1、上康科技有限公司版罹所有STAAD/Pro 手冊(cè)STAAD/Pro軟件功能及理論解說(shuō)第1頁(yè)，共24 M上康科技有限公司版罹所有STAAD/Pro手冊(cè)第3頁(yè)，共24 M1.1 STAAD/Pro的結(jié)構(gòu)型式STAAD/Pro （簡(jiǎn)稱STAAD）能夠分析及設(shè)計(jì)含有桿件、板/殼及實(shí)體元素的結(jié)構(gòu) 體。STAAD可分析的結(jié)構(gòu)型式有四種：SPACE是三維的構(gòu)架結(jié)構(gòu)，載重可以放在任一平面上，這是最普遍使用的型式， 如大樓或廠房等。PLANE是二維型式的結(jié)構(gòu)，限制在世界坐標(biāo)的X-Y平面，載重放在同一平面上。TRUSS是指結(jié)構(gòu)桿件都是TRUSS桿件，它只能承受軸向力而不能承受力矩。FLOOR是指沒(méi)有水平力矩的（X

2、 , Z）二維或三維【FX, FZ & MY是限制在任 何節(jié)點(diǎn)上】結(jié)構(gòu)，建筑物的地板是 FLOOR最典型的例子。不受水平力 的柱（column）也是FLOOR的一種，假如柱受水平力則屆丁 SPACE的 型式。正確地設(shè)定結(jié)構(gòu)種類可減少所需的方程式數(shù)目以達(dá)快速經(jīng)濟(jì)的目的。各類型結(jié)構(gòu)的自由度定義如下圖1.1所示。StrueiUT 右Truss 2D 3DFloor圖1.11.2結(jié)構(gòu)幾何與坐標(biāo)系統(tǒng)一個(gè)結(jié)構(gòu)是由一些組件如梁（beam柱（columns）板（slab和平板（plates） 等組成,在STAAD中構(gòu)架元素（frame element動(dòng)和板面元素（plate elements是用 丁建

3、立結(jié)構(gòu)模型的。一般來(lái)講，建立模型結(jié)構(gòu)幾何有兩個(gè)步驟：A、定義與描述接點(diǎn)（joints）或節(jié)點(diǎn)（nodes）B、將接點(diǎn)連接以形成桿件（member或元素（element。一般來(lái)講MEMBER （桿件）這個(gè)詞用來(lái)指構(gòu)架的元素，ELEMENT （元素）用來(lái) 指平面或曲面元素，MEMBER INCIDENCE指令用來(lái)定義桿件，而 ELEMENTS INCIDENCE指令則用來(lái)定義元素。STAAD用兩種坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)定義結(jié)構(gòu)幾何和載重方式。（GLOBAL ）世界坐標(biāo)系統(tǒng) 是用來(lái)表現(xiàn)整體幾何與結(jié)構(gòu)的載重方式。LOCAL局部坐標(biāo)系統(tǒng)是用來(lái)幫助與每一個(gè) 桿件或元素有所關(guān)聯(lián)，且用在MEMBER END FORCE定

4、義輸出結(jié)果和局部載重方式。世界坐標(biāo)系統(tǒng)以下坐標(biāo)系統(tǒng)可以用來(lái)標(biāo)明結(jié)構(gòu)幾何：A、直角坐標(biāo)系統(tǒng)：此坐標(biāo)系統(tǒng)X , Y , Z軸成直角相交，并遵循右手定律。這種 坐標(biāo)系統(tǒng)可用來(lái)定義接點(diǎn)位置及作用力方向。圖1.2中位置自由度以u(píng)1, u2, u3而旋轉(zhuǎn)自由度以u(píng)4, u5及u6表示。圖1.2B、圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)：此坐標(biāo)系統(tǒng)中以 R （半徑）及？（轉(zhuǎn)角）取代直角坐標(biāo)的X, Y平面，Z軸與直角坐標(biāo)相同，而方向則以右手定律決定。見(jiàn)圖1.3。圖1.3上康科技有限公司版罹所有STAAD/Pro 手冊(cè)C、反圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)：此坐標(biāo)系統(tǒng)與圓柱坐標(biāo)相似，但以 R-?（半徑及轉(zhuǎn)角）取 代直角坐標(biāo)之X , Z平面，Y軸與直角坐標(biāo)相

5、同，方向則以右手定律決定。見(jiàn)圖 1.4圖1.4局部坐標(biāo)系統(tǒng)在每一桿件上我們用局部坐標(biāo)系統(tǒng)，所有的局部直角坐標(biāo)都遵循右手定律。圖1.5中說(shuō)明一結(jié)構(gòu)桿件，其正 X方向?yàn)閺?i至j （i為起點(diǎn)，j為終點(diǎn)），Y, Z 方向由右手定律決定，且與截面的兩個(gè)慣性軸相吻合，如圖 1.6所示，局部坐標(biāo)永遠(yuǎn) 是直角坐標(biāo)。圖1.5: IZ注意：是向紙內(nèi)指圖1.6因?yàn)闂U件丁整體結(jié)構(gòu)上是有方向性，所以正確的定義出每一桿件之局部坐標(biāo)與世 界坐標(biāo)的關(guān)系是十分重要的，以下將詳述這種關(guān)系的定義。Beta 角以直立柱為例，局部坐標(biāo)的x軸平行丁世界坐標(biāo)的 Y軸時(shí)，Beta角的定義為局 部坐標(biāo)z軸平行丁世界坐標(biāo)Z軸時(shí)為0°

6、如果局部x軸不平行丁世界坐標(biāo) Y軸，Beta 角定義為局部z軸平行丁世界坐標(biāo)X-Z平面時(shí)為0°。下圖1.7詳列各種BETA角為90°及0°的情形。ybetven Ghbal and Local a?ues圖1.7參考點(diǎn)另一種定義桿件方向的方法為輸入一坐標(biāo)或接點(diǎn)編號(hào)，它就是一個(gè)參考點(diǎn)，位丁 在桿件上的x-y平'面，但不在桿件的軸向，程序可自動(dòng)由此參考點(diǎn)的位置計(jì)算出桿件 上x(chóng)-y平面的方向。1.3有限元素?cái)?shù)據(jù)STAAD有板/殼及實(shí)體等有限元素組件。板/殼元素板/殼元素為三個(gè)點(diǎn)（三角形）或四個(gè)點(diǎn)（四邊形）組合的元素。如果四邊形元素 的四個(gè)點(diǎn)不在一個(gè)平面上，最好是

7、使用三角形元素，在不同的節(jié)點(diǎn)上可以有不同的厚 度。此元素可以用來(lái)仿真表面結(jié)構(gòu)，如墻、水泥板、平板及殼等。STAAD提供MESH GENERATION這種功能，它能自動(dòng)將一大面積切成細(xì)小的網(wǎng)狀元素。ELEMENTPLANE STRESS指令能用來(lái)對(duì)各元素做 PLANE STRESS的功能。板/殼元素的建立規(guī)則（幾何模型）1）在各元素的中心，程序自動(dòng)產(chǎn)生第五個(gè)節(jié)點(diǎn)，見(jiàn)圖 1.8。2） 當(dāng)設(shè)定元素中各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，必須依順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛟O(shè)定，見(jiàn)圖1.9。為 提高效率起見(jiàn)，相似的元素應(yīng)有連續(xù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)字。3）元素之長(zhǎng)寬比不可太離譜。應(yīng)大致為 1: 1,希望別超過(guò)4: 1,見(jiàn)圖1.10。4） 每一個(gè)元素都

8、不可太扭曲。元素任何兩邊的火角不可大丁900太多，且不可超過(guò)180°，見(jiàn)圖1.11。Generated Node (Csita: Node)E1.9元素受力以下為元素受力的的種類：1）元素節(jié)點(diǎn)上之節(jié)點(diǎn)受力，在世界坐標(biāo)方向。2）元素上的集中受力，在局部或世界坐標(biāo)方向。3）元素面上的均勻壓力，在局部或世界坐標(biāo)方向4）元素面上的部份均壓，在局部或世界坐標(biāo)方向5）在元素面上的線性受壓，在局部坐標(biāo)方向。6）因溫度均勻增加或減少產(chǎn)生的溫度作用力。7）元素上下面溫度不同而產(chǎn)生的溫度作用力。理論基礎(chǔ)STAAD的板有限元素是建立在混和有限元素的基礎(chǔ)上，基本上我們是設(shè)定了一 個(gè)完整的二次力的分布，對(duì)丁平

9、面應(yīng)力的作用，以下是應(yīng)力的分配方式。第19頁(yè)，共24 M完整二次力的分布如下:%、 py1 x y= 000o -y o0 0 0 必 2xy x y 0 0 0 -x 1 -2xyy200電 through a 12=constants of stress polynomials.對(duì)丁板面彎曲的作用，以下為二次力的分布:完整二次力的分布如下:1Xy0000002J*.xyy由每一元素的平面應(yīng)力所產(chǎn)生的平面外之旋轉(zhuǎn)剛性（rotational stiffness）是有 效結(jié)合并且不被替代成Dummy,是一般商學(xué)軟件容許的。 將上述旋轉(zhuǎn)剛性度結(jié)合是絕對(duì)符合丁試驗(yàn)（patch test 這些元素可為

10、三角形或四邊形，只有在角上有節(jié)點(diǎn)，每一節(jié)點(diǎn)有 6個(gè)自由度。 這些元素是板/殼元素的最基本單位，是由在元素角上具 6個(gè)自由度的節(jié)點(diǎn)組 成。假如一大平面為這些元素組成，可快速地收斂而得到精確的解。 這些元素可以連接到平面或空間的結(jié)構(gòu)桿件上。 平面彎曲公式包括了平面外的剪力應(yīng)變能（ shear strain energy）,因此使用poisson邊界條件來(lái)計(jì)算元素的反應(yīng)，這比一般用kirchoff邊界條件要精確多了。 板面的彎曲部分能處理厚的或薄的板，能解決多樣性的問(wèn)題。此外，當(dāng)計(jì)算 平面外剪力時(shí)，是考慮板的厚度。 平面應(yīng)力三角形與有名的線性應(yīng)力三角形幾乎是相同的。這些三角形與收斂 速度非常慢的常數(shù)

11、三角形結(jié)合。因此這些三角形曲面元素能夠有效的解四邊 形元素不易解決的雙曲度問(wèn)題。 在元素中任何一點(diǎn)都可以取得應(yīng)力。000000、a 7My000iXy000000x2xy00u zM踏000000iXy-xy0000-xyx2y2Qx01000000iXy000-X02y00000i010-y000Xy2x0.& through &7 = constantsof stress polynomials.以下為板/殼有限元素的一些重要特征：1）在一元素上之平面應(yīng)力分力及鄰接元素之彎曲分力所造成的位移兼容性（兩元素之間有一角度存在，見(jiàn)下圖）在大部分的板 /殼元素是可忽略的。元素的局部

12、坐標(biāo)系統(tǒng)以下的做法可以得到正確的局部坐標(biāo)方向:1）指定三角形或四邊形元素各邊的中點(diǎn)。如 M , N, O, P在I J, JK, KL, LI 上。2） 從P到N的向量為局部坐標(biāo)X軸。如在三角形上，X軸則平行丁 I J。3）局部坐標(biāo)Z軸決定丁 PN與MO之外積，（如在三角形上，則為 ON與MK之 外積）如z =PN X MO。4）由Z軸與X軸的外積決定局部坐標(biāo) Y軸，y = z x x。下圖1.12可較易明白各軸的方向。圖 1.12元素力輸出ELEMENT FORCE可在以下地方輸出:A. 元素的中心點(diǎn)B. 元素各角上的節(jié)點(diǎn)C. 在元素內(nèi)的用戶自定的任一點(diǎn)以下各項(xiàng)為ELEMENT FORCE的

13、輸出項(xiàng)目:SQX, SQY剪力（力/單位長(zhǎng)度/單位厚度）SX, SY, SXYMX , MY , MXYSMAX , SMINTMAXANGLEVONT , VONB平面力（membrane force （力/單位長(zhǎng)度/單位厚度）每單位寬度之彎曲力矩（力矩/單位長(zhǎng)度）主軸應(yīng)力（力/單位面積） 最大剪應(yīng)力（力/單位面積） 主軸平面的轉(zhuǎn)角（度）Von Mises 應(yīng)力請(qǐng)注意:1、 以上各項(xiàng)都是在 局部坐標(biāo)上，各項(xiàng)的方向及定義，可參考圖 1.13。2、如果要得知元素上任一指定點(diǎn)的輸出，您必須提供元素的坐標(biāo)系統(tǒng)，必須以 中點(diǎn)節(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)。3、主軸應(yīng)力（SMAX & SMIN ），最大剪應(yīng)力（TM

14、AX ）及主軸平面方向（ANGLE）各項(xiàng)分別對(duì)元素上方及下方計(jì)算。上下方向決定丁局部坐標(biāo)的Z軸。圖 1.13請(qǐng)注意以下各項(xiàng)為STAAD中有限元素的限制：1）構(gòu)架桿件及有限元素可同在 STAAD中分析，但 ELEMENT INCIDENCES 指令必須緊跟著在 MEMBER INCIDENCES指令之后。2）元素本身的重量是以外力作用丁連接的節(jié)點(diǎn)上來(lái)考慮，并不是以元素外來(lái)壓 力的方法來(lái)考慮。3）元素應(yīng)力是在元素的幾何中心及節(jié)點(diǎn)印出，而不是在各邊上印出。4）如圖1.13的應(yīng)力，Von Mises應(yīng)力丁元素的上下面亦可印出。元素的編號(hào)在產(chǎn)生元素剛性矩陣時(shí)，程序會(huì)檢查此元素是否與前一元素的相同，如果是

15、相同 的，程序不會(huì)再?gòu)男掠?jì)算一遍。計(jì)算兀素的順序是根據(jù)兀素輸入的順序。因此，為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，相同形狀的元素應(yīng)排在一起輸入，圖1.14列出有效率 及無(wú)效率等兩種順序。用戶必須在有效率的輸入順序及定義結(jié)構(gòu)幾何形狀的難易程度 上考慮，而得到一最適當(dāng)?shù)妮斎腠樞颉?shí)體元素實(shí)體元素提供了 3D結(jié)構(gòu)上普遍三維應(yīng)力問(wèn)題的解決方法。如應(yīng)力分布的具體控 制方法，在混凝土水壩，土地及振動(dòng)方面，實(shí)體元素提供了強(qiáng)大有用的工具。基礎(chǔ)理論在STAAD里實(shí)體元素使用了八個(gè)點(diǎn)，這些元素的每一個(gè)點(diǎn)有三個(gè)移動(dòng)方向的自 由度。T一個(gè)八個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的實(shí)體元素可以退化成四到七個(gè)點(diǎn)如下圖所示:實(shí)體元素的八個(gè)Gauss-Legendre點(diǎn)的勁

16、度矩陣是被積分出來(lái)的。是由數(shù)值的整合，元素的幾何是使用自然坐標(biāo)系統(tǒng)由插入函數(shù)來(lái)產(chǎn)生，元素的重心位丁( r , s , t)8z = ' hizi一插入的函數(shù)如下所示：x = £ hiXi , v = £ Nyi ,i dix, y, z是元素中任何一點(diǎn)的坐標(biāo)，x,yi,Zi, i =1,.,8是節(jié)點(diǎn)在世界坐標(biāo)上的坐標(biāo)。函數(shù)hi被定義在自然坐標(biāo)系統(tǒng)(r , s , t ), r , s , t變量在1及-1之間，插入函數(shù) 的未知數(shù)hi在自然坐標(biāo)系統(tǒng)中是一致的在i節(jié)點(diǎn)上，0是元素上其他所有的點(diǎn)。元素 的位移和幾何是同樣的方法，完整函數(shù)如下：u = £ 幾山，v

17、 = E "Vii日I8w =hiwii日u, v, w是在元素的任一點(diǎn)位移，而Ui ,Vi ,Wi , i =1, ,墨在坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)一致的 點(diǎn)位移以使用來(lái)描述該幾何。三個(gè)額外位移“ bubble”函數(shù)，它在表面上的位移是 0,且加在每一方向來(lái)修正 成33X 33的剪力矩陣，靜態(tài)在轉(zhuǎn)角接頭則固定的減少成24X 24的矩陣。實(shí)體元素的局部坐標(biāo)系統(tǒng)局部坐標(biāo)系統(tǒng)是相同丁世界坐標(biāo)系統(tǒng)，如圖1.15:圖 1.15性質(zhì)及常數(shù)不像是桿件和板/殼元素，實(shí)體元素是不需要性質(zhì)的。在任何情況下，必須給定彈 性系數(shù)及卜松比。而且當(dāng)有自重作用丁任何載重狀況時(shí)，必須給定密度值。元素應(yīng)力輸出元素應(yīng)力可在中心和實(shí)體

18、元素的節(jié)點(diǎn)得知，輸出項(xiàng)目含:一般應(yīng)力：SXX , SYY與SZZ剪應(yīng)力：SXY , SYZ與SZX主要應(yīng)力：S1, S2與S3von mises 應(yīng)力:SE = .707 J（S1 S2 亍十（S2 S3 ）2 十（S3 S1 牟方向余弦：6個(gè)方向余弦將隨著DC符號(hào)被輸出，且對(duì)應(yīng)首兩個(gè)主要應(yīng)力方向1.4桿件性質(zhì)STAAD提供下列幾種方法來(lái)指定桿件的性質(zhì):A）PRISMATIC性質(zhì)指定B）標(biāo)準(zhǔn)鋼材形狀數(shù)據(jù)庫(kù)C）用戶自定義的規(guī)格庫(kù)D）漸細(xì)型斷面,TAPPERED斷血E）ASSIGN 指令Primatic 性質(zhì)基本斷面需要以下性質(zhì):AX=斷面面積IX =扭轉(zhuǎn)常數(shù)IY =對(duì)Y軸的慣性矩IZ =對(duì)Z軸的

19、慣性矩此外，您也可選用以下各種性質(zhì)：AY=*行丁 y軸的剪力作用面積AZ=平行丁 z軸的剪力作用面積YD=平行丁 y軸之?dāng)嗝嫔疃萙D=¥行丁 z軸之?dāng)嗝嫔疃葘?duì)丁 T形梁或楔形梁，另外需要以下性質(zhì)：YB=T斷面腹版高度ZB=T斷面腹版厚度或楔形截面之底寬對(duì)丁 T形梁，必須有YD , ZD, YB及ZB的值，對(duì)丁楔形梁，必須有 YD , ZD,ZB值。如果輸入剪力作用面積，在分析時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)考慮剪力變形。如果沒(méi)有輸入此 項(xiàng)，剪力變形將不被考慮。斷面的兩個(gè)主要深度 YD及ZD會(huì)被用來(lái)計(jì)算斷面模數(shù)。 但這只在計(jì)算桿件應(yīng)力或在做混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)才會(huì)用到。所以在不需要時(shí)，并沒(méi)有 必要輸入YD及

20、ZD值。YD及ZD的值自動(dòng)設(shè)定值為254mm (10 inche如所有的性 質(zhì)都是以局部坐標(biāo)輸入的。對(duì)混凝土而言，不需要 AX,但是方形斷面需YD及ZD,而圓形斷面只需YD。 如果沒(méi)有輸入慣性矩或剪力面積，程序會(huì)自動(dòng)從YD及ZD中計(jì)算出來(lái)。表1.1列出各種結(jié)構(gòu)所必須輸入的斷面性質(zhì)。對(duì)丁 PLANE或FLOOR兩種結(jié)構(gòu)分 析，所需要的慣性矩由BETA角決定。假如BETA角為零，所需的值為IZ。Table 1.1 Required propertiesStructuralTypeRequiredPropertiesAX, IZ or IYIX, IZ or IYAX, IX, IY, IZTRUS

21、S structurePLANE structureFLOOR structure SPACE structure表1.11.5桿件/元素之作用力釋放STAAD剛建立時(shí)所有桿件/元素在接點(diǎn)處是賦予剛性的，在設(shè)計(jì)某些地方不是完 全剛性時(shí)，使用MEMBER RELEASE指令可將構(gòu)架桿件一或兩端的分力設(shè)為零。之 后在分析時(shí)，這些自由度便不再考慮。釋放分力是在局部坐標(biāo)上執(zhí)行。另外STAAD也提供PARTIAL MOMENT RELEASE 力矩釋放指令。1.6桁架/純壓桿件/純拉桿件以桁架為例，桿件上只承受軸向力，有兩種方法來(lái)指定它；當(dāng)所有桿件皆為桁架 時(shí)（只受軸向力），使用TRUSS指令來(lái)指定這種

22、結(jié)構(gòu)種類；如果只有某些桿件是屆丁 桁架時(shí)，在各別只受軸向力的桿件上使用 MEMBER TRUSS指令。在 STAAD 中，以 MEMBER TENSION 或 MEMBER COMPRESSION 指令來(lái)定義 純拉桿件與純壓桿件。1.7 纜線（Cable）CABLE MEMBER指令是用來(lái)指定纜線型式的構(gòu)架桿件。當(dāng)使用此指令時(shí)，必須 設(shè)定纜線的初始張力。下段將解釋纜線的剛性計(jì)算。纜線受力時(shí)長(zhǎng)度的增加受兩種因素影響。其一為彈性關(guān)系，方程式如下:EAF = Kx where K elastic =其二為因幾何型式改變而導(dǎo)致的增長(zhǎng)，如拉緊或下垂。下式代表其關(guān)系:F = Kx but here K s

23、aqsag12T3w2L31.0/ cos2 :其中：w=纜線單位長(zhǎng)度重量T =纜線張力a =纜線的軸與水平面的火角（=0°纜線為水平；=90。纜線為垂直）因此纜線的剛性系數(shù)決定丁架設(shè)時(shí)的張力或下垂。這兩種效應(yīng)可合并如下:K .comb 1/Ksag1/KelasticKcomb = (EA/L)/M w2 L2 EA(cos" )/12T3 1注意：當(dāng) T=infinity , K comb = EA / LT=0,K comb = 0由上式可看出，當(dāng)張力增加（或下垂減小）時(shí)，剛性公式漸趨近丁純粹的彈性公 式。1.8 桿件偏位(member offset當(dāng)結(jié)構(gòu)上的一些桿件

24、不是交會(huì)丁一點(diǎn)時(shí)則會(huì)產(chǎn)生偏位，或當(dāng)連接點(diǎn)對(duì)方的尺寸太 大，如下圖桿件1的實(shí)長(zhǎng)會(huì)相差太多的情況下，就要使用 MEMBER OFFSET指令。這是以世界坐標(biāo)或局部坐標(biāo)的 X , Y , Z來(lái)表示（以交會(huì)點(diǎn)為原點(diǎn)）。在分析結(jié)構(gòu) 及計(jì)算桿件力時(shí)會(huì)加以考慮由丁偏位所導(dǎo)致的二次力。桿件上新的偏位型心（offsetcentroid）可在接合的起點(diǎn)或端點(diǎn)，而新的工作點(diǎn)（working point, wp）將會(huì)在桿件的 新的起點(diǎn)或終點(diǎn)。MEMBER OFFSETSTART 7ENDEND1-66 -912圖 1.161.9 主從接點(diǎn)(Master/Slave)對(duì)丁剛性鏈接結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地板隔板，可使用主從接點(diǎn)的觀念(

25、Master/Slave),從接點(diǎn)(slave joints)被設(shè)定為與主接點(diǎn)(master join)有同樣的位移。使用者可在不同的 自由度上，對(duì)從接點(diǎn)的位置設(shè)限。如果所有的自由度(Fx, Fy, Fz, Mx , My , Mz) 都加以限制，這接點(diǎn)是剛性連接(rigidly connected) 01.10作用力在結(jié)構(gòu)中的作用力分為接點(diǎn)受力，構(gòu)架桿件受力，溫度作用力及固定端受力 STAAD會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的自重，它以均勻分布力來(lái)模擬構(gòu)架桿件的自身重量。1.10.1作用力產(chǎn)生器STADD具有產(chǎn)生移動(dòng)受力及橫向地震力(Uniform Building code )的功能，由以 卜兩種方法輸入：

26、1) 定義作用力系統(tǒng)2) 用上次定的作用力系統(tǒng)產(chǎn)生初始受力。上康科技有限公司版罹所有STAAD/Pro手冊(cè)下面將敘述移動(dòng)受力，地震受力及風(fēng)力產(chǎn)生器的一些重要特征。移動(dòng)作用力產(chǎn)生器這項(xiàng)功能可在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生移動(dòng)載重。移動(dòng)載重包括在使用者自定義的平面上一定 長(zhǎng)度的受力，在平面的兩個(gè)方向上移動(dòng)。用戶可設(shè)定不同移動(dòng)受力的順序，程序在分 析時(shí)會(huì)自動(dòng)考慮。AASHTO , 1983的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可在此使用(American Association of State Highway and Tranportation officials)。 UBC地震力產(chǎn)生器STAAD地震力產(chǎn)生器是根據(jù)UBC等值橫向力方法來(lái)分析。

27、橫向作用力于X及Z 方向而重力是在Y方向。因此對(duì)一建筑物而言,Y方向是垂直于地板方向上。用戶必 須自行建立模型，STAAD會(huì)用正確的UBC公式，自動(dòng)計(jì)算橫向合力或基底剪力。也 可使用UBC1985及1994年的規(guī)范。除了使用UBC的近似公式計(jì)算建筑物在特定的周期外， 也可以使用Raleigh商數(shù) 法來(lái)計(jì)算，此周期可用來(lái)計(jì)算地震系數(shù) C。在算出基底剪力(base shear之后，根據(jù) UBC規(guī)范，作用力會(huì)分布在建筑物各層及屋頂上。在分析設(shè)計(jì)過(guò)程中，橫向力會(huì)被 當(dāng)成一般受力來(lái)計(jì)算。風(fēng)力產(chǎn)生器STAAD的風(fēng)力產(chǎn)生器根據(jù)使用者設(shè)定的風(fēng)力強(qiáng)度( intensity)及受風(fēng)系數(shù) (exposure fac

28、to。來(lái)計(jì)算作用于結(jié)構(gòu)上的力。在不同的高度可以有不同的風(fēng)力強(qiáng)度。建筑物的開(kāi)口可以受風(fēng)系數(shù)來(lái)模擬。受風(fēng)系數(shù)設(shè)定在每一接點(diǎn)上，其定義為結(jié)構(gòu)體中 受風(fēng)力影響面積的比例。程序可以自動(dòng)計(jì)算在空間結(jié)構(gòu)上的風(fēng)力并將此橫向力分布在 接點(diǎn)上。1.11 STAAD提供之分析方法1) 剛性分析/線性靜態(tài)分析2) 二次靜態(tài)分析P-DELTA 分析非線性分析多線性彈簧支承純拉桿件/純壓桿件3) 動(dòng)態(tài)分析歷時(shí)分析(Time History)反應(yīng)譜分析(Response Spectrum以下詳述各種分析法的特征。理論基礎(chǔ)及詳細(xì)分析方法可參考結(jié)構(gòu)工程教科書(shū)。第19地共24 M上康科技有限公司版罹所有STAAD/Pro手冊(cè)剛性

29、分析/線性靜態(tài)分析SATAAD的剛性分析是以矩陣位移法為基礎(chǔ)。在構(gòu)架矩陣分析時(shí)，首先將結(jié)構(gòu)化 為不連續(xù)分量的組合（桿件或元素）,每一分量假定位移必須滿足力學(xué)平衡及接點(diǎn)位 移兼容兩種條件。像水泥板（slab）,平'板（plate）,或樁腳（spread footings待，將外力向 兩個(gè)方向傳遞。這些結(jié)構(gòu)必須被切割成數(shù)個(gè)有限元素，以節(jié)點(diǎn)相互連接。外力可以均 勻壓力作用丁元素面或以集中力作用丁接點(diǎn)上。平面應(yīng)力及平板彎曲在分析時(shí)都加以分析方法假設(shè)在對(duì)結(jié)構(gòu)做完整分析，矩陣是根據(jù)以下的假設(shè)：1）結(jié)構(gòu)必須是理想化成桿件（beam）與平'板（plate）及實(shí)體（solid）三種元素以節(jié) 點(diǎn)連

30、接在一起。這組合在節(jié)點(diǎn)上受集中作用力及反應(yīng)力。這些受力可以是在任意方向的力或力矩。2）桿件（beam）為一長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)桿件，具有不變，對(duì)稱，或近似對(duì)稱三種截面， 桿件永遠(yuǎn)受軸向力。桿件也可承受作用丁任意兩個(gè)垂直面上的剪力及彎矩， 或是扭力。3） 平板（plate）是一個(gè)三或四節(jié)點(diǎn)的等厚平面。實(shí)體元素（solid）是一 48節(jié)點(diǎn)的 三維元素。4）作用丁任一節(jié)點(diǎn)上的內(nèi)力或外力必須在平衡狀態(tài)。假如有扭矩或彎矩時(shí)，每 一節(jié)點(diǎn)的6個(gè)自由度都必須加以考慮（三個(gè)平移和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度）以建立 矩陣。如果是桁架桿件（truss membei）時(shí)，因只受軸向力，所以在每個(gè)節(jié)點(diǎn) 只考慮三個(gè)自由度（平移）。5）局部坐標(biāo)與

31、世界坐標(biāo)都被用來(lái)產(chǎn)生矩陣。為了將元素勁度矩陣的計(jì)算功夫減小及一般化。局部坐標(biāo)軸須在每一元素上建立 而且加以旋轉(zhuǎn)。世界坐標(biāo)是所有理想化元素的共同數(shù)據(jù)，因此元素力及位移可以建立 在此共同的構(gòu)架上。基本公式將不同桿件及元素的勁度矩陣系數(shù)做對(duì)稱相加，便可形成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)勁度矩 陣。作用在結(jié)構(gòu)上的外力則以作用在節(jié)點(diǎn)上的不連續(xù)力來(lái)表示。勁度矩陣與外力及節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系如下：Aj = aj Sj Dj此關(guān)系式包括所有的接點(diǎn)，不管是可自由移動(dòng)的或是被支點(diǎn)限制住的。可自由移 動(dòng)的接點(diǎn)的位移分量稱為自由度，自由度的數(shù)目即為分析時(shí)未知數(shù)的數(shù)目。位移的解法多元聯(lián)立方程式有許多種解法。在結(jié)構(gòu)中常用分解法，STAAD也是

32、采用此方法。所有的線性彈性結(jié)構(gòu)的勁度矩陣永遠(yuǎn)是對(duì)稱的，利用修正過(guò)的Cholesky法來(lái)分解十分 便捷。在解聯(lián)立方程式時(shí)，修正過(guò)的Cholesky分解法非常精確快速而且完全適合于高 斯消去法（Gaussian elimination process。帶寬的考慮用分解法來(lái)解帶寬矩陣時(shí)效果非常的好。因?yàn)樵趲挷糠种馑械闹到詾榱悖?所以只需要很少的計(jì)算。STAAD充分利用帶寬來(lái)求解。所以使用最小帶寬可以使解答最快速。因此STAAD 具有在內(nèi)部從新安排接點(diǎn)順序的功能，以使帶寬變小。*二次靜態(tài)分析STAAD能夠做二次穩(wěn)定分析。以下將敘述兩種方法：簡(jiǎn)單的一種稱為P-Delta分析，復(fù)雜的一種稱為非線性分

33、析。P-Delta 分析因?yàn)榇怪绷ψ饔命c(diǎn)的移動(dòng)，受橫向力的結(jié)構(gòu)體通常會(huì)受二次力的影響。這種效應(yīng) 稱為P-Delta效應(yīng)，在結(jié)構(gòu)分析中這相當(dāng)重要。STAAD使用單一的程序?qū)-Delta分 析包含在整個(gè)分析過(guò)程中。此過(guò)程包括以下步驟：1）從外力計(jì)算原始位移。2）將原始位移與原來(lái)的作用力結(jié)合產(chǎn)生二次力。改變外力向量使之包括二次力。請(qǐng)注意正確的P-Delta效應(yīng)是縱向力與橫向力作用一致時(shí)發(fā)生，而 REPEATLOAD（參考原文手冊(cè)5.32.11勘能只允許用戶將前一原始作用力與現(xiàn)有作用 力結(jié)合而產(chǎn)生一新的作用力。3）新的剛性系數(shù)分析是以修正后的力向量產(chǎn)生新位移為基礎(chǔ)。4）以新的位移為基礎(chǔ)計(jì)算桿件受力及

34、支承反力。此種計(jì)算會(huì)產(chǎn)生非常精確的結(jié)果，可計(jì)算到很小的位移量。如果需要的話，STAAD 可以反復(fù)用P-Delta的過(guò)程來(lái)計(jì)算，使用者可自定義反復(fù)加載的次數(shù)。ACI 318、AISC LRFD及IS 456-1978規(guī)范建議以P-Delta方法代替力矩放大法 （moment magnification methods） 以計(jì)算更實(shí)際的力及力矩。第23頁(yè)，共24 M上康科技有限公司版罹所有STAAD/Pro 手冊(cè)非線性分析STAAD提供幾何的非線性分析。非線性分析法結(jié)合了幾何勁度系數(shù)及二次力。非線性分析法一般用于大位移的結(jié)構(gòu)，大位移會(huì)使得作用點(diǎn)的移動(dòng)變得不可忽 視，因此二次力是一個(gè)重要的考慮。此外

35、，幾何勁度系數(shù)應(yīng)用于考慮修正后的幾何形 狀。由于幾何勁度系數(shù)是由位移產(chǎn)生，因此他們的值會(huì)隨作用力的不同而不同。非線 性分析是隨作用力而變的。STAAD的非線性分析方法包括以下幾個(gè)步驟：1）由作用力計(jì)算初始位移。2）將幾何勁度系數(shù)應(yīng)用在以觀察位移得來(lái)的勁度矩陣。新的整體勁度矩陣即是 由校正后的勁度矩陣組成的。3）由初始位移產(chǎn)生的二次效應(yīng)，修正作用力向量。4）解新的聯(lián)立方程式而得到新位移。5）桿件/元素上的力及支承反力由新位移而求得。6）STAAD的非線性分析允許用戶重復(fù)以上程序，直到滿意為止。重復(fù)的次數(shù)由 使用者自定義。請(qǐng)注意多次重復(fù)需要較大的計(jì)算機(jī)容量，同時(shí)會(huì)使計(jì)算時(shí)間 明顯的增加。使用非線性

36、分析功能時(shí)，請(qǐng)注意下列事項(xiàng)：1） 因?yàn)檎麄€(gè)過(guò)程與作用力有關(guān)，必須適當(dāng)?shù)厥褂肧ET NL及CHANGE指令。 SET NL用來(lái)設(shè)定初始受力的總數(shù)。CHANGE用來(lái)重新設(shè)定勁度矩陣。2）因?yàn)閹缀涡Ｕ且晕灰茷榛A(chǔ)，所以非線性分析必須包括所有會(huì)產(chǎn)生大位移 的行為。3）要設(shè)定位移的發(fā)散誤差，需于節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)（Joint Coordinates所加入SET DISP f 指令。假如任何的位移超過(guò)f值，則結(jié)果就發(fā)散且中斷。內(nèi)定的f值是結(jié)構(gòu)的 最大總高、總寬、總深除以120。動(dòng)態(tài)分析現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)分析功能可解以下三種問(wèn)題：自由振動(dòng)問(wèn)題（Eigenproblem）,反應(yīng)頻譜分析及強(qiáng)迫振動(dòng)分析。特征值解法（Eigenproblem）考慮包括所有自由度的質(zhì)量矩陣（Lumped Mass Matrix）,可從特征問(wèn)題解出結(jié)構(gòu) 振動(dòng)頻率及模態(tài)（Mode）,有行列式法及反復(fù)法兩種，依問(wèn)題大小而定。第22頁(yè)，共24 M上康科技有限公司版罹所有STAAD/Pro 手冊(cè)質(zhì)量模型(Mass Modeling)結(jié)構(gòu)的