20第17章_钢框架设计及优化_郑毅.doc

第17章 钢结构设计和优化过程 在SAP2000中，钢结构的设计具有交互式的优化设计功能。首先，工程师可以将特定的一组截面赋给构件，构件通过自动优化设计的功能反复分析设计，选出最优截面；再次，SAP2000中的设计过程是个交互式的设计过程，工程师可以通过修改构件的各个设计参数，控制整个设计过程。对构件进行钢构件设计的前提是构件的设计类型为钢（STEEL），在未变形视图中右键点击某根构件，弹出的对话框中的设计过程一栏会显示当前构件的设计类型。 SAP2000中的钢结构设计功能非常强大，兼容了中国、美国、欧洲等各国规范，下面先介绍钢结构的设计过程，然后详细介绍SAP2000中的钢结构设计功能。 17.1 钢结构设计过程 本节大体介绍在SAP2000中钢结构设计的基本流程： 1）建立模型。 2）运行结构分析。 3）使用选项首选项钢框架设计命令，查看指定钢框架设计的整体参数。包括使用的规范、是否验算挠度、应力比限值等。 4）根据需要使用设计钢框架设计选择设计组命令，控制设计组指定。 5）根据需要使用设计钢框架设计选择设计组合命令，控制参加设计的组合。SAP2000默认自动选择参加设计的组合，如果需要添加或删除默认的设计组合，可以通过此命令进行指定。 6）根据需要使用设计钢框架设计查看/修改覆盖项命令，指定钢构件设计覆盖项。 7）根据需要选择使用设计钢框架设计设置位移目标命令，设定结构的目标位移设计值。 8）根据需要选择使用设计钢框架设计设置周期目标命令，设定结构的目标周期设计值。 9）点击设计钢框架设计开始结构设计/检查命令，进行钢结构设计/检查。 10）查看钢结构设计结果。 11）使用设计钢框架设计修改设计截面命令，可以对选中的钢构件修改其设计截面。点击设计钢框架设计开始结构设计/检查命令，再次运行设计，此次设计将使用修改的构件的新的设计截面。 12）使用分析运行分析命令重新进行结构分析，此时使用的构件截面即未最新指定的截面属性。 13）再次进行钢框架设计，使用新的分析结果和截面属性进行设计校核。 14）检查设计结果，确定钢结构设计满足要求后，点击设计钢框架设计设置自动选择截面为空命令。此命令将删除所有自动选择截面，仅保存最后指定给构件的截面信息。此操作使自动选择截面属性变为固定截面属性，并且可以减小模型文件大小。 以上是基本的钢结构设计过程。下面将以一个小的钢结构模型为例进行详细的介绍。示例模型为一个三层纯框架结构，层高三米，X方向四跨，Y方向三跨。将所有梁指定同一种截面，所有柱指定同一种截面，全部采用中国H型钢库截面，并指定自动截面选择列表进行优化设计。模型如图17-1所示。 图17-1 钢结构模型图 17.2 自动选择截面列表的设置 要在SAP2000中进行钢结构的优化设计，需要在建模时定义一个或多个自动选择类型的钢框架截面。自动选择截面的定义在前面有关截面定义的章节中有详细介绍，这里只从设计过程的角度进行介绍。 1. 导入中国型钢截面库截面 点击定义框架截面命令，弹出框架属性对话框（图17-2）。 图17-2 框架属性对话框图 17-3 导入型钢截面对话框 点击右上角的下拉框，选择Import I/Wide Flange这项，点击添加新属性按钮，弹出打开截面属性文件对话框，在程序安装目录下找到中国型钢截面库文件Chinese.pro文件。弹出如图17-3的对话框。 在此对话框中选择需要导入的型钢截面，配合使用键盘上的Shift或Ctrl键可以选择多个截面，也可通过按下鼠标左键拖动选择多个截面。点击确定按钮，退出对话框。弹出I/Wide Flange Section对话框（图17-4）。 图17-4 I/Wide Flange Section对话框 可以对构件的材料进行修改，点击确定关闭该对话框。 2. 添加自动选择列表截面 点击框架属性对话框中的右上方第二个下拉菜单，选择其中的Add Auto Select一项（图17-5）。点击添加新属性按钮，弹出自动选择截面对话框（图17-6）。 图17-5 框架属性对话框图 17-6 自动选择截面对话框 在左侧截面列表中选择欲指定给自动选择截面的若干型钢截面，点击添加按钮，选中的截面则显示在右侧自动选择列表内。点击覆盖...按钮弹出显示选择截面对话框，在其中选择一个分析设计初始试算截面（程序默认取自动选择列表中间位置的截面），点击确定回到自动选择截面对话框。在此对话框中点击确定按钮，关闭对话框，即完成了一个自动选择截面的定义。本例中，我们定义一个名称为“BEAM”的梁自动选择截面（选择若干名称以GB-HM开头的中国型钢库截面）和一个名称为“COLUMN”的柱自动选择截面（选择加入若干名称以GB-HW开