（一）功能简介
随着现代多、高层建筑的发展，结构体系越来越呈现出多样化的特点，板柱结构、厚板转换层结构、楼板局部开大洞结构、以及大开间预应力板结构等越来越多。对于这些特殊结构，其楼板的受力是相当复杂的，传统的楼板设计方法已难以适应这些复杂工程的要求。为解决这一问题，我们在SATWE软件中增加了复杂楼板有限元分析与设计功能 (SlabCAD)。
SlabCAD是专为多、高层建筑结构中各种复杂楼板的有限元分析与配筋设计而开发的，其分析对象是结构的某一层楼板或楼板局部。结构局部分析与整体分析密切结合、协调一致，这是SlabCAD的重要特征之一。在由SATWE软件完成多、高层建筑结构三维分析后，可通过SlabCAD的前处理菜单取出需精细分析的某一层楼板或楼板局部，进行二次有限元分析，这时SlabCAD会自动从SATWE的三维分析结果中找出上下层构件对楼板局部的作用和约束，从而可减小因结构局部模型失真而导致的误差，使分析结果更复合工程实际。SlabCAD的主要功能如下：
★     考虑的荷载作用
恒载、活载、风荷载、水平地震荷载、竖向地震荷载、板上等效竖向人防荷载和预应力等效荷载。
★     适用范围
适用于各种复杂楼板的有限元分析与配筋设计，如板柱结构的楼板、预应力楼板、转换层结构的厚板、人防地下室的顶板、需考虑板面内拉伸和剪切作用的特殊结构等，在楼板分析中程序考虑了梁、柱、墙等构件刚度对楼板的约束作用，尤其考虑了柱截面范围内的楼板为刚域、柱帽刚度、及板上洞口等因素的影响。
★ 基本功能
可对各种楼板进行各作用工况的位移和内力计算、非预应力筋设计计算、预应力筋选型、布筋和相应计算，以及板的冲切验算。

SlabCAD 软件作为SATWE的一项新增菜单，随2000/06版的SATWE推出，目前的SlabCAD中暂不包括预应力设计功能，该功能将于2002年下半年推出。SlabCAD的操作流程如下：
★ 通过PMCAD建立结构计算模型，并转入SATWE进行结构分析；
★ 在SlabCAD的前处理菜单中补充输入有关信息、进行单元划分；
★ 进行有限元计算，得到各作用工况下的楼板位移和内力；
★ 对于预应力楼板，进行预应力筋选型、布筋和相应计算；
★ 进行非预应力筋设计计算；
★    结果输出。

目前的SlabCAD由三个程序组成，Slab-In.exe、Slab-Ana.exe和Slab-Out.exe。这三个程序的功能如下：
Slab-In.exe 为前处理程序，其功能是补充输入、单元划分和生成数据；
Slab-Ana.exe为核心计算程序，其功能是板的位移、内力和配筋计算；
Slab-Out.exe为后处理程序，其功能是以各种方式显示板的位移、内力和配筋计算结果。
（二） SlabCAD的前处理
SlabCAD的前处理菜单如下：

SlabCAD前处理的主要功能是：
（1）读取PMCAD交互输入的信息，包括几何信息（柱、梁、墙、楼板和板上洞口的几何布置），荷载信息（柱、梁、墙上的输入荷载和板上的均布荷载）；
（2）补充输入，包括分析参数、洞口、柱帽、约束等信息的补充输入；
（3）楼板单元划分；
（4）综合上述所有信息，生成楼板有限元分析数据。
对于板柱结构或厚板转换层结构，在工程数据建模（PMCAD的菜单A）时，应输入虚梁，程序隐含规定：截面尺寸为100×100mm的矩形砼梁为虚梁。这里布置虚梁的目的有两点，其一是为了SlabCAD软件在接PMCAD前处理过程中能够自动读到楼板的外边界信息，其二是为了辅助楼板单元划分。虚梁没刚度，不参与分析计算，SlabCAD的前处理会自动将所有虚梁删掉。
下面介绍各项菜单的功能和操作方法。

1．参数输入
参数输入包括三部分信息，分别为单元划分控制长度，采用的单元和计算的荷载工况。参数输入界面如下：


（1）单元划分控制长度 （Dmax，单位：mm）
对于板、壳等二维单元，单元的几何形态（形状和大小）和计算精度是密切相关的，程序中用单元最大边长来控制单元的大小，取较小的Dmax可得到较高的计算精度，但相应的计算量会增加很多。同时，对于砼楼板来说，若Dmax取值过小，会因应力集中而导致楼板支点处的负弯矩过大、失真。Dmax的适宜取值因工程规模而异，工程规模较大的，Dmax 可取大些，反之，则Dmax可取小些。对于一般工程而言，可取Dmax=600—1500mm，程序隐含Dmax=1000。
（2）采用的单元
程序提供了两种单元，分别为板弯曲单元和壳单元。对于一般工程而言，只需分析板的面外弯曲，应采用板弯曲单元；对于一些特殊工程，不仅要分析板的面外弯曲，还要分析板的面内拉压和剪切，这时应采用壳单元。
（3）计算的荷载工况
目前版本的程序考虑的荷载工况有：恒载、活载、风荷载、水平地震荷载、竖向地震荷载，对于有人防设计要求的地下室顶板，还考虑了板上等效均布竖向人防荷载。其中竖向地震荷载是采用简化方法计算的，将作用于楼板的恒、活荷载的一定比例（10%—20%）作为竖向地震力来计算。程序要求输入“竖向地震作用比例”系数。

2．洞口输入
程序自动读取在PMCAD主菜单2输入的洞口信息，但因在PMCAD主菜单2中无法输入异形房间的洞口，这里作为对PMCAD的补充，可输入异形房间的洞口，若没有补充洞口，可不执行本项菜单。
“洞口输入”的操作方式与PMCAD基本一致。首先要求用鼠标指定需输入洞口的房间，并要求输入该房间的洞口数，然后，屏幕弹出洞口参数输入界面如下：


洞口参数包括洞口形状、洞口定位信息和洞口尺寸信息。
洞口形状：目前考虑的洞口有两种，矩形洞口和圆洞；
洞口定位信息有三个参数：矩形洞口左下点（圆洞中心）与参考点（红色圆点）的相对距离（DX，DY）和矩形洞口与参考线（红色线）的夹角Angle；
尺寸信息：矩形洞口的长宽，或圆洞的半径。
对房间内的每个洞口输入上述信息后，就完成了一个房间的洞口输入。为提高洞口输入效率，程序还提供了洞口复制和删除功能。
“洞口复制”操作：洞口复制是按房间进行的，点取“洞口复制”菜单后，程序先要求用鼠标指定原洞口所在的房间，然后，再逐个指定要拷贝洞口的各房间。
“洞口删除”操作：洞口删除也是按房间进行的，用鼠标逐个指定要删除洞口的房间，则该房间的所有洞口全被删除。

3．柱帽输入
若没有柱帽，可不执行本项菜单。
柱帽输入操作与洞口输入相似，不同的是柱帽是基于柱逐个输入的。目前程序考虑的柱帽形式有三种：无顶板柱帽、折线顶板柱帽和矩形顶板柱帽。这三种柱帽形式和相应参数含义如下图所示：



   


“柱帽输入”操作：首先要求用鼠标指定需输入柱帽的柱，屏幕弹出柱帽参数输入界面，输入有关参数并确认后，程序以黄颜色线条画出柱帽简图。
“柱帽复制”操作：“柱帽复制”操作与“洞口复制”相似。
“柱帽删除”操作：“柱帽删除”操作与“洞口删除”相似。

4．板厚修改
通过这项菜单可按房间修改楼板厚度、板上均布恒载和板上均布活载。若不需修改板厚及板上均布荷载，可不执行本项菜单。

点取“修改板厚”菜单后，屏幕弹出参数输入界面，输入有关参数并确认后，程序要求用鼠标逐个指定要修改板厚的房间，并在该房间显示新输入的楼板厚度、板上均布恒载和板上均布活载值。按鼠标右键，则重新弹出参数输入界面，点取 [取消] 按扭，则退出“修改板厚”操作。

5．荷载输入
程序自动读取在PMCAD主菜单3输入的各种荷载信息，这里作为对PMCAD的补充，可在PMCAD主菜单3输入的各种荷载基础上，补充输入梁上荷载、板上荷载和节点荷载，若没有补充荷载，可不执行本项菜单。
板上荷载的参数输入界面如下：

6．支座沉降
通过这项菜单可输入恒载和活载作用下柱节点的支座沉降。若没有已知支座沉降，可不执行本项菜单。
支座沉降参数输入界面如下，操作过程可根据屏幕左下角提示区的提示信息进行。

7．约束输入
通过这项菜单可输入楼板边界的人为约束。若不输入楼板边界的约束，可不执行本项菜单，这时程序按结构柱、梁、墙和楼板之间的自然约束计算。
目前版本的程序考虑的楼板边界人为约束有简支边和嵌固边。操作过程可根据屏幕左下角提示区的提示信息进行。

8．生成数据
这是前处理部分的核心，其功能是综合PMCAD交互输入的几何信息、荷载信息，以及上述补充输入的有关信息，进行楼板单元划分，并生成楼板有限元分析数据。其子菜单包括：计算区域、布筋方向、单元划分和保存文件。

（1）计算区域
本程序可计算结构某一层的楼板，也可灵活地分析某一局部的楼板（一个房间，或几个房间），点取这项菜单后，程序要求用鼠标逐个（或以窗口方式）指定要计算的房间。程序在已选取的房间内显示一白色圆环，圆内有一带箭头的短线，短线上方的数字为该房间的房间号，短线下的数字为板厚（单位为mm），箭头方向为该房间楼板的隐含布筋方向。
“计算区域”定义采用的是开关方式，定义和删除都通过同一菜单完成，第一次点取为定义，第二次点取为删除。
（2）布筋方向
在定义计算区域时程序自动给出隐含的布筋方向。“布筋方向”的作用有两个：一是在单元划分的单元形状优化过程中，考虑布筋方向约束条件，使尽可能多的单元边界平行（或垂直）于布筋方向，以利于预应力等效荷载的导算；二是在配筋计算时按平行（或垂直）于布筋方向计算板的钢筋。
修改“布筋方向”操作：点取“布筋方向”菜单后，程序要求先用鼠标点取平行该方向的梁或墙，计算出其方向，然后，再用鼠标逐个指定修改布筋方向的房间，则该房间的带箭头短线相应改变。
（3）单元划分
这项菜单的作用只是让用户随时观察单元划分情况，若不想观察单元划分情况，可不执行本项菜单。
点取“单元划分”后，程序以红色线条画出单元划分线。对于截面较大的柱，程序将其作为刚域，柱截面范围内不显示单元划分线；对于柱帽，程序将其折算为一定厚度的楼板，作为一种特殊单元处理，柱帽折算范围内也不显示单元划分线。相对一个单元面积而言，若柱截面或折算后的柱帽面积较小，则在单元划分过程中忽略该柱或柱帽刚度的影响。
（4）保存文件
这项菜单的功能是综合PMCAD交互输入的几何信息、荷载信息，以及上述补充输入的有关信息，进行楼板单元划分，并生成名为DATA. SLB的楼板有限元分析数据。

（三） SlabCAD的分析计算
SlabCAD分析计算模块的主要功能是板的位移、内力分析和配筋计算。其交互界面如下：

其中共有六个参数，其含义如下：
（1）    板钢筋强度 fy（单位N/mm2）；
（2）    板顶保护层厚度（单位mm）；
（3）    板底保护层厚度（单位mm）；
（4）    板顶设计弯矩调整系数
通过此参数可在一定成度上考虑板负弯矩区因形成塑性饺线而导致的内力重分布，该参数的作用类似于梁端负弯矩的调幅系数，其具体取值由设计人员斟酌确定。注意此参数只对负弯矩作了调整，没有相应地调整正弯矩。
（5）    板底设计弯矩放大系数
通过此参数可对板的正弯矩作适当调整，尤其在调整了负弯矩时，要相应地给出板底设计弯矩放大系数；
（6）    结构整体作用与约束的考虑
该参数分三种情况：
① 不考虑结构的整体作用与约束，仅按分层脱离体计算；
② 考虑结构的整体作用，接SATWE空间分析的内力；
③ 考虑结构的整体作用与约束，接SATWE空间分析的内力和位移。
这里截取的层模型中包括本层的楼板、梁、柱、墙和上层的柱、墙，其中本层梁、柱、墙对楼板的约束作用通过其单元刚度在总刚度矩阵中直接反映出来，上层柱、墙对楼板的约束作用通过SATWE分析的柱、墙底内力和节点位移间接反映出来。若仅分析恒活荷载作用，可选①或②，若考虑水平力（风和地震）作用，则应选③。从理论上讲，选项③的精度最高，相应的层模型与结构的工程实际最接近。
确定上述参数后，程序开始板位移、内力和配筋计算，生成几个后缀为 .SLB 的二进制文件和名为SLABDAT.OUT的文本文件。

（四）SlabCAD的后处理
SlabCAD后处理的主要功能是以图形方式显示计算结果，便于设计人员更全面、深入地了楼板的位移、内力、配筋计算结果，以及板的冲切验算结果。SlabCAD后处理菜单如下图所示。下面介绍各项菜单的功能和操作方法：

（1）    荷载工况
通过此项菜单来确定将显示的是哪一作用工况（或组合作用）下板的挠度和内力。本项菜单的子菜单随计算的荷载工况数而变，没计算的荷载工况在子菜单中不显示。选“组合作用”时，设计人员可交互修改各荷载的组合系数，修改界面如下：


（2）    板挠度w、板内力（Mx、My）
通过这项菜单可以以多种方式显示板的挠度和内力，包括标注极值、标注点值、填充显示、绘等值线、绘剖面线。板挠度的单位为mm，弯矩的单位为kN.m，含义为每沿米的弯矩。其各项子菜单的功能如下：
① 标注极值
  通过此项菜单可显示每个房间内板的挠度或内力的最大、最小值。
② 标注点值
  通过此项菜单可显示每个房间内板的各节点的挠度或内力值。
③ 填充显示
通过此项菜单可以以彩色填充方式显示板的挠度或内力图。点取这项菜单后，程序要求输入每个单元的填充块数N，其含义是每个小单元分N个不同颜色的色块。N值越大，填充效果越好，但速度越慢。一般来说，可取N=9、16或25。
④ 绘等值线
通过此项菜单可以以等值线方式显示板的挠度或内力图。其交互界面如下：



⑤ 绘剖面线
通过此项菜单可绘出各剖面上板的挠度或内力变化曲线图。点取这项菜单后，程序要求用鼠标指定剖面的起止点，然后，屏幕上显示出相应的曲线。

⑥ 剖面比例
这是“绘剖面线”的辅助菜单，可改变剖面曲线的相对高度，以便于观察。程序隐含的剖面比例为1000，比例值越大，相应的曲线极大、极小值之间的距离越大。
⑦ 改变字高
  通过此项菜单可改变图面上数字的大小。
⑧ 清理图面
  上述各项菜单功能可以在同一张图上显示，各种显示方式叠加，通过此项菜单可将图面上显示的内容清掉。
⑨ 保存文件
  通过此项菜单可以将图面上显示的内容保存到一个文件中。
（3）    板配筋和设计控制内力
板的配筋分板底X向钢筋、板底Y向钢筋、板顶X向钢筋和板顶Y向钢筋。其中对于每块板（每个房间的一块楼板）来说，平行于“布筋方向”为其X向，垂直于“布筋方向”为其Y向。板的设计控制内力为对应于板底X向钢筋、板底Y向钢筋、板顶X向钢筋和板顶Y向钢筋的设计弯矩。图形显示方式与板挠度、板内力相同，板配筋的单位为cm2，板设计弯矩的单位为kN.m。
注意：目前的程序对超筋部位未作提示。
（4）    冲切验算结果
图上的板冲切验算结果为板冲切力与板冲切抗力的比值，若小于1.0则用白色显示，若大于1.0则用红色显示，表示已超限。（五）计算结果文本文件
计算结果的文本输出文件名为SLABDAT.OUT。该文件由四部分组成，分别为：
（1）    板的原始计算文件，包括几何信息，荷载信息，以及单元划分信息等
（略）
（2）    各作用工况下每块板每个节点的分析结果
JD，Load，Disp Z，Moment Mx，Moment My， 其中：
JD      ——为每块板局部编码的节点号；
Load    ——括号内的数字为荷载工况号；
Disp Z    ——为相应荷载工况下的挠度，单位mm；
Moment Mx——为相应荷载工况下平行于“布筋方向”的弯矩，单位kN.m；
Moment My——为相应荷载工况下垂直于“布筋方向”的弯矩，单位kN.m；
（3）    板冲切验算结果
iColm，Kind，X_col， Y_col
Ni， (i=1，nLoad)     B，H，U，T，D，F
Ratio， Slab_Strength，Slab_Force，Um1，Um2， 其中：
iColm ，X_col，Y_col——为柱号和柱的X、Y坐标；
Ni      ——为柱在各工况下的轴力；
nLoad    ——荷载工况数；
Kind，B，H，U，T，D，F——柱或柱帽几何参数；
Slab_Force    ——轴力设计值；
Slab_Strength——板冲切抗力；
Ratio      ——轴力设计值与板冲切抗力的比值；
Um1    ——板冲切计算外边周长；
Um2    ——板冲切计算内边周长。   
（4）    板配筋计算结果
JD， Asx TOP， Asy TOP，Asx BTM， Asy BTM，
及相应的Rs，M，iCase, 其中：
JD            ——为每块板局部编码的节点号；
Asx TOP，Asy TOP ——板顶平行和垂直于“布筋方向”的钢筋面积；
Asx BTM，Asy BTM——板底平行和垂直于“布筋方向”的钢筋面积，
钢筋面积单位为mm2；
Rs，CM，iCase     ——为相应的配筋率、设计弯矩和荷载组合号。