STAAD結(jié)構(gòu)建模及分析

1、staad結(jié)構(gòu)建模及分析結(jié)構(gòu)類型選擇staad中常見的有space、plane、truss、floor等四種結(jié)構(gòu)類型：space(空間結(jié)構(gòu))：荷載可作用在任一平面內(nèi)的三維結(jié)構(gòu)形式plane(平面結(jié)構(gòu))：所有的單元都作用在整體坐標(biāo)系x-y平面內(nèi)truss(桁架結(jié)構(gòu))：只含有二力桿單元，桿件只能承受軸向力而不能承受彎矩floor(平板結(jié)構(gòu))：是一種二維或三維結(jié)構(gòu)，其上不能作用側(cè)向荷載(整體坐標(biāo)x或z方向)或任何引起結(jié)構(gòu)水平運(yùn)動(dòng)的荷載。單位系統(tǒng)staad包含了工程中所有常用的單位系統(tǒng)，在建模過程中可以按需要隨時(shí)改變單位系統(tǒng)，不同的單位制的長(zhǎng)度單位和力的單位也可以混合使用。角度(或轉(zhuǎn)角)的輸入單位是度

2、，但在節(jié)點(diǎn)位移輸出時(shí)，轉(zhuǎn)角單位是以弧度為單位的。整體坐標(biāo)系與局部坐標(biāo)系在staad中，坐標(biāo)軸的方向符合右手法則，但y軸方向默認(rèn)為是豎直的方向，而x和z軸的方向?yàn)樗椒较?。staad采用整體坐標(biāo)和局部坐標(biāo)兩種坐標(biāo)系統(tǒng)來定義結(jié)構(gòu)的幾何形狀和荷載模式。整體坐標(biāo)(global)系統(tǒng)是一任意的空間坐標(biāo)系統(tǒng)，來定義結(jié)構(gòu)的整體幾何形狀和荷載模式；局部坐標(biāo)(local)系統(tǒng)只與每個(gè)構(gòu)件或單元有關(guān)，其三個(gè)軸方向的定義與etabs(或sap2000)的定義方式相類似，用于構(gòu)件內(nèi)力的輸出或定義局部荷載方向。局部和整體坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系可用beta角來表示，可按下面方式定義：當(dāng)局部坐標(biāo)x軸平行于整體坐標(biāo)y軸時(shí)，如整體

3、結(jié)構(gòu)中的柱，beta角這樣定義：局部坐標(biāo)z軸繞局部坐標(biāo)x軸旋轉(zhuǎn)到與整體坐標(biāo)z軸的正方向相一致所轉(zhuǎn)過的角度。當(dāng)局部坐標(biāo)x軸與整體坐標(biāo)y軸不平行時(shí)，beta角這樣定義：使局部坐標(biāo)z平行于整體坐標(biāo)x-z平面，并且將局部坐標(biāo)y軸指向整體坐標(biāo)y軸的正方向時(shí)，局部坐標(biāo)系繞局部坐標(biāo)x軸所旋轉(zhuǎn)的角度。建模步驟與方法staad建模是十分方便的，一般來說建立整個(gè)幾何模型包含如下兩個(gè)步驟：定義與描述節(jié)點(diǎn)(joints)或節(jié)點(diǎn)(nodes)的編號(hào)和坐標(biāo)通過定義節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系形成梁、柱、板和墻體單元在staad中，整個(gè)輸入數(shù)據(jù)可以通過圖形(gui)方式、cad導(dǎo)入、excel輸入或通過以英文單詞為命令的文本(命令流)

4、方式輸入。staad與etabs、sap2000最大的區(qū)別就是它可以采用命令流的方式來建立幾何模型，采用命令流建模簡(jiǎn)捷、便于修改。一 圖形環(huán)境下建模計(jì)算1、建立節(jié)點(diǎn)：選擇geometry|beam(或plate、solid),在nodes列表中輸入節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，建立節(jié)點(diǎn)，隨著數(shù)據(jù)的輸入相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)將在屏幕窗口中顯示出來。右鍵單擊選中l(wèi)abels，在彈出的對(duì)話框中勾選nodes numbers (或beam numbers、plate numbers等)，即可在窗口中看到節(jié)點(diǎn)(梁或板)編號(hào)。如下圖所示2、建立梁/柱在staad中，梁?jiǎn)卧椭鶈卧遣环值?，統(tǒng)一用beam建模，這一點(diǎn)與etabs是有所區(qū)

5、別的。選擇geometry/ beam，使程序處于建立梁?jiǎn)卧臓顟B(tài)下，有2種建梁?jiǎn)卧姆椒ǎ涸趕tructure beam 對(duì)話框中，分別輸入起點(diǎn)(node a)和終點(diǎn)(node b)的編號(hào)，程序就自動(dòng)在兩點(diǎn)之間生成梁或柱，如下圖所示：在窗口左上側(cè)工具條的第一個(gè)或第二個(gè)添加直梁或曲梁按鈕，即可在節(jié)點(diǎn)之間手動(dòng)建立梁或柱3、建立plate板單元plate單元一般用來模擬樓板，可以建立三角形或四邊形的單元。在建模時(shí)，單元編號(hào)按照順時(shí)針或逆時(shí)針的方向依次標(biāo)定；單元的長(zhǎng)寬比應(yīng)接近1，不宜過大，一般不能大于4；單元相鄰邊的夾角不宜超過90度過多，在任何情況下不能大于180度。板單元也有2種建模方法：在st

6、ructure plates對(duì)話框中，依次輸入板單元的節(jié)點(diǎn)，即可在所輸入的節(jié)點(diǎn)中間生成所需要的板，如下圖所示：在窗口左上側(cè)工具條的第三或第四個(gè)添加三單元或四單元板的按鈕，即可在節(jié)點(diǎn)之間手動(dòng)建立plate單元。4、建立surface單元surface單元一般用來模擬混凝土剪力墻，可以由程序自動(dòng)劃分單元。在窗口左上側(cè)工具條的第五添加surface單元的按鈕，即可在節(jié)點(diǎn)之間手動(dòng)建立surface單元。5、構(gòu)件材料屬性的定義在staad中，可以定義多種不同性質(zhì)的材料，方法如下：在窗口左側(cè)，點(diǎn)擊general/ material 使程序處在定義材料的狀態(tài)，點(diǎn)擊彈出的對(duì)話框中的create按鈕，就可以在彈

7、出的對(duì)話框中輸入材料名、彈性模量、泊松比、密度等等。6、構(gòu)件截面特性的定義材料屬性定義結(jié)束后，即可定義構(gòu)件截面的特性，方法如下：梁柱截面的定義：在窗口左側(cè)，點(diǎn)擊general/ property 按鈕，處于定義截面特性的狀態(tài)，在彈出的properties對(duì)話框中，選擇section/ define后，就可以在后面彈出的對(duì)話框中定義各種類型的截面形式，另外在定義截面大小的同時(shí)，注意選擇正確的材料性質(zhì)。如下圖所示：板單元性質(zhì)的定義：在上述properties對(duì)話框中，選擇thickness，便彈出plate/surface property對(duì)話框，方可定義其特性，操作如下圖示：在構(gòu)件截面特性定義結(jié)

8、束后，就可以把所定義的構(gòu)件賦予結(jié)構(gòu)中相應(yīng)的構(gòu)件，具體操作如下：在properties 對(duì)話框中選中所定義的梁柱截面特性，然后再圖形窗口中選中所要賦予的單元，在properties對(duì)話框中鉤選assign to select beam,然后點(diǎn)擊assign按鈕。plate/surface 單元的賦值與梁柱的相似，具體操作如下圖所示：7、支座的定義在窗口左側(cè)，點(diǎn)擊general/support 按鈕，彈出supports對(duì)話框，在此supports對(duì)話框中點(diǎn)擊create按鈕，彈出create supports對(duì)話框，定義所需的支座類型，具體操作如下圖所示：支座形式定義結(jié)束后，在supports

9、對(duì)話框中選中所定義的支座，然后再圖形窗口中選中所要定義的支座的節(jié)點(diǎn)，在supports對(duì)話框中鉤選assign to select nodes,然后點(diǎn)擊assign按鈕,如下圖所示：8、荷載定義點(diǎn)擊general/load 按鈕，彈出set active primary load case對(duì)話框，在此對(duì)話框中可輸入基本荷載工況的序號(hào)、基本荷載的類型以及對(duì)該基本工況的描述，具體操作如下：接下來，可以定義每個(gè)基本工況下各種力的大小，在選擇工況中選擇所要定義的工況，在loads對(duì)話框中，可以定義該工況下節(jié)點(diǎn)、梁柱和板上的力，以及自重、風(fēng)、地震反應(yīng)譜和時(shí)程等等，具體操作如下：該工況下各個(gè)力的大小定義結(jié)

10、束后，可以施加到相應(yīng)的構(gòu)件上，在loads對(duì)話框中，選擇各種荷載，然后在圖形窗口中選擇相應(yīng)的構(gòu)件，勾選loads對(duì)話框中的assign to select nodes(/member/plates),然后再點(diǎn)擊assign，具體操作如下圖。與上述方法相類似，再定義完第一種工況后，便可以采用相同的方法繼續(xù)定義其他工況。9、各工況組合定義在各個(gè)基本工況定義結(jié)束后，便可以定義各種組合工況了。在loads對(duì)話框中，選擇combine按鈕，彈出define combinations對(duì)話框，選擇new按鈕，便可以輸入對(duì)該組合工況的描述，然后在define combinations對(duì)話框中的primary

11、loads case factor中輸入組合工況中各個(gè)基本工況的組合系數(shù)，具體操作如下圖。10、設(shè)計(jì)參數(shù)定義在模型建立結(jié)束以及荷載輸入完畢后，接下來應(yīng)定義結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。在窗口左側(cè)，點(diǎn)擊design后，可以選擇定義鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等不同結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)不同的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)選擇不同的設(shè)計(jì)規(guī)范，然后再點(diǎn)擊define parameters，在彈出的define parameters對(duì)話框中輸入各種設(shè)計(jì)參數(shù)，最后再把定義好的設(shè)計(jì)參數(shù)賦值給相應(yīng)的構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體操作如下圖示：11、結(jié)果后處理可以分為對(duì)3種構(gòu)件的后處理：節(jié)點(diǎn)(位移、支座反力)、梁柱(力和應(yīng)力)、板節(jié)點(diǎn)位移、支座反力、梁柱的

12、力和應(yīng)力以及板的應(yīng)力既可以用圖形進(jìn)行直觀的表示，也可以生成表格的形式，如下圖所示所有的計(jì)算分析結(jié)果都可以由程序自動(dòng)生成output文件，選擇所要輸出的計(jì)算分析結(jié)果，以word文檔的形式打印出來，具體操作可以見下圖：二、通過cad圖形導(dǎo)入由于staad里面只存在坐標(biāo)的關(guān)系，沒有層的概念，對(duì)于整個(gè)的一個(gè)結(jié)構(gòu)來說，可以導(dǎo)入一個(gè)三維的整體模型；如果要通過cad來建模分層導(dǎo)入，必須首先用staad打開一個(gè)文件，導(dǎo)入一層的幾何信息，然后再開啟一個(gè)staad程序，導(dǎo)入另外一層的幾何信息，在當(dāng)前的文件下從菜單的選擇中選擇全部幾何對(duì)象，從編輯菜單選擇復(fù)制，回到第一個(gè)文件下，從編輯菜單中選擇粘貼，在從第二個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)

13、制到第一個(gè)結(jié)構(gòu)之前，你需要指定在xyz方向上移動(dòng)的距離。重復(fù)幾次就可以把整個(gè)模型分層導(dǎo)入。需要指出的是，通過這種方式導(dǎo)入的，只是結(jié)構(gòu)的幾何信息，還需要對(duì)各個(gè)構(gòu)件材料屬性、構(gòu)件截面特性再進(jìn)行定義賦值。三、命令流方式建模分析通過命令流的方式來建立幾何模型，該方法建模簡(jiǎn)捷、便于修改，和圖形界面環(huán)境下建模相配合對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)比較方便的。并且在圖形界面環(huán)境下的任何操作，程序都會(huì)自動(dòng)生成相應(yīng)的命令，下面就對(duì)幾種常用的命令加以介紹，具體的可以參看技術(shù)參考手冊(cè)。1、生成節(jié)點(diǎn)命令joint coordinates【節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)】命令節(jié)點(diǎn)編號(hào) 節(jié)點(diǎn)x坐標(biāo) 節(jié)點(diǎn)y坐標(biāo) 節(jié)點(diǎn)z坐標(biāo)i1 x1 y1 z1,(i2 x2

14、y2 z2,)repeat n, xik yik zik (n為重復(fù)次數(shù),xik、yik、zik分別為第k個(gè)重復(fù)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)增量)repeat all n, xik yik zik (同上)2、生成梁柱命令member incidences【構(gòu)件關(guān)聯(lián)】命令梁(柱)編號(hào) 起始節(jié)點(diǎn)編號(hào) 終止節(jié)點(diǎn)編號(hào)i1 i2 i3repeat n, mj,jj (n為重復(fù)次數(shù), mj構(gòu)件編號(hào)增量，jj節(jié)點(diǎn)編號(hào)增量)repeat all n, mj,jj (n為重復(fù)次數(shù), mj構(gòu)件編號(hào)增量，jj節(jié)點(diǎn)編號(hào)增量)element incidences【板/殼關(guān)聯(lián)】命令板(殼)編號(hào) 節(jié)點(diǎn)編號(hào)i1 i2 ，i3，i4,i5repeat n, ej,jj (n為重復(fù)次數(shù), ej單元編號(hào)增量，jj節(jié)點(diǎn)編號(hào)增量)repeat all n, ej,jj (n為重復(fù)次數(shù), ej單元編號(hào)增量，jj節(jié)點(diǎn)編號(hào)增量)3、板單元命令element incidences solid【塊體單元關(guān)聯(lián)】命令單元編號(hào) 聯(lián)結(jié)塊體單元的節(jié)點(diǎn)編號(hào)i1 i2 ，i3，i4，i5，i6 ，i7，i8，i9repeat n, ej,jj (n為重復(fù)次數(shù), ej單元編號(hào)增量，jj節(jié)點(diǎn)編號(hào)增量)repeat all