通过计算，得到以下计算结果。表1为X向第一周期随着墙单元网格从小到大变化的趋势，表2为风荷载下顶点位移随着墙单元网格从小到大变化的趋势。





从联肢墙面内周期和位移结果可以看出，SATWE经典膜元结果随网格加密变化很小，呈现收敛趋势。而按照YJK推荐新单元的结果没有呈现收敛趋势。

当采用2m网格时，结构的刚度是采用0.3m网格时的 （1.204/0.954）^2 = 1.6倍 ， 当采用0.3m网格时，风荷载下的位移是2m网格时的：6.92/4.48 = 1.54倍

下面通过一个工程实例（如图4所示），来验证上面的结论是否依然成立。对比方法同上一模型。通过计算，得到以下计算结果。表3为Y向第一周期随着墙单元网格从小到大变化的趋势，表4为X向地震工况最大层间位移角移随着墙单元网格从小到大变化的趋势。







从上表中周期和位移角结果可以看出，SATWE经典膜元结果随网格加密，计算结果变化很小。而按照YJK推荐新单元的结果跳跃性很大，结果稳定性很差。

3. 结论

综上可见，YJK新单元NQ6Star 不具备收敛性，因网格变化产生的刚度误差可超过50%，使用起来相当危险。如不慎误用，可能导致很不合理的结构方案。既然这种单元的计算正确性都不能保证，当然也谈不上使边框柱的内力计算更合理。本着为用户负责的角度，应尽量避免把不成熟的方法推荐给用户。