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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
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