SAP2000在幕墙钢结构中的设计与应用培训(苏州)

12013年SAP2000培训（苏州）中国建筑基础设施总公司门窗幕墙设计研究所中国门窗幕墙网主办主讲人：陈昌宏博士/副教授2013.11.15-11.19E-mail:[e-mail](Ph:15291819097)2课程培训大纲（1）SAP2000软件功能介绍（2）案例：框式玻璃幕墙结构案例案例1：玻璃面板内力变形计算（线弹性，几何非线性）案例2：幕墙横梁与立柱内力变形计算与校核（3）结构模型正确建立的方法与技巧——规则与不规则钢框架，钢框架支撑体系，不规则结构（圆弧，椭圆等，异形截面结构，数据高级导入与整理，圆弧型玻璃幕墙模型建立等）（4）案例：点式玻璃幕墙结构综合案例案例1：点支承式幕墙支撑体系设计计算案例2：点式幕墙鱼腹式拉索自平衡支撑体系计算（索桁架）案例3：双拉索正负风压幕墙整体支撑计算3课程大纲—引申：预应力拉索单元Cable的参数全面理解（5）案例：玻璃幕墙雨棚钢结构综合案例——玻璃盒子（6）案例：大跨度空间结构内力与变形计算（同采光顶）——空间张悬梁（带拉索）（7）结构计算书形成，过滤，整理（a）计算书的参数深度理解（依据中国规范）（b）计算书的形成，整理（8）总结——常见疑难问题汇总解答（9）总结——SAP2000工程结构计算分析步骤4（1）SAP2000软件功能介绍1思想：整体结构单元体整体离散化汇总梁柱单元（SAP，ETABS等）一维杆系结构有限元（ANSYS）墙，壳元（二维，shell）二维墙，三维实体结构实体元（三维，solid）56要点：SAP2000中二维板壳元都是厚度进一步细分：壳元板元（面外）膜元（面内）薄壳厚壳薄板厚板1薄与厚之分在于是否考虑剪切变形？厚度1/10~1/5跨度2高版本中可以考虑分层壳？3板，膜，壳的区别？（界面演示）————厚度参数输入的物理意义（很重要）73板，膜，壳的区别？（界面初步演示）82常用软件：国外：ANSYS，AbaqusSAP2000，ETABS，MIDAS等国内：PKPM，3D3S等93SAP2000程序介绍——面对对象设计删除，复制，平移，旋转等荷载的施加，删除1)面对对象的含义模型修正（刚接，铰接，约束等）计算结果提取，校核形成报告操作思路清晰，主观能动性强102)软件界面介绍——体现面对对象的含义（注：后续版本界面更加友好，功能更加强大）程序操作11图形界面菜单条主工具栏侧工具栏光标位置当前单位制主显示窗口主显示窗口主标题条状态条状态文本当前坐标系12（2）案例：玻璃幕墙结构案例案例1：玻璃面板内力校核对比计算案例2：幕墙横梁与立柱内力变形计算与校核13案例1—玻璃面板内力校核对比计算要点1小变形理论—解析法，有限元（对大面积玻璃面板，应采用大变形理论）弯曲中产生拉应力板：面外膜：面内厚度？14案例1—玻璃面板内力校核对比计算要点2JGJ102-2003中：框支承玻璃：(四边简支)点支式玻璃：(四点支撑)CECS127:2001：24,min261,60akaffamqlqlddltD短边24b,min261,60kbffbmqllddltD长边241b1,min23,Etkbffqlqlddt非线性效应不明显15案例1—玻璃面板内力校核计算（形成报告，初步）条件：7度（0.15g），w0=0.55kN/m2单片玻璃24mm中空玻璃，夹层玻璃采用等效厚度和荷载进行规范或者有限元计算空气用弹簧单元模拟16案例1—玻璃面板内力校核计算（形成报告，初步）说明：E=7.2e4Mpa，v=0.2,alpha=(0.8-1.0)e-5grammar=25.6kN/m3荷载类型：自重：25.6*0.024=0.6144kN/m2(自动)地震：5*0.12*25.6*0.024=0.36864kN/m2风荷载：1.69*1.2*1.25*0.55=1.394kN/m2荷载组合：自重+风荷载+地震荷载（强度）1.21.4*1.01.3*0.5风荷载标准值（变形）17案例1—玻璃面板内力校核计算（形成报告，初步）步骤：1建立轴网，建立玻璃模型（含支座）—方法有多种，利用墙元模型修正也行。18案例1—玻璃面板内力校核计算（形成报告，初步）步骤：2建立材料指标建立面板指标指定剖分50*50mm建立荷载建立荷载组合计算分析，查看位移应力结果（专业素养判断）形成报告注：以上图形略，参照实际操作步骤19案例1—玻璃面板内力校核计算（几何非线性分析）要点（极重要）——拉索分析中几乎全是几何分线性充分学透荷载工况组合20案例2—框式幕墙支撑体系设计计算（立柱）要点1构件式（施工方式：拉弯下上—压弯上下）单元式（施工方式：自下而上）要点2每层之间通过不动铰支座连接—承担水平剪应力当芯柱的惯性柱与外柱相同（近）且存在足够的深度，才认为连续，否则为铰接（大多数情况）21案例2—框式幕墙支撑体系设计计算（立柱）要点3立柱计算模型图（算例）注：多跨静定（超静定）连续梁22案例2—框式幕墙支撑体系设计计算（立柱）7度，0.1g条件：立柱跨度L=3900mm，L1=400，L2=3500立柱左边承担荷载区域宽度：1224mm右边承担荷载区域宽度：1224mm立柱计算间距：B=1224mm材料截面：钢方通：150*100*6mm安装方式：偏心受拉23案例2—框式幕墙支撑体系设计计算（立柱）说明：E=2.06e5Mpa，v=0.3,alpha=1.2e-5grammar=78.5kN/m3荷载类型：自重：程序自动计算风荷载：1.927kN/m2（标准值）—转换成线荷载：1.927*1.224=2.359kN/m地震：5*0.08*（0.5~0.6）=0.2kN/m2—转换成线荷载：0.2*1.224=0.2448kN/m备注：25.6*0.012=0.3072kN/m224案例2—框式幕墙支撑体系设计计算（立柱）荷载组合：强度计算：1.4风荷载+0.5*1.3地震荷载变形计算：风荷载（标准值）25案例3—框式幕墙支撑体系设计计算（横梁）要点1以立柱为支撑（简支梁）立柱间距离为横梁计算跨度要点2双向弯曲梁（水平方向：风载，地震荷载）（竖直方向：板，梁重力荷载）单跨简支梁受荷范围-板高宽比26案例3—框式幕墙支撑体系设计计算（横梁）要点3计算校核点抗弯，抗剪，抗扭，挠度玻璃板在横梁上偏置引起27案例3—框式幕墙支撑体系设计计算（横梁）条件：横梁计算标高为17.0m，饰面材料为玻璃，所受重力GK=0.6KN/m2，横梁的计算长度取L=6120m，幕墙分格高度为：H=3.9m,h1=1950,h2=2250,L1=2220,L2=1620mm28案例3—框式幕墙支撑体系设计计算（横梁）说明：材料与截面：钢方通，200*150*5mm荷载类型（标准值）：恒荷载：0.6*3.9=2.34KN/m—垂直平面内水平风荷载与地震荷载的昀大值为：1.32KN/m2——转化成上下区隔的线荷载：（梯形荷载）横梁承受上分格线荷载标准值：1.32×(2.22+6.12)×1.95/(2×6.12)=1.75KN/m横梁承受下分格线荷载标准值：1.32×(1.62+6.12)×2.25/(2×6.12)=1.87KN/m29案例3—框式幕墙支撑体系设计计算（横梁）荷载组合：强度计算：自重与恒荷载（1.2）+风荷载（1.4）（双向受弯）变形计算：恒载（标准值）风荷载（标准值）组合：SQRT（恒载2+风荷载2）如何体现抗扭？30（3）结构模型正确建立的方法与技巧——规则与不规则钢框架，钢框架支撑体系，局部坐标轴应用，不规则结构（圆弧，椭圆）等，异形截面结构，张弦立体桁架结构，门式刚架，CAD模型精确导入与浮点坐标修正，变截面模型，偏心处理，“组功能”高级使用，“显示功能”高级使用，铰接与刚接，复合材料截面，截面应力设计器，移动载荷EXCEL处理方法，节点与构件等定位与重新编号，数据高级导入与整理，第三方审核—体育馆模型等）311规则框架结构（R.C，钢结构）利用SAP2000模板（建议）方法利用CAD导入功能（没有必要）案例1钢框架，X（4跨，x=6m），Y（2跨，y=8m），共3层，层高4m，顶层屋脊处5m。柱：HM500*300*12*20，梁：HM400*300*10*16，Q235-B。楼层荷载：恒荷载（3kN/m2）,活荷载（2kN/m2）。屋盖恒载3.5kN/m2,活荷载0.5kN/m2边梁线荷载6kN/m。地震烈度8度,0.2g，考虑Y方向地震作用，不考虑风荷载。321规则框架结构（R.C，钢结构）案例1（步骤简介）1利用模板建立模型（打开节点显示，底层固端，点拉伸）2建立材料Q235，C303建立截面（梁柱，板）4定义组（beam，column），指定组5选择租，指定截面6显示，调整构件方位（利用组）7建立楼盖，屋盖，并且剖分8建立荷载工况（dead，live，quake），并且指定荷载9定义质量源10运行计算显示结果，规范校核331规则框架结构（R.C，钢结构）案例1要点：1点拉伸（移动）？BU:特殊点？2截面方位（强轴，弱轴）？3建立框架截面的方式？4板单元（板壳与膜的区别）？5板元设置与否？6质量源的设置？（宜出错-重复）？7荷载导荷（导与不导），怎么导（ETABS）？8质量与重量的区别？全面掌握细节341规则框架结构（R.C，钢结构）案例1—荷载导荷（导与不导），怎么导（ETABS）？要点：1膜厚度定义为零时，荷载是可以传导的，与不设为零是一样的：荷载通过节点来传递，只是设为零时，这块shell就没有平面内或平面外的刚度了，并且没有了质量。2需要注意的是通过面来导荷载不同于一边概念上的三角形或梯形导荷，它是通过节点力均分面上承受荷载来实现的，可能不符合我们预定的要求。352不规则框架结构（R.C，钢结构）利用SAP2000模板方法利用CAD导入功能（建议）案例2（曲梁的建立）362不规则框架结构（R.C，钢结构）案例2（曲梁的建立）要点：1SAP编辑功能—曲梁？（单一，多个对象）2SAP点拉伸功能—曲梁（直，曲，样条，扭转）？3CAD导入功能直线多线段圆弧线（可控与否？）椭圆线（可控与否？）样条曲线全面掌握细节CAD二次开发3D3S373门式刚架（三维整体）利用SAP2000模板方法利用CAD导入功能案例3单跨门式刚架，跨度L=12m，柱高H=5米，柱距S=6米，刚架采用HN300*150*5.5*8，屋面坡度i=1:10。钢材Q235-B，E43焊条。檩条及墙梁采用薄壁卷边C型钢（C180*70*20*3），间距1.5米。383门式刚架（三维整体）案例3393门式刚架（三维整体）案例3403门式刚架（三维整体）案例3（步骤）1CAD建模（采用mm单位，屋顶抬高600mm）2导入SAP2000—修正坐标原点—显示，调整方位（重力方向，采用加载法试看）—调整浮点坐标（归0处理）3建立冷弯薄壁型钢截面（C180*70*20*3）和刚架梁柱截面4利用局部坐标系建立屋顶的檩条件5若刚架柱采用楔形变截面，如何建立？调整偏心？413门式刚架（三维整体）案例3要点：1CAD导入后方位的修正？（错误，验证）2CAD浮点坐标修正？3冷弯薄壁型钢截面的建立？4整体坐标，单元坐标，局部坐标区别？（应用）5变截面柱？偏心处理？掌握导入细节424大跨度空间结构利用SAP2000模板（难）方法利用CAD导入功能（方便，推荐）案例4（空间立体桁架-张弦梁）跨度L=80米，截面为倒三角形，相关尺寸见图形。3D3S中CAD43案例4（空间立体桁架-张弦梁）44案例4（空间立体桁架-张弦梁）—步骤1建立CAD模型（大部分工作在此进行，“易”控制）—上弦14等分，下弦28等分（取中连接）—导入SAP后，查看正确与否？方法2采用3D3S进行转换方法3采用CAD中直线段逼近模拟2调整坐标原点，重力方向3定义组（SXG，XXG，XFG，SFG）指定组（利用显示功能）4形成倒三角截面立体空间桁架（移动，新建杆件等功能）错误