TWCAD30优化设计系统SSRUN

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1、第三章 优化设计系统 3.1 概述1功能简介空间结构优化设计系统 （SSRUN 系统 ）主要进行空间结构杆件截面优化设 计和节点设计，还可以进行空间桁架、框架等结构有限元内力分析。为了使建 筑设计和结构设计的数据能够达到共享，在建模系统（SSPREP中索、梁柱或按梁元计算的空间结构杆件和按杆单元计算的杆件采用统一的数据格式， 这 样处理可使索元、杆元和梁元个数不受限制； SSRUN 系统提供了定义梁、柱 或按梁元计算的空间结构杆件截面特性和材料特性的窗口； 定义索截面特性及 预拉力的窗口；对于焊接球节点，提供了选择焊接球类型的窗口；对于螺栓球 节点，提供了选择螺栓类型、选择螺栓球类型、修改螺栓

2、参数、确定曲面形式 和确定曲面特性的窗口；在显示结果窗口中，可以查看节点编号、节点位移、 节点荷载、所需节点球大小、杆件编号、杆件内力、杆件应力、杆件截面形式 等结果，还可以调整节点球大小，节点球类型及杆件类型，可以显示 SSSEIS 系统和 SSDYN 系统的计算结果。SSRUN系统在进行空间结构内力分析时，采用最有效的半带宽优化技术之 一，使半带宽接近最小，并且总刚度矩阵为临时矩阵，系统将根据所需矩阵的 大小确定所开矩阵的大小，由于 Windows 具有将硬盘模拟成虚拟内存的功能， 所以计算规模不受计算机内存限制，同时 SSRUN系统具有在线帮助功能，使 用户在操作过程中随时获得帮助。2操

3、作步骤SSRUN模块使用过程如下：1）首先用鼠标点取命令区的“数据”按钮，输入结构模型数据文件（如果从SSPREP系统及TWCAD集成环境激活SSRUN，并将数据文件直接传入SSRUN 系统，则此步操作可以省略） ；2）确定分析的类型，指线弹性分析或几何非线性分析；3）点取“荷载”按钮，对于线弹性分析定义荷载组合工况，对于非线性分析 定义荷载曲线及预应力施加步骤等参数；4）如果模型中包括索单元，点“悬索”按钮，确定索单元参数；5）如果模型中包括梁、柱杆件，点取“梁柱”按钮，确定梁、柱的材料特性 及截面特性；6）点取“参数”按钮，弹出“设计参数”窗口，确定杆件截面类型、设计方 法、节点形式、材料

4、类型、拉杆及压杆允许最大长细比、杆件强度设计值、及杆件自重系数等参数；7）点取“分析”按钮进行空间结构杆件优化设计；8）点取“节点”按钮进行节点设计，系统自动保存计算结果，结构优化设计 到此就结束。用户可以随时按 F1键获得帮助，点“结果”按钮查看计算结果，点取 “存盘”把计算结果存盘，结构分析结束后可以点取“绘图”按钮调用后处 理（SSDRAW）模块绘制施工图。在任何时候点取“结束”按钮都可以直接 退出SSRUN模块。 3.2主窗口命令按钮说明3空阿结构设计系统TVGA覘0 化设计 fCAtry）TT5Tx|分折控制参数|殘弹栓分析 2 选代误差| 1想 最大谨代步数rs6426R 佶佶 S

5、 I:1; 息元一噴 悟单化 荷在蜃线 一兀个优燮4元元 输L芈亠聲处计处祐祐 妇ft始化化妬規杲妬恵 开S开 丁结Kfin中间分析参数方程想数|927解方程个数|- 分析误差 7 状暮等特命令图3.1 SSRUN主窗口界面SSRUN系统的主窗口界面如图3.1所示，窗口左上角为提示信息栏，在此 提示分析设计过程的信息；右上角为命令栏，在此执行SSRUN提供的所有命令；左下角为中间分析参数，提示 SSRUN进行内力分析的过程，对于大型工 程设计可能需较长时间，用户可以通过这些参数估计计算时间；右下角为分析 控制参数，确定进行线弹性分析或几何非线性分析及进行几何非线性分析的迭 代误差、最大迭代步数

6、等参数。1 数据“数据”按钮的功能是读取已存在的数据文件，可以是由SSPREP系统生成的空间结构模型的数据文件（*.DAT），也可以是由SSRUN系统处理后的空 间结构模型的计算数据文件（*.WJ）。如果用户读取文件名为*.DAT,则SSRUN 不读取结果文件（不管结果文件是否存在） ，直接对数据文件进行处理（包括 半带宽优化、处理均布荷载等） ,生成空间结构模型的计算数据文件（ *.WJ） 并存盘,同时激活“梁柱” （如模型中存在梁、柱单元） 、“悬索”（如模型中存 在索单元）、“参数”的“结果”按钮。如果对于读入模型已经分析过,对应的 分析结果文件（*.RES）存在，并且在读入数据文件时用

7、户给定的是模型的计 算数据文件（*.WJ）,则SSRUN将读入上一次分析的结果。当结果文件存在 时，所有命令按钮被激活。2荷载 激活“定义荷载”窗口，如果进行线弹性分析，在该窗口确定荷载组合工 况，包括荷载分项系数及组合系数；如果进行几何非线性分析，则在该窗口定 义荷载曲线。3悬索 激活“悬索参数”窗口，确定悬索的单元类型、材料特性和截面特性等参数。4梁柱 激活“梁柱特性”窗口，确定梁柱的截面特性和材料特性。5参数 激活“设计参数”窗口，确定设计参数，如杆件规格、设计类型、节点类 型等。6分析 用户确定设计参数后，点取该按钮进行空间结构模型的内力分析并进行杆 件优化。对于大型空间结构分析时间可

8、能较长，在分析过程中可以点“退出” 按钮退出 SSRUN 分析模块。 在分析过程中如给定杆件截面不够时， SSRUN 提 示用户是否重新指定截面，如用户点“确定”按钮，弹出“设计参数”窗口， 重新确定杆件类型后可以继续进行杆件优化。在分析过程中，如果结构几何可 变或存在刚体位移，系统提示信息。产生几何可变或刚体位移的原因很多，应首先检查边界条件是否充分，或 按提示信息检查杆件是否连接好。 这里介绍一个行之有效的检查杆件是否连接 的方法：如果杆件交汇于一点的话，系统会赋予交汇点一个节点编号，如果杆 件没有连接，系统认为是两个节点，并赋予两个编号，这时用户在显示结果的 窗口里查看节点编号，为了显示

9、清楚可以分层显示，可很快找到具有两个编号 的节点。说明：结构分析仅限于结构的强度分析，并不进行结构的稳定性分析。杆 件截面优化完全取决于杆件最大设计内力，SSRUN进行杆件优化时不考虑网 架设计规程中提及网架同一节点连接杆件直径的级配问题。7节点在杆件优化设计结束后进行节点设计。系统可以进行焊接球节点和螺栓球 节点设计，节点设计后系统自动把分析结果存盘。8结果“结果”按钮的功能激活“显示结果”窗口，在该窗口中用户可以查看荷 载是否正确；空间结构杆件的轴力、应力、截面号等结果，且可以在此调整杆 件截面；可以查看节点球大小及分类，节点位移，可调整焊接球节点大小及节 点球类别；可以显示支座反力及 S

10、SSEIS 模块及 SSDYN 模块的计算结果。用 户可以把结果保存成 DXF 文件，以便在 AutoCAD 中绘出结果图。 注意在此调 整杆件截面后应进行“在以前设计基础上进行设计”分析（详细说明见 3.6 “设置设计参数”部分） 。9存盘将分析结果存盘（ *.RES 文件）。系统在节点设计后、绘图之前自动存盘， 只有在“显示结果”窗口中调整杆件截面或调整焊接球大小及节点球类别后， 才需用户自己点取“存盘”按钮，将调整后的结果保存。10绘图将分析结果存盘（*.RES文件），退出SSRUN,运行后处理模块（SSDRAW）, 并把当前模型数据传递给后处理模块。11帮助激活帮助窗口，也可以按 F1

11、获得在线帮助。12退出退出 SSRUN 系统。13迭代误差 进行几何非线性分析时，控制迭代是否收敛的参数。如果当前迭代步和上 次迭代步所有节点位移变量的最大差值小于给定迭代误差， 就认为迭代已经收 敛。14最大迭代步数进行几何非线性分析时， 为了避免迭代无休止地进行， SSRUN 提供了“最 大迭代步数”参数，当某荷载增量步内迭代次数达到最大迭代步数时尚未收敛， 则停止迭代，直接进行下一荷载步的分析。15荷载步当前进行分析的荷载增量步数。16迭代步在当前荷载增量步内进行迭代的次数。 3.3定义荷载定义荷载分为两种情况：进行线弹性分析时，点取主窗口“荷载”按钮时 显示“定义荷载”窗口如图3.2所

12、示，进行几何非线性分析时显示如图 3.3所 示窗口。图3.2定义荷载组合工况1 .定义荷载组合工况荷载工况包括恒载、活载（共五种情况）、风载（共八种情况）、吊车荷载 （最多20台吊车）、温度作用共5种荷载类型，地震作用由SSSEIS系统进行 分析求解，求出结构杆件在地震作用下的内力后传回SSRUN系统，再考虑地震作用对杆件截面进行调整（详细内容请参照第六章）。SSRUN系统对各种荷 载工况进行内力分析，求出各荷载工况作用下的内力后，按照在此定义的荷载 组合工况进行内力组合，求出各组合工况下结构杆件的设计内力，取其中的杆 件最大设计内力对结构杆件进行截面验算。活载作用下的内力计算方法：系统允许用

13、户最多输入五种活荷载布置情况， 对输入的每一种活载分别进行内力分析， 取最大内力作为结构杆件在活荷载作 用下的内力。结构杆件在活载作用下的内力可以在“显示结果”窗口中查询。风载作用下的内力计算方法：用户最多可输入八种风荷载布置情况，根据 风载可能的分布情况，选择几种（不超过八种）风荷载输入，SSRUN系统对每一种风荷载分别进行内力分析，取最大内力作为结构杆件在风荷载作用下的 内力。相应的内力值可以在“显示结果”窗口中查询。吊车荷载作用下的内力计算方法：参照第2章，施加吊车荷载部分。温度作用下的内力计算方法：SSRUN系统按“设计参数”窗口输入的温差 对结构进行内力分析，得到杆件在温度作用下的内

14、力。增加荷载组合工况：依次输入各荷载工况在此组合工况中的分项系数及组 合系数后，点“增加”按钮，增加的荷载工况组合在“荷载组合工况”清单中列出删除荷载组合工况：在“荷载组合工况”清单中点取要删除的荷载组合， 其对应的荷载分项系数及组合系数显示在左侧参数栏中，点“删除”按钮，同时删除的荷载组合工况在“荷载组合工况”清单中消失。修改荷载组合工况：在“荷载组合工况”清单中点取要修改的荷载组合工 况，其对应的荷载分项系数及组合系数显示在左侧参数栏中，调整参数后点“修 改”按钮。荷载组合工况定义完毕后，点 “确定”按钮关闭“定义荷载”窗口，系统 保存定义的荷载组合工况，当再次读入该工程项目数据时，自动读

15、入荷载组合 工况。2.定义荷载曲线在对结构进行几何非线性分析设计时，由于非线性分析结果不能叠加，所 以系统只对每一荷载工况逐项进行几何非线性分析，直接取相应工况内力作为 设计内力对结构杆件进行截面验算， 而不对各种荷载工况作用下的内力进行组 合。这样在前处理SSPREP系统中输入的荷载工况 名称和其含义有些不符，也 就是说，结构进行几何非线性分析在前处理中输入的荷载和进行线弹性分析不 相同，前者需用户输入荷载组合后的组合工况进行分析计算，即先组合再计算；而后者仅需用户输入各类荷载，程序进行内力组合，即先计算再组合。例如进 行几何非线性分析时输入的恒载可能包括：恒载分项系数+活载分项系数 组合系数+风载分项系数组合系数图3.3定义荷载曲线荷载曲线的定义：在进行结构几何非线性分析时，为了保证计算过程收敛, 往往将荷载分成多步进行分析，这时就要定义荷载增量步，荷载增量步由荷载 曲线确定，定义荷载曲线前需定义荷载步时间增量和荷载总步数，然后确定荷 载曲线控制点。增加荷载曲线控制点：输入控制点时间及荷载因子后，点“增加”按钮， 增加的控制点在荷载曲线控制点清单中列出。删除荷载曲线控制点：在荷载曲线控制点清单中点取要删除的控制点，该 点时间及荷载因子显示在相应的文本框内，点“删除”按钮，同时删除的控制 点在荷载曲线控制点