【功能概述】
STAAD Foundation Advanced CE 多任务模式设计流程之筏形基础
【功能详解】
1 . 插入上部STAAD模型
上部模型如果没有运行过分析,不会有柱脚数据,此时如果插入会报错,不能完成插入。因此,插入上部模型前,请确保已经完成了上部结构的分析。
插入成功后,SFA会读取到荷载信息,但是此时基础的设计任务Current Job还未被创建。
2.查看单位设置
默认为SI制,项目为英制,点击Reset Current Units to default中的English Unit,程序会根据English Unit的默认设置(在Save Current units as default中进行),将当前单位制式立刻切换到英制;同样的,点击Reset中的SI Unit,则程序会根据SI Unit中的默认设置将当前单位立刻切换为国际标准单位。
对单位进行默认设置,在Save Current units as default中进行,在Length Unit/Force Unit/Moment Unit…中的下拉框中设置好后,直接点击对应的English Unit或SI Unit即可,此时设置视窗会退出,因为每设置一次视窗都要退出。
3.查阅柱的位置信息和尺寸信息
Length对应X方向,Width对应Z方向。
4.确定是否设置柱墩Pedestal
是否选择柱墩由设计需要决定,冲切验算时,以柱墩的外周尺寸作为计算参数。需要注意的是,柱墩在当前版本未计入自重。通常,柱墩重量有限,其在竖向是一个刚性实体,故其对基底净反力和地基承载力的影响都是微弱的。如果柱墩大到不可以忽略时,用户需要通过增加额外荷载 (Fy)来补充这一误差。
5.荷载添加和修改
通常,每一个基本工况下的Reaction荷载数量与支座数量是一致的,如果要新增支座并添加相应荷载,则需在Column Position中增设柱位置,然后在选定的基本工况通过Add Reaction Load来添加额外荷载。如果仅是新增荷载而不需要新增支座,则根据荷载的特征,选择施加点荷载或者面荷载等,程序提供了多种选择,右键单击基本工况即可看到相应的选择菜单。点击相应的选型后,即可看到荷载的设置面板,如Rectangular Load,需要设定矩形面荷载的角点坐标及荷载集度。(注:对于这种非Column Reaction荷载,参数设定完并添加荷载后,荷载即在相应位置生成,不需要额外执行Assign Load。)
6.组合工况
是否生成组合工况不是程序运行的必须步骤,这完全取决于工程师的决定。常规而言,我们需要根据规范生成一系列的组合。如果是自动生成,则直接点击Generate Load Combination生成组合工况。组合工况可以生成Service工况,也可也生成Ultimate工况,也可删减修改每个组合工况的系数。Service相当于中国规范中标准组合工况,Ultimate相当于中国规范中基本组合工况。
如有特殊需求,则可在左侧导航栏中点击Create New Load Combination,手动生成组合工况。(注:手动生成时,需点击下方Add Load Combination,该按钮有时会因为用户电脑屏幕的大小和分辨率原因藏在屏幕外,此时需将Load Description面板的下半部分向上拖拽,这样即可看到。)
另外,在进行上部结构分析时,也会存在组合工况,这些组合工况导入SFA后,默认的工况类型为 Primary,此时这些工况也将参与到自动生成组合,除非用户修改类型为Service或者Ultimate.
7.基础自重即恒载系数调整,请点击Loads & Factors中的Apply Self Weight And Dead Weight Factor进行设置。
8.创建设计任务Job
填写好相应的参数,然后将需要关联的工况导入任务,然后点击Create Job,任务即创建完毕;创建完毕的Job可以进行修改,但不能修改任务类型和单位设置,修改后需点击Edit Current Job.
每一个任务,都有自己独立的工况、基础类型和支座,这些配置和任务是捆绑在一起的。切换不同的设计任务,在Current Job中选择即可。
SFA提供了多任务模式的计算分析和设计,可以对一份荷载源挂若干设计任务,每个任务有独立的荷载工况、基础类型和支座,无需创建多个设计模型文件。
9.设计参数设定
9.1默认属性
设置筏板的厚度,土体的弹性模量,即基床系数,土的容重,混凝土的容重,梁的截面信息等信息。如果桩顶的嵌固模式选择为Pinned Head,则桩顶不提供旋转约束,此部分的设置未非激活状态。另外,Job中的单位设置不受到最开始Unit Setup的影响,而在创建Job时设定。
9.2Phyiscal beam table 梁表
当需要设计梁筏基础时,基础梁在此部分输入,给出两个支座点位和截面几何信息即可生成一个基础梁。另外,基础梁此处被称为物理梁,是因为基础梁将被按照实体进行分析。
9.3Pile layout 桩布置
桩的布置提供了3种方式,第一种类似梁的布置,在表格中输入参数(坐标点)即可;第二种为矩形布置,以行和列的概念进行输入;第三种为环形布置,并且可以是多重环形,也可以选择是否设置中心桩。对于桩位的修改和删除,可以在桩的位置列表中进行,也可以直接在视图中选择(蓝色)后Delete键。
9.4Mesh generation 筏板网格生成
筏板网格生成,首先要对筏板的外边缘进行定位,程序提供了多种方式,最通用的方式是Using polyline,具体为:输入边缘的点数>Generate Table>Region Name>填写边缘控制点的坐标>Add Region来完成。对于已经生成的筏板网格,也可以通过Edit Region Selected in Tree进行编辑。
有时用户需要在局部开洞,首先需要在Add meshing regions中创建洞口的位置和大小,然后在Meshing setup中添加Hole来实现。
有时用户需要在局部有不同的筏板厚度,则可以通过增加Control region来实现,步骤与添加洞口相似。用户可以根据需要创建数个局部筏板,但是这些局部筏板不能互相交叉,也不能与筏板边界或洞口有交叉。
如果用户需要在柱下区域生成Control region,则可以直接点击Auto Generate Control Region For Columns自动生成。选择此项,通常是为了考虑柱下区域筏板抗弯刚度的放大效应。
自动生成的柱下Control region大小范围为柱Length x 柱width,还可以选择此Control region是否参与设计,默认为勾选,如果未勾选,则仅参与分析不参与设计。
Boundary代表了筏板外边界,Hole是以洞口的形式创建了筏板内边界,Control Region则提供了筏板内不同区域可以拥有不同的属性,包括筏板厚度、地基的基础系数。
上述工作完成后,就可以划分生成网络了。对于网格的划分和生成,SFA提供了板元最大尺寸控制参数,用于控制板元的大小和数量。其值越小,板元划分的数量越大,但计算时间也越长。通常这个最大尺寸可以设置为筏板厚度。
对于板元的划分形状,SFA提供了三种选项,板元可以划分为四边形、三角形、四边形和三角形的混搭。如果筏板没有洞,没有异形,则四边形划分可以很好的工作,否则宜采用其它多边形划分。
勾选Create node at column support positions则在支座位置生成划分网点,上部荷载直接传递至此点。勾选此项不是必须的,如果不勾选,支座上部荷载也会间接传递至支座所在位置板元的角点。
Optimization level提供10级优化,数字越大,精准化网络过程的迭代次数也越大,程序运行时间越长,SFA默认为3级。
Internal nodes spacing factor为网格节点间距系数,其与网格的节点密度成反比,SFA默认为10.
有时圆洞口无法划分成功,则可以尝试适当降低Division,即降低边数。此项参数在圆洞创建完毕后,Edit时才可以看见。
至此,网格划分并生成完毕,可进行下一步的分析工作。
9.5Analysis properties 分析属性
每一个Boundary/Control region/Pile都可以有自己独立的属性,对于筏板厚度,SFA提供了分析厚度和设计厚度,这使得用户可以考虑柱墩带来的局部筏板刚度放大效应,用于计算分析;对于桩,则没有桩长的概念,而是代以弹性模量的概念,即沉降量对应的桩反力。
如可以使用Auto Generate Control Region For Columns自动生成柱下Control region,并为这些Control region设置稍大的筏板分析厚度,以考虑柱下筏板的刚度放大效应。
对于基础系数,也可以通过自定义的方式获得。具体通过地基承载力、安全系数、运行的沉降量三个参数来确定,即单位面积做出单位变形所对应的承载力。
10.计算结果查阅
10.1完成设计参数设定后,直接点Analyze进行分析,随后视窗会自动切换到计算书。
10.2Output view options图形输出选项
SFA提供了多种应力类型,Mx/My为板元的弯矩,Global Mx/My为全局弯矩。
如果不能看到基础变形情况,是因为变形量太小,此时可调小Scale setup中Displacement的数值。
10.3Moment envelope generation弯矩包络生成
生成弯矩设计网格,然后在每个网格交点位置计算其弯矩包络值。网格默认沿每个方向划分为60个单位,如果弯矩设计网格的划分考虑筏板长宽的比率,则可勾选Maintain Aspect Ratio,此时指定一个方向的划分点数,另一个方向的点数自动根据筏板长宽比算出。需要注意的是,由于弯矩沿不同方向其值不同,因此做弯矩设计时,需先指定纵轴方向(注:并不一定是筏板真实的纵轴)。
10.4Slab Designer 筏板设计
对筏板的钢筋和砼信息设置完毕后,点击Design,即刻生成弯矩设计摘要结果, 不过这只是一个轴向方向,可参10.3条所述重换一个轴向方向再次重复操作。
如要考虑板内的扭转弯矩Mxy,则勾选Consider Wood and Armer moments,该方法由Wood and Armer发布,即将板元的Mxy转换为Mx和My。
不考虑最小配筋检查,则勾选ignore check for minimum reinforcement.
以上两个选项默认都是非勾选状态。
如果需要查阅详细报告,点击Details report,则显示如下更详细的弯矩和冲切信息。
10.5 Reinforcement Zoning 配筋带
此项功能用于设置配筋带,配筋带分布在两个方向的顶面和底面,每个方向的每个面的配筋规格数量在Preferred Zone Reinforcement Count中设置,每一个规格即对应一个Zone.
配筋带生成的依据可以是根据实际弯矩,也可以是根据预先的钢筋规格设置,Provided为根据预先设定,Required为根据实际弯矩。
Zone report生成配筋报告,如下表:
10.6 Cut slab by a line 某一条线域上弯矩
SFA允许在某一个线域,而不仅仅是面域上进行弯矩设计。比如用户关心两个柱间这条轴线上的弯矩情况,则可以使用该功能。
定位好起始点和终点,然后指定好应力类型,然后插入,即可在视图页面看到该条线上的弯矩分布情况。如果显示较小,则可以通过调整Graph Scale Factor来使得显示放大。
每一条线实际是即是由该线经过的板元构成,下方的展开图中可以看到。
点击Design Selected Line则可以进一步看到该线域上筏板的设计报告,比如用户对柱间线域上的筏板比较关注,想了解受力情况,或者想在筏板柱间轴线上设置暗梁,则该项功能可以提供辅助。
10.7Moment Capacity Check 抗弯承载力检验
Capacity为根据预设的钢筋规格给出的筏板抗弯承载力分布图,Moment为根据实际弯矩给出的弯矩分布图,Failure对上述两个分布图进行比对,如果出现红色区域,表示此处配筋不足,未覆盖实际弯矩。
10.8Calculation Sheet
点击此项即可看到计算书,计算书可显示的内容和完成的工作有关。如果仅执行分析,则仅显示分析相关的计算内容,如果完成设计工作,则计算书的内容会相应增加,如会增加配筋相关的内容。