ETABS与RFEM柱体缩短计算中钢筋的考虑

在40层及以上的高层建筑中，中央核心筒与周边柱之间的差异缩短是一个关键的设计考虑因素。这些影响甚至可能导致设计修改，例如增大柱截面尺寸或增设伸臂桁架。

减轻柱缩短的一种有效方法是考虑纵向钢筋的贡献。这种方法成本不高，因为钢筋本来就已经配置。当然，我们还可以增加更多钢筋以进一步减少柱缩短。

但在常用的结构分析软件中，这是如何处理呢？首先，我们应该了解柱缩短的机理：

• 钢筋混凝土结构中的柱缩短可归因于两个主要组成部分：弹性变形和非弹性变形。弹性缩短在荷载施加后立即发生，并由结构构件的轴向刚度控制，该刚度取决于材料特性和截面尺寸。

• 相比之下，非弹性（或与时间相关的）缩短会因混凝土中的徐变和收缩效应而随时间逐渐发展。这些现象导致柱的有效刚度逐渐降低，即使在持续荷载作用下也会产生额外的竖向变形。

下面我们看看常用有限元软件是如何考虑这些影响的。

ETABS 方法

在计算柱的轴向刚度时不考虑钢筋，但考虑钢筋对混凝土徐变参数的影响。换句话说，ETABS 考虑钢筋对柱缩短中非弹性部分的影响（见下图），但忽略了弹性部分。

钢筋配筋影响的柱缩短

RFEM 方法

Dlubal 提供了一种通用方法，允许用户在 RFEM 6 中计算构件刚度时考虑钢筋（见下图）。分析过程中，柱被视为组合截面（混凝土 + 钢筋）。因此，钢筋对柱缩短的弹性和非弹性组成部分的影响均被纳入考虑。

钢筋对柱缩短的影响

示例

为说明各软件如何处理柱缩短并展示钢筋的影响，下面给出一个数值示例。

考虑以下参数：

• 柱截面尺寸：1.0 m × 1.0 m
• 长度：10.0 m
• 混凝土：C30/37
• 钢筋：36T32（2.89%）
• 荷载：10,000 kN

结果

1) 首先，在两个软件中进行弹性分析，以确保考虑相同的参数。我们发现两个软件得到的缩短量完全相同（3.03 mm）。

2) 其次，进行非弹性分析，考虑混凝土中的徐变和收缩但不考虑钢筋。我们看到得到的结果也完全相同（16.74 mm）。

3) 最后，在非弹性分析中考虑钢筋。如预期的那样，ETABS 高估了轴向变形，因为它不像 RFEM 那样在构件刚度中考虑钢筋。结果之间的差异约为 56%，这强调了在徐变估算和构件弹性刚度中考虑钢筋的重要性。

注释

在 ETABS 中或许可以通过修改刚度修正系数来找到一种近似方法，以在构件轴向刚度估算中考虑钢筋。但与 RFEM 相比，这并不实用，因为 RFEM 提供了更准确、更直接的方法。

在 ETABS 中可以通过定义等效组合截面来考虑钢筋的轴向刚度。但由于分析中未考虑收缩和徐变，此时 ETABS 无法考虑非弹性变形。