[文章]：sap2000CN的应用（如何加入附件）

panjun

SAP2000入门
●图形介面
SAP2000图形介面（GUI）用于建立模型，分析，设计及显示结构状况。
●结构模型
以如下的内容描述结构物
·材料性质
·梁、柱或桁架杆件的FRAME单元
·墙、楼板或其他薄板的SHELL单元
·表示单元接合处的JOINTS
·支承JOINTS的约束（RESTRINTS）及弹簧（SPRINGS）
·荷载含自重、温度、地震及其他
·经SAP2000分析后，亦可显示荷载导致的位移、应力及反力
图形介面提供多种有效工具去建立结构模型，甚至可利用内定基本模型及最佳设计去修正模型。
●坐标系统
所有位置的定义皆使用单一整体坐标系。此为三次元，右手定则的直角坐标系。三轴为X、Y、Z。
结构模型的各成份（JOINT，FRAME单元，SHELL单元等）皆依各自的局部坐标系去定义性质，荷载及反应值。局部坐标的三轴为1，2及3。
于建立或显示结构模型时尚可另建补助坐标系统。
●主视窗
含完整的图形介面。利用Windows的操作此视窗可移动，改变尺寸，最大最小化或关闭。主标题位于主视窗的顶部，显示程序名及模型名。
●功能列
位于功能列的功能含SAP2000所提供的大部分功能。
●主工具列
提供快速操作功能，特别是有关显示的操作，大部分功能皆可由功能列上执行。
●浮动工具列
提供变更模型的快速指令，所有功能皆包含于功能列上。
浮动工具列可利用鼠标左键移动或变形。
●显示视窗
显示视窗显示模型的几何形状，亦可包括单元性质，荷载，分析结果。并可同时显示四个视窗。
各视窗有独自的视点，显示类型，显示选项。例如未变形模型显示于1个视窗荷载另1个视窗，动能变形于第3视窗，设计应力比于第4视窗。也可以为四种不同类型的未变形模型或其他，一个平面，两向立面及一个透视。
每次仅有一显示视窗“可动作（Active）”，浏览及显示操作仅于目前可动作视窗有效，可按一下标题列或视窗范围内使该视窗变为可活动。
●状态列
显示目前的状态讯息，可显示或改变使用单位的选择清单方块及现在游标位置，当显示变形或振态时的动能控制钮。
●浏览选项
可于各显示视窗设定浏览选项，此将影响结构物以何种形式显示于视窗上。此选项可由主工具列的VIEW指令执行。不同浏览选项可作用于不同显示视窗。
●2D及3D影像
2D影像显示平行于坐标平面：X-Y，X-Z及Y-Z的单一平面。仅位于该平面的杆件才看得见,可随时变更该平面的面外(out-of-plane)坐标。
3D影像从使用者选定的有利位置显示全模型。可视的特件不限于单一平面。视点方向由位于水平的角度及和水平面所成角度来定义。
●透视
3D影像可显示从透视至正投影的间。通常三向度面外模型者以透视影像显示较易辩识。若于2D影像选择透视显示，影像将变成3D，直至关闭透视时才回复。
亦可设定视角，其将定义有多接近结构物，角度愈大愈接近，但显示的结构物也更扭曲。
●移图，放大缩小，及最大最小范围
可放大(zoom-in)影像检视更细节的处，或缩小(zoom-out)影像显示更多的结构物。
放大缩小可依内定的增量，也可利用鼠标的拖曳选定结构物的局部加以放大。移图允许于显示视窗内，以按着鼠标左键移动作结构物的动态性移动。
可设定X，Y，Z的最大最小坐标。指定显示于视窗的结构物范围，移图，放大缩小仅对此范围的结构物有效。
●单元显示选项
可设定不同的选项，此将影声出现于显示视窗的结点与单元。此选项仅对未变形的模型有效。针对不同的构才类型有不同的选项。
选项包括是否要显现特定的单元类型及要显现单元的何种特性，如单元编号，性质编号，断面尺寸及局部坐标轴。
重要的选项的一为退缩单元影像(Shrunken-element view)，此选项令单元从结点上退缩，可清楚了解单元的连接模型。
●其他选项
可将网络线及整体坐标轴打开或关闭。可自取名称储存影像显示变数，并可于任何显示视窗呼叫出加以运用。
●网络线
网格为一组平行坐标轴线的“建造”线，形成“骨架”帮助结构模型的建立。可于各方向依不同的间距定义任何条网格线。开始新模型时必须定义等距的网格，的后可增加，移动或消去网格线。
绘制(Drawing)操作时，内定为“跳”至网格变点，除非将此功能关闭，此功能使建立模型时能够较精确。移动网格线时可指定其上的结点是否随着移动。
●基本操作
了解基本操作有助于SAP2000的使用。较详尽的解说可参照下章的演练或线上说明。
●文件(FILE)操作
文件操作可由文件功能表中选出，主要使用于
·开始新模型(model)
·载入已存在的模型以便显示或修正
·储存作业中的模型
·输出解析及设计结果
新模型可由网格开始逐步建立或利用程序提供的预设模型。
已存在的模型可为，利用SAP2000图形介面所建，跟据SAP90或SAP2000格式的分析文字文件，以及由AutoCAD或其它程序所产生的DXF文件（仅含几何图形）。
模型可储存为标准SAP2000资料库（database）文件（SDB附加名），或其几何形状可储存为DXF文件用于AutoCAD或其它程序。
输出内容含输入，分析及设计资料的可列印格式，可显示并可设定输出格式，影像输出于显示视窗，动能力时变形的Video输出。
●绘制（Drawing）
用于增加新杆件（Object）至模型内修改杆件，杆件含Frame单元，Shell单元及节点。
须按位于浮动工具列上的个按钮的一，进入“绘制模型”后方可绘制。相同的六个绘制功能也可由DRAW功能表选择。其操作如下：
·移动式变更有的杆件
·增加新节点
·以选定其端点增加新Frame单元
·以选定其角隅位置增加新Shell单元
·以选定钢或空间增加新Frame单元
·以选定网格空间增加新Shell单元
新节点可自动产生于Frame单元的端部或Shell单元的角隅位置。重复的节点或单元程序会自动删除。
于“绘制模型”中，鼠标左键用于绘制或编辑杆件，鼠标右键用语質间杆件的性质。
游标将“跳”到最近的节点及网格线交点（除非开闭此功能）。也可设定“跳”至Frame单元及Shell单元的边。
于3D影像中无法真正知道游标位置，例如网格线及既有节点。2D影像时因第三向（面外）已知，所以可知游标的位置。
“绘制模型”与“选择模型”互有独占性，所以当程序处于“绘制模型”时无法作其它的操作。
●选择（SLECTING）
用于选择那些杆件将作下一步动作。
SAP2000采用“对象-动作”的观念，首先作选择再对这些杆件作某些操作，因此要作另外的操作前必须再选对象，例如编辑（Editing），设定（Assignment），列印及显示等操作。
须按位于浮动工具列上的选择钮，进入“选择模型”从后可选择。选择Slect或Display功能列上任何动作时，都会使程序进入“选择模型”。
许多不同类型的选择皆有效，含：
·选择独立杆件
·于杆件的周围  视窗
·  线与杆件交叉
·指定特定的平面
·选择具相同性质的杆件
·尚有其他
于“选择模型”中，鼠标左键用于选择杆件，鼠标右键用于质间杆件的性质。“绘制模型”与“选择模型”互有独占性，所以当程序处于“选择模型”时无法作其它操作。
●编辑（Editing）
编辑用于修改模型。大部分的编辑作用选定的一个或数个杆件。编辑指令可由Edit功能表中选出。含：
·剪下（Cutting）或复制（copying）选定杆件的几何资讯至Windows的剪贴簿。位于剪贴簿上的几何资讯可由其它程序编辑，如Spreadsheets。
·从剪贴簿将杆件的几何资讯贴上模型。此资讯为先前剪下或复制并可能经Spreadsheets程序编辑过者。
·从预设模组加入模型。
·删除杆件。
·移动节点，同时修正与其连结的杆件。
·以线性或圆弧性复制杆件。
·将Frame及Shell构件细分。
·其他
增加及贴上模型不需选择杆件，并可于Draw及Select模型先操作。其他操作须先选定杆件。
●设定（Assigning）
将选取的一个或数个杆件设定性质及荷载。设定指令可由Assing功能表中选出。含：
·设定节点的约束（Restraint），强制（Constraint），弹簧，质量，局部坐标系及荷载。
·设定Frame单元的断面性质，局部坐标系，端部解除约束（Releases），端部刚域（Off-set），输出位置，及荷载。
·设定Shell单元的断面性质，局部坐标系，及荷载。
·设定节点的类型值以定义温度及压力荷载。
·设定杆件的群组名以利于“选择”的操作。
●定义（Defining）
建立杆件的性质，非属几何形状的模型，包含：
·材料性质
·Frame及Shell的断面性质
·静荷载情形
·温度及压力荷载的节点类型
·杆件群组
·反映谱函数及分析
·压时函数及分析
·荷载组合
定义这些性质时使用Define功能表且不须预先选定杆件。
前五个性质可设定至选取的杆件。也可于进入设定功能表作设定操作时再定义。
最后三项目作用于整体模型，不须设定至任何杆件。
●分析（Analyzing）
当建立一个完整的结构模型后。可使用上述的功能去分析该模型以得到位移应力及反力。
分析前可先由Analyze功能表设定分析选项，选项内容含：
·分析时的有效自由度
·分析模型参数
·P-Delta分析参数
·写入输出文件的分析结果
·使用的RAM容量
执行分析可从Analyze功能表选择Run，或按下主工具列的Run钮。
程序将模型存为SAP2000资料库文件后，再检核及分析此模型。检核及分析过程中，分析引擎产生的讯息显现于监看视窗上。当分析完成后，可使用倦轴再现分析讯息，或按下OK钮则开闭监看视窗。
分析进行中SAP2000的其他操作皆无效，且于屏幕上显现于监看视窗。此时可执行Windows上的其他程序。若执行一个非常大的模型可能花费很多时间时可选择Analyze功能表的Run Minimized（最小化）代替Run。
●显示（Displaying）
用于检视模型及分析结果，图形显示，表格显示及函数图。大部分的显示类型皆可由Display功能表中选出。一部分也可由浮动工具列进入。
●图形显示
每一个显示视窗皆可选定不同类型的图形显示。每一个视窗也可有独自的原点及显示选项。
模型的有效显示含未变形的几何形状。荷载及使用于压力及温度的节点类型。分析结构的图形显示含静荷载变形，振能模型，Frame单元内力与弯矩图Shell单元内力，弯矩图与应力等高线图。变形及振能可为动能。
以鼠标右键按一下节点或单元将显示详细的分析结果。
●表格显示
于特殊文字视窗上每一次可显示一节点或单元的详细分析结果。从Display功能表或浮动工具列上选取Output Tables模型后，每次以鼠标右键按一下节点或单元时将显现结果。显现于文字视窗者皆可列印。
另外，于File功能表选取Print Tables或Print Output Tables后，将可列印或显示选定节点及单元的表列资讯，如未选择节点或单元将输出整体模型的表列资料。此时能即时未进入Output Tables模型也可随时执行。
●函数图（Function Plots）
函数图为一变数与另一变数关系图。包含反应谱曲线及应时轨迹，两者皆为应时分析的结果。函数图显示于特定的绘图视窗也可列印。
显现反应谱曲线前，要先选定一个或数个有兴趣的节点。显现时轨迹前，要先选定一个或数个有兴趣的节点或单元。
●设计（Designing）
依照不同设计规范的需求检核钢骨或混凝土构架的单元。设计须于结构分析后才可执行。
钢骨构架单元可自动由使用者设定的一组断面内找出最小重量断面，该结构将被重新分析再作设计检核。
混凝土构架单元选择的规范自动计算出纵向主筋及剪力的断面积，不须再分析。
可图形输出应力比及设计参数。以鼠标右键按一下单-Frame单元可得表列设计资讯。另外，从File功能表选Print Design Table时，可列印或显现选定单元的表列设计资讯。
●复原（Undo）及重作（Redo）
SAP2000记得所有绘制，编辑，及设定的操作。因此可将先前一系列动作复原，若复原的动作超过时可“重作”这些动作。由主工具列的编辑功能表进入“复原”及“重作”。
●锁住（Locking）及解锁（Unlocking）
执行分析，模型自动被锁住以防止任何的改变影响分析结果及接著将得到的设计结果。也可随时自行锁住模型以防止模型的改变，或解锁允许模型的改变。由主工具列进入锁住及解锁。
于分析后将模型解锁时，回达到解析结果被删除的警告。假如不想另其发生，可于解锁前另外储存为不同名的文件。接续的改变将作用于新模型。
●再显现（Refreshing）显示视窗
执行某动作后，显示视窗必须重绘。为了节省时间并不自动执行。当想要使用中的显示视窗重绘及更新时按钮一下位于工具列的Refresh Windows钮。
●操作演练
●模型概要
用于演练的模型将作建立、分析、设计-检核，及修正的动作。
模型为从样本模型中选定的两种截面尺寸，5跨的桁架。
承受静载及活载的集中荷载并分析比两种荷载类型。
依AISC/ASD89执行设计应力检核，检视其应力比。
改变几何形状及荷载，重复上述的动作。

     
●建立几何形状
1.从File功能表选择New  Model  from  Template﹍显现出样本模型的对话框。

2.于对话框内：
·按一下斜坡桁架样本，出现斜坡桁架对话框。
·于对话框内：
跨度数改为5
核取约束方块
核取网格方块
接受桁架的内定高度及跨长
按一下OK钮

屏幕上显现模型的3-D及2-D影象，右侧为位于Y=0的X-Z平面。
左侧视窗显现3-D透视。
●定义结构截面
所有截面皆使用组合双角钢，将使用SAP2000提供的结构截面文件。该文件为SECTION.PRO，文件位于与SAP2000文件同一目录。
1.从Define功能表选择Frame Section……显现出Frame Sections对话框。
2.于对话框内：
·按一下汇入(Import)向下方块。
·按一下Import Double Angle(汇入双角钢)。接着显现截面性质文件对话框。
·于对话框内：
选取SECTIONS.PRO资料文件位置。
按OPEN（开启）按钮或连续按两下该文件名，以开启SECTION.PRO文件。
出现下拉式清单方块，显示出资料文件内所有的双角钢截面。
3.于双角铁清单方块内：
·利用卷轴按钮选定此模型中使用的截面2L5x5x3/4-3/8。
·连续按两下2L5x5x3/4-3/8。出现Double Angle Section对话框，显示出截面图形，截面尺寸及内定材料类型STEEL。
·按OK钮。将关闭Double Angle Section对话框。此时于Frame Section对话框内，所选定截面的识别名(Label)将会加入位于Frame Section对话框内，所选定截面的识别名(Label)将会加入位于Frame Sections区域的内定截面名（FSEC1）的上。
4.重复操作上述2和3的动作选择另一双角钢截面2L4x4x1/2-3/8。
5.按OK钮。

●设定单元截面
此步骤中将上述的两截面定义至桁架的不同单元。双角钢截面2L5x5x3/4-3/8设定至上弦及斜弦，2L4x4x1/2-3/8则仅设定为下弦。
1.于立面上以“选范围”方式选取桁架的上弦材，操作如下：
·按一下位于浮动工具列上的Point Tool钮（箭头形）。
·移动指标至欲选择单元的左上侧。
·按一下鼠标左键并保持着不放开。
·按着鼠标左键移动至欲选择单元的右下。选定的范围出现“弹簧框线”。
·放开鼠标左键，选择了位于此范围内的所有单元。
2.利用交叉线(Intersection)选择斜向单元。
·按一下位于浮动工具列上的Set Intersecting Line Select Mode钮（左向右斜线图像）。
·移动指标至欲选择单元的左侧。
·按一下鼠标左键并保持着不放开。
·按着鼠标左键移动至欲选择单元的右侧。交叉线以“弹簧线”显示。
·放开鼠标左键，选择了与弹簧线相交的所有单元。
桁架的上弦材及斜材皆已选定，选择的单元变为虚线。
3.从Assign功能表选择Frame，并从次功能表选Section…。将显示Frame Sections对话框。
4.于对话框内：
·按一下识别名(Name)范围内的2L5x5x3/4-3/8
·按OK钮
5.按一下位于浮动工具列上的Point Tool钮。
6.如1.所示以范围选择下弦材。
7.重复3.和4.的动作将2L4x4x1/2-3/8设定于上述单元。
屏幕显示出所有单元截面设定状况。

注：可随时从Options功能表的Preferences…改变显示的特性如增大文字尺寸等。
若要关闭截面识别名的显示时，按一下主工具列的Set Elements钮，解除Frames内Sections的核取状况即可。
●定义荷载类型
分析时考虑两种荷载类型。第一荷载类型为静荷载包含结构体自重。程序的内定名LOAD1作为此荷载类型。第二荷载类型为活荷载命名为LOAD2。
1.从Define功能列选Static Load Cases…(静力荷载类型)，出现Load Names对话框。
显示出内定荷载LOAD1，此类型为Dead（静载）并包含1倍的自重。对第一荷载类型不须作任何修正，所以进行第二荷载类型的定义：
2.于对话框内：
·将LOAD1改为LOAD2。
·从下拉清单方块选择Live。
·将自重的倍数改为零。
·按一下Add new Load（增设新荷载）钮。两荷载类型的名称及类型显示于荷载清单方块。
·按一下OK钮。
●设定节点荷载
静载及活载皆以节点荷载形式作用于桁架的下弦材。静载及活载的大小各为-10kips及-40kips。
1.如设定单元截面的操作相同，以“选范围”方式选定位于下弦的节点。
2.从Assign功能表选择Joint Static Loads（节点静力荷载），再从次功能表选Forces…，出现Joint Forces（节点力）对话框。
3.于对话框内：
·接受内定荷载名为LOAD1。
·于Force Global Z(整体坐标Z的作用力)位置输入-10。
·按OK钮。
     
●接着输入活荷载
4.按一下浮动工具列的Restore Previous Slection(ps)钮，此将再选择出下弦的节点。
5.从Assign功能表选择Joint Static Loads（节点静力荷载），再从次功能表选Forces…，出现Joint Forces（节点力）对话框。
6.于对话框内：
·改变荷载名为LOAD2。
·于Force Global Z(整体坐标Z的作用力)位置输入-40。
·按OK钮。

所有荷载已作用至模型内，此模型建立完成。
●分析此模型
接着分析此模型。
1.从Analyze功能表选择Run。出现Save Model File（储存文件）的对话框。
2.于此对话框内：
·将模型储存成一个文件。此处设为TRUSS2D.SDB。
注：即使不输附加名.SDB，程序也会自动产生。
·按OK钮
打开上视窗，显示分析时的各步骤讯息，分析完毕时屏幕成静止状态。
3.利用上视窗的卷轴可再现分析分析时的讯息，并可检核是否有错误或警告讯息。（此次应该没有）
4.按OK钮，关闭视窗。

●显示变形
分析完成后，SAP2000自动于可动作视窗上，显示该模型承受内定荷载类型LOAD1的变形。
   
现在将荷载类型LOAD2的变形显示于左侧视窗上。
1.按一下左视窗的任何地方，使其变成可动作视窗。
2.按一下位于主功能列的2D X-Z View钮，得到模型的立面图像。
3.按一下位于浮动工具列的Display Static Deformed Shap钮。此时显示出Deformed Shape（变形）对话框。
4.于此对话框内：
·从下拉清单Load区选择LOAD2荷载类型。
·按OK钮。

注：也可从File功能表上选Print Output Tables…去显示表列的结果。可发现两种变形图即使荷载不同，但看起来相似。这是因为SAP2000为了易于显示，而自动调整变形比例。
可利用位于屏幕下方的Start Animation钮，让变形成为动态。动态的速度可由位于此钮右侧的水平卷轴控制。
接着选择一个节点，去检视其变形值。
5.以鼠标右键按一下选择的节点。将打开一个浮动视窗，显示出选取节点的正向及旋转变形值。此时选取的节点于屏幕上闪亮着。

●显示单元力
以绘出荷载类型LOAD1的轴力图形为例。
1.移开浮动工具列，暴露出整个桁架图。
2.按一下浮动工具列上的Display Member Force Diagram(显示单元力图)，出现Display Member Force Diagram对话框。
3.于此对话框内：
·于Component 区选Axial Force。
·按OK钮。
显示出整体桁架的轴力图。此时可每次选取一个单元检视其内力。
4.用鼠标右键按欲检视的单元。将打开一个浮动视窗，显示出沿单元长度方向的轴力变化。于浮动视窗内，可移动游标去看轴力的数值及其对应的距离。按视窗外侧则关闭视窗。
注：也可以相同方式，选择显示其他单元力或应力成份。
注：从File功能表选Print Output Tables去显示表列的结果。

●设计应力检核
使用AISC/ASD89规范去检视单元应力比。

1.从Design功能表选Start Design/Check of Structure。每一单元显示出彩色的应力比。

2.以鼠标右键按任何单元。打开一个浮动视窗，显示沿单元长度方向各位置的设计检核结果。按OK钮关闭视窗。
应力比内定为设计组合DCMB1，其为一倍数的静载加上活载。SAP2000允许改变设计规范，材料性质等再重作设计检核。
●修正结构
假如要修正桁架使其于下弦材中央再多承受100kips的垂直荷载时，可以在中央加上一重直单元并将中央水平单元分成两段。
当然如上述，模型为了防止改变而影响分析设计结果将会被锁住。所以首先要将模型解锁，再作必要的改变，重新分析，最后再检核设计。
1.按一下主功能列的Lock/Unlock Model钮，将程序解锁。
2.出现（将程序解锁会删除所有分析结果）的警告讯息。按一下OK，表示了解。
为了说明，将采用两种不同方法去绘制新Frame单元。例中的任一方法皆可用于增设新单元。
3.按一下浮动工具列上的Quick Draw Frame Element钮，或从Draw功能表上选取。每当按一下钢格线则绘制一单元。
4.按一下位于模组中央，介于上下弦间的垂直网格线，得到垂直单元。桁架似乎已经完成，但是新单元并未确实与下弦的水平材连接。从Shrunker-Element View（退缩单元图）很容易看出。
5.按一下主工具列的Element Shrink Toggle。
6.为了看得更清楚：
·从View功能表上选Show Grid去关闭网格。
·从View功能表上选Show Axes去整体轴线。
·按一下主工具列的Refresh Windows（再现视窗）钮。
·按一下主工具列的Rubber Band Zoom（范围放大）钮。
·于可动作视窗，按一下靠近结构中央部份并作拖曳，被选取范围将放大至充满显示视窗。
可看见下弦的中央单元应分为两段。处理方法的一为利用Edit功能表的Divido Frames选项。此处采用删除旧单元绘制两新单元的方法。

7.删除旧单元：
·按一下浮动工具列上的Pointer Tool开始选杆件。
·按一下欲删除的单元。
·按一下Delete键或从Edit功能表选取Delte。
8.绘制两新单元：
·按一下浮动工具列上的Draw Frame Element钮，或从Draw功能表上选取。
注：可从两者或任一视窗上绘制。
·按一下中央三个节点的最左侧节点，第一单元的始点将跳至正确的节点位置。
·当移动鼠标时，弹簧线显示出第一单元将被如何绘制。按一下中央节点完成绘制。
·当移动鼠标时可看到，下一单元以上一单元的结束端部为起点。
·连续按两下中央三个节点的最右侧节点，去完成第二单元。连续按两下结束（弹簧线），直至下一次再按一下时。
9.按一下Pointer Tool以结束绘制模型。
●最后的阶段如建立原模型所述。
·选取新Frame单元并设定Frame截面。
·选取下弦的新节点并设定-100Kips的节点荷载于荷载类型LOAD2。
·分析此结构。
·显示单元力。
·检核设计。
此时或许考虑变更超出应力单元的截面性质，首先须再将模型解锁，选Frame单元，设计Frame截面，再执行另一次的分析及设计检核。

●坐标系统
每一结构物可使用多种不同的坐标系去描述点的位置及荷载，位移，内力，应力方向。了解这些不同座标系方能正确定义模型及解释结果。
●前言
坐标系统用于叙述结构模型不同部份的位置及定义荷载，位移，内力及应力方向。
模型内所有坐标系统的定义皆使用单一整体X-Y-Z坐标系统。模型的各部分（节点，单元，或约束）则有其自身的局部1-2-3坐标系。另外，也可自定任意的坐标系去定义位置及方向。所有坐标系为3-D，右手则的直角坐标系。
SAP2000假定Z轴为垂直轴，+Z为向上。此朝上方向用来帮助定义局部坐标系，虽然局部坐标系本身并无朝上的方向。
●整体坐标系
整体坐标系为3D，右手则的直角坐标系。有3轴各定为X-Y及Z，其相互垂直并满足右手则。整体坐标系位置及原点为任意的。
于整体坐标系的位置可以变数x,y,z表示。位于整体坐标的向量可用两点的位置，一对角度，或以坐标方向来表示。坐标方向利用+X，+Y及+Z的值。例如+X定义一向量平行并沿正X轴方向。此符号为必须的。
模型的其他坐标系的定义皆依赖整体坐标系。
●向上及水平方向
SAP2000永远假定Z为垂直轴，且+Z向上。节点，单元及地表加速度荷载的局部坐标系统的定义皆依照向上方向，自重永远作用朝下即-Z方向。
X-Y平面为水平。主要的水平方向为+X于水平方向的角度系从正X轴量侧起。从上往下看X-Y平面时，正方向为逆时针方向。
●局部坐标系
结构模型的第一部分（节点，单元或约束）皆使用其局部坐标去定义性质，荷载及反应。局部坐标系轴以1，2，3表示。通常局部坐标系从节点到节点，单元到单元及约束到约束皆可不相同。
局部坐标系无朝上方向，但是节点及单元局部坐标系的定义依照整体向上+Z方向。
节点局部1-2-3坐标系通常与整体X-Y-Z坐标相同。
关于Frame及Shell单元，单元的局部1轴定义个别单元的几何尺寸，可利用单一转角定义其余两轴。
刚隔板约束的局部坐标系，通常自动由几何形状或约束的质量分布而决定。程序也提供选项，可定义刚隔板约束的平面，其余两轴自动定义。

●Frame单元
Frame单元用于模拟位于平面或3-D结构的梁-柱及桁架行为。
●前言
Frame单元使用于一般性3-D梁-柱公式，包含双轴弯矩，扭转，轴向变形及双向剪力变形的效应。
可用此单元模拟的结构物含：
·三维构架
·三维桁架
·平面构架
·平面格子梁
·平面桁架
Frame单元模拟成一直线连结两节点。每一单元有自身的坐标系，用以定义截面性质，荷载以及输出。
每一Frame单元可考虑自重，复数集中荷载及分布荷载。
可考虑梁柱接头处的刚性域，也可依不同固定条件去模拟端部的固定度。
每一单元的内力输出点为两端点处，及使用者定义沿单元长度方向的等距输出位置。
●节点接合
Frame单元以一直线连接两节点i及j来模拟。此两节点不可位于空间上的相同位置。单元的两点节依序下义为I和J。
●自由度
Frame单元的两端节点通常各有6个自由度。
但如单元不提供挠曲劲度或节点未作用弯矩时，则3个旋转自由度变为不活动。这有可能为如下的任何一种情形：
·端部的刚域为0，且几何截面性质j,i33及i22皆为0（a非为0,as2及as3为任意）或
·端部的刚域为0，端部的弯曲转角R2及R3皆解除，扭转角R1也两端皆解除。当上述条件用于两端时，单元即具桁架行为。
●局部坐标系
每一Frame单元有其自身的单元局部坐标系去定义截面性质，荷载及输出。此局部系统的轴以1，2及3表示。第一轴指向单元的长度方向，其余的2轴位于与单元垂直的平面。
充分了解单元局部1-2-3坐标系的定义及与整体X-Y-Z坐标系的关系是非常重要的。两者皆为右手坐标系，依所定义的局部系统可简化资料输入及结果的输出。
●长向轴1
局部轴1永远为单元的长轴，正方向为从I端至J端。
●内定方向
局部2，3轴的内定方向依局部1轴及整体Z轴的关系而定：
·局部1-2平面为垂直，即平行Z轴。
·局部2轴向上（+Z），除非单元为垂直。此种状况时局部2轴平行整体+X方向。
·局部3轴永远为水平，即位于X-Y平面。
局部1轴与Z轴的交角<10-3时，该单元考虑为垂直。
当局部1轴位于水平面时，局部2轴与垂直轴具相同角度。即水平单元局部2轴垂直向上。
●坐标角度

Frame单元坐标ang用于定义单元方向，当其与内定方向不同时，此角度为局部2，3轴从内定方向对正1轴的旋转。当局部1轴朝向你时，旋转角度的正值代表逆时针方向。
垂直单元时ang为局部2轴与水平+X轴的夹角，否则ang为局部2轴和包含局部1轴的垂直平面所成的角度。

●截面性质
Frame Section为一组材料及几何性质，用于描述一个或数值Frame单元的截面。截面的定义独立于Frame单元外，并设定至单元。
●局部坐标系
截面性质依Frame单元的局部坐标系定义：
·第1方向沿单元的轴，其与截面垂直且通过截面两中性轴的交点处。
·第2及3方向平行截面的中性轴。通常第2方向沿截面主方向（深度），第3方向沿次轴（宽度），但这并非必要。
●材料性质
截面的材料性质以参照预先定义的材料来设定。截面所使用的材料性质有：
·弹性模数,el,用于轴向劲度及挠曲劲度。
·剪力模数，gl2，用于扭转劲度及正向剪力劲度，可从el及柏松比U12计算。
·质量密度（每单位体积），m，用于计算单元质量。
·质量密度（每单位体积），w，用于计算自重。
·设计类型指针，ides，指出使用该截面的单元被当成钢骨，混凝土，或其他（不设计）作设计。
●几何性质及截面劲度

Section        Description        Effective Shear Area
        Rectangular SectionShear Forces Parallel to the b or d directions        5/6 bd
        Wide Flange SectionShear Forces parallel to flange        5/3 tf bf
        Wide Flange SectionShear forces parallel to web        tw d
        Thin walledCircular Tube SectionShear Forces from any direction        πrt
        Solid Circular SectionShear Forces from any direction        0.9πrt2
        Thin WalledRectangular Tube SectionShear Forces parallel tod-direction        2td
        General SectionShear Forces parallel toY-directionIx=moment of inertia of Section about X-X          
Figure 2
Shear Area Formulae
作用6种几何性质再加上材料性质以形成截面劲度，这些为：
·横截面积，a.截面的轴向劲度以a.el计算。
·惯性矩i33,沿第3轴用于1-2平面的挠曲，惯性矩i22沿第3轴，用于1-3平面的挠曲，截面应对的挠曲劲度为i33·el及i22·el。
·扭转常数,j,截面的扭转劲度为j·gl2。
注：扭转常数与极惯性矩不同，除非是图形截面。
· 剪截面积as2及as3。对应于1-2及1-3平面的正向剪力，截面的正向剪力劲度为as2·gl2及As3·gl2。标准截面的剪截面积的计算公式如图2。
设计a,j,i33或i22为0时，将使对应的截面劲度为0。例如：桁架单元可模拟为j=i33=i22=0，而位于1-2平面的FRAME单元可模拟成j=i22=0。
设定as21及as3为0时将使对应的正向剪力变形为0。事实上零剪截面积被解释成具无限大劲度，如果对应的挠曲劲度为0时正向剪力劲度将被忽视。
●状形类型
对每一截面，6种几何性质（a,j,i33,i22,as2及as3）可直接设定，从定义的截面尺寸计算，或从指定的性质资料库读取。这皆由使用者指定的形状类型，Sh来决定：
·如Sh=G(一般截面)，此6种几何性质必须直接设定。
·如Sh=R,P,B,I,C,T或L时，此6种几何性质可从定义的截面尺寸自动计算。（参照以下“自动计算截面性质”）
·如Sh为任何其他值（即W27×94或2L4×3×1/4），此6种几何性质将从指定的性质资料库中取得。请参照以下的“截面性质资料库”。
●自动计算截面性质
能从设定的尺寸自动计算出6种几何截面性质的简单形状况图3。每一形状所须尺寸显示于图上。
请注意尺寸t3为截面第2方向的深度，并为提供i33的主要尺寸。
可自动计算截面性质的形状类型如下：
·Sh=R:矩形截面
·Sh=P:管状截面，或为圆柱实体当tw=0（或未定义）
·Sh=B:箱形截面
·Sh=I:工形截面
·Sh=C:沟形截面
·Sh=T:T—截面
·Sh=L:角钢截面
●截面性质资料库文件
几何截面性质可由一个或多个截面性质资料库文件取得。SAP2000提供3个资料库文件。
·AISC.PRO：美国钢铁工业协会（AISC）形状
·CISC.PRO：加拿大钢铁工业协会（CISC）形状
·SECTIONS.PRO:AISC.PRO的复制文件
增设的性质资料库文件可利用PROPER程序去产生，此由CSI公司提供。
几何性质依建立资料库时指定的长度单位储存。
这些可依SAP2000所使用的单位而自动转换。
储存于资料库文件的各形状类别可参照一个或两个不同的识别名(labels)。例如于AISC.PRO文件的W36×300形状类别可参照识别名“W36×300”或“W920×446”。CISC.PRO文件内的形状类别则仅有单一识别名。

Figure 3 Automatic Section Property Calculation
资料库文件内有效的形状类别识别名储存于相关的识别名文件其附加名为“.LBL”。例如资料库文件名AISC.PRO的识别名则储存于“AISC.LBL”。识别名对应于储存于资料库文件的单一形状类别。
定义Frame单元截面时可选择使用一资料库文件。此资料库文件当定义截面时随时可变更。假如没定义资料库文件则使用内定的SECTIONS.PRO文件。可将任何性质资料文件复制到SECTIONS.PRO所有截面性质资料库文件，包括SECTIONS.PRO，必须置于资料文件所在目录或SAP2000程序文件所在的目录。假如指定的资料库文件两目录皆有时，程序将使用位于资料文件目录者。
●刚性域
FRAME单元被模拟成连结于点（节点）的线性单元。但是事实上结构单元具有截面尺寸。当两单元，例如梁和柱，相交于一节点时横截面会有重叠的部份。许多结构物其单元的尺寸很大，以致于重叠的长度对连接单元的总长而言具有相当大的量。
对第一单元可使用两变数ioff及joff去定义对应I及J端的两刚性域。
刚性域ioff为该单元与另一连接单元于I端重叠的长度。其为该单元从节点到支承面的距离，相同的定义j节点有 joff的刚域。参照图4。
刚域可由SAP2000图形自重计算，依与该单元交于共通节点各单元的最大截面尺寸计算。

Figure 4 Frame Element End Offsets
●净长
净长以Lc表示，其定义为两刚域间（支承面）的长度，如：
Lc=L-(ioff+joff)
其中L为总长，如图4。
假如刚域的设定使净长小于总长的1%时，程序将显示警告并依比例折减刚域使净长达到总长的1%。通常刚域和总长的比应比此值小许多。
●对内力输出的影响
所有内力及弯矩皆以支承面，及位于单元净长的等距离处为输出点，刚域内包括节点处皆为内力的输出。
●对端部约束解除的影响
端部约束解除永远假定位于支承面上，即单元净长的端部。假如单元两端的两挠曲平面皆设定弯矩及剪力的约束解除则刚域假定对挠曲及剪力于该平面该端部为刚性。
端部约束解除
通常Frame单元两端的3正向及3旋转自由度皆假定与各该节点连结，因此透过这些而与其他单元连结。但是当知道某一单元力或弯矩为零时可解除（不连续）该单元的一个或多个自由度。此解除的定义依单元的局部坐标系，并不影响其他与该节点连接的单元。
例如图5斜杆与I端为弯矩接合，J端为铰接。其他两单元于J端为连续。因此为了模拟铰接状况斜杆位于J端的旋转R3必须解除，此为假定位于斜杆的铰接处其弯矩为零。
●不安定的端部约束解除
Frame单元端部约束解除的组合必须使该单元能保持安定，此为假定作用于单元的所有荷载必须传   至其他结构，以下所述的解除不管单一或组合皆为不安定，并且不被允许。
·两端解除U1
·两端解除U2
·两端解除U3
·两端解除R1
·两端解除R2及任一端的U3
·两端解除R3及任一端的U2
●刚域的效应
端部约束解除永远位于支承面，即位于单元净长的端部。挠曲或剪断约束解除的百分比将使单元对应端的刚域于对应的挠曲平面保持刚性。
   
Figure 5 Frame Element End Releases
●质量
于动力分析中结构物的质量用于计算内力。Frame单元的质量集中于I及J端两节点。不考虑单元本身的惯性效应。单元的总质量等于沿长度分布作质量密度m乘上其模截面积，a的积分。
总质量分配至两节点的方法如同类似分布的垂直荷载作用于简支梁时的端部反力。
端度约束解除的反应于分配质量时予以无视。总质量作用至3个正向自由度Ux,Uy,及Ux，旋转自由度的质量惯性矩不予计算。
●自重
模型中所有单元的自重可作用于任何荷载类型去表现自重的效应。
Frame单元其自重为分布于单元长度方向的力。自重的大小等于重量密度，w乘上横截面积，a。
自重永远向下作用，整体坐标—Z方向。自重也可乘上倍数去作用于整个结构物。
●集中跨度荷载
集中跨度荷载用于作用集中力或弯矩至Frame单元上的任意位置。荷载方向的定义可依整体坐标系或单元局部坐标系。
荷载的位置可依如下的任一方法定义：
·定义相对距离,rd，从i节点量测。必须满足0≦rd≦1此相对距离为单元长度的系数。
·定义从i节点量测的绝对距离d，此距离必须满足0≦d≦L，此处L为单元长度。每一单元可作用任何数量的集中荷载。依整体坐标系输入的荷载会转换至单元局部坐标系，参照图6。作用于相同位置的复数荷载将会被叠加。

Figure6  Examples of the Definition of Concentrated Span Loads
●分布跨度荷载
分布跨度荷载用于作用Frame单元分布力及弯矩。荷载密度可为均布或不等边四边形。荷载方向可依整体坐标系或单元局部坐标系。
荷载长度
荷载可作用单元长度的全部或部份。复数荷载可作用至单一单元。荷载长度可重叠，那将使作用荷载叠架。
荷载长度的定义可依以下的任一种方法：
·定义两相对距离，rad及rdb，从节点i量测。其必须满足0≦rad<rdb≦1。此相对距离为单元长度的系数。
·定义从节点i量测的两绝对距离da及db。其必须满足0≦da<db≦L，此处L为单元长度。
·不定义距离，表示单元的总长。

Figure 7 Examples of the Definition of Distributed Span Loads

荷载密度
荷载密度为单位长度的力或弯矩。对每一个作用的力或弯矩成分，当荷载为均布时仅须单一的荷载值。当荷载的密度于其作用区间作线性改变时须要两个荷载值。
内力输出
Frame单元内力为沿单元横截面作应力积分所得结果的力或弯矩。内力有：
·P，轴力
·V2，于1-2平面上的剪力
·V3，于1-3平面上的剪力
·T，轴向扭力
·M2，于1-3平面（对2轴）的弯矩
·M3，于1-2平面（对3轴）的弯矩
这些内力及弯矩沿单元长度方向的各横截面皆可提供。
符号规定如图9。正向力及轴向扭力作用于位于单元局部坐标系轴正方向的正1面。正向力及轴向扭力作用于位于单元局部坐标系轴负方向的负面。正1面为垂直朝外（指向离开单元）位于局部正1向。
正弯矩使得正2及3面受压，而负2，3面受拉。正2，3面为从中性轴朝向局部正2，3方向的面。
内力及弯矩的计算位置为沿单元的长度方向作等距离的输出点。变数NSEG定义两输出点间沿单元长度方向的等距的数。其内定值为“2”，输出为两端及中央站。
Frame单元内力对所有分析类型：荷载、模型及反应作计算。
要注意的是反应详分析的结果永远为正值，与其对应的不同值都将失去。
刚域的效应
当考虑刚域时，内力及弯矩输出点为支承面位置，和位于单元净长nseg-1的等距点。刚域内侧包含节点皆不作输出。
当刚域为零时，将仅输出i及j节点。

Figure 9 Frame Element Internal Forces and Moments

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挺好，有没混凝土框架例题？