SAP2000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/L1/10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。绘图---绘制框架/索/刚束、快速绘制框架/索/刚束、快速绘制支撑、快速绘制次梁、绘制矩形面单元、快速绘制面单元…或者点击sap2000左边的快捷键可以切换不同立面，不同平面，再执行带属性复制命令:框选要复制的构件---编辑---带属性复制。注：绘制xxx可以自己指点杆件的长度、板的大小而快速绘制xxx只绘制形成节点的杆件和板面。改节点标高：编辑---编辑点---对齐点。布置梁、柱时，continuous为固结，pinned为铰接。绘制一榀框架后，可以利用“拉伸点成框架/索”来完成其它榀框架的绘制:框选---编辑---拉伸---“拉伸点成框架/索”。绘制板时，选择none则不计板重但可以传递荷载。柱、梁偏心：框选要偏心对象---指定---框架---插入点，选择偏心方向及偏心长度。墙偏心---框选面对象---指定---面---面厚度覆盖项，选择“自定义节点偏移由对象指定”（先要显示“局部坐标轴”）。开洞：框选要分割的面---编辑---编辑面---分割面。Satwe梁刚度放大：将需要放大刚度的楼面梁选中，并设置为一个组带属性复制：有时导入dxf也会出现这样的问题。坐标的精度太高，sap计算会出问题。解决办法：1，在sap中复制全部。2，在excel中打开空表并粘帖。3，在excel中统一调整各列的精度。然后全选并复制。4，在sap中粘帖。改变框架单元的截面属性：框选构件---指定---框架---框架截面4.1：楼板、剪力墙剖分单元把楼板、剪力墙布置完后，框选要剖分的楼板、剪力墙---指定---指定---面---自动面网格剖分，以最大尺寸自动剖分面为单元。（对于膜属性的单元可以自动根据梁、墙位置进行剖分。对于壳和板，需要人工设定剖分）圆板进行网格划分：如果采用柱坐标，板中心处会有不合理的三角形单元；在sap中要建立圆板模型，最好使用模板中的圆板模型，那个是已经划分好的模型，能够保证足够的计算精度。4.2：特殊定义：端部弯矩、扭矩释放（指定---框架---释放/部分固定）;刚域（指定---框架---端部偏移，弹出框架端部长度偏移对话框---刚域系数）；节点限制（指定---节点---束缚）：body(刚体限制)：所有被限制节点作为一个三维刚体一起移动，模拟刚性连接。Diaphragm(刚性隔板限制)：刚性楼板与整体坐标系X-Y平面为刚性平面，位于X-Y平面各节点无相对位移，但不影响平外面变形。一般用来模拟楼板，每一层加一个diaphragm，否则计算出来的周期相差很大。Plate(刚性板限制)：可以抵抗平面外变形，但不影响平面内变形。Rod(刚性杆限制)、Beam(刚性梁限制)、Equal(相等限制)。定义刚性楼板：选中一层所有节点，通常constraintZ轴，注意这样定义的楼板在垂直Z轴平面内刚度无限大。自动线束缚：sap中自动线束缚是针对面与面间剖分不一致，而去施加边界强制协调的。自动线束缚就是把两个独立绘制的面合二为一一样。如果本身就是一块整的板单元，人为剖分后再施加线束缚那是没什么意义。sap2000按三维框架模板建模后不需要定义板自动边束缚，模型建好后，壳单元和框架单元自动耦合。5：施加支座约束：切换到最顶层----框选要定义支座的节点----指定---节点---约束（固接、铰接、滑动…）6:定义荷载工况：定义---荷载模式；类型有：DEAD(恒载)、SUPERDEAD(附加恒载)、LIVE(活载)、ROOFLIVE(屋顶活载)、WIND(风载)、QUAKE(地震)、SNOW(雪载)…注：自重乘数，般都填写0，地震、风荷载定义时都要选择规范，可以单击右侧的“修改侧向荷载模式”，选择x或y方向底部剪力法、基本地震和风信息等。底部剪力法：即荷载为倒三角形分布。ROOFLIVE(屋顶活载)：质量源组合中不能组合屋面活荷载。7：施加荷载：面荷载：框选面---指定---面荷载---均匀（壳）线荷载：框选杆件---指定---框架荷载---分布点荷载---框选节点---指定---节点荷载---力温度荷载---框选杆件---指定---框架荷载---温度风荷载：自动计算风荷载不能随便用，根本不知道自动计算的荷载准不准确，只能手动加面荷载。----选择风力作用来自于面对象，之后定义体型系数。风荷载一种是通过刚性隔板，通过点束缚，假定平面内无限刚，通过刚性隔板宽度、高度，把风荷载施加在隔板的质心上，属于简化计算；另一种是通过虚面none（有剪力墙时就直接通过剪力墙面对象），来传力，通过四个角点传力。此种方法需要指定给风荷载体形系数。面荷载:如果采用“均匀壳”方式加荷载，计算时采用的是有限元那一套理论，壳的刚度会参与了整体受力，并影响面荷载分配，楼板剖分愈精细，愈精确；“均匀导荷到框架”应该是按照塑性铰线概念，将每一块壳上的荷载按塑性铰区范围加载到相应的梁上（注意采用此种方法时，同一“区格”内的楼板不要剖分，否则导荷结果是错误的），壳的刚度不会影响荷载的分配。对于通常结构，建议同一“区格”内的楼板不要剖分，面荷载采用“均匀导荷到框架”的方法施加，楼板的面外刚度贡献可以通过修正梁的刚度实现，楼板的面内刚度贡献可以通过施加隔板约束实现。但这样会导致楼板自重通过膜节点直接传到支座（柱子）上了。均匀分布到框架只针对于施加荷载使用。想要楼板传力到梁，可以对楼板剖分。或者用none楼板，自重手动做荷载施加时指定分布到框架。节点荷载：建筑物而言,外加荷载如隔墙和楼面活荷载等,在做静力分析时,可以通过荷载方式计算其效应,但当做动力分析时,必须将它们的质量考虑进去,因为质量会影响结构周期的,这就是要人为施加点质量或线质量的原因。恒载输入：一般情况下是按照楼面（不计构件自重）荷载指定给构件。然后在定义荷载模式时，DL自重系数取1，代表自动计算并加入构件自重。然后定义质量源的时候采用“来自荷载”，定义为1DL+0.5LL。8.定义质量源：定义---质量源---来自荷载（一般都选择来自荷载）；质量源组合时有一个“乘数”即荷载组合系数。sap2000时程分析时框架结构填充墙：地震力只与每层质量有关，时程分析时所加荷载根本不影响结构的周期振型等一些特性，模态分析和时程分析都是基于结构的质量信息。在中国规范中，重力荷载代表值就定义了求解地震作用时结构质量的计算方法。所以，质量源的定义是很重要的，将自重、附加恒载定义为deadload，在质量源定义中选择来自荷载，按规范考虑恒活组合，结构质量就等于组合后求得的荷载除以重力加速度。9.荷载工况定义---荷载工况---可以定义不同的分析类型，如下所示：静力分析（static）：不考虑惯性力的影响，内力、位移不是时间的函数。模态分析（modal）：计算结构振动的模态，有特征值法和Ritz向量法。反应谱分析（ResponseSpectrum）：静力方法计算由加速度荷载引起。求出各阶振型的结构反应，再进行组合，以确定结构地震内力和变形。时程分析（timehistory）：荷载随加载时间变化，需要时程函数，求解方法是振型叠加或直接积分，要输入地震波或人工振动。弹性屈曲分析（Buckling）：在荷载作用下屈曲形态的计算。首先要定义“时程分析函数”、“反应谱分析分析函数”----定义----函数---选择需要的函数、填写相关参数。其次再定义“荷载工况”：其中时程分析与反应谱分析都选择从Modal中得到分析工况的振型，都要选择已定义的相关函数；反应谱分析中有些参数的含义：CQC(耦联)、SRSS(非耦联)，方向组合:修正后的SRSS。注:定义荷载工况“时程分析”、“反应谱分析分析”时要填写：加速度（Accel）比例系数。比例系数即规范中规定的加速度/人工波的加速度；结构质量转换成重力荷载代表值要乘以加速度g，因此规范中规定的加速度和人工波的加速度都转换成以g为单位的加速度后再相比，再乘以系数9.8（sap的单位为N/m/s）或者9800(sap的单位用的是N/mm/s)。规范中的加速度单位g为gal，单位为cm/s2，比如规程中的8度罕遇要求是400g，即400gal＝0.4g。时程分析“输出时段大小”一般为0.01或0.02，根据总持续时间为10s左右填写“时间段”，对于同一个工程，地震波作用的总时间t可以不同，但输出时段大小应该一致。时程分析首先应在“定义---函数”中定义几组地震波函数，可以选择从文件中读取地震波函数，再在“施加的荷载”中填写对应地震波函数，一般都是线性“弹性时程分析”，也可以进行非线性分析。“显示荷载高级参数”中可以填写其它参数，一般横波要晚于纵波到达结构，可以通过“到达时间“来定义实现。pushover（静力非线性分析）过程：选择要添加塑性较的梁---指定---框架---铰—添加；定义---分析工况---静力非线性工况（采用荷载控制），再次定义一个静力非线性工况（pushover），荷载类型为Modal（采用位移控制）；先运行其它工况，查看没有超筋等后（必须要运行），再修改push工况（刚度来自重力非线性工况）---运行这2个静力非线性工况---显示---显示静力pushover曲线---查看（视图---设置三维视图，选择push工况）。在sap输入与X或Y轴成一定角度的反应谱：点击分析工况中修改反应谱工况，在分析工况数据中选中显示高级荷载参数后可输入反应谱的角度。sap中材料阻尼、反应谱阻尼和反应谱工况阻尼：反应谱曲线中阻尼对计算结果影响比较大，而反应谱工况中的阻尼对计算结果影响不大，甚至可以认为影响可以忽略不计。10.荷载组合：定义---荷载组合---添加新组合；ADD:相加；Absolute：组合中的分析结果绝对值相加；SRSS；、分析结果平方和相加再开平方根；Envelope：组合中的结果得到最大和最小包络值。（也可以在运行完后，要查