地铁车站结构设计方法比较

1.对象:点对象，线对象，面对象，实体对象 1).点对象，有以下两类 • 节点对象：在所有下面的其他类型对象的角点和端点由程
序自动产生，它们可以明确地增加以表示支座或捕捉其他 局部行为。 • 接地（一个节点）支座对象：用来模拟特殊支座行为如隔 震器、阻尼器、缝、分段线性弹簧，以及其他。 2).线对象，有两种
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一.SAP2000的基本概述
(有些内容同样适用于ETABS, SAFE,有些 方面可能有点区别,其分析内核是一样的) ---(内容较多,较枯燥,介绍较快,主要是给大家建立 一个初步概念,有兴趣的同事可在业余时间看看)
㈠.SAP2000功能大致介绍
• SAP2000 针对通用结构，包括桥梁、体育场馆、高塔、 工业厂房、近海结构、管道系统、建筑结构、大坝、土壤、 机械部分及其他
荷载及节点属性)；
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• 在SAP2000中如何取内力 • 在SAP2000中如何计算移动荷载 • 在SAP2000中如何实现多跨连续梁计算
（纵向平面框架计算） • 在ＭATHCAD中如何计算荷载 • 构件配筋在Excel中如何实现 • 在换乘站中，直接承受火车荷载的构件配筋在
Excel中如何实现（表格目前正在编制中，先介绍 其思路） • 用钢量计算在Excel中如何实现； • 现场答疑（限于时间，只答疑有关地铁设计方面 的内容）
3.组 • 组是用户定义的一组命名对象集合。对每个组，必须提供
一个唯一的名字，然后选择构成组的对象。它可以包含任 何类型的对象。每个对象可以是一个或多个组中的一部 分。所有的对象总是内置组“ALL”的一部分。 • 组在图形用户界面中有很多用途，包括选择、设计优化、 定义截面切割、控制输出等等。主要用组来定义阶段施工。 • 附注:黄贝岭站现改为盖挖立柱,宜考虑施工过程影响,可采 用组定义来模拟,怡景和太安为明挖施工,可不考虑施工过 程影响,施工过程加载分析较复杂
平面内。
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• 局部轴1 总是单元的纵向轴，正方向为由I 端至J 端。 • 默认方向 • 局部2 和3 轴的默认方向是根据局部1 轴与整体Z 轴的关
系来确定的： • 局部1-2 平面是垂直的，即平行于Z 轴 • 局部2 轴具有向上的（+Z）方向，若单元是垂直的，局部
2 轴被定义为沿水平+X 方向 • 局部3 轴是水平的，即处于X-Y 平面内 • 若局部1 轴和Z 轴夹角的正弦值小于1.0E-3，则单元被认
地铁车站结构设计 ---内力计算及配筋设计 (SAP2000、Mathcad、Excel的应用)
ADC MAUNSELL AECOM
题注: 本次对上述软件进行介绍，其针对性及技术 性偏强,操作性偏弱,如讨论一般操作性的或本 次没涉及到的其它技术问题可在介绍后讨论
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主要内容:（根据时间情况可能会压缩部分内容）
• SAP2000的基本概述 • 在SAP2000中如何实现平面结构和空间结构的建
模---坐标系与轴网 • 在SAP2000中如何实现构件布置 • 在SAP2000中如何实现边界条件的设置 • 在SAP2000中如何实现施加荷载 • 在SAP2000中如何实现非线性分析及线性分析 • 在SAP2000中如何实现地下连续墙刚度折减0.7 • 在SAP2000中如何实现视图功能(查及修改截面、
点的自由度是连续的，因此和其他连接至此节点的单元的 自由度也是连续的。然而，在已知单元自由度相应的力或 弯矩为零时，可以释放（断开）一个或几个与节点相连的 自由度。释放总是被定义在单元局部坐标系，且不影响连 接至此节点的其他单元。 • 如图所示，对角单元在端部I有一弯矩连接，及在端部J有 一铰连接。其他两个连接至节点的单元在端部J是连续的。 因此，为了在端部J模拟铰的情况，转动R3 应该被释放。 这确保对角单元的弯矩在铰处为零。 • 2）.不稳定端部释放 • 若单元为稳定的，可对框架单元指定任意的端部释放组合； 这确保了所有施加于单元的荷载被传递至结构的其余部分。 以下单个或组合的释放是不稳定的，且不允许。 • ������ 在两端同时释放U1; • ������ 在两端同时释放U2; • ������ 在两端同时释放U3; • ������ 在两端同时释放R1;
零，则横向剪切刚度被忽略。
• 附注：材料参数的调整以及是否考虑地下连续的刚度及其
贡献可以在这里进行设置
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• ８.属性修正 • 用户可定义比例系数来修正所计算的截面属性。例如，为
了考虑混凝土开裂或其它用几何及材料属性值不易描述的 因素。可是使用下面的八个单独修正值：
• ������ 轴向刚度A·E1 • ������ 剪切刚度As2·G12 和As3·G12 • ������ 扭转刚度J·G12 • ������ 弯曲刚度I33·E1 和I22·E1 • ������ 截面质量A·m + mpl • ������ 截面重量A·w + wpl
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• 7.几何属性和截面刚度
• 使材用料6属个性（一A、起J，、来I3产3、生I截22、面A的s2刚、度As。3）他基们本是几：何属性以及
• 截面面积A，截面的轴向刚度为A·El ； • 在于和12I-222轴·平弯El面曲；关的于惯性3 矩轴弯I22曲。的相惯应性的矩截I面33弯，曲和刚在度1-为3 平I33面·内El关 • 扭扭转转常常数数J和。极截惯面性的矩扭不转同刚。度为J·G12。注意除圆截面外，
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• 4.坐标系
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。
• 模型中所有坐标系最终（直接或间接地）相对于整体坐标 系来定义。同样的，所有坐标点最终转换到全局X、Y、Z 坐标系，无论它们是怎样定义的。
2).向上和水平方向
• SAP2000 总是假设Z 是垂直轴，＋Z 向上。点、单元、 地面加速度荷载的局部坐标系相对于这个向上的方向来定 义。自重荷载总是向下作用，沿－Z 方向。
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㈡.用SAP2000进行结构分析和设计所需要的 一般步骤为：
• a．创建或修改模型，从数字上定义结构的几何、 属性、荷载和分析参数。
• b．进行模型分析 • c．查看分析结果 • d．检查和优化结构设计
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㈢.基本术语及基本概念
---术语和概念的理解对初步接触该类软件的人员有一定困 难,对使用过该类或有一定编程经验的人员来说,较易接受,对 其理解是非常重要,本次不作展开介绍,因实际结构总是由这 些要素组成,怎样模拟实际结构,采用怎样的手段来实现实际 结构设计因人而不同.
2.对象和单元之间的关联
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• 运行分析时，SAP2000 自动将基于对象的模型转换为基 于单元的模型来进行分析。
• 基于单元的模型称为分析模型，它由传统的有限单元和节 点构成。分析的结果自动传回到基于对象模型。
• 可以控制网格划分方式，如细分的程度，如何处理相交对 象的连接。也可以选择手工划分模型网格，这时对象和单 元是一一对应的关系。
• 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 个参考向量和/或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。
• 每一框架单元局部坐标轴用1、2、3 代表。第一个轴沿单
元长度方向；后两轴位于和用户指定的单元方向相垂直的
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• 5.截面属性 • 一个框架截面是描述一或多个框架单元截面属性的材料和
几何属性的集合。截面独立于单元定义，且被指定给单元。 • 截面属性有两种基本类型： • 等截面——所有属性沿整个单元长度恒定 • 变截面——属性可以沿单元长度变化 • 变截面通过引用两个或多个以前定义的等截面来定义。 • 6.材料属性 • 截面材料属性由一个预先定义的材料来指定。使用各向同
• 静力和动力分析 • SAP2000加载方式灵活(PKPM侧向加载限制较多) • 与一般大型通用有限元程序不同。SAP2000前后处理较方
便(如ANSYS需编写指令等), 是完全集成的面向对象的分 析、设计、优化和数字环境的结构分析和设计软件。可以 采用平面、立面和自定义视平面进行功能强大的3D建模， 并且可以导入导出包括AUTOCAD在内的常用格式数据文 件；
为是垂直的。 • 局部2 轴与垂直轴的夹角和局部1 轴与水平面的夹角相同。
这意味着，对水平单元而言，局部2 轴是垂直向上。 • 截面属性相对于框架单元的局部坐标系按如下定义：
方向1 是沿着单元的轴线。其垂直于截面且通过截面两中 性轴的交点。向2 和3 是平行于截面中性轴。一般来讲2 轴沿着截面主尺寸（深度），3 轴沿着其次尺寸（宽度）， 但这不是必须的。
4).局部坐标系(对其理解很重要,面内与面外有时响应是不同, 如墙柱面内面外的弯矩差别较大,易混淆)
• 结构模型的每部分（节点、单元、束缚）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、束缚到束缚都可以不同。
• 局部坐标系没有一个首选的向上方向。然而，相对整体或 其他替代坐标系，向上的＋Z 方向用来定义默认的节点和 单元的局部坐标系。
• 用户可在两处定义乘数： • ������ 作为截面属性定义的一部分 • ������ 对单个单元的指定 • 如果修正值赋予给一个单元，同时赋予给此单元的截面属
性，那么两套系数同时乘以截面属性。修改不可直接指定 给一变截面属性，但可应用任意修改于构成变截面的面。
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• 10..端部释放（当柱子按轴压设计时，需释放弯矩） • 1）.通常，在框架单元每端的三个平动和转动自由度和节
性材料，即使所选材料被定义为正交各向异性或各向异性。 截面使用的材料属性为：
• 弹性模量，E1，用于轴向刚度和弯曲刚度 • 剪切模量，G12，用于扭转刚度和横向剪切刚度 • 温度膨胀系数，a1，用于轴向膨胀和温度弯曲应变 • 重量密度，m，用于计算单元质量 • 重量密度，w，用于计算自重和重力荷载 • 材处料得属到性，E所1，以G对12某，和一a截1 面在不每一个定单是独唯框一架的单。元的材料温度
• X－Y 平面是水平的。主水平方向是＋X，水平面的角度从 正X 轴度量，当从XY平面向下看时，逆时针方向是正方 向角度。
Байду номын сангаас
• 如果想要在不同的向上方向里工作，可以定义另外一个坐 标系。
3).定义坐标系
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• 定义的每个坐标系必须有一个原点和三个满足右手准则相 互垂直的轴。
• 指定整体坐标系中三个坐标来定义原点。
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在两端同时释放R2且在任一端释放U3； 在两端同时释放R3且在任一端释放U2。
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• 11.非线性属性 • 对框架/索单元有两种非线性属性：拉/压界限和塑性铰。 • 当单元具有非线性属性时，他们只影响非线性分析。从零
条件（无应力状态）开始的线性分析表现为好像非线性属 性不存在。使用前一个非线性分析结束时刚度的线性分析， 将使用前一个非线性分析结束时的非线性属性。 • 12.拉/压界限(对土压力注意此项设置，基底压力不应超 过土极限压离，侧压不应超过土的被动土压力） • 用户可指定框架/索单元可承受的一个最大拉力和或一个 最大压力值。通常情况， • 用户通过指定压力界限为零来定义无压的索或支撑。 • 若用户指定拉力界限，其必须是零或正值。若用户指定一 压力界限，其必须是零或一负值。若用户指定一零拉力和 压力界限，单元将不承受轴力。 • 拉/压界限表现为弹性。任何超过拉力界限的轴向拉伸和 超过压力界限的轴向压缩将产生零轴向刚度。这些变形在 零刚度是可弹性恢复的。 • 弯曲、剪切和扭转行为不受轴向非线性的影响。
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• 框架/索对象：用来模拟梁、柱、支撑、桁架和/或索单元。 • 连接（两个节点）连接对象：用来模拟特殊单元行为如
隔震器、阻尼器、缝隙、分段线性弹簧，以及其他。与框 架/索对象不同的是，连接对象可以具有零长度。 3).面对象： 壳单元（板、膜、壳）用来模拟墙、楼板、其它薄壁单元， 也可以模拟二维固体（平面应力、平面应变、轴对称实 体）。 4).实体对象： 用来模拟三维实体 • 附注:作为一般原则，对象的几何应该和实际单元相一致。 这样可以简化模型的可视化并有助于设计过程。
• 分A图s3别给。对出相于了应在计的1算截-2标面和准横1截向-3面剪平剪切面切刚内面度横积为向的As剪2公·力式G1的。2 剪和切As3面·积G1A2。s2 下和
• 设一的置桁平A架面、单框J、元架I可构33通件、过可I22设通为置过零J设=将I置3使3J==I相I222应2==00的来来截模模面拟拟刚，。度平为面零1。-2例内如， • 设上置，A一s2个或零A剪s3 切为面零积使被相理应解的为横无向限剪。切若变相形应为的零弯。曲在刚效度果为