SAP2000一步一步计算张弦粱结构
-
SAP2000
钢结构结算软件在外装饰工程
中的运用
一、
SAP2000
设计步骤：
1.
按照
cad
中图层导入模型，或者直接
在
sap2000
中建立模型；
2.
定义材料（
Q235/345<
/p>
、混凝土、玻璃、拉索）
；
3.
定义截面
--
< br>框架截面、面截面、索截面；部分截面可以利用
sap2000
< br>自带的截面库；
4.
指定框架截面、面截面；
5.
计算荷载，定义荷载工况，指定荷载（先选择节点或构件，再指定
荷载）
。恒载、活载、风载、
地震、温度、活荷载不利布置；<
/p>
6.
边界条件
--
指定节点约束，单元本身自由度释放（铰接）
；
7.
定义荷载组合，检查是否有不对或不合实际
情况的荷载组合；
8.
运行分析，检
查有无异常情况，更正模型中节点没有连接上的情况；
9.
查看内力及节点反力；
10.
构件设计，查看应力比超限构件及不满足规范要求的构件；
11.
检查柱子的计算长度系数及梁的平面
内、平面外无支撑计算长度，在查看覆盖项中进行修改；
12
.
检查整体结构水平、竖向变形，检查梁竖向变形（显示变形）
；
13.
根据设计结果优化构件；
14.
整理计算书；
①
.
材料
②
.
截面
③
.
荷载
④
.
荷载组合
⑤
.
边界条件
⑥
.
计
算……节点反力、单元反力
⑦
.
设计结果……构件应力比
⑧
.
水
平及竖向变形校核
二、张弦梁计算实例
1
、基本情况：
A
、荷载情况：
屋面恒载：
0.8KN/
m
2
屋面活载：
0.5
KN/m
2
基本风压：
0.65 KN/m
基本雪压：
0.2
KN/m
2
抗震设防烈度：
8
（
0.
2g
）度，地震分组：一组，场地类别：二类
B
、设计简图：
2
C
、选用的材料
D
、材料种类
①、
Q345
钢材（《钢结构设计规范》GB
50017━2
003
）
<
/p>
②、钢绞线（《
混凝土结构设计规范》
G
B 50010-2002
）
③、混凝土（《
混凝土结构设计规范
》
GB 50010-2002
）
E
、
CAD
建立空间三维模型
①、建立相应的构件图层，默认情况下，
0
层是不能导入
SAP2000
的；
②、建立三维线计算模型，
并将文件另存为：
在
CAD
中建立模型
的整体向上的坐标方位为
Z
轴；
格式；建议
2
、在
SAP2000
中导入计算模型：
A
、打开
SAP2000
，在右下角将单位调整为
B
、文件
/
导入
/
文件
，
C
、选择“
文件（
f
）
”
菜单，找到
CAD
中建立的三维线计算模型
(
文件名后缀
dxf)
，弹
出对话框：
该对
话框是选定整体坐标系的方位，如在
CAD
中整体向上的坐标方
位为
Z
轴，则不用做任何修改，
D
、直接点击“
OK
”按钮，弹出如下对话框
：
共五项分别为导入特殊节点、杆件、
NL
LINK
单元、壳、实体，对于杆件类，
< br>E
、如本例题在
Frames
下
拉框中选择“
ZHJ-
上弦”
，
F
、点击“
OK
”
，如下图
：
G
、不
做任何改变，按下图操作定义杆件组：
F
、选择“制定到组”弹出如下对话框：
H
、点击
“添加新组”按钮，弹出对话框：
I
、定义好“组名称”——
ZHJ-S
X
，组名称可以同层名称，也可以为其他名称，自己要清晰，只能
输入字母和数字，不接受中文，
J
、输好组名称后直接点击“确认”回到如下对话框：
建立新组成功，在“组”对话框中有显示刚刚建立的组，点击“确定”
，完成上弦杆的导入；
K
、重复
B~J
步骤，依次将下弦、腹杆
1
、腹杆
2
、腹杆
3
、撑杆、拉索导入并分别建立好组，如下：
存盘，定好文件名；
3
、在
SAP2000
中定义材料：
< br>
A
、菜单栏选择“定义
/
材料”
，弹出如下对话框：
B
、选择“快速添加材料”
，弹出如下菜单：
C
、选择“材料类型”为“
Steel
”
，选择“规范”为“
Chinese
Q345
”
，点击“确定”
，回到对话框：
Q3
45
材料已经添加成功，也可以通过“添加新材料”对话框设置材料特性，如下：
点“确定”即定义成功，如下：
<
/p>
D
、索材料在
SAP2000
中没有现成的，需要按照定义
Q345-1
的方法
定义，具体如下：
点“确定”即定义成功，如下：
<
/p>
E
、定义混凝土，方法同上，点击快速添加材料，弹出如下对话框
：
如上
图中选择，点“确定”
，回到对话框：
混凝土
C30
定义完成，点击“确定”后材料属性定义全部完成。
4
、在
SAP2000
中定义截面
A
、通过第
3
步定义完成材料属性后，就要紧接着定义模型中涉及到的各种规格截面，通过菜
< br>单“定义
/
截面属性
/
框架截面，定义模型中用到的钢通截面，如下：
B
、点击“导入新属性”可以批量导入标准截面，如下：
点击上图中的截面，弹出如下对话框：
在
SAP2000
安装目录下找到后缀为
pr
o
的文件，
双击打开就能相应导入截面，
在本例中我们通
过自己定义截面实现，具体如下：
C
、点击“添加新属性”
，弹出对话框：
选择“圆管”
，弹出如下对话框：
D
、按上
图进行设置，设置完后点击“确定”即设置完成一种截面，重复上述过程，将钢管一
次定
义完成，如下：
E
、定义索截面同上述定义钢截面情况类似，具体如下：
选择“索截面”
，弹出如下：
选择“添加新截面”如下：
其中，
“
指定索直径”为索的等效直径，即
:
Π
x (D/2)
2
=
Π
x
(d/2)
2
x
n
——其中：
D
为等效直径，
d
为索每一跟钢丝的直径，
n
为索
截面中的钢丝数量，推导得出：
D=(n)
1/2
d
，
φ
5X151
索，即
D=(151)<
/p>
1/2
X5=61.4mm
点“确定”
，即可回到如下对话框：
点击“确定”
，索截面定义完成。
<
/p>
5
、在
SAP2000
< br>中指定截面
选择菜单“选择
/
选择
/
组”
，
弹出如下对话框，选择“
ZHJ-
SX
”
,
点击“确定”
，图形窗口中的上弦梁全部被选中，如下：
选择“指定
/
框架
/
框架截面”
，
弹出如下对话框，
选择
P219X10
钢通，点击“确定”
，
上弦材料截面指定完成，其他钢管采用类似方法一一指定，
指定后如下
;
当选择
SUO
指定截面时，索截面显示为灰色，如下：
这说明，
索截面的指定不能采用像钢管截面一样的指定方式进行指定，
而应该绘制索，
具体如
下，
选择“视图
/
设置三维视图”
，弹出如下菜单：
在“快速视图”中选择“
YZ
”
，并将“孔径角”设置为“
0
”
，点“确定”后的视图为：
选择常用工具栏的“绘制框架
/
索单元”
，具体如下：
弹出如
下对话框，如下图中选择好各选项，在视图区重新绘制索，
每绘制完一段索，就会弹出如下对话框：
不做任何修改，点“确定”继续绘
制索，直到全部绘制完成，点击
弹出如下对话框：
，
选择“框架
/
索
/
钢束”栏下的“截面”
，点击“确定”
，计算模型上显示每个构件的截面规格，
如下
但在索位置，显示了两个截面，一个是“
SUO
”
,
一个是系统默认的“<
/p>
W18X35
”截面，这意味着
要删除系
统默认的“
W18X35
”截面，保留“
SUO
”截面，具体操作如下：
首
先，通过菜单“选择
/
选择
/
组，
选择“
CABLE
”
，并“确定”
，将索单元全部选中，如下：
在屏幕空白区域点击鼠标右键，弹出如下对话框：
选择“只显示选择对象”
，其他未选
中对象均被隐藏，如下：
逐一删除对象后，在屏幕空白区域点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“显示全部”
，系统默
认的“
W18X35
”截面被删除，如下：
截面指定完成，点击
，弹出如下对话框：
选择“常规”下“拉伸显示”
，并“
确定”
显示的是计算模型的实体模型。
<
/p>
6.
计算荷载，定义荷载工况，指定荷载
1
）荷载计算简图
< br>1500
750
1
4
0
0
7
0
0
6000
12000
2
）节点受荷面积计算：
中间一个点的受荷面积
A
1
=6000X1400=8400000mm
2
=8.4 m
2
边上一个点的受荷面积取中间一个点的受荷面积一半（偏安全）
，即
A
2
=4.2 m
3
）定义荷载：
2
选择“定义
/
荷载模式”
，弹出如下对话框，按下图一次定义
LIVE
、
WIND
、<
/p>
SNOW
、
TEMP
（温度
荷载，定义拉索初始预应力）荷载，
地震作用不在这
里指定，如在这里指定采用的计算方法是底部
剪力法，后面我们采用反应谱法计算地震作
用。
点击“确定”退出。
4
）荷载计算：
A
、屋面恒载：
0.8KN/m
2
Q
D1
=A
1
X0.8=8.4X0.8=6.72KN
< br>↓
Q
D2
=A
2
X0.8=4.2X0.
8=3.36KN
↓
B
、屋面活载：
0.5 KN/m
Q
L1
= A
1
X0.5=8.4X0.5=4.2KN
↓
< br>
Q
L2
= A
2
X0.5=4.2X0.5=2.1KN
↓
C
、基本风压：
0.65 KN/m
W
K
=
β
2
2
z*
μ
z*
μ
s*Wo
50009
—
2001
）
其中：张弦梁顶部标高
15.0m
，地面粗造度按
B
类地区考虑，
《建筑结构荷载规范
》
（
GB
7.4
顺风向风振和风振系数相关条文如下：
7.4.1
对于基本自振周期
T1
大于
0.25s
的工程结构，如房屋
、屋盖及各种高耸结构
,
以及对于高度大于
30m
且高宽比大于
1.5
的
高柔房屋，
均应考虑风压脉动对结构
发生顺风向风振的影响。风
振计算应按随机振动理论进行，结构的自振周期应按
结构动力学计算。
注
:
近似的
基本自振周期
T1
可按附录
E
计算。
附录
E
结构基本自振周期的经验公式
E.1
高耸结构
E.1.1
一般情况
T1=(0.007
～
0.013)H
钢结构可取高值，钢筋混凝土结构可取低值。
[
基本自振周期
T1
取为：
0.013X15=0.195S]<
/p>
7.4.2
对于一般悬臂型结构，例如构架、塔架、烟囱等高耸结构
,
以及
高度大于
30m
，高
宽比大于
1.5
且可忽略扭转影响的高层建筑，均可仅考虑第一振型的影响，结
构
的风荷载可按公式
(7.1.1-1)
通过风振系数来计算，结构在
z
高度处的风振系数
β
z
可按下式计算
:
式中
ξ<
/p>
—脉动增大系数；
υ
—脉动影响系数；
Ψ
z
—振型系数；
μ
z
—风压高度变化系数。
7.4.3
脉动增大系数，可按表
7.4.3
确定。
注：
计算
W
o
T
1
2
时，
对地面粗糙度
B
类地区可直接代入基本风压，
而对
A
类、
C
类
和
D
类地
区应按当地的基本风压分别乘以
1.38
、
0.62
和
0.32
后代入。
[B
类地区，
W
0
T
1
2
=0.65*0.195=0.1268<
/p>
，
采用差值法计算，
（
< br>0.1268-0.1
）
/
（<
/p>
ξ
-1.88
）
=
（
0.2-0.1268
）
/
（
2.04-
ξ
），即
ξ
=1.923]
< br>
7.4.4
脉动影响系数，可按下列情况分别确定。
1
结构迎风面宽度远小于其高度的情况
(
如高耸结构等
)
：
1)
若外形、质量沿高度比较均匀，脉动系数可按表
7.4.4-1
确定。
2)
当结构迎风面和侧风面的宽度沿
高度按直线或接近直线变化，而质量沿高度按
连续规律变化时，
表
7.4.4-1
中的脉动影响系数应再乘以修正系数
θ
B
和
θ
v
。
θ
B
应为构筑物迎风面在
z
高
度处的宽度
B
z
与底部宽度
B
0
的比值；
θ
7.4.4-2
确定。
ν
可按表
2
结构迎风面宽度较大时
,
应考虑宽度方
向风压空间相关性的情况
(
如高层建筑
等
):
若外形、质量沿高度比较均匀，脉动影响系数可根据总高
度
H
及其与迎风面
宽度
B
的比值，按表
7.4.4-3
确定。
[
按
7.4.4-3
，
H/B=15/72=0.208<0.5,B
类地区，即
V=0.42]
7.4.5
振型系数应根据结构动力计算确定。对外形、质量、刚度沿高度按连续规律变
化
的悬臂型高耸结构及沿高度比较均匀的高层建筑
,
振型系数也可
根据相对高度
z/H
按附录
F
确定。
[
计算点高度
Z=15m
，建筑高度
H=15m
，即
Z/H=1.0,
底部宽度
B0=72m
，顶部宽
度
BH=72m,
即
BH/ B0=72/72=1.00,
故振型系数
Ψ
z=1.0]
7.2
风压高度变化系数
7.2.1
对于平坦或稍有起伏的地
形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表
7.2.1
确定。
地面粗糙度可分为
A
、
B
、
C
、
D
四类：
——
A
类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；
——
B
类指田野、
乡村、
丛林、
丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；
——
C
类指有密集建筑群的城市市区；
——
D
类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区
7.2.2
对于山区的建筑物，
风压高度变化系数可按平坦地面的粗糙度类别，
由表
7.2.1
确定外，还应考虑地形条件的修正，修正系数
η
分别按下述规定采用
:
1
对于山峰和山坡，其顶部
B
处的修正系数可按下述公式采用：
式中
tg
α
—山峰或山坡在迎风面一侧的坡度；当
tg
α
>0.3
时，取
tg
α
=0.3
；
k
—系数
，对山峰取
3.2
，对山坡取
1.4<
/p>
；
H
—山顶或山坡全高
(m)
< br>；
z
—建筑物计算位置离建筑物地面的高度，
m
；当
z>2.5H
时，取
z
=2.5H
。
对于山峰和山坡的其他部位，可按图
7.2.2
所示，取
A
、
C
处的修正系数
η
A
、<
/p>
η
C
为
1
，
AB
间和
BC
间的修正系数按
η
的线性插值确定。
2
山间盆地、谷地等闭塞地形
η
=0.75
～
0
.85
；
对于与风向一致的谷口、山口
η
=1.
20
～
1.50
。
7.2.3
对于远海海面和海
岛的建筑物或构筑物，
风压高度变化系数可按
A
类粗糙度类
别，由表
7.2.1
确定外，还应考虑表
7.2.3
中给出的修正系数。
[
按表
7.2.1
，
H=15
米，
B
类地区，
μ
z=1.14]
=1+(1.923*0.42*1.0)/1.14
=1.708
7.3
风荷载体型系数
7.3.1
房屋和构筑物的风载体型系数，可按下列规定采用
:
1
房屋和构筑物与表
7.3.1
中的体型类同时，可按该表的规定采用；
2
房屋和构筑物与表
7.3.1
中的体型不同时，可参考有关资料采用；
3
房屋和构筑物与表
7.3.1
中的体
型不同且无参考资料可以借鉴时，
宜由
风洞试验确定；
4
对于重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。
[
按第
5
项封闭式单坡屋面，
μ
s=0.6
↑
]
W
K
=
β
z*
μ
z*
μ
s*Wo
= 1.708*1.14*0.6*0.65
=0.76KN/m
2
Q
W1
= A
1
X0.76=8.4X0.76=6.38KN
↑
Q
W2
= A
2
X0.76=4.2X0.76=3.19KN
↑
D
、基本雪压：
0.2
KN/m
2
6.1
雪荷载标准值及基本雪压
6.1.1
屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：
式中
sk
—雪荷载标准值
< br>(kN/
㎡
)
；
μ
r
—屋面
积雪分布系数；准永久值系数应按雪荷载分区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的不同，分
别取
0.5
、
0.2
和
0
；
雪荷载
分区应按本规范附录
D.4
中给出的或附图
D.5.2
的规定
采用。
S0
—基
本雪压
(kN/m2)
。
附图
D.5.2
雪荷载准永久值系数分区图
工程所在地为徐州，雪荷载准永久值系数分区
为
II
，即
μ
r=0.2
，故：
SK=
μ
r*S0=0.2*0.2=0.04KN/m
2
Q
S1
= A
1
X0.04=8.4X0.04=0.336KN
↓
Q
W2
= A<
/p>
2
X0.04=4.2X0.04=0.168KN
↓
5
）施加荷载：
通过“选择
/
选择
/
组”将上弦杆全
部选中，
在主视图空白区鼠标右击弹出菜单，选择“只显示选择对象”
，
点击“设置显示选项”
，
将“节点
/
不可见”前的“√”点选去掉，以显示节点，点击“确定”后如下：
调整三维视图，框选上弦所有中间
节点，并将右下角单位换成
KN,m
，
C
，然后选择“指定
/
节点荷
载
/
力”
按下图设置中间节点恒载大小，并点击“确定”定义恒载完成，
选择左侧“
PS
”按钮，重新选择前一次选择对象，中间节点全部被选择，重复选择“指定
/
节
点荷载
/
力”
重复上述指定荷载过程，将中间节点、边部节点荷载全部指定完成，如下：