SAP2000的面荷载的UniformtoFrame方式的作用原理

sap2000中修改标签使用方法在sap2000中改变节点或者单元标签的方法：1.选中需要修改的对象，选择编辑菜单改变标签2.选择你要改变对象的类型例如elementframe或者elementjoint3.设定好标签的前缀、标签编号的起始号码及增量数值4.点击改变标签菜单的editAutoRelableAllinList（编辑自动重标签列表中全部），即可一键改变对象的标签SAP2000的面荷载的UniformtoFrame方式的作用原理(-)酷鱼工作室:1931045538在SAP2000中，可以将面荷载指定为“UniformtoFrame”方式，如下图。这样可以将面上的荷载导到四周的框架单元上。但是，如果面的四周不全是框架单元，而是还有剪力墙（用壳单元模拟），那么其荷载是如何传导的呢？由于在CSI参考手册中没有找到答案，我决定自己试验一下。菜单指定荷载对话框一、面单元四周全是框架单元时的导荷方式（一）单向板方式1.矩形单向板-矩形这个模型由四根柱子、四根梁、一块板组成，柱距3mx6m，板上用UniformtoFrame的单向板(One-Way)方式，施加了1kN/m2的均布面荷载。为了方便验证，将DEAD荷载模式的自重乘数设置为0，将所有梁的梁端弯矩释放（即设为铰接）。计算后，先看节点反力图，如下图：单向板-矩形-节点反力结构总荷载为1*3*6=18KN结构总反力为4.5*4=18KN完全吻合。框架单元内力图如下：单向板-矩形-框架单元内力可以看出板的短边处的梁不受力，只有长边的梁受力，肯定是单向板方式无疑。因为我们将梁的两端都设置为铰接，因此梁端无弯矩，梁中弯矩应为M=1/8*q*L^2。按猜测的导荷方式：面荷载1kN/m2，板短边长3m，梁上线荷载为q=1.5kN/m，梁长6m，计算得到梁跨中弯矩M=1/8*q*L^2=1/8*1.5*6^2=6.75kN.m，与SAP2000的结果完全吻合，单向板方式验算通过。计算结果图中的等效荷载图（对话框中的第一张图）更直接地说明了这一点，等效荷载就是均布荷载1.5kN/m。2.三角形单向板-三角形SAP2000支持对三角形板按单向板方式做UniformtoFrame方式导荷，我很好奇它的分配算法是怎样的。测试模型为三根柱、三根梁围着一个三角形板，板的尺寸为3mx6m，如上图。面荷载1kN/m2，各梁端均弯矩释放（铰接）。计算后得到的梁内力如下图。单向板-三角形-梁内力8-2单向板-三角形-梁内力2-4注意看等效荷载图，都是三角形分布。为了叙述方便，我们称呼梁2-4为起点为2号节点，终点为4号节点的梁，称呼梁8-2为起点为8、终点为2的梁。经测试，SAP2000的计算结果，与三角形板的建模节点顺序无关，但与板的局部轴方向有关。荷载分配的方向就是板的1轴方向。上图的板的1轴方向与4节点到2节点的方向平行。如果将局轴旋转90度，则得到完全不同的计算结果，如下图。单向板-三角形-局轴旋转90度荷载以三角形荷载的形式分配到边上，按边长确定分配比例，边长较长者，其线荷载峰值较低。线荷载的合力大小与面荷载的合力大小相等。3.任意四边形对于任意四边形，SAP2000的做法是根据1轴方向，将任意四边形切割成若干三角形和两边与1轴方向平行的四边形。其切割算法的细节，不在本文讨论。4.任意多边形很可能会遇到如下警告：你可以简单粗暴地认为，UniformtoFrame不适用于5边形或更多边形。SAP2000面荷载的UniformtoFrame方式的作用原理(二）(2010-10-0422:17:06)转载▼酷鱼工作室:1931045538(二）双向板方式1.三角形双向板-三角形-面荷载瓜分通过连接三角形的形心（三条中线的交点）和三角形的顶点，三角形被瓜分为三个部分，每个部分都是一个三角形。这个三角形就是施加在框架上的线荷载。2.矩形将单向板的模型，仅修改其面荷载加载方式，从单向板（One-Way）改为(Two-Way)，再次计算，得到框架单元内力如下图：双向板-矩形-长边弯矩图双向板-矩形-短边弯矩图我们知道在双向板模式下，板长边处的梁得到的是梯形荷载，板短边处得到的是三角形荷载，如下图：双向板-矩形-荷载计算结果图中的等效荷载图（对话框中的第一张图）说明了导荷方式与预想的完全一致。3.任意四边形其算法与内接圆算法有一定误差，确切采取的是什么算法尚不清楚。4.任意多边形很可能会遇到如下错误报告：双向板-任意多边形-报错你可以简单粗暴地认为，UniformtoFrame不适用于5边形或更多边形。二、面单元四周缺框架单元时的导荷方式缺边梁上图是面单元周围只有三个框架单元的例子，有一边没有边梁。面单元仍按UniformtoFrame的方式分配到三个框架单元上，其弯矩值与四周全是框架单元的情况完全相同。据此猜测，SAP2000可能将面荷载分配到框架单元上，遇到某些边缺少框架单元的情况时，就将原来应分配到此边梁上的分布荷载，换算成集中荷载施加在相应的两个角点上了。三、在面单元周边布置剪力墙代替框架单元猜想SAP2000会将原来分配到框架上的均布线荷载，换算成集中荷载施加在相应的角点上。由于无法看到导到面单元上的等效荷载，这里采用对比法验证。即用施加UniformtoFrame的方法加载一次，得到各支座的反力；然后按猜想的方法，手工导荷，给框架单元施加线荷载，给剪力墙施加节点集中荷载，在板上不施加荷载。如果两者计算结果完全相同，则猜想正确。单向板-剪力墙-施加面荷载得到的支座反力如上图，一个3mx6m的三角形板，施加UniformtoFrame面荷载1.0kN/m2，单向板模式，不计自重，计算得到各支座反力如图中所示。修改模型，去掉面荷载，直接在框架上施加如下图的线荷载和集中荷载：单向板-剪力墙-施加等效线荷载单向板-剪力墙-施加等效集中荷载计算得到的支座反力与UniformtoFrame的算例的结果完全一致，说明我们的猜想完全正确，这里就不再贴图了。四、总结UniformtoFrame方式应用在三角形和四边形上是有效的，如果使用单向板方式，就特别要注意1轴的方向。如果板的周边缺梁或用墙代替了梁，则原来的线荷载被折算成等效的集中荷载作用在节点上。P2000的QUAKE荷载模式的作用原理大家知道，底部剪力法是用静力方式模拟地震作用的一种简化计算方法，其计算方法在《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中有明确的规定。规范条文截图如下：在SAP2000中，是用QUAKE荷载模式来实现底部剪力法的。但是，在使用此方法时，还是存在一些疑惑：SAP2000是怎样取“质点”的呢？作用在质点上的重力荷载代表值Gi、Gj是如何确定的？计算得到的水平地震作用标准值Fi是如何施加在结构上的？为此我建立了一个简单的模型，根据计算结果推测出SAP2000的底部剪力法的实现方法。这对正确地使用SAP2000的QUAKE荷载模式，应该是有积极意义的。测试模型测试模型测试模型如上图，只有一根柱子，底部固支，高10m，截面1mx1m，材料为混凝土C30。为测试方便，将DEAD荷载模式的重力自乘系数取0，即忽略自重。建立Quake荷载模式，其参数设置如下图。荷载模式设置计算结果分析计算得到的柱受力图如下图所示。请注意看等效荷载图，这里显示柱顶节点处有32.05kN的水平集中力，这应该就是地震作用产生的荷载。SAP2000把水平地震作用力施加在节点上了。柱受力图下面验证这个水平力是否正确。列表如下：材料容重Rho(kN/m3)23.5631结构等效总重力荷载Geq(kN)200.28635Geq=0.85*Rho*1*1*10水平地震影响系数最大值alpha_max0.16特征周期Tg(sec)0.4结构自振周期T(sec)0.252376阻尼比kesi0.05衰减系数gamma0.9阻尼调整系数Eta21地震影响系数alpha_10.16(因为T0.1,直接取alpha_max)结构总水平地震作用标准值F_EK(kN)32.045816(F_EK=alpha_1*Geq)顶部附加地震作用系数0(T1.4Tg)Sigma(GjHj)1001.43175按顶部节点和底部节点平分柱的自重来计算GiHi1001.43175Fi32.045816其中，Geq=0.85*Rho*1*1*10，这个0.85是按“多质点可取总重力荷载代表值的85%”这一条来取的，也就是说，SAP2000会统一按多质点系统来计算。阻尼比kesi就是对话框中的DampingRatio。结构自振周期可以从“ModalPeriodsandFrequencies”表中查到，如下图：“ModalPeriodsandFrequencies”表或者从“AutoSeismic–Chinese2002”表中查到，不过小数点位数少一些，如下图：“AutoSeismic–Chinese2002”表另外，从“AutoSeismicLoadstoJoints”表中还可以直接查到加到节点上的地震作用荷载，如下图所示：“AutoSeismicLoadstoJoints”表从计算结果看出，手算的结果与SAP2000输出的结果完全吻合。多个节点如果将柱分为多段，则地震作用荷载会施加到各个节点上（除了底部节点）。我们将上例中的柱子均分成3段，产生了两个中间节点，如下图所示：分成三段重新计算后得到柱剪力图如下图所示。注意，这不是柱荷载图。柱剪力图根据柱剪力可以推算出节点处的地震作用荷载，或者直接查“AutoSeismicLoadstoJoints”表得到，如下图：三段柱的“AutoSeismicLoadstoJoints”表注意表中的数据是按Z值升序排列了。可以看出，总荷载仍然是32.05kN。每个柱分段的重力荷载代表值，被分配到柱分段的两端节点上。这样，顶部节点和底部节点分配得到1/2柱分段重力荷载，而中间节点分配得到1倍柱分段重力荷载，其比值从上到下为0.5:1:1；而高度Z比值从上到下为3:2:1，相乘得到GiHi比值为1.5:2:1。将32.045816kN按1.5:2:1分配，正好是7.121、14.243和10.682。结论1.SAP2000的QUAKE荷载模式的总地震荷载作用力的计算结果与规范相符。2.地震荷载作用力作用在节点上，节点就是规范中所说的质点。3.杆件的重力荷载代表值被分配到它两端的节点上。4.各节点的地震荷载作用力分配方式与规范相符。桥梁模块使用前要注意在Option中激活我在用SAP20000V14时发现，即使有Bridge模块的使用授权，Bridge菜单仍然是灰的。后经询问后知道，需要在Option菜单中选RequestModelLicense-Bridge，然后才能使用。怎样让二次开发软件的安装程序在SAP2000的Tools菜单中增加菜单项如果使用SAP2000API做二次开发,可以开发出在SAP2000的Tools菜单下使用的命令(具体方法参见我以前的文章).但最近遇到一个问题是，如何让做好的软件的安装程序自动在SAP2000的Tools菜单中增加菜单项呢？研究了一会，发现SAP2000把菜单项的设置放在SAP2000v14.ini文件里了，它的位置在用户文件夹的AppData目录下了。我的操作系统是Win7，用户名是yucf，则它在的路径是：C:\Users\yucf.CKS\AppData\Local\ComputersandStructures\SAP2000v14.ini在此ini中，菜单在[PlugIn]段里，语法如下：[PlugIn]NumberPlugIns=1PlugInName=Sap2000ToMarcPlugInMenuText=输出到Marc其中，Sap2000ToMarc是我写的程序的名称，“输出到Marc”是在菜单中显示的菜单项名称。SAP2000API帮助文档中的例子运行出