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STAAD在多层化工钢结构框架中的应用 毛** 东洋工程(上海)有限公司 2011年6月 摘要：复杂钢结构模型的设立，STAAD软件的应用特点及其在多层化工钢结构框架中实际遇到的问题及解决办法。 关键词：STAAD/Pro,化工多层钢结构，结构分析 Abstract: Complex steel structure model build up, the speciality of the application on the STAAD software and the problem and its solution when it is used for the multilayer petrochemical steel structure design. Keywords: STAAD/Pro, multilayer petrochemical steel structure, structure analysis. 1,前言 随着大型化工厂在中国的设立，越来越多的大体量多高层钢结构在化工厂中被采用，一款更有效的软件STAAD也越来越多的应用到结构设计中来， STAAD是美国REI公司的一款结构设计分析软件，因为其在荷载，刚度上很好地达到了三维空间模拟的效果，能很好应对化工钢框架荷载分布不均匀，空间布置不规整的特点，从而使计算结果更准确真实，已经越来越多的受到国外及国内工程师的青睐。本文就结合笔者的实际工程经验展开如下。(以江苏省张家港道康宁二期项目主装置钢结构框架为例) 2,结构建模 STAAD提供了一个最简单直观的建模步骤，即以点的概念进行整个模型的建立，简单地来说，通过一个基础点(提供空间XYZ坐标)复制，偏移定义好所有点，然后连接成线成为杆件单元，连接成面形成壳体，亦可以连成立方体构成板或者实体单元。一般情况下多高层钢结构框架以杆件单元为主，钢结构格栅板仅以荷载输入。 同时STAAD提供了一个开放的模型文件，即*.std 文件，打开该文件，可以修改编辑，保存后就可以显现在三维模型中，这也为一些奇异模型的建立提供方便，如螺旋形结构就可以在excel中计算生成各个点的坐标，然后复制到*.std文件中。另外通过AutoCAD或者Frame work建模后再导入STAAD也是一种方法，不过该方法在模型中容易形成多余节点使杆件单元变得很零碎，所以建议不要采用。详细模型建立的操作方法可以参见STAAD软件的操作手册。 道康宁二期项目就是根据一个基础点，然后再连接成整个杆件框架的，具体模型如下图所示，该模型中的水平支撑，立面支撑都按照实际情况建入了。 模型建立完成之后需要指定各个单元之间的约束及支座状况，STAAD对每一个支座或节点提供了6个方向自由度的约束状况，即Fx,Fy,Fz,Mx,My,Mz,特别要注意区分支座和连接节点之间的x,y,z对应的坐标系是不同的，支座约束相应整个空间的整体坐标系，而杆件节点约束是相应杆件本身的坐标系，（杆件本身的坐标系请参照操作手册上的说明，也可以把杆件的三维显示打开就可以看出杆件本身的坐标系。）杆件之间的节点如果不指定约束类型，默认为刚接。 图a:杆件自身坐标系 图b：整体坐标系 该项目中主梁与主柱强轴的连接采用端板刚接连接，该类型的节点约束应该设定为Fx,Fy,Fz,Mx,Mz固定，而My释放(端板连接考虑成不能承受弱轴的弯矩)，当然如果将该节点考虑成半刚接，还可以设置弹性约束。梁柱的弱轴铰接及梁梁铰接应该设置成Fx,Fy,Fz固定，My,Mz释放，注意Mx也要设置成固定，因为x轴是沿杆件自身的轴线，如果释放就会使杆件绕自身转动，程序会提示警告。支撑杆件按照两端铰接单元设置，也可以直接按照STAAD里的TRUSS构件设置。 杆件断面属性的指定可以选用软件自带的断面表，也可以根据项目需要设立自己的断面表，该项目采用程序安装文件包里的GB11263H.utb文件作为自定义用户断面表，增加了一些该项目的特殊断面。要将所有的单元指定断面，同时避免零刚度单元(约束释放太多)的存在。 因为大型钢结构框架里面的单元数很多，在初步模型建立完成之后一定要进行模型的孤立及重复节点检查，同时加上结构的自重荷载，进行模型试分析检查，这样可以有效的避免后期错误的发生。具体的检查方法可以通过查看结构在自重下的变形及支座反力是否合理，同时STAAD自身也会在输出报告中提示warning,在整个模型中尽量消除所有的warning 再继续后续的工作。道康宁二期项目的该模型建成交叉设点后就有8000多个单元，如果前期没有很好检查就进行后期荷载的输入及参数指定将为后续带来很多的重复工作。