SAP软件的基本计算——田国强

1、技术总结SAP软件的基本计算田国强地铁车站及区间施工时，须先开挖出相应的空间，然后在其中修筑衬砌。施工方法的选择，应以地质、地形、埋深及周围环境条件为主要依据。不同地区主要影响因素不同，比如北京主要受周围环境影响，很多重要建筑、街道等是不允许征用的，必须采用暗挖法施工；然而在天津，地质条件不好，水位过高则导致暗挖不好施工，车站都采用明挖法施工。车站暗挖施工时，主要有两种方法：PBA法和CRD法；区间施工时笼统的分为：盾构法和矿山法。其中矿山法又分为：台阶法、CD工法(跨度大)、CRD工法、双侧壁导坑法、联拱隧道中洞法等，区间采用矿山法施工时最常用的是台阶法或CRD工法。在主体结构的设计中，最主

2、要的一部分就是配筋，配筋的大小如何计算、控制，这就用到我们在地铁的结构设计中可以说最常用的软件SAP2000。在上述工法的计算中，PBA工法模型可以包括明挖法及CRD法的部分特点，比如弧形结构的加载，普通框架结构刚域的添加或弯矩的折减等特点，故下面以PBA法为例，对sap2000的使用进行了简单的总结。1.建立模型简单的模型可以直接在sap中进行建模，比如连续梁；复杂的平面模型则要在CAD中进行建模，保存为dxf文件，然后导入。采用CAD建模然后导入sap主要有以下几步：第一步，选择计算结构断面，将结 构图上尺寸标注、说明等多余内容删掉，只留主要框架的结构线，并确保结构线在同一图层（不能在0图

3、层）。利用结构线画出各构件的中线，将除中线外的线条全部删除，并对各中线进行剪切，确保无多余线头，形成框架结构。若有圆弧，必须将圆弧分段用直线表示出来，因为sap不认圆弧。将所得框架结构缩小1000倍（sap中单位1代表1米）。将框架结构的最低中心点移至（0,0）点，确保各条线的y坐标不小于0。将CAD文件保存成 .dxf 格式文件。第二步：打开sap2000软件，点“文件”菜单下的 “新模型”，如图所示，弹出“新模型对话框” ，单位选择“KN，m，C”，模版选择“空”。然后点“文件”“导入”“AutoCad .dxf文件”，选择刚才建立的模型。然后根据弹出的对话框提示选择全局方向为“Y”，图层

4、选择刚才建模时框架结构所在图层。通过几个按钮调整坐标平面，使框架平铺在窗口上。最初结构图及导入sap后图形如下： 最原始结构图 导入sap后图2定义构件属性第一步：定义材料属性选择菜单栏中“定义”“材料”即，弹出“定义材料”对话框，可以点击“快速添加材料”，这样之间可以选择“C20、C30、C40”三种不同型号的混凝土，若混凝土不是这三种型号，比如C45，则需要点击“添加新材料”，通过“材料属性数据”对话框自行输入材料属性数据，自己定义材料的属性。第二步：定义框架截面属性选择菜单栏中“定义”“截面属性”“框架截面”，如下图所示： ，弹出“框架属性”对话框。点击“添加新属性”，在“添加框架截面属

5、性”对话框里“框架截面属性类型”一栏选择混凝土，如图。再点击添加混凝土截面下的矩形截面，在弹出的“Rectangular Section”对话框中填好截面名称（以便后续制定框架截面），选择材料（此前定义的材料属性），输入对应构件的尺寸，宽度一般取1延米，高度则为各构件的厚度、宽度。 注意：由于柱跟侧墙、顶板、中板、底板不同，是不连续的，故需将柱转化为等效的连续墙，利用等刚度代换，求出柱子的等效宽度，填入尺寸中高度一栏。第三步：指定框架截面选中某一条结构线，比如中板，点菜单栏中“指定”“ 框架”“框架截面” ，弹出“框架属性” 对话框，如下图所示，选择“ZB”（假设前面定义框架属性时中板计为ZB

6、），点“确定”即完成了中板的定义，依次定义好其余构件的截面属性。定义完成后，可以点“设置显示选项”按钮，即右图中打勾的绿色按钮，在里面“常规”选项下勾上“拉伸显示”，然后通过调整窗口的视角，可以看到如右图所示的拉伸以后的框架，可以看截面宽度和高度定义的是否正确，若不正确及时进行调整。3.定义荷载工况和荷载组合第一步：点击菜单栏中“定义”“荷载模式”，在 “荷载名称”下输入荷载名称，类型里面，土压、水压、人防等均为恒载即选“DEAD”,超载则属于活载需选“LIVE”，自重系数填0，填好一类荷载后点击右面的“添加新的荷载模式”，依次将本结构模型中存在的荷载全部添加完毕，如下图。第二步：点击菜单栏中

7、“定义”“荷载组合”，在“定义荷载组合”对话框中点击“添加新组合”，弹出“荷载组合数据”对话框，输入荷载组合的名称，一般为三类“基本组合、标准组合、偶然组合”，根据荷载组合表，不同的荷载组合下不同荷载对应的比例系数不同，比如基本组合下，土压、水压、自重比例系数为1.35，超载为1.4；标准组合下所有荷载比例系数均为1。注意：基本组合下，比例系数一般都乘以结构重要性系数1.1，故实际输入值应分别为1.485和1.54。以下分别为三种组合下应输入的不同荷载的比例系数图。 4.加载荷载的施加时主要有三类：均布荷载、梯形荷载、拱部的“弧形荷载”。第一：均布荷载的施加选中需要加载的构件，点菜单栏中“指定

8、”“框架荷载”“分布”，弹出“框架分布荷载” 对话框，选好“荷载模式名称”“坐标系”“方向”，填好“均布荷载”下的荷载值点确定即可。第二：梯形荷载的施加同上，弹出“框架分布荷载”对话框，“均布荷载”处的荷载值填0，在“梯形荷载”处，“距离”一栏依次输入“0,1”，如梯形荷载分两段，则在“距离”一栏依次输入“0，xx，1”其中“xx”为01之间的小数，代表梯形荷载变值处距构件端头处的比值。在对应距离下输入荷载值，点击“确定”即可。第三：拱部弧形荷载的施加弧形荷载的施加需要借助sap的交互式数据库功能，与excel表格交互使用。首先，也是选中需要加载的构件（比如拱部），随意施加一个均布荷载。然后继

9、续选中需要加载的构件，按“Ctrl+C”复制选中构件的节点信息，打开已有的“sap2000分段梯形荷载”表格，在相应位置“Ctrl+V”，这样，需加载的构件的节点信息就复制到excel表格中来了。其次，利用已编制的“sap2000分段梯形荷载”表格，选中最高点的Z值，即最大Z值，填到拱顶坐标一栏，依次输入拱顶荷载、浮重度（水容重）、方向、侧向系数等，注意方向1为正，-1为负。利用excel表格的功能，选中第一栏，向下拉，使所有行均用已编公式进行计算。选中前面TYPE类为LINE的黄色部分，即各条线段的长度、A点荷载、B点荷载，复制（Ctrl+C）。最后，回到sap中，点“编辑”“交互式数据库编

10、辑”，弹出“选择表进行交互式编辑”对话框，如图所示。选中“框架指点”下的“框架荷载指定”。然后点击右上角“选择荷载模式”按钮，选择要加载的荷载，点确定。弹出“交互式数据库编辑”对话框，点击“到Excel”，弹出excel表，在最后三列第一行处右击粘贴，即将前面在“sap2000分段梯形荷载”表格中得到的值到这个表格。接着点击“从Excel”“应用到模型”，荷载则被施加到构件上。如果发现所加荷载与实际的方向相反，则需再次打开交互式数据库模式，在荷载前加负号即可。5.框架划分如果模型施加约束时需要加点弹簧，则必须在施加弹簧前对框架进行划分。若施加线弹簧则不需要加约束前划分，但由于计算之前，必须对框

11、架划分，否则计算的结果不过准确、理想。因此，为了不至于遗忘、混淆，在施加约束前对框架进行剖分。第一：选中所有框架，点菜单栏中“编辑”“编辑线”“分割框架” ，在弹出的“分割选择框架”对话框中，选中如右图下面的选项，让框架各线在相交处打断。若需要施加点弹簧，则选中一条已被打断的断线，根据其长度和需要分为几份（一般1米一份），再选择到右图的对话框，选第一个选项，可以根据需要将框架分为想要的份数。先打断是为了保证在交点有弹簧，不然计算结果不对称，不符合实际。第二，选中所有框架，点菜单栏中“指定”“框架”“自动框架划分”， 按右图所示，点中需要的，其中最大段长度一般填1即可，若结构比较小，可以适当调小

12、，视具体情况而定。完成后点“确定”即可完成框架的剖分。6.施加约束Sap中施加的“约束”一般指弹簧，在特殊情况，比如连续梁这种简单的构件，约束即我们通常讲的约束（固接，跤接等）。弹簧的施加有两种，点弹簧和线弹簧。首先，施加点弹簧时需选中所要施加的点，然后点菜单栏中“指定”“节点”“点弹簧”， 选择坐标系，填入水平或垂直机床系数，点击确定。由于点弹簧施加的坐标系一般为GLOBAL，所以方向不同，水平和竖直的构件上的点需要分开，多次施加。同一点若第二次施加点弹簧时，需要点“节点弹簧”对话框下面的“添加到现有弹簧”，然后确定，否则会被替代。其次，施加线弹簧时选中所要施加的线，然后点菜单栏中“指定”“

13、框架”“线弹簧”， 在 “沿框架对象指定弹簧”对话框中，如右图所示填入弹簧的机床系数，注意：在弹簧支座一栏，必须选择只受压。方向可以用局部坐标系，也可以用整体坐标系，根据个人习惯和具体情况来定。一般用局部坐标系比较简单。7.添加刚域刚域是指有刚度而无质量的区域，即刚度无限大质量却为零的区域。选择好需加刚域的构件，点击菜单栏中“指定”“ 框架”“ 端部（长度）偏移”，便会弹出 “框架端部长度偏移”对话框，在刚域系数内输入1，在I,J端输入对应的长度。对于框架结构，需要添加刚域的部位是墙与板，板与梁等的角部。虽然平面模型中未能建立梁的模型，但添加刚域时一定要考虑。例如顶板和顶纵梁的相交部位，就可看

14、做一个刚域，理由是这部分弯矩其实是由梁来抵抗的，而我们所建立的模型是为了计算顶板弯矩，对于纵梁的计算将单独建模。另外，加刚域是为了后续的配筋好配，一般在各角部的弯矩过大，配筋比较难配过去时才加刚域，或者直接按构架的厚度的影响对弯矩值进行折减，这样都能起到减小弯矩的作用。若不加刚域角部的弯矩就不大，配筋很容易过，则为了安全不需加刚域。8.运行分析点菜单栏中“分析”“设置分析选项”， 在“分析选项”对话框中，点“平面框架”，点“确定”。然后点“分析”“运行分析”或者点解锁后面的快捷键按钮，或者直接按F5，设置需要运行的工况，点开始运行，然后选择sap文件保存的位置即可。9.结果的输出运行完成后，点

15、击“帮助”右下方的“显示力/应力”后的小箭头，再点“框架/锁/钢束”，弹出“框架构件受力图”对话框，选择需要查看的组合的弯矩或者轴力，点确定即可查看。自此，sap计算的部分就完成了，但后面还需要根据sap计算的结果计算配筋，出计算书等。以上就是结构计算中常用软件sap2000的大致计算过程、步骤，下面重点强调一下我认为在sap计算中必须要注意及容易出错的问题。9.1 CAD建模时，必须保证所有结构线在同一图层（非0图层），或者干脆只有一个非0图层，必须是非0层。9.2 CAD建模时，必须把圆弧用直线段表示出来，sap不认圆弧。9.3 CAD建模时，必须把框架最低点移至（0,0）点，同时如果可能应保证结构关于Y轴对称。9.4 sap中新建一