SAP软件的基本计算——田国强

技术总结

——SAP软件的基本计算

田国强

地铁车站及区间施工时，须先开挖出相应的空间，然后在其中修筑衬砌。施工方法的选择，应以地质、地形、埋深及周围环境条件为主要依据。不同地区主要影响因素不同，比如北京主要受周围环境影响，很多重要建筑、街道等是不允许征用的，必须采用暗挖法施工；然而在天津，地质条件不好，水位过高则导致暗挖不好施工，车站都采用明挖法施工。

车站暗挖施工时，主要有两种方法：PBA法和CRD法；区间施工时笼统的分为：盾构法和矿山法。其中矿山法又分为：台阶法、CD工法(跨度大)、CRD工法、双侧壁导坑法、联拱隧道中洞法等，区间采用矿山法施工时最常用的是台阶法或CRD工法。

在主体结构的设计中，最主要的一部分就是配筋，配筋的大小如何计算、控制，这就用到我们在地铁的结构设计中可以说最常用的软件——SAP2000。在上述工法的计算中，PBA工法模型可以包括明挖法及CRD法的部分特点，比如弧形结构的加载，普通框架结构刚域的添加或弯矩的折减等特点，故下面以PBA法为例，对sap2000的使用进行了简单的总结。

1.建立模型

简单的模型可以直接在sap中进行建模，比如连续梁；复杂的平面模型则要在CAD中进行建模，保存为dxf文件，然后导入。采用CAD建模然后导入sap主要有以下几步：

第一步，选择计算结构断面，将结构图上尺寸标注、说明等多余内容删掉，只留主要框架的结构线，并确保结构线在同一图层（不能在0图层）。利用结构线画出各构件的中线，将除中线外的线条全部删除，并对各中线进行剪切，确保无多余线头，形成框架结构。若有圆弧，必须将圆弧分段用直线表示出来，因为sap不认圆弧。将所得框架结构缩小1000倍（sap中单位1代表1米）。将框架结构的最低中心点移至（0,0）点，确保各条线的y坐标不小于0。将CAD文件保存成 .dxf 格式文件。

第二步：打开sap2000软件，点“文件”菜单下的“新模型”，如图所示，弹出“新模

型对话框”，单位选择“KN，m，C”，模版选择“空”。然后点“文件”—“导入”—“AutoCad .dxf文件”，选择刚才建立的模型。然后根据弹出的对话框提示选择全局方向为“Y”，图层选择刚才建模时框架结构所在图层。通过几个按钮调整坐标平面，使框架平铺在窗口上。

最初结构图及导入sap后图形如下：

最原始结构图导入sap后图

2定义构件属性

第一步：定义材料属性

选择菜单栏中“定义”—“材料”即，弹出“定义材料”对话框，可以点击“快速添加材料”，这样之间可以选择“C20、C30、C40”三种不同型号的混凝土，若混凝土不是这三种型号，比如C45，则需要点击“添加新材料”，通过“材料属性数据”对话框自行输入材料属性数据，自己定义材料的属性。

第二步：定义框架截面属性

选择菜单栏中“定义”—“截面属性”—“框架截面”，如下图所示：

，弹出“框架属性”对话框。点击“添加新属性”，在“添加框架截面属性”对

话框里“框架截面属性类型”一栏选择混凝土，如图。再点击添加混凝土截面下的矩形截面，在弹出的“Rectangular Section”对话框中填好截面名称（以便后续制定框架截面），选择材料（此前定义的材料属性），输入对应构件的尺寸，宽度一般取1延米，高度则为各构件的厚度、宽度。

注意：由于柱跟侧墙、顶板、中板、底板不同，是不连续的，故需将柱转化为等效的连续墙，利用等刚度代换，求出柱子的等效宽度，填入尺寸中高度一栏。

第三步：指定框架截面

选中某一条结构线，比如中板，点菜单栏中“指定”—“框架”—“框架截面”

，弹出“框架属性”对话框，如下图所示，选择“ZB”（假设前面定义框架属性时中板计为ZB），点“确定”即完成了中板的定义，依次定义好其余构件的截面属性。

定义完成后，可以点“设置显示选项”按钮，即右图中打勾的绿色按钮，在里面“常规”选项下勾上“拉伸显示”，然后通过调整窗口的视角，可以看到如右图所示的拉伸以后的框架

，可以看截面宽度和高度定义的是否正确，若不正确及时进行调整。

3.定义荷载工况和荷载组合

第一步：点击菜单栏中“定义”—“荷载模式”，在“荷载名称”下输入荷载名称，类型里面，土压、水压、人防等均为恒载即选“DEAD”,超载则属于活载需选“LIVE”，自重系数填0，填好一类荷载后点击右面的“添加新的荷载模式”，依次将本结构模型中存在的荷载全部添加完毕，如下图。

第二步：点击菜单栏中“定义”—“荷载组合”，在“定义荷载组合”对话框中点击“添加新组合”，弹出“荷载组合数据”对话框，输入荷载组合的名称，一般为三类“基本组合、标准组合、偶然组合”，根据荷载组合表，不同的荷载组合下不同荷载对应的比例系数不同，比如基本组合下，土压、水压、自重比例系数为1.35，超载为1.4；标准组合下所有荷载比例系数均为1。注意：基本组合下，比例系数一般都乘以结构重要性系数1.1，故实际输入值应分别为1.485和1.54。以下分别为三种组合下应输入的不同荷载的比例系数图。

4.加载

荷载的施加时主要有三类：均布荷载、梯形荷载、拱部的“弧形荷载”。

第一：均布荷载的施加

选中需要加载的构件，点菜单栏中“指定”—“框架荷载”—“分布”，弹出“框架分布荷载”对话框，选好“荷载模式名称”“坐标系”“方向”，填好“均布荷载”下的荷载值点确定即可。

第二：梯形荷载的施加

同上，弹出“框架分布荷载”对话框，“均布荷载”处的荷载值填0，在“梯形荷载”处，“距离”一栏依次输入“0,1”，如梯形荷载分两段，则在“距离”一栏依次输入“0，xx，1”其中“xx”为0~1之间的小数，代表梯形荷载变值处距构件端头处的比值。在对应距离下输入荷载值，点击“确定”即可。

第三：拱部弧形荷载的施加

弧形荷载的施加需要借助sap的交互式数据库功能，与excel表格交互使用。

首先，也是选中需要加载的构件（比如拱部），随意施加一个均布荷载。然后继续选中需要加载的构件，按“Ctrl+C”复制选中构件的节点信息，打开已有的“sap2000分段梯形荷载”表格，在相应位置“Ctrl+V”，这样，