中华钢结构论坛 China Structure Forum

标题: 对STAAD中18种控制内力的疑问 [打印本页]

作者: keithlee 时间: 2005-3-30 10:07 标题: 对STAAD中18种控制内力的疑问

请教各位大虾STAAD中18种控制内力里的F1，F2 和F7-14有何差别或F7-F14所具体表达的含义是什么？

作者: delta 时间: 2005-3-31 08:04 标题: 回复：对STAAD中18种控制内力的疑问

程序将根据前面所定义的基本荷载工况，求解线性代数方程组直接计算出在上述基本荷载工况作用下的结构中各个截面上（包括两个端点）的内力。每一个截面称为一个设计截面。

由于相斥的可变荷载不能同时作用于结构上，而相容的可变荷载有可能单独出现，也有可能同时出现。因此，需找出可变荷载的最不利组合来进行结构的构件设计。为此，我们在这里定义一组能够反应各种可能发生的对结构最不利的内力状态来进行设计。由于这组内力状态必须包容各种在结构设计中所需要考虑的控制内力，因此我们把这种内力状态称为控制内力。经过内力组合后的最终的设计控制内力将用于进行规范检验和截面设计。

根据空间构件的受力特点，应考虑表2-1中所列出的18组内力情况作为控制内力，并将控制内力定义为：



  = （F1 ，F2 ，…… F18 ）T



         其中： F i （  i  =  1 ，2 ，3，…，18 ）为控制内力的第i 个控制变量，其中每个控制变量包括5个内力分量。



控制内力的控制变量及控制参数       表2-1


  轴力

N
  相应弯矩

MY
  相应弯矩

MZ
  相应剪力

QY
  相应剪力

QZ

F1
  Nmax
  My
  Mz
  Qy
  Qz

F2
  Nmin
  My
  Mz
  Qy
  Qz

F3
  N
  Mymax  Mz
  Qy
  Qz

F4
  N
  Mymin  Mz
  Qy
  Qz

F5
  N
  My
  Mzmax  Qy
  Qz

F6
  N
  My
  Mzmin  Qy
  Qz

F7
  Nmax  My+
  Mz
  Qy
  Qz

F8
  Nmax  My-
  Mz
  Qy
  Qz

F9
  Nmax  My
  Mz+
  Qy
  Qz

F10
  Nmax  My
  Mz-
  Qy
  Qz

F11
  Nmin  My+
  Mz
  Qy
  Qz

F12
  Nmin  My-
  Mz
  Qy
  Qz

F13
  Nmin  My
  Mz+
  Qy
  Qz

F14
  Nmin  My
  Mz-
  Qy
  Qz

F15
  N
  My
  Mz
  Qymax  Qz

F16
  N
  My
  Mz
  Qymin  Qz

F17
  N
  My
  Mz
  Qy
  Qzmax
F18
  N
  My
  Mz
  Qy
  Qzmin

表中黑体字者为所定义控制变量的控制参数。

由以上控制内力的定义，可以知道18种控制内力包络了所有可能出现和会出现的组合情况，是STAAD/CHINA快捷性与准确性的体现。

但是，由此我们也可以联想到这么一种情况：在控制内力中出现静态不平衡的问题，即在某个节点处的某种控制内力中，连接节点的各构件的某种内力分量（比如弯矩）之和（或差）不为0。这种情况只可能在控制内力才会出现，这是由以上荷载组合的原理决定的。因此这种情况在基本荷载工况中是没有的。为了比较清楚的解释这个问题，从而更为清晰的理解18种控制变量的含义，我们来结合工程实际，用一个例子体现一下。

新建一个各项参数都缺省的单坡双跨门式刚架模型，并施加三个缺省的荷载工况：自重、屋面活载和积灰荷载，全部存盘并退回主界面，用SSDD内置分析引擎进行结构分析与计算，成功完成后就生成了三个基本工况的内力和18种控制内力。转到荷载工况与分析结果页，在工况选项下拉框中选择构件弯矩MZ，来查看弯矩结果。如果你选择控制内力5或者控制内力6等来查看节点2的弯矩时，就会发现所述问题的存在。下面我们将重点讨论节点2在控制内力5和控制内力6时，弯矩Mz产生静态不平衡的原因。其中DL指自重，RL指屋面活荷载，AL指积灰荷载，与输入文件中荷载类型关键字一致；连接节点2的梁为构件1，柱为构件0。

首先获得各构件在节点2处的各基本工况下的弯矩Mz的值（单位kNm），见下表，用于后面的计算说明：




  DL(自重)
  RL(屋面活荷载)
  AL(积灰荷载)

构件1
  27.13
  85.45
  143.36

构件0
  -27.13
  -85.45
  -143.36


我们知道，控制内力F5的控制变量是Mzmax。就是说程序在自动组合时，对于某根构件，首先在某种可能出现的基本工况组合中，把所有弯矩大于0的工况（恒荷载不论正负，必定参加所有可能的组合），乘以相应的组合系数和分项系数，然后加起来，得到此种组合的控制内力5的弯矩，并得到相应其它内力分量；然后在所有可能出现的基本工况组合中，通过比较，选出Mz最大的那一个，作为控制内力5的最终结果，本例中；

构件1：Mz=1.2*DL+1.0*1.4RL+1.0*1.4AL，（最大的一个）求得：

Mz为1.2*27.13+1.4*1.0*85.45+1.4*1.0*143.36=352.89

构件0：Mz=1.0*DL，（最大的一个），求得：

Mz为1.0*-27.13=-27.13

于是就出现了弯矩静态不平衡的情况。

而控制内力F6的控制变量是Mzmin。就是说程序在自动组合时，对于某根构件，首先在某种可能出现的基本工框组合中，把所有弯矩小于0的工况（恒荷载不论正负，必定参加所有可能的组合），乘以相应的组合系数和分项系数，然后加起来，得到此种组合的控制内力6的弯矩，并得到相应其它内力分量；然后在所有可能出现的基本工框组合中，通过比较，选出Mz最小的那一个，作为控制内力6的最终结果，本例中；

构件1：Mz=1.0*DL(最小的一个)，求得Mz=1.0*27.13=27.13;

构件0：Mz=1.2*DL+1.0*1.4RL+1.0*1.4AL(最小的一个)，求得：

Mz=1.2*-27.13+1.4*1.0*-85.45+1.4*1.0*-143.36=-352.89

同样出现了弯矩静态不平衡的情况。

纵观上述分析过程，不难发现，出现的原因其实是构件1和构件0在各种工况下的弯矩值的正负号正好相反造成的。对于节点7就不会出现这样的问题，因为连接节点7的两构件，在各基本工况下的弯矩正负号正好相同，而且，我们也可以发现，构件1的控制内力5的弯矩Mz正好与构件0的控制内力6的弯矩Mz绝对值相同（平衡）。

通过上面的特例的讨论，只要加以理解并延伸，就可以明白其它控制内力、其它节点和其它类型的力（比如轴力等）所产生的静态不平衡的原因。

出现这种情况对工程设计会有什么影响呢？严格来说，是没有任何影响的，这一点使用者可以非常放心。因为，对于18种控制内力，它们更应该被看作是一个“整体”，而不是分开的18种“荷载工况”，程序中也正是这么对待的。当我们作内力检验、规范检验或者节点设计等等的时候，对于某根构件而言，总是取18种控制内力中最大的那些值（或者绝对值）来设计。比如弯矩，要么是控制内力5，要么是控制内力6。它们可能出现，也是可能出现的最大值，这种包络保证了设计的结构的经济合理和安全可靠。

作者: delta 时间: 2005-3-31 08:06 标题: 回复：对STAAD中18种控制内力的疑问

看图

作者: keithlee 时间: 2005-3-31 09:42 标题: 回复：对STAAD中18种控制内力的疑问

我的疑问是
F1 是Nmax My Mz Qy Qz
F7 是Nmax My+ Mz Qy Qz
F8 是Nmax My- Mz Qy Qz
这三者的区别是什么？
同样的Nmax应该对应相应的My Mz Qy Qz应该是唯一的，为什么要分My+和My-，它们表示的是什么含义呢？

作者: delta 时间: 2005-4-4 09:41 标题: 回复：对STAAD中18种控制内力的疑问

表示弯矩为正的时候生成的轴力。这样会防止正负弯矩在同一个组合内力中被互相抵消。

欢迎光临中华钢结构论坛 China Structure Forum (http://bbs.okok.org/)