SAP2000的面荷載的UniformtoFrame方式的作用原理

1、sap2000中修改標簽使用方法在sap2000中改變節(jié)點或者單元標簽的方法：1.選中需要修改的對象，選擇編輯菜單>改變標簽 2.選擇你要改變對象的類型例如 element frame 或者 element joint 3.設定好標簽的前綴、標簽編號的起始號碼及增量數值4.點擊改變標簽菜單的edit> Auto Relable > All in List（編輯>自動重標簽 >列表中全部），即可一鍵改變對象的標簽 SAP2000的面荷載的Uniform to Frame方式的作用原理(-)酷魚工作室 QQ:1931045538在SAP2000中，可以將面荷載指定為“

2、Uniform to Frame”方式，如下圖。這樣可以將面上的荷載導到四周的框架單元上。但是，如果面的四周不全是框架單元，而是還有剪力墻（用殼單元模擬），那么其荷載是如何傳導的呢？由于在CSI參考手冊中沒有找到答案，我決定自己試驗一下。菜單指定荷載對話框一、面單元四周全是框架單元時的導荷方式（一）單向板方式1.矩形單向板-矩形這個模型由四根柱子、四根梁、一塊板組成，柱距3mx6m，板上用Uniform to Frame的單向板(One-Way)方式，施加了1kN/m2的均布面荷載。為了方便驗證，將DEAD荷載模式的自重乘數設置為0，將所有梁的梁端彎矩釋放（即設為鉸接）。計算后，先看節(jié)點反力圖

3、，如下圖：單向板-矩形-節(jié)點反力結構總荷載為1*3*6=18KN結構總反力為4.5*4=18KN完全吻合?？蚣軉卧獌攘D如下：單向板-矩形-框架單元內力可以看出板的短邊處的梁不受力，只有長邊的梁受力，肯定是單向板方式無疑。因為我們將梁的兩端都設置為鉸接，因此梁端無彎矩，梁中彎矩應為M=1/8*q*L2。按猜測的導荷方式：面荷載1kN/m2，板短邊長3m，梁上線荷載為q=1.5kN/m，梁長6m，計算得到梁跨中彎矩M=1/8*q*L2=1/8*1.5*62=6.75kN.m，與SAP2000的結果完全吻合，單向板方式驗算通過。計算結果圖中的等效荷載圖（對話框中的第一張圖）更直接地說明了這一點，等

4、效荷載就是均布荷載1.5kN/m。2.三角形單向板-三角形SAP2000支持對三角形板按單向板方式做Uniform to Frame方式導荷，我很好奇它的分配算法是怎樣的。測試模型為三根柱、三根梁圍著一個三角形板，板的尺寸為3mx6m，如上圖。面荷載1kN/m2，各梁端均彎矩釋放（鉸接）。計算后得到的梁內力如下圖。單向板-三角形-梁內力8-2單向板-三角形-梁內力2-4注意看等效荷載圖，都是三角形分布。為了敘述方便，我們稱呼梁2-4為起點為2號節(jié)點，終點為4號節(jié)點的梁，稱呼梁8-2為起點為8、終點為2的梁。經測試，SAP2000的計算結果，與三角形板的建模節(jié)點順序無關，但與板的局部軸方向有關。

5、荷載分配的方向就是板的1軸方向。上圖的板的1軸方向與4節(jié)點到2節(jié)點的方向平行。如果將局軸旋轉90度，則得到完全不同的計算結果，如下圖。單向板-三角形-局軸旋轉90度荷載以三角形荷載的形式分配到邊上，按邊長確定分配比例，邊長較長者，其線荷載峰值較低。線荷載的合力大小與面荷載的合力大小相等。3.任意四邊形對于任意四邊形，SAP2000的做法是根據1軸方向，將任意四邊形切割成若干三角形和兩邊與1軸方向平行的四邊形。其切割算法的細節(jié)，不在本文討論。4.任意多邊形很可能會遇到如下警告：你可以簡單粗暴地認為，Uniform to Frame不適用于5邊形或更多邊形。SAP2000面荷載的Uniform t

6、o Frame方式的作用原理(二）(2010-10-04 22:17:06) 轉載酷魚工作室 QQ:1931045538(二）雙向板方式1.三角形雙向板-三角形-面荷載瓜分通過連接三角形的形心（三條中線的交點）和三角形的頂點，三角形被瓜分為三個部分，每個部分都是一個三角形。這個三角形就是施加在框架上的線荷載。2.矩形將單向板的模型，僅修改其面荷載加載方式，從單向板（One-Way）改為(Two-Way)，再次計算，得到框架單元內力如下圖：雙向板-矩形-長邊彎矩圖雙向板-矩形-短邊彎矩圖我們知道在雙向板模式下，板長邊處的梁得到的是梯形荷載，板短邊處得到的是三角形荷載，如下圖：雙向板-矩形-荷載計

7、算結果圖中的等效荷載圖（對話框中的第一張圖）說明了導荷方式與預想的完全一致。3.任意四邊形其算法與內接圓算法有一定誤差，確切采取的是什么算法尚不清楚。4.任意多邊形很可能會遇到如下錯誤報告：雙向板-任意多邊形-報錯你可以簡單粗暴地認為，Uniform to Frame不適用于5邊形或更多邊形。二、面單元四周缺框架單元時的導荷方式缺邊梁上圖是面單元周圍只有三個框架單元的例子，有一邊沒有邊梁。面單元仍按Uniform to Frame的方式分配到三個框架單元上，其彎矩值與四周全是框架單元的情況完全相同。據此猜測，SAP2000可能將面荷載分配到框架單元上，遇到某些邊缺少框架單元的情況時，就將原來應

8、分配到此邊梁上的分布荷載，換算成集中荷載施加在相應的兩個角點上了。三、在面單元周邊布置剪力墻代替框架單元猜想SAP2000會將原來分配到框架上的均布線荷載，換算成集中荷載施加在相應的角點上。由于無法看到導到面單元上的等效荷載，這里采用對比法驗證。即用施加Uniform to Frame的方法加載一次，得到各支座的反力；然后按猜想的方法，手工導荷，給框架單元施加線荷載，給剪力墻施加節(jié)點集中荷載，在板上不施加荷載。如果兩者計算結果完全相同，則猜想正確。單向板-剪力墻-施加面荷載得到的支座反力如上圖，一個3mx6m的三角形板，施加Uniform to Frame面荷載1.0kN/m2，單向板模式，不

9、計自重，計算得到各支座反力如圖中所示。修改模型，去掉面荷載，直接在框架上施加如下圖的線荷載和集中荷載：單向板-剪力墻-施加等效線荷載單向板-剪力墻-施加等效集中荷載計算得到的支座反力與Uniform to Frame的算例的結果完全一致，說明我們的猜想完全正確，這里就不再貼圖了。四、總結Uniform to Frame方式應用在三角形和四邊形上是有效的，如果使用單向板方式，就特別要注意1軸的方向。如果板的周邊缺梁或用墻代替了梁，則原來的線荷載被折算成等效的集中荷載作用在節(jié)點上。P2000的QUAKE荷載模式的作用原理大家知道，底部剪力法是用靜力方式模擬地震作用的一種簡化計算方法，其計算方法在建

10、筑抗震設計規(guī)范(GB50011-2001)中有明確的規(guī)定。規(guī)范條文截圖如下：在SAP2000中，是用QUAKE荷載模式來實現底部剪力法的。但是，在使用此方法時，還是存在一些疑惑：SAP2000是怎樣取“質點”的呢？作用在質點上的重力荷載代表值Gi、Gj是如何確定的？計算得到的水平地震作用標準值Fi是如何施加在結構上的？為此我建立了一個簡單的模型，根據計算結果推測出SAP2000的底部剪力法的實現方法。這對正確地使用SAP2000的QUAKE荷載模式，應該是有積極意義的。測試模型測試模型測試模型如上圖，只有一根柱子，底部固支，高10m，截面1mx1m，材料為混凝土C30。為測試方便，將DEAD荷

11、載模式的重力自乘系數取0，即忽略自重。建立Quake荷載模式，其參數設置如下圖。荷載模式設置計算結果分析計算得到的柱受力圖如下圖所示。請注意看等效荷載圖，這里顯示柱頂節(jié)點處有32.05kN的水平集中力，這應該就是地震作用產生的荷載。SAP2000把水平地震作用力施加在節(jié)點上了。柱受力圖下面驗證這個水平力是否正確。列表如下：材料容重Rho(kN/m3)23.5631結構等效總重力荷載Geq(kN)200.28635Geq=0.85*Rho*1*1*10水平地震影響系數最大值alpha_max0.16特征周期Tg(sec)0.4結構自振周期T(sec)0.252376阻尼比kesi0.05衰減系數

12、gamma0.9阻尼調整系數Eta21地震影響系數alpha_10.16(因為T0.1,直接取alpha_max)結構總水平地震作用標準值F_EK(kN)32.045816(F_EK=alpha_1*Geq)頂部附加地震作用系數0(T<1.4Tg)Sigma(GjHj)1001.43175按頂部節(jié)點和底部節(jié)點平分柱的自重來計算GiHi1001.43175Fi32.045816其中，Geq=0.85*Rho*1*1*10，這個0.85是按“多質點可取總重力荷載代表值的85%”這一條來取的，也就是說，SAP2000會統(tǒng)一按多質點系統(tǒng)來計算。阻尼比kesi就是對話框中的Damping Rati

13、o。結構自振周期可以從“Modal Periods and Frequencies”表中查到，如下圖：“Modal Periods and Frequencies”表或者從“Auto Seismic Chinese 2002”表中查到，不過小數點位數少一些，如下圖：“Auto Seismic Chinese 2002”表另外，從“Auto Seismic Loads to Joints”表中還可以直接查到加到節(jié)點上的地震作用荷載，如下圖所示：“Auto Seismic Loads to Joints”表從計算結果看出，手算的結果與SAP2000輸出的結果完全吻合。多個節(jié)點如果將柱分為多段，則地

14、震作用荷載會施加到各個節(jié)點上（除了底部節(jié)點）。我們將上例中的柱子均分成3段，產生了兩個中間節(jié)點，如下圖所示：分成三段重新計算后得到柱剪力圖如下圖所示。注意，這不是柱荷載圖。柱剪力圖根據柱剪力可以推算出節(jié)點處的地震作用荷載，或者直接查“Auto Seismic Loads to Joints”表得到，如下圖：三段柱的“Auto Seismic Loads to Joints”表注意表中的數據是按Z值升序排列了?？梢钥闯?，總荷載仍然是32.05kN。每個柱分段的重力荷載代表值，被分配到柱分段的兩端節(jié)點上。這樣，頂部節(jié)點和底部節(jié)點分配得到1/2柱分段重力荷載，而中間節(jié)點分配得到1倍柱分段重力荷載，其

15、比值從上到下為 0.5 : 1 : 1；而高度Z比值從上到下為3:2:1，相乘得到GiHi比值為1.5:2:1。將32.045816kN按1.5:2:1分配，正好是7.121、14.243和10.682。結論1. SAP2000的QUAKE荷載模式的總地震荷載作用力的計算結果與規(guī)范相符。2. 地震荷載作用力作用在節(jié)點上，節(jié)點就是規(guī)范中所說的質點。3. 桿件的重力荷載代表值被分配到它兩端的節(jié)點上。4. 各節(jié)點的地震荷載作用力分配方式與規(guī)范相符。橋梁模塊使用前要注意在Option中激活我在用SAP20000 V14時發(fā)現，即使有Bridge模塊的使用授權，Bridge菜單仍然是灰的。后經詢問后知道

16、，需要在Option菜單中選Request Model License->Bridge，然后才能使用。怎樣讓二次開發(fā)軟件的安裝程序在SAP2000的Tools菜單中增加菜單項如果使用SAP2000 API做二次開發(fā), 可以開發(fā)出在SAP2000的Tools菜單下使用的命令(具體方法參見我以前的文章). 但最近遇到一個問題是，如何讓做好的軟件的安裝程序自動在SAP2000的Tools菜單中增加菜單項呢？研究了一會，發(fā)現SAP2000把菜單項的設置放在SAP2000v14.ini文件里了，它的位置在用戶文件夾的 AppData目錄下了。我的操作系統(tǒng)是Win7，用戶名是yucf，則它在的路徑是

17、：C:Usersyucf.CKSAppDataLocalComputers and StructuresSAP2000v14.ini在此ini中，菜單在PlugIn段里，語法如下：PlugInNumberPlugIns=1PlugInName=Sap2000ToMarcPlugInMenuText=輸出到Marc其中，Sap2000ToMarc是我寫的程序的名稱，“輸出到Marc”是在菜單中顯示的菜單項名稱。SAP2000 API幫助文檔中的例子運行出錯的原因今日一位博友發(fā)現SAP2000 API幫助文檔中的SapObject.SapModel.Results.FrameForce例子運行時出錯，經檢查原因是其中有這句：ret = SapModel.File.Save("C: