STAAD chinese manual for website-940307简易中文手册

STAAD/Pro

软件功能及理论解说

1.1STAAD/Pro的结构型式

STAAD/Pro（简称STAAD）能够分析及设计含有杆件、板/壳及实体元素的结构体。STAAD可分析的结构型式有四种：

SPACE是三维的构架结构，载重可以放在任一平面上，这是最普遍使用的型式，如大楼或厂房等。

PLANE是二维型式的结构，限制在世界坐标的X-Y平面，载重放在同一平面上。

TRUSS是指结构杆件都是TRUSS杆件，它只能承受轴向力而不能承受力矩。

FLOOR是指没有水平力矩的（X , Z）二维或三维【FX，FZ & MY是限制在任何节点上】结构，建筑物的地板是FLOOR最典型的例子。不受水平力

的柱（column）也是FLOOR的一种，假如柱受水平力则属于SPACE的

型式。

正确地设定结构种类可减少所需的方程式数目以达快速经济的目的。各类型结构的自由度定义如下图1.1所示。

图1.1

1.2 结构几何与坐标系统

一个结构是由一些组件如梁（beams）柱（columns）板（slabs）和平板（plates）等组成，在STAAD中构架元素（frame elements）和板面元素（plate elements）是用于建立结构模型的。一般来讲，建立模型结构几何有两个步骤：

A、定义与描述接点（joints）或节点（nodes）

B、将接点连接以形成杆件（members）或元素（elements）。

一般来讲MEMBER（杆件）这个词用来指构架的元素，ELEMENT（元素）用来指平面或曲面元素，MEMBER INCIDENCE指令用来定义杆件，而ELEMENTS INCIDENCE指令则用来定义元素。

STAAD用两种坐标系统来定义结构几何和载重方式。（GLOBAL）世界坐标系统是用来表现整体几何与结构的载重方式。LOCAL局部坐标系统是用来帮助与每一个杆件或元素有所关联，且用在MEMBER END FORCE定义输出结果和局部载重方式。

世界坐标系统

以下坐标系统可以用来标明结构几何：

A、直角坐标系统：此坐标系统X，Y，Z轴成直角相交，并遵循右手定律。这种坐标系统可用来定义接点位置及作用力方向。图1.2中位置自由度以u1，u2，u3而旋转自由度以u4，u5及u6表示。

图1.2

B、圆柱坐标系统：此坐标系统中以R（半径）及Ø（转角）取代直角坐标的X，Y平面，Z轴与直角坐标相同，而方向则以右手定律决定。见图1.3。

图1.3

C、反圆柱坐标系统：此坐标系统与圆柱坐标相似，但以R-Ø（半径及转角）取代直角坐标之X，Z平面，Y轴与直角坐标相同，方向则以右手定律决定。见图1.4。

图1.4

局部坐标系统

在每一杆件上我们用局部坐标系统，所有的局部直角坐标都遵循右手定律。图1.5中说明一结构杆件，其正X方向为从″i″到″j″（i为起点，j为终点），Y，Z 方向由右手定律决定，且与截面的两个惯性轴相吻合，如图1.6所示，局部坐标永远是直角坐标。

图1.5

图1.6

因为杆件于整体结构上是有方向性，所以正确的定义出每一杆件之局部坐标与世界坐标的关系是十分重要的，以下将详述这种关系的定义。

Beta角

以直立柱为例，局部坐标的x轴平行于世界坐标的Y轴时，Beta角的定义为局部坐标z轴平行于世界坐标Z轴时为0゜如果局部x轴不平行于世界坐标Y轴，Beta 角定义为局部z轴平行于世界坐标X-Z平面时为0゜。

下图1.7详列各种BETA角为90゜及0゜的情形。

图1.7

参考点

另一种定义杆件方向的方法为输入一坐标或接点编号，它就是一个参考点，位于在杆件上的x-y平面，但不在杆件的轴向，程序可自动由此参考点的位置计算出杆件上x-y平面的方向。

1.3 有限元素数据

STAAD有板/壳及实体等有限元素组件。

板/壳元素

板/壳元素为三个点（三角形）或四个点（四边形）组合的元素。如果四边形元素的四个点不在一个平面上，最好是使用三角形元素，在不同的节点上可以有不同的厚度。此元素可以用来仿真表面结构，如墙、水泥板、平板及壳等。STAAD提供MESH GENERATION这种功能，它能自动将一大面积切成细小的网状元素。ELEMENT PLANE STRESS指令能用来对各元素做PLANE STRESS的功能。

板/壳元素的建立规则(几何模型)

1）在各元素的中心，程序自动产生第五个节点，见图1.8。

2）当设定元素中各节点数据时，必须依顺时针或逆时针方向设定，见图1.9。为提高效率起见，相似的元素应有连续的节点数字。

3）元素之长宽比不可太离谱。应大致为1：1，希望别超过4：1，见图1.10。

4）每一个元素都不可太扭曲。元素任何两边的夹角不可大于90∘太多，且不可超过180∘，见图1.11。

元素受力

以下为元素受力的的种类：

1）元素节点上之节点受力，在世界坐标方向。

2）元素上的集中受力，在局部或世界坐标方向。

3）元素面上的均匀压力，在局部或世界坐标方向。

4）元素面上的部份均压，在局部或世界坐标方向。

5）在元素面上的线性受压，在局部坐标方向。

6）因温度均匀增加或减少产生的温度作用力。

7）元素上下面温度不同而产生的温度作用力。

理论基础

STAAD的板有限元素是建立在混和有限元素的基础上，基本上我们是设定了一个完整的二次力的分布，对于平面应力的作用，以下是应力的分配方式。

完整二次力的分布如下：

对于板面弯曲的作用，以下为二次力的分布：