结构单元解析：板、壳、膜、面的异同与联系

1. 板单元Plate和壳单元Shell

这两者在STAAD中表示相同的事情，即3节点（三角形）或4节点（四边形）单元，均需要指定厚度才能让单元带有结构属性。区别在于，图形界面上是用Plate表达，而文本命令里是Shell来表达。

在STAAD中，板单元有两个结构属性：薄膜（面内）效应和弯曲（面外）效应。弯曲效应可以通过声明为平面应力单元来关闭，这样板单元就退化成膜单元了。而面内效应是无法关闭的。

2. 板单元Plate和面单元Surface

在STAAD V8i里有一种特殊的单元叫做Surface，我们中文可以称之为面单元，新版的STAAD CE已经放弃了这种单元，其在V8i版本里的主要作用是用来算剪力墙内力和配筋的。

因此，如果要对包含墙、板或者面板类构件的结构建模，在STAAD中有两种选择：

方案a: 使用由多个板单元Plate组成的集合为面板建模，这里称之为有限元网格。也就是上述三角形单元和/或四边形单元的组合。

方案b: 将其作为一个单独的物理对象建模，这里称之为面Surface，或者面单元。

方案a 通过使用STAAD中的网格生成工具来实现。

在方案b 中，面单元在分析过程中，STAAD自动将其转换为有限元网格。这里网格类型（单元数、单元类型、单元大小等）的基本信息在定义面时就已经设置好了，而由此生成网格的细节在很大程度上被屏蔽了。此外，所有分析结果都是针对该面单元，而不是由其组成的单个板单元。

换句话说，一个面单元仅仅是一个表示板单元集合的对象。当程序经过分析阶段时，它将面细分为板单元。从分析的角度看，板单元和面单元是一回事。区别在于对结果的解释。对于板单元，报告应力，而对于面单元，则报告力。另一个显著的区别是STAAD报告面的面内力矩MZ，但板的面内力矩MZ未报告。

3. 对比算例

下面算例从左到右分别建了单个10mX10m板单元，网格划分成10X10的10mX10m板单元，以及单个10mX10m面单元，四个角点固支，荷载均是10KN/m^2的面压，分别考核位移和应力。

从位移图可以看出，如果单个板单元不进行划分，由于板完全约束而没有位移；单个面单元位移趋势与10X10网格划分的板单元一致，但无法通过节点数值表达出来。

从应力图可以看出，如果单个板单元不进行划分，由于板没有变形而没有应力；单个面单元应力云图与10X10网格划分的板单元一致；虽然面单元无法表达节点应力数值，但是其可以表达两个方向不同位置处的内力数值，这正好便于剪力墙的配筋设计，V8i版本中的美标剪力墙设计模块正是利用这个工具来进行配筋计算的。

4. 结束语

一般来说，建议使用板来模拟基础板，高架板，楼板和壁板，面单元只能用于剪力墙建模。

值得注意的是，如果模型使用Surface面单元来模拟楼板等复杂楼面，势必会影响计算速度，这时就不得不替换成Plate板单元来计算。这种错误的模拟方式不仅在多数客户建模中出现，而且也在PKPM软件的STAAD模型导出接口中出现，大家务必引起注意。

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