sap2000讲义

SAP2000 讲义
7.1、壳单元
在SAP2000中，板壳对象按照受力特点可以分为三类：膜单元、板单元及壳单元。 膜单元只具有平面内的刚度，承受膜力，建筑结构中楼板通常用膜单元来模拟。 板单元与膜单元相反，只具有平面外的刚度，承受弯曲力，模拟薄梁或者地基梁等。
壳单元的力学行为是膜单元与板单元之和，是真正意义上的壳单元。也可以根据中 面的形状划分：如果壳的中面为平面，则壳的薄膜应力和弯曲应力状态互不藕合，而壳 的中面也可为曲面，此时膜应力与弯曲应力藕合。
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4、SAP2000 结构分析的基本步骤
1．确定计算简图 2．选择计算量纲（即单位） 3．建立几何计算模型 4．定义单元的材料特性 5．定义单元截面特性 6．定义结构荷载工况。 7．定义结构分析类型。 8．选定约束结点，指定约束类型 9．选定单元指定单元截面组名 10．选定单元施加单元荷载（非结点荷载） 11．选定结点，施加结点荷载（或支座位移） 12．结构分析，求结点位移。 设臵结构类型及相应的结点自由度 ,运行程序
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固定支座 固定支座被支承的部分完全被固定,不能竖向和水平移动,也不能转动， 提供三个反力。
计算简图
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11、SAP2000荷载工况及加载 在分析或设计一个结构时，必须对施加在结构上荷载的性质和大小有一个清晰的了解 下面用图表方法表明了必须考虑的主要荷载以及它们的特征
静力（Static）：最常见的分析类型，荷载施加不包括动力效应。 模态（Modal）：用特征值方法或Ritz向量法计算结构动力模态。 反应谱（Response-Spectrum）：用静力方法计算由加速度荷载引起 的响应。需要反应谱函数。 时程（Time-History）：施加随时间变化的荷载 屈曲（Buckling）：在荷载作用下屈曲形态的计算。 超静定（Hyperstatic）：由预应力和其他自平衡荷载产生的二次力 的计算。 移动荷载（Moving Load）：结构上车辆荷载沿车道移动最不利响应 的计算。 稳态（Steady State）：在一个或多个频率上施加简谐变化的荷载。 需要稳态函数。 功率谱密度（Power Spectral Density）：按照荷载在频率范围内的概 率分布施加简谐变化的荷载，确定期望的响应值。 非线性分析的结果一般不能进行叠加。所有共同作用于结构的荷载 应该直接在分析工况中进行组合。非线性分析工况可以链接起来以 实现复杂的加载次序。非线性分析的类型有： 静力非线性（Nonlinear Static）：荷载施加没有动力效应。可用来进 行Pushover分析。 非线性阶段施工（Nonlinear Staged Construction）：施加不考虑动力 效应的荷载，同时将添加或移除结构的一部分。可以包括时间效应， 如徐变、收缩和龄期
工程上对于壳的厚度h与其宽度L之比(即厚宽比) h/L<1/10的壳称为薄壳，厚宽比在1/10<h/L<1/5之间的壳,称为中厚壳。薄壳中横向剪应 力对变形的影响较小，而中厚壳中横向剪应力对变形的影响较大
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8、单元定义 以框架单元为例
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方法一 添加单元截面类型
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11.1 荷载加载步骤
1、定义荷载模式
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2、定义荷载工况，可以 进行荷载模式组合，设 臵荷载工况类型
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Hale Waihona Puke Baidu
3、可以预先自定义荷载工况的 组合，sap2000在结构分析完成 后也会根据荷载规范自动进行组 合
13．显示计算结果。 显示结构变形： 显示结点反力： 显示单元内力：
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5、SAP2000 坐标系
坐标系的作用：每个结构可以使用不同的坐标系描述点的位臵、荷载、 位移、内力和应力的方向。 模型中只有一个整体坐标系；但有多个局部坐标系，例如，模型的中的结 点、单元、约束有自己的局部坐标系。所有局部坐标系坐标系是相对于整体坐 标系来定义的。
6.3 材料说明
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7、SAP2000 单元类型 框架/索：用来模拟 梁、柱、支撑、桁 架、索单元
连接（两点）单元： 用来模拟特殊单元 行为如隔离器、阻 尼、隙、分段线性 弹簧和其它。和框 架/索对象不同连接 对象 面：用来模拟墙、 楼板、和其它薄壁 单元，也可以用于 二维固体（平面应 力、平面应变、轴 对称实体） 实体：用来模拟三 维实体
截面类型示意图
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方法二 导入单元截面类型（中国型钢库）
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方法三 自定义单元截面（在已定义好截面的基础上可以进行组合）
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方法四 自动单元截面（在已定义好截面的基础上，包括自定义截面）
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9、SAP2000 建模 为了便于对实际结构进行受力分析，用一个能反映出结构的主要受力特征的简化图 形代替实际结构，这种在结构计算中用以代替实际结构并能反映结构主要受力和变形特 点的理想模型，称为结构的计算简图或计算模型
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3、Excel交互式建模，这个SAP2000直接给出了EXcel交互编辑命令．也可以直接用 拷贝和粘贴的方法进行交互编辑．这个在编辑模型时较为常用，很方便
例图为用电子表格编辑节点坐标
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10、SAP2000施加边界条件
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滚轴支座（链杆支座） 滚轴支座被支承的部分可以转动和水平移动,不能竖向移动,所 提 供的反力只有竖向反力
实体单元的局部坐标轴1-2-3 通常与整体坐标系X-Y-Z 相同。 也可以指定两个参考向量或三个角度对一个实体局部坐标定 义任意方向。 体约束、隔板约束、板约束、梁约束、杆约束的局部坐标系通 常由约束的几何属性或质量分布自动确定。或者，可以指定一 个局部坐标轴（体约束除外），其余两个坐标轴自动确定。
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4层房屋结构，根据不同的要求和所具备的条件，其计算简图可分为 图c、d、e几种情况
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建模常用方法
1. 直接用SAP的网格工具建模，这个方法最常用，最适合平面模型， 对空间模型编辑较为繁琐
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2. 使用相应的摸板，快捷方便 例图为二维桁架模版直接生成
静力荷载是逐渐施加在结构上的荷载，与之相应的位移也是缓慢产生的，它随着静力 荷载达到最大值而达到其峰值。动力荷载是突然施加在结构上的荷载，具有在数值、方 向、位臵上快速变化的特征，相应结构的变形的变化也是快速的。动力荷载会使结构振 动，以致结构变形的峰值不一定就在施加最大荷载时发生
活荷载是那些在可能作用在结构上，也可能不存在的作用力。虽然活荷载是可移动的， 但它仍然是一种缓慢作用在结构上的荷载。使用荷载是活荷载,它包括人群、存储材料以 及其他类似物品。所有活荷载都以其活动性为特征。它们一般都是竖向向下作用,但有时 也能够在水平方向作用
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5.3 坐标系说明 局部坐标系没有一个首选的向上方向。相对整体坐标系，向上 的＋Z 方向用来定义默认的节点和单元的局部坐标系。 节点局部坐标系1-2-3 通常和整体坐标系X-Y-Z 一致。 对框架、面（壳、板、轴对称）、连接/支座单元，单元的一 个局部坐标轴是由单元几何形状所确定。可以指定一个参考 向量一个旋转角度定义其余两个轴的方向。特例是一个节点 或一个无长度的连接单元，这时需要指定局部坐标轴1。
12、SAP2000 选择分析类型及分析
13、SAP2000 结果查询及钢结构验算 14、SAP2000 例题
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1、SAP2000 介绍 SAP2000是由美国CSI (Computers and Structures Inc )公司开发研制的通用结构分析与设 计软件。SAP2000已经由近40年的发展历史，是美国乃至全球公认的结构分析软件，在世 界范围内广泛应用 SAP2000分析计算功能十分强大，它几乎包括所有结构工程领域内的最新结构分析功能， 四十多年的发展，使得SAP2000积累了丰富的结构计算分析经验,从静力动力计算，到线 性非线性分析；从P-dert效应到施工顺序加载等，都能运用自如，为工程师提供最可靠 的计算分析结果 从CCTV新楼，到奥运工程的“水立方”、“鸟巢”等一大批国家重点项目都凝聚和 体现了SAP2000的强大分析技术,SAP2000中文版将继续为我们发挥重要作用
SAP2000作为结构分析软件工具，它的计算结果准确性依赖于你对结 构的理解，计算模型对结构模拟方式的合理性及准确性，计算结果需要你 的经验加以正确判断，它不只包括设计上的，还包括施工上的
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3、SAP2000主要结构分析类型
从最广泛的意义上，分析类型可以划分为线性和非线性，这依赖于结 构对荷载的响应方式。线性分析的结果可以进行叠加，即可以在分析 之后相加。线性分析的类型有：
所有坐标系是三维右手直角 （笛卡尔）坐标系。相对于 整体坐标系，向量矢积用来 定义局部和其它坐标系。
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5.1 整体坐标系
整体坐标系是三维右手直角坐标系。三个轴，标记为 X、Y、Z，相互垂直并满足右手准则 SAP2000 总是假定Z 轴垂直，+Z 向上
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5.2 局部坐标系 结构模型的每部分（节点、单元、约束）都有自己的局部坐标 系用来定义属性、荷载、响应。 局部坐标系的轴用1、2、3 表示。通常，局部坐标系从节点到 节点、单元到单元、约束到约束都可以不同。
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6、SAP2000 材料定义
Steel （钢材） Concrete （混凝土） Aluminum （铝材） ColdFormed（冷轧钢） Rebar （螺纹钢筋） Tendon （预应力钢束）
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6.1 材料说明
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6.2 材料说明
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计算简图
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固定铰支座 固定铰支座被支承的部分可以转动,不能移动,能提供两个反 力,在计算简图中用两根相交的支杆表示
计算简图
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定向支座（滑动支座） 定向支座被支承的部分不能转动，但可沿一个方向平行滑动,能提供反 力矩和反力，在计算简图中用两根平行链杆表示。
计算简图
新疆体育馆
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2、应用SAP2000需要了解的基本知识
作为一名施工技术人员，要很好的使用结构有限元分析软件，对结构 力学，材料力学的基本知识要有一定的基础，了解力学计算常涉及的惯性 矩、抵抗矩，回转半径、长细比等，了解常用材料的力学性能如弹性模量、 剪切模量、质量、强度（标准强度、设计强度）等，还需要了解SAP2000 中文版包含的中国规范： 《建筑荷载规范》（GB 50009-2001) 《钢结构设计规范》(GB50017-2003) 《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
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7.1、框架单元 框架单元（Frame）是由2个结点构成的等截面直线单元，如图所示。它具有拉、压、剪、 弯、扭的变形刚度，框架单元的每一结点都具三个方向的线位移和三个角位移，因而每 个结点都具有6个自由度，相应有6个杆端力 框架单元可用来模拟： ●三维框架单元 ●三维桁架及网架 ●交叉梁系 ●平面框架 ●平面桁架及网架 ●索网结构 根据结构的不同，需要对截面属性进行修正。如模拟 柔索结构，这种索基本上不能承受弯矩。如果用框架单 元来模拟索结构，就需要对索截面属性进行折减；如果 用膜单元来模拟楼板，考虑到楼板对梁抗弯能力的提高， 需要对这种梁截面的抗弯属性进行修该；为使连梁在地 震中先破坏，需要在分析前对连梁的属性进行折减。修 改的截面可以依赖于定义截面，也可以指定给部分单元。
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目 录
1、SAP2000 介绍
2、应用SAP2000需要了解的基本知识
3、SAP2000主要结构分析类型 4、SAP2000 结构分析的基本步骤 5、SAP2000 坐标系 6、SAP2000 材料定义 7、SAP2000 单元类型 8、SAP2000 单元定义 9、SAP2000 建模（） 10、SAP2000施加边界条件 11、SAP2000荷载工况及加载