3D3S软件中节点设计

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We learn we go 3D3S门式钢架节点设计上海同磊土木工程技术公司3D3S研发组
在结构设计的过程中，除了分析整体结构的内力，位移，验算单根构件的强度，稳定等步骤之外，节点设计也是个很重要的步骤，能快速地设计节点及绘制节点详图，可以大大提高设计人员的效率。

3D3S门刚主钢架节点设计的步骤：
一、节点计算参数选择
节点设计基本计算参数：
在轻钢和多高层模块中，3D3S提供了多种节点设计的方法：1）按3D3S整体计算内力；
2）按构件等强；
3）按用户指定的节点设计力；
4）按参数化节点库。

图1 基本计算参数对话框
前三种模式的在计算上的本质区别在于节点设计力的来源不同，第4种模式并不对节点进行计算，其本质上是把已经设计好的具体节点尺寸参数保存到数据库中，下次根据此结果直接复制到其它的新节点上去，这种模式特别适合于钢结构的加工图深化设计。

等强设计是一种非常实用的设计计算模式，框架节点由单一的等强系数（0到1之间）来控制，门式刚架节点和柱脚节点由与弯矩、轴力和剪力分别对应的多个等强系数来控制。

当不输入等强系数，而按默认为0计算时，按内力为0进行计算。

如果用户使用其它结构分析软件（例如SAP2000或Ansys）经整体计算得到构件杆端力，而在本软件模块中进行包括节点设计在内的后处理工作，那么可以使用“按用户指定的节点设计力”模式。

软件不对门式刚架围护结构的连接节点进行计算，由用户直接指定节点的尺寸等参数。

螺栓直径和间距：
用户可以指定螺栓的间距和直径，也可以由软件自动选择计算，即选择项为“缺省”。

当指定为软件自动选择计算时，软件按照M16，M20，M22，M24，M27，M30的直径顺序进行设计计算，直至找到同时符合强度和构造要求的螺栓直径。

基本构造参数
对话框子页面如下图所示。

软件在节点计算时，只选用已打“√”的板厚系列。

图2 基本构造参数对话框
轻钢节点参数
对话框子页面如下图所示。

此外的轻钢节点是指主刚架节点。

按等强设计计算时，软件用多个系数（0~1）控制等强应力比，分别对应轴力、弯矩和剪力，简称为分项应力比。

左上角由用户确定是否考虑“截面50%承载力计算”及“节点域抗剪验算”
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图3 轻钢节点参数对话框
二、选择默认的连接形式、自动设计
对话框子页面如下图所示。

与轻钢节点相同，按等强设计计算时，软件用多个系数（0~1）控制等强应力比，分别对应轴力、弯矩和剪力，简称为分项应力比。

无论是按等强还是按输入组合内力设计计算，计算程序对输入的各个分项应力比或内力值的取用与具体的节点类型相关，例如当节点为铰接节点时，无论输入的弯矩值（M2、M3）为多少，计算程序均不予考虑。

另外，无论输入内力组合值中轴力N 的正负，计算程序均按轴压力考虑。

更详细的设计计算原理
可参见后面的“节点设计编程原理”一章的说明。

图4 脚柱对话框
1）门刚模块中，主要有中柱节点、边柱节点、披跨节点、梁梁对接节点、屋脊节点、屋脊处摇摆柱、非屋脊处摇摆柱节点等类型。

用户需要把用到的节点从左边的“可用形式”
添加到右边的“选用形式”中去。

软件自动选用相应位置的节点形式进行设计。

图5 选择连接节点形式对话框
节点设计的应用技巧
1）对于用高强螺栓连接的梁腹板
要求梁腹板高至少是螺栓最小间距+最小边距
3*d0+2*d0+2*d0=122.5，铰接缝隙40mm ，刚接缝隙70mm ，那么梁腹板至少165~195的高度，要求梁腹板至少6mm 厚。

这是因为根据规范要求，螺栓的最小间距为3*d0=3*(16+1.5)=52.5mm,最大间距控制在
12*t=12*6=72mm,满足要求。

对于板厚4mm 的高强螺栓连接，最大间距控制在12*t=12*4=48mm,显然大于最小螺栓间距，构造要求不能够满足。

2）对于梁柱连接的等强设计、按内力设计，以及按输入组合内力设计
在软件计算中，计算用杆件力有三种渠道：等强、3D3S 有限元整体计算结果、输入的组合内力。

等强是指按梁或支撑单元的设计强度来设计节点连接，对于梁，考虑了最大弯矩f*W ，最大剪力fv*Aw ，对于支撑，考虑最大设计轴力A*f ；如果是等强抗震连接计算，那么计算书中给出的弯矩、剪力、轴力均除以了抗震调整系数0.75或0.8。

3）常用计算法及精确计算法
这是两种常用的连接计算方法。

区别在于梁腹板是否承担了弯距。

一般来说，如果梁翼缘的惯性矩/全截面惯性矩大于70%，工程师趋向于应用常用计算法进行计算。

但是考虑到腹板排列高强螺栓，也必然会承担一部分弯矩。

软件将这个开关放在节点计算参数选择里，让用户自己决定。

4）对于高强螺栓连接螺栓直径的选择
在程序中，高强螺栓是按增加排数——增大螺栓直径——增加列数来满足强度要求确定的。

设计结果可能出现采用
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的螺栓直径小，排列密集的情况，与工程师的习惯不同。

而且对于整个钢结构体系，不同的节点设计，可能软件自动选择不同直径的螺栓，出现好几种螺栓直径，下料施工不方便。

建议用户在遇见这种情况的时候，在节点设计参数对话框中，指定一个螺栓直径，那么程序会根据指定的直径进行所有的连接设计。

当然，在部分节点，指定直径会设计失败，这是由连接杆件的板厚、板宽决定的。

这时可以改变螺栓直径或直接将直径设为缺省，再一次进行节点设计。

指定螺栓直径/缺省直径两种选择合理使用，将会减少工程中应用的螺栓种类，有合理的螺栓排列，得到满意的设计结果，减少工作量。

5）门式刚架梁柱节点的加劲肋布置
可以在节点编辑对话框中改变加劲肋的数量与位置。

牛腿设计
软件根据吊车设置与荷载进行牛腿设计，计算结果文件放在后处理文件夹中，后缀名为“.niutui ”，可用命令“查看吊车牛腿计算书”打开计算书文本。

三、3D3S 门刚围护结构节点设计的步骤： 1、围护结构连接节点几何参数的设置：
图6 围护结构连接节点几何参数对话框
2、 围护结构节点自动装配，软件自动根据所在的位置进行
围护节点的装配。

3、 实际模型中的节点：
图7 围护结构与柱子连接节点
图8 围护结构与屋面梁连接节点
图9 钢架柱与屋面梁连接节点
节点计算书：
节点计算书列出了计算时采用的节点参数， Vmax ，Vmin ，Nmax ，Nmin ，Mmax ，Mmin ，等六种情况下的杆端内力和计算结果。

以及考虑按截面50%承载力计算以及节点域抗剪验算结果。

图10 节点计算书。