STAAD 建模讨论—关于截面等刚代换.PDF

Building Structure 专业软件讲座 STAAD 建模讨论—关于截面等刚代换 李晓峰 孙立夫 林润松 （BENTLEY 软件 （北京）有限公司 ） 1 等代截面输入 单来说，可以认为抗剪刚度决定了抗弯刚度。下面来简单的 多数通用软件都没有提供足够多的非标截面库，需要通 讨论在格构式断面进行等代时与此有关的问题。 过某种方式进行截面等代输入，各种组合截面和冷成型截面 常见的大部分格构式组合断面以闭口类型居多。所谓的 表现的尤为明显，在一定程度上对用户造成了困扰。但根据 闭口格构式断面，在概念上大致可以通过两点判断：1）在 截面的拓扑分类，绝大多数常用截面 （包括实腹与格构）可 截面整体受扭时能形成连续的环向应力流（实际上是螺旋力 归并为基本的两类，即所谓的开口和闭口断面，并且工程中 流，见图2 ），这种传力机制至少需要在截面的外轮廓设置 常用的这些截面往往具有某种对称形式，这就为我们在 连续的抗剪构造；2 ）要保证螺旋力流的平衡，则必须首先 STAAD 中为其定义提供了某 保证截面的刚周边变形条件，这需要沿杆长至少间断地设置 种方便的可能性。例如，针对 刚隔片或水平撑系统，不一而论。同时满足前面两个条件的， 典型的实腹式组合断面，例如 其抗力的空间分布形态在本质上与通常实腹式闭口截面类 双工字钢或双槽钢等通过盖板 似，可定义为闭口的格构式截面，反之则是开口类型。推广 焊接组成的类箱形断面，可以 来说，对一个具体的截面而言，其外观的几何形态 （例如是 用STAAD 中的Tube 截面类型 格构或实腹，离散或连续），不是最本质的划分依据。以闭 来等代模拟 （图1）。 图1 手工定义类箱型截面数据 口的截面为例，其受扭时形成的沿杆件长向的空间螺旋应力 可按Tube 截面尺寸输入箱形断面的高与宽，而把D， 流是其受力的本质特征。而对开口断面而言，剪力不能形成 W，A ，I ，I ，I （截面高度、截面宽度、横截面积、扭 的范围的环流，因而效果几乎可以忽略不计。钢结构设计中， X X Y Z 转常数、绕局部 Y 轴惯性矩、绕局部Z 轴惯性矩）修改成 闭口和开口的截面在性能上有根本差异，这主要体现在闭口 实际截面的数据。这样最终的截面特性和原截面可做到几乎 断面基本只由弯曲屈曲控制，而开口断面一般需验算弯扭屈 完全一致。另外，对于工业厂房中常用的特殊实腹式焊接组 曲，特定的截面形式 （例如短十字形）尚需验算扭转屈曲。 合柱，比如双工字钢或双槽钢或工字钢和槽钢通过钢板焊接 的类H 型断面，也可以使用类似的方法进行定义。推广来 说，设计者可以将STAAD 中的Tube 和Pipe 两种截面类型 作为广义的闭口截面模板使用；而将H 型和C 型作为广义 的开口截面模板使用。对常用的许多组合断面，可将其做成 外部截面库，在需要时引用，而不用在每次建模时重复输入。 前面所说的是对通常的实腹式组合断面的等代截面输 图2 闭口和开口截面的剪力流 入。因为实腹式截面通常具有较好的整体性，一般都能满足 2 等刚代换 “刚周变”和“平截面”的变形约束条件。但对一般的格构 等刚代换是建模时常用的一种手段。代换做到等刚的目 式断面而言，前述方法在原则上仍然可以使用，但具体的操 的是保证代换后的模型与原模型有同样的内力和变形。实际 作需要作出调整，主要是因为格