Sap2000索分析
sap2000算索结构
采用SAP2000计算索结构过程一、切换中文界面及设置单位打开SAP，在“帮助”里选择“change language to Chinese”,进行了中文切换；然后新建模型，在“单位”里选择“N，mm, C”,选择空模板；二、分组：按图层导入模型，可形成不同的组，修改组名：定义→组→修改/显示→组→改组名分别为hengsuo、shusuo、rod、lizhu、dxfin.三、定义材料：输入名称tensioned cable→选择设计类型steel或none；查表1-1，修改弹性模量为145000（根据厂家提供的表取值）和热膨胀系数（为1.200E-05），材料类型一般选各向同性。
（对于索的参数，需参考厂家的信息，这里的参数对于不同的索可能会不相同），如下图：四、定义截面这里用框架结构来模拟拉索。
定义→框架截面→在“选择要添加的属性类型”的第二栏选择“add circle”→“添加新属性”，查表2-2，先选用直径为36的钢索，截面名称栏输入“S36”，在材料一栏选截面“tensioned cable”，输入直径36，如下图：打开“截面属性”一栏，可看到相应的截面参数，再打开“属性修正”一栏，在横截的轴向面积输入修正系数0.752，因为是用框架结构模拟钢索结构，所以在“围绕2轴的惯性矩”、“围绕3轴的惯性矩”系数应尽可能的小，输入0.01→点击“确认”。
如下图：选择→组→hengsuo、shusuo→tensioned cable用同样的方法定义截面FANGTONG、T、FIX截面。
附：wide flange→工字钢channel→槽钢double channel→双槽钢Tee→T形钢angle→角钢double angle→双角钢box/tube→方通pipe→圆管rectangular→矩形截面circle→圆截面general→自定义截面（定义截面属性）cold formed C→C形冷轧钢cold formed Z→Z形冷轧钢cold formed hat→帽形冷轧钢SD section→自定义截面（定义截面形状）Nonprismatic→变截面定义五、定义载荷工况分别输入载荷名称、类型、自重乘数和自动侧向系数，自重乘数取0，定义风载荷w、玻璃自重boli、温度载荷temp(模拟预应力)、delttemp（实际温度）.除DEAD以外，其它自乘系数均为0，国外一般采用的标准为英标BS6399-95。
sap2000算索结构
采用SAP2000计算索结构过程一、切换中文界面及设置单位打开SAP，在“帮助”里选择“change language to Chinese”,进行了中文切换；然后新建模型，在“单位”里选择“N，mm, C”,选择空模板；二、分组：按图层导入模型，可形成不同的组，修改组名：定义→组→修改/显示→组→改组名分别为hengsuo、shusuo、rod、lizhu、dxfin.三、定义材料：输入名称tensioned cable→选择设计类型steel或none；查表1-1，修改弹性模量为145000（根据厂家提供的表取值）和热膨胀系数（为1.200E-05），材料类型一般选各向同性。
（对于索的参数，需参考厂家的信息，这里的参数对于不同的索可能会不相同），如下图：四、定义截面这里用框架结构来模拟拉索。
定义→框架截面→在“选择要添加的属性类型”的第二栏选择“add circle”→“添加新属性”，查表2-2，先选用直径为36的钢索，截面名称栏输入“S36”，在材料一栏选截面“tensioned cable”，输入直径36，如下图：打开“截面属性”一栏，可看到相应的截面参数，再打开“属性修正”一栏，在横截的轴向面积输入修正系数0.752，因为是用框架结构模拟钢索结构，所以在“围绕2轴的惯性矩”、“围绕3轴的惯性矩”系数应尽可能的小，输入0.01→点击“确认”。
如下图：选择→组→hengsuo、shusuo→tensioned cable用同样的方法定义截面FANGTONG、T、FIX截面。
附：wide flange→工字钢channel→槽钢double channel→双槽钢Tee→T形钢angle→角钢double angle→双角钢box/tube→方通pipe→圆管rectangular→矩形截面circle→圆截面general→自定义截面（定义截面属性）cold formed C→C形冷轧钢cold formed Z→Z形冷轧钢cold formed hat→帽形冷轧钢SD section→自定义截面（定义截面形状）Nonprismatic→变截面定义五、定义载荷工况分别输入载荷名称、类型、自重乘数和自动侧向系数，自重乘数取0，定义风载荷w、玻璃自重boli、温度载荷temp(模拟预应力)、delttemp（实际温度）.除DEAD以外，其它自乘系数均为0，国外一般采用的标准为英标BS6399-95。
SAP2000建模和分析过程
ＳAP２０00建模与分析过程在家一边做论文,一边把SAP２000建模与分析过程整理了下1、轴网:a:文件---新模型--－轴网。
笛卡尔坐标可以定义立方体矩形,柱面坐标可以定义立方体弧形。
添加局部坐标系：单击鼠标右键---编辑轴网数据--－添加新系统(原点位置:０、0、0;在快速绘制,第一个网格位置中可以输入局部坐标相对于总坐标得位置;不可以在一个视窗中同时显示整体坐标、局部坐标,可以通过屏幕右下方得选择区切换。
ｂ:文件---导入:CＡＤ文件、EＸＣEL等。
注：cａd中定义不能使用０图层定义新得图层;在导入时,ｃａd得铅垂方向与世界坐标wｃs 中Ｘ、Y、Z、轴得哪一个轴对应，相应得选择对应得轴(全局上方向),也可以在cａd中进行旋转操作,也可以通过施加重力方向得荷载校核; 结构导入模型时偏离整体坐标原点太远,可以在ｃaｄ中将模型移到通用坐标系WCS原点，或在ｓaｐ200０中进行模型整体移动;ｃad中采用得就是浮动坐标，导入saｐ20０0后会出现极少得位差,可在“交互数据编辑功能”里修改；cad中得曲线杆件不能导入sap2000中,可以利用cａd得二次开发技术将圆弧、椭圆等线段修改成直线线段；由cad导入得线段必须为直线,不能为多段线。
c:程序自带得已定义属性得三维“框架”。
1、1:修改轴网:转化为一般轴线:即可完成对整体坐标与局部坐标中轴线得编辑、修改。
编辑数据－－-修改显示系统－---粘合到轴网线：某楼层层高不一样时,可在-修改显示系统修改z轴坐标,构件会随着轴网一起移动。
、2．定义材料：定义---材料(有快速添加材料与添加新材料)。
快速添加材料就是程序已经定义好了得,可以定义钢与混凝土,当“快速添加材料”中没有要定义得材料时,则需要自己手动在“添加新材料”中定义。
3、定义截面:框架单元:用来模拟梁、柱、斜撑、桁架、网架等。
面截面: Ｓhｅll（壳)、ｐｌane（平面）、Asolid(轴对称实体)Shelｌ: 膜（仅具有平面内刚度,一般用于定义楼板单元，起传递荷载得作用);壳(具有平面内以及平面外刚度,一般用于定义墙单元,当ｈ/L<1／10时为薄壳,忽略剪切变形) 板（仅具有平面外刚度，仅存在平面外变形,一般用来模拟薄梁或地基梁）４:绘制模型:一般就是定义好某种截面后再绘制该截面。
钢框架结构 SAP2000建模分析
采用SAP2000进行建模
一、模型概况
模型为一个钢框架结构。
X向为2跨，轴间距6m；Y向为2跨，轴间距6m。
结构共2层，层高均为3m。
型钢柱截面H500×300×12×20，型钢梁截面为H400×300×10×16，均采用Q235钢。
楼板面层荷载3KN/m2,边梁线荷载6KN/m。
地震烈度8度，仅考虑Y向地震。
不考虑风荷载。
二、建模过程
1定义轴网数据，设置轴网线数量、轴网线间距。
2定义材料属性,选择STEEL，定义Q235钢材料属性；混凝土选C30。
3定义框架截面。
4定义板截面属性，板厚取0.1m。
5绘制构件
6设置柱低端支座
7面对象剖分
8定义荷载工况
9梁构件指定附加荷载和活荷载
10定义质量源
11 运行分析，查看分析结果
12进行交互式设计
13给框架单元指定非线性铰
14定义Pushover工况
15查看Pushover结果
三、部分截图
图1 框架模型图图2框架弯矩图
图3 截面设计信息
图4 框架的变形及铰出现位置图第一步
图5框架的变形及铰出现位置图第二步图6框架的变形及铰出现位置图第三步
图7框架的变形及铰出现位置图第四步图8框架的变形及铰出现位置图第五步
图9框架的变形及铰出现位置图第六步。
SAP2000建模和分析过程资料
S A P2000建模和分析过程SAP2000建模和分析过程在家一边做论文，一边把SAP2000建模和分析过程整理了下1.轴网：a：文件---新模型---轴网。
笛卡尔坐标可以定义立方体矩形，柱面坐标可以定义立方体弧形。
添加局部坐标系：单击鼠标右键---编辑轴网数据---添加新系统（原点位置：0、0、0；在快速绘制，第一个网格位置中可以输入局部坐标相对于总坐标的位置；不可以在一个视窗中同时显示整体坐标、局部坐标，可以通过屏幕右下方的选择区切换。
b:文件---导入：CAD文件、EXCEL等。
注：cad中定义不能使用0图层定义新的图层；在导入时，cad的铅垂方向和世界坐标wcs中X、Y、Z、轴的哪一个轴对应，相应的选择对应的轴（全局上方向），也可以在cad中进行旋转操作，也可以通过施加重力方向的荷载校核；结构导入模型时偏离整体坐标原点太远，可以在cad中将模型移到通用坐标系WCS原点，或在sap2000中进行模型整体移动； cad中采用的是浮动坐标，导入sap2000后会出现极少的位差，可在“交互数据编辑功能”里修改； cad中的曲线杆件不能导入sap2000中，可以利用cad的二次开发技术将圆弧、椭圆等线段修改成直线线段；由cad导入的线段必须为直线，不能为多段线。
c:程序自带的已定义属性的三维“框架”。
1.1：修改轴网：转化为一般轴线：即可完成对整体坐标与局部坐标中轴线的编辑、修改。
编辑数据---修改显示系统----粘合到轴网线：某楼层层高不一样时，可在-修改显示系统修改z轴坐标，构件会随着轴网一起移动。
.2．定义材料：定义---材料（有快速添加材料和添加新材料）。
快速添加材料是程序已经定义好了的，可以定义钢和混凝土，当“快速添加材料”中没有要定义的材料时，则需要自己手动在“添加新材料”中定义。
3.定义截面:框架单元：用来模拟梁、柱、斜撑、桁架、网架等。
面截面： Shell（壳）、plane（平面）、Asolid（轴对称实体）Shell: 膜（仅具有平面内刚度，一般用于定义楼板单元，起传递荷载的作用）；壳（具有平面内以及平面外刚度，一般用于定义墙单元,当h/L<1/10时为薄壳，忽略剪切变形）板(仅具有平面外刚度，仅存在平面外变形，一般用来模拟薄梁或地基梁)4:绘制模型：一般是定义好某种截面后再绘制该截面。
sap2000
1，荷载工况(load case)：是对各种荷载类型的定义（define），然后通过指定(assign)建立模型中空间分布的力、位移或其他作用(例如：温度)。
这仅仅是建立了作用，荷载工况本身不在结构上产生响应。
2，分析工况（analysis case）：是定义荷载作用方式（静力或动力）、结构的响应方式（线性或非线性）、分析方法（模态分析法或直接积分法）。
分析工况中包含荷载工况，分析工况可以对应一个荷载工况，也，可以是荷载的组合（多点风荷载、多维地震动）。
运行分析工况才能得到结构关于荷载的响应。
3，定义组合(define combination ):是将分析工况的计算结果进行组合（计算机运行减少人工进行计算的工作量），常用的组合形式是线性（linear）叠加或者包络(envelope)。
1.时程分析时用EL波，原始记录的波一般是以重力加速度g为单位，它的峰值为0.341g,也就是0.341*9.8m/s2.而你sap的单位用的是N/mm/s,也就是你的单位与原始波的单位相差1000*9.8个单位，那么你的系数要输入9800。
如果你sap的单位为N/m/s，那么你的系数取9.8即可。
2.规程中的8度罕遇要求是400g，这个g是单位gal的缩写字母，它的单位是cm/s2。
实际上就是0.4个重力加速度。
即400gal＝0.4g，考虑第1点，那么你的系数应该取1000*9.8*（0.4/0.341）＝11495.6。
3.定义时程函数时，单位无所谓，只要你的系数对应好就可以。
注：sap输入的地震函数本身是没有单位的，它的单位随着你sap的右下角的单位走的。
所以才需要将这个单位和原始波单位对应。
1，将索得抗弯刚度设为极小值。
2，需作索的非线性分析，在作索得非线性分析需要打开大变形得选项。
3，加载需要分步加载，先加载预应力，再加载其它荷载。
4，在v9版本里面，可以直接用应变来直接模拟预应力，不用降温也可以。
算出来得结果跟手算得结果基本是一致得，所以用sap2000来分析索是完全实用得，也是准确的。
SAP2000之玻璃幕墙结构分析
玻璃幕墙结构SAP2000可以对索结构及玻璃幕墙进行建模和分析,在建模和分析时有一些需要注意的地方：1.索的模拟实际的索和SAP2000中的框架单元，在截面属性上存在一些不同，索是柔性的，不能抵抗弯矩作用，在分析时忽略其抗弯刚度。
因此在建模过程中，我们可以用修正截面属性的办法通过框架单元来模拟索，具体做法是将框架截面属性中的“围绕2轴的惯性矩”和“围绕3轴的惯性矩”设为一个较小值，例如0.1。
2.预应力的施加在SAP2000中可以通过施加应变荷载或温度荷载模拟索中的预拉力。
索的弹性模量E和应变比ε有如下关系：N = ε X E X A温度和应变比也有如下关系：ε = α X △T所以：ε = N / (E X A)，△T = N / (α X E X A)，ε为材料的线膨胀系数在支座固定的情况下降温或施加收缩应变，都将在索中产生拉力。
3.非线性分析对于拉索这种柔性体系的分析，需要用到SAP2000的非线性分析功能。
在分析时应该选择“几何非线性参数”中的“P-∆和大变形”选项，同时应将模拟索的框架单元剖分为足够小的单元，以保证在每个单元内的相对转动较小。
4.荷载和作用根据《点支式幕墙规程》（CECS 127:2001）5.3.1条规定，结构需要按下式考虑荷载和作用的效应组合：对于非线性分析，分析结束时的结构状态/刚度矩阵一般不等于结构的初始状态/刚度矩阵，所以各非线性分析工况的结果一般不能叠加。
对于荷载和作用的效应组合，必须正确安排非线性分析工况的先后次序，后一个非线性分析工况应从前一个非线性分析工况结束时的状态/刚度矩阵开始。
这样可以保证后一个非线性分析工况是在前面的非线性分析工况结果上叠加，因此最后一个非线性分析工况里就包含了前面分析的所有结果，从而得到多个荷载和作用在非线性分析下的效应组合。
5.主要控制指标和因素根据《点支式幕墙规程》5.2.7条规定，索的挠度应控制在l/300以内（l为支承结构的跨度），同一块玻璃面板各支点位移差值和玻璃面板挠度应控制在b/100以内(b为玻璃面板的长边长度)，索中拉力不大于最小整索破断拉力的1/2.5。
结构设计SAP2000分析模型56例
✔
比。
4. 并通过压扁处不同长 径比的分析对比得到
合理的长径比控制参
数。
1. 通过分析该出的应力
分布情况并与杆件设
壳单元
计应力对比，得到控 ✔
制杆件应力比的目
的。
8
方钢管相交 53 节点有限元
分析
铸钢节点在 相交处倒圆 54 角的有限元 分析
树枝状铸钢 55 节点有限元
分析
壳单元
同上
✔
1. 圆 钢 管 相 交 处 倒 圆
大型商业超 长地下室顶 35 板与外墙协 同并考虑楼 板开洞的温 度应力分析
6m 长悬臂 混凝土梁根 36 部混凝土局 部压应力分 析。 超长地下室 外墙设置 “膨胀弯” 37 对缓解温度 应力的作 用。
各类楼盖自 38
振频率计算
拱形高压高 温蒸汽管道 39 支座推力计 算。
1. 通过节点束缚表达钢 板通过螺栓与既有混
壳单元
✔
性。
1. 整体分析考虑顶板支
框架/索 壳单元
撑和相互垂直侧壁的
支撑作用。
✔
2. 用于设计。
实体单
元
弹簧单 1. 用于分析。
×
元
框架/索 壳单元
1. 用于分析
×
壳单元 2. 用于设计
✔
框架/索 1. 验证规范规定的实际 ×
壳单元
意义。
3
地下室防水 20 板 （ 桩 ‐ 承
台）有限元 分析。
工字钢轴心 21 受压柱的屈
实体元 壳单元
凝土梁之间的连接关
系。
✔
2. 验证这种补救措施的 可行性。
1. 针对温度应力的分布
和数值有针对性地配
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构中引起的应力重分布比较明显，由此引起的前一批张拉的预应力索的索力损失较大；在预
应力拉索张拉完成之前，结构整体刚度较差，张拉过程中结构应力、变形不宜过大。因此，
施工之前，必须应用有限元计算理论，通过有限元计算软件对整个结构进行施工仿真计算，
以确定张拉顺序、确定每一步张拉的索力值、严格控制张拉过程中钢结构应力、拉索应力以
Sap2000 软件在预应力空间索结构设计分析中的应用
许曙东 张开臣 摘要：南山金海湾会议中心共分六个场馆，各场馆屋顶结构形式均为预应力空间钢结构，其 中一至五区为贝壳形预应力双向张弦梁结构，六区为内、外双圆环形放射状预应力张弦梁结 构。本文结合此工程主要介绍预应力空间结构在 Sap2000 有限元计算软件中的分析方法和注 意事项,对应用 Sap2000 软件来分析此类结构有实际的参考价值。 关键词：预应力 空间结构 Sap2000
1 工程概况
预 南山金海湾会议中心位于山东龙口，本工程共分六个场馆，各场馆屋顶结构形式均为预
应力空间钢结构，其中一至五区为贝壳形预应力双向张弦梁结构，六区为内、外双圆环形放 射状预应力张弦梁结构。结构分析设计采用 sap2000 结构有限元分析软件完成。工程全景效 果图如图 1 所示。
银
福图1 全景效果图
224
80
47
福5
-20
263
6
-25
275
图 4 Sap2000 三维计算模型
图 5 主要计算结果
由图 5 可知，拉索最大拉力为 275kN<0.3×1017=305kN,在荷载组合 3 作用下变形为 0，在荷
载组合 4 作用下拉索轴力为 47kN，满足设计要求。
2.3 计算设置
1）拉索模拟采用梁单元模拟，定义拉索截面时要注意修正围绕 2 轴、3 轴的惯性矩，
2.地震烈度：抗震设防烈度为七度，设计基本加速度值为 0.15g，设计抗震第一组。
3.自然条件：基本风压 W0=0.6kN/㎡，地面粗糙度 A 类，基本雪压 S0=0.35kN/㎡。
4.主要设计使用荷载：恒荷载 1.0kN/㎡（玻璃幕墙屋面及外围护）， 活荷载：0.5KN/㎡（玻
璃幕墙屋面）
2.2 内力计算
也不断变化，运用有限元程序进行施工模拟以确定每步张拉力是必需的；随着张拉的进行， 结构反拱值不断增大，最终位移为 57mm，通过施工过程实时监测发现，每步位移实测值与
理论计算值误差在 10%以内，吻合较好。
4 结论
4.1 我院多个空间索结构项目的设计分析实践证明，采用 Sap2000 有限元程序进行预应力 空间结构分析是可行的，计算结果与其他通用有限元程序相比比较接近。
4.4 预应力初张力通过降温法施加到结构上。
力 应 预 银 福
The Application of Sap2000 in Prestressed Space Structure
力 Abstract: Nan shan jinhaiwan Convention Center involves six venues, the structure style of every
2 设计计算
图 2 六区屋盖结构布置图
以六区为例说明介绍设计计算过程，六区屋盖结构布置图如图 2 所示，张弦梁详图如图 3 所示：
许曙东，35 岁，工学硕士，高级工程师，一级注册结构工程师，电话 010-62410557，13910129892
2.1 设计依据
图 3 张弦梁详图
1.建筑结构安全等级：二级，结构设计使用年限 50 年。
4.2 采用梁单元模拟预应力拉索时，定义拉索截面时要注意修正围绕 2 轴、3 轴的惯性矩，
将其赋予一个较小值，即折减框架单元的抗弯刚度； 4.3 在预应力荷载工况定义完毕后，建议在分析工况定义中将预应力工况修改为静力非线
性工况，并打开大变形和 P-△选项，并将 DEAD 工况的初始刚度定义为来自预应力工况，并 修改为静力非线性工况。
应 software for finite element in the Sap2000, it's a practical reference value that using Sap2000
software analyze the structure. Keywords: prestressed space structure Sap2000
组合 5：1.2 恒载+1.4 活载+1.0 预应力
应 组合 6：1.35 恒载+0.98 活载+1.0 预应力
初始预张力对张弦桁架的内力和初始变形影响较大，如何合理的确定初始预张力是结构
设计中的一项重要内容。本工程初始预张力的确定的基本原则是：1）在最不利荷载组合工
况下，拉索轴力应小于破断荷载的 30%；2）在荷载组合 3 作用下结构中心点变形为 0；3）
力 及结构变形，从而保证结构施工过程的安全可靠。张拉步骤一般分为 2 级或 3 级,本工程为
2 级，即：第 1 级张拉至设计力的 50%；第二级张拉到设计力的 100%；张拉顺序的选取时， 为了使结构受力合理，一般遵循对称张拉的原则，同时需要兼顾施工过程的方便，以避免来 回倒运张拉设备，耽误工期。施工模拟部分计算结果如下：
本工程采用 Sap2000 有限元计算软件对屋盖预应力空间结构进行了整体分析。结构分析
力 考虑了以下 6 种静力荷载组合： 组合 1：1.0 自重+1.0 预应力，组合 2：1.0 恒载+1.0 预应力
组合 3：1.0 恒载+1.0 活载+1.0 预应力，组合 4：1.0 恒载+1.4 风吸力+1.0 预应力
预 在荷载组合 4 作用下，拉索仍保持受拉状态。经过反复的试算比较分析后，本工程最终确定
拉索规格为φ5×31，其抗拉强度为 1670Mpa，破断荷载为 1017Kn，拉索的初始预张力为
185KN。计算模型及部分计算结果如下：
银
组合 1 2 3 4
计算结果
位移（mm） 索力(kN)
57
96
20
179
0
venue's roof all uses steel structure for the pre-stressed space, one to five venues all use Pre-stressed bidirectional beam string structure, the sixth venue uses inside and outside double circular ring-like radiated pre-stressed beam string structure. This article combines this work to introduce pre-stressed spatial structure analysis method and the points for attention of computation
将其赋予一个较小值，即折减框架单元的抗弯刚度；
2）在预应力荷载工况定义完毕后，要在分析工况定义中将预应力工况修改为静力非线
性工况，并打开大变形选项，并将 DEAD 工况的初始刚度定义为来自预应力工况，并修改为
静力非线性工况； 3）预应力初张力通过降温法施加到结构上。
3 施工模拟
与预应力混凝土结构相比，预应力空间钢结构属于柔性结构，后批张拉的预应力索在结
图 6 拉索编号
分级 1
应索号 1 2
计算结果
索力(kN) 位移（mm）
68
-8
57
1
3
48
10
预3
130
26
2
2
114
41
1
96
57
图 7 施工模拟部分计算结果
银 第 1 级张拉顺序为：
1#
2#
3#
第 2 级张拉顺序为：
3#
2#
1#
福预应力空间钢结构属于柔性结构，张拉过程中结构应力不断变化，因此每个张拉步索力