SAP2000设计简易雨棚实例
第一章 设计概要
用SAP2000设计雨篷主要分下面几个基本步骤：
首先建模，建模可以用CAD导入和直接在SAP2000里面建模两种方法，建议在SAP2000里直接建模。
然后定义结构属性,在主菜单定义菜单下可以执行下面这些设计雨篷时必须的定义命令。
定义材料——定义框架截面——定义荷载工况——定义组合
接着在指定菜单下指定节点约束——指定框架截面——指定荷载。
再在分析菜单下执行运行分析命令。
最后在设计菜单下执行钢框架设计，并检查设计信息。
接下来我们将通过一个悬挑4m，总长为9m，分格为1.5m乘以2m的雨篷为实例对上述步骤进行详解。
第二章 雨篷荷载计算
一、基本参数
工程地址：广州地区
计算高度：5.0 m
计算位置：入口雨篷
点式玻璃雨蓬分格：B×H=1.500m×2.000m
B：玻璃宽度
H：玻璃长度
设计地震烈度：7度
地面粗糙度类别：C类
二、荷载计算
本工程按竖向荷载取值，计算雨棚构件自重荷载和可变荷载。
1、雨棚构件重量荷载
GK：雨篷的平均自重：0.50 KN/m2，
2、 活荷载作用
SK：活荷载标准值
SK=0.5 KN/m2
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）4.3.1
rs：活荷载作用效应的分项系数，取rs=1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第3.2.5条
S：活荷载设计值
S=rs·SK=1.4×0.5=0.7 KN/m2
3、风荷载作用（负风压）
βgz：阵风系数，取βgz=2.3
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）表7.5.1
μSl：风荷载体型系数，取μS=-2.0
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第7.3.3条
μZ：风压高度变化系数，取μZ=0.74
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.2.1
W0：作用在幕墙上的风荷载基本值 0.6 KN/m2
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）附表D.4（按100年一遇）。注明：基本风压值一般按50年一遇取值，具体参照招标技术文件。
WK：作用在幕墙上的风荷载标准值
WK=βgz·μSl·μZ·W0=2.3×（-2.0）×0.74×0.6=-2.042 KN/m2（表示负风压）
rW：风荷载分项系数，取rW=1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第3.2.5条
W：作用在幕墙上的风荷载设计值
W=rW·WK=1.4×（-2.042）=-2.859 KN/m2
4、风荷载作用（正风压）
βgz：阵风系数，取βgz=2.3
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）表7.5.1
μSl：风荷载体型系数，取μS=0.8
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第7.3.3条
μZ：风压高度变化系数，取μZ=0.74
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.2.1
W0：作用在幕墙上的风荷载基本值 0.6 KN/m2
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）附表D.4（按100年一遇）
WK：作用在幕墙上的风荷载标准值
WK=βgz·μSl·μZ·W0
=2.3×0.8×0.74×0.6=0.817KN/m2<1.0KN/m2
取WK =1.0 KN/m2
rW：风荷载分项系数，取rW=1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第3.2.5条
W：作用在幕墙上的风荷载设计值
W=rW·WK=1.4×1.0=1.4 KN/m2
三、荷载效应组合
1、由负风荷载效应控制的组合（向上）
ψW：风荷载组合系数，取ψW=1.0
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第3.2.8条
qK：荷载组合标准值
qK=GGK+ψW·WK=0.5+1.0×(-2.042)=-1.542 KN/m2
rG：重力荷载分项系数，取rG=1.0
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第3.2.5条
q：荷载组合设计值
q=rG·GGK+ψW·W=1.0×0.5+1.0×（-2.859）=-2.259 KN/m2
2、由正风荷载效应控制的组合（向下）
ψs：活荷载组合系数，取ψs=1.0
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第3.2.8条
qK：荷载组合标准值
qK=GGK +ψW·WK +ψs·SK =0.5+1.0×1.0+0.7×0.5=1.85 KN/m2
rG：重力荷载分项系数，取rG=1.2
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第3.2.5条
q：荷载组合设计值
q=rG·GGK+ψW·W+ψs·S
=1.2×0.5+1.0×1.4+0.7×0.7=2.49 KN/m2
由以上计算知道，结构由正风荷载效应控制的组合作用下受力最为不利，所以需要计算结构在该组合的下强度和挠度。
第三章、计算步骤详解：
一、建模：
我们主要介绍在SAP2000中直接建模。
第一步：打开SAP2000（下面为了书写方便将SAP2000简写为SAP）
执行help/change language to chinese命令实现SAP的汉化。
在右下角单位框里面修改单位，我们一般习惯选N mm c或KN m c.此实例选择N mm c。
操作见下面对话框：
第二步：点击文件/新模型，打开如下对话框：
第三步：选择轴网，打开如下对话框：
根据模型尺寸分别在轴网线数量 X方向填7
Y方向填3
Z方向填2
分别在轴网间距 X方向填1500
Y方向填2000
Z方向填3000
单击确定将出现如下在SAP主视口中将出现你想要的轴网。
并关掉3-D VIEW视口。显示轴网如下：
第四步：绘制框架：
点击右侧工具条绘制框架/索单元或者快速绘制框架/索单元都可以实现绘制框架。
在这直接用快速绘制框架，框选想要绘制框架的轴线即可，并按键盘ESC键退出绘制框架命令。
绘制好的框架如下图：
第五步：合并框架
雨篷设计时竖向悬挑梁是不宜分段的，所以在此我们将合并所有竖向框架。
首先选择所有竖向框架，然后执行编辑/合并框架命令即可实现悬挑梁的合并。
至此模型已经绘制完成。点击保存文件即可，当对比较复杂的模型建模时在建模过程中都可以对文件进行保存，以免意外丢失。
二、定义材料、框架截面、荷载工况及组合。
1、定义材料:
执行定义/材料命令
打开如下对话框，并选择雨篷的材料STEEL（钢材）：
点击修改显示材料…..键，打开如下对话框：
并修改材料属性数据，钢材弹性模量 206000 泊松比 0.3
修改设计属性数据，Fy填 235 Fu填 235（这两个值为钢材屈服强度值，不同型号钢材屈服强度值不同，具体可参照《钢结构设计规范》3.4.1，根据自己选材填写该数字，在此实例中选用Q235的热轧型钢，所以填235）.
2、 定义框架截面
执行定义/框架截面命令
打开如下对话框：
在选择要添加的属性类型中有Import/Wide Flange和Add/Wide Flange两个选项，其中Import….对应导入某某截面，Add…..对应添加某某截面。中间有我们常用的工字钢—Wide Flange，角钢—Angle，方通—Box/Tube，圆管—Pipe。我们可以通过点击选项右侧倒三角下拉显示各种截面。在此实例中我们添加的截面均为方通。
通过显示Add/Wide Flange的下拉选择Add Box /Tube
点击添加新属性显示如下对话框：
修改截面名称为300-200-10，并正确的填写截面具体尺寸。
点击确定即可，接着重复上面的操作定义方通120-60-5，最后点击确定，截面定义完毕。
3、 定义荷载工况：
具体荷载值计算在很多计算书中都有，可以参考计算书中的方法计算，在此不详细叙述。一般雨篷荷载定义的方法有很多种，可以在荷载工况中定义各种荷载的标准值，然后在组合里通过组合系数组合得到设计值进行强度设计和挠度检查，也可以直接先算出雨篷的设计值和标准值，直接定义荷载工况，最后只需和钢骨架自重进行组合即可得到最后的设计值和标准值。在此实例中我们用后面这种比较简单的方法。
由第一章可知雨篷承受向下的荷载设计值为2.49KN/m，标准值为1.85KN/m，可
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将雨篷面荷载转化为线荷载，加在悬挑梁上进行设计。
线荷载设计值为2.49×1.5=3.735KN/m
线荷载标准值为1.85×1.5=2.775KN/m（在此我们主要是讲解用SAP计算雨篷的过程，具体荷载取值我们一定要参照相应的荷载规范进行取值和计算）
执行定义/荷载工况命令
显示如下对话框：
将设计值取名为Q ,类型均可定义为LIVE，自重乘数定义为0，点击添加新荷载即可添加荷载工况。
将标准值取名为QK,类型均可定义为LIVE，自重乘数定义为0，点击添加新荷载即可添加荷载工况。
其中DEAD为钢骨架自重，类型为DEAD,自重乘数定义为1表示软件将自动计算自重，定义为0软件将不计算自重。一般都是需要计算自重的填1.
点击确定，荷载工况定义完毕。
4、 定义组合:
执行定义/组合命令:
打开如下对话框：
点击添加新组合，打开如下对话框：
DEAD为软件自重计算是钢骨架自重，一般自重分项系数为1.2，但当DEAD与向上的荷载组合，对结构有利，根据荷载规范分项系数取1，在实例中比例系数需填1.2，点击添加。
在工况名称中点击倒三角符号下拉，选择设计值Q，由于 Q已经是设计值不需再乘其他系数，比例系数填1即可，点击添加就行。最后点击确定，COMB1定义完毕。同样的方法定义标准值组合COMB2,定义COMB2时DEAD与QK组合,比例系数均填1。组合定义完毕.
三、指定框架截面和荷载：
1、指定节点约束：
选择悬臂梁后端节点，执行指定/节点/约束命令。
显示如下对话框：
对话框中有快速指定约束，能指定常用的固接，绞接，滑动支座等。
全局方向约束中有对任意空间刚体的六个自由度的约束。此实例为端部固接，固所有自由度全约束，全部勾选即可。点击确定，节点约束指定完毕。
2、指定框架截面：
实例中竖向悬挑梁截面为300-200-10方通，横向次梁截面为120-60-5方通。
选择所以竖向悬挑梁，执行指定/（框架/索/筋）/框架截面命令
显示如下对话框：
选择悬挑梁框架截面300-200-10，单击确定即可。同样的操作，选择横向次梁并指定框架截面120-60-5.框架截面指定完毕。
3、 指定荷载：
选择所有的竖向悬挑梁，执行指定框架/索筋荷载/分布
在荷载中有点，分布，温度等，我们一般能用到的点荷载，和分布（线荷载），温度在模拟拉索中会用到。实例中为分布荷载，显示如下窗口：
在荷载工况名称中选择Q，荷载类型为力，方向为GLOBAL坐标系Gravity方向，均布荷载填计算出来的设计值3.735KN/m ，单击确定设计值Q定义完毕。同样的操作定义荷载标准值QK为2.775KN/m。
DEAD是软件自动计算的不需要添加，至此荷载指定完毕。
四、分析运行：
执行分析/运行分析命令
显示如下对话框：
一般结构分析不需进行Modal分析，选中工况名称Modal，点击运行/不运行按钮关闭Modal分析，点击现在运行按钮SAP将进行分析运算并弹出如下对话框，检查分析运
行信息，没有警告提示则运行结果可用，有时会出现警告提示，则需要检查模型是否稳定，定义是否完全到位，直至没有错误提示为止。
最后点击确定完成分析运行。
五、钢框架设计:
1、选择设计规范:
执行选项/首选项/钢框架设计命令
显示如下对话框：
在Design Code一栏中选择规范Chinese2002，在Pattern Live Lode Factor 一栏中填0，点击确定，规范选择完毕。
1、 选择设计组合：
执行设计/钢框架设计/选择设计组合命令
将显示如下对话框：
将原有的设计组合DSTL1,DSTL2,DSTL3移除，并将荷载设计值组合COMB1添加到设计组合，点击确定，设计组合选择完毕。
2、 强度设计：
执行钢框架设计/开始结构设计和检查命令
开始结构设计,并出现如下显示：
所有的杆件显示应力比率小于0.95，可用。
设计完成之后就可以选择想查看的杆件显示细节查看，具体操作为，先用鼠标左键点中杆件，然后将鼠标停留在杆件上不动，点击鼠标右键将显示如下对话框：
点击细节按钮将出现杆件设计的整个设计过程的细节，如下：
对我们来说一般只关心需求/能力总比率（红色框出部位），一般不大于0.95为安全的，当大于0.95时SAP会显示提示。
3、 挠度显示：
执行显示/显示变形形状命令
将显示如下对话框：
在工况/组合名下拉中选择挠度控制荷载组合COMB2，单击确定将显示COMB2组合下的变形情况，如下图：
将鼠标移动到端部节点上查看最大挠度值，也可以通过显示表格来获得最大挠度值。本例中悬挑梁最大挠度值 4.8011mm<2X4000/250=32mm，满足幕墙规范要求，结构可用。
如果设计之后杆件强度或结构挠度不满足，或者感觉杆件余量太大，可以先解锁，点击为止。
按钮解锁，再通过在定义框架截面中修改截面参数，再运行，再设计，直至最优化
第四章 拉杆雨篷
计算拉杆雨篷的时候，其他定义与计算普通雨篷一样。只是需要添加拉杆，并对拉杆进行释放。下面将在原来的雨篷基础上绘制一个拉杆雨篷，操作如下：
1、复制点（具体雨篷根据需要绘制，此处仅举例说明绘制方法）
选择需复制的点执行编辑/带属性复制命令
显示如下对话框：
点击确定，点复制完成。同样的操作复制拉杆与主体连接处的点（dZ=3000）。绘制后图形如下：
2、绘制拉杆：
点击绘制框架/索单元按钮弹出如下对话框
将需要绘制拉杆的点相连，连接后图形如下：
3、指定节点约束：
选择拉杆和主体相连的三个点，执行指定/节点/约束命令
弹出如下对话框：
拉杆与主体应为铰接，选择如上所示铰支坐，点击确定，完成节点约束的定义，图形如下：
4、释放杆端弯距：
选择拉杆，执行指定/（框架/索/筋）/释放/部分固定命令
显示如下对话框
此处拉杆起点已经是铰接不需释放，只需释放终点，在扭距，弯距22，弯距33的终点点击即可完成拉杆释放。
至此，拉杆雨篷的模型已经绘制完成，然后按照上面讲无拉杆雨篷定义截面和指定截面的方法指定拉杆截面为83-5的圆管。然后执行分析运行，最后设计。操作方法和上面无拉杆雨篷是一样的，在此不再重复。
第五章、小结
至此，用SAP进行雨篷设计的基本过程已经讲述完毕。用SAP设计钢结构整个过程不是很复杂，但是由于我们用的SAP版本问题，以及SAP与中国规范的接口问题，我们在设计过程中一定要理解中国钢结构的各种规范，培养良好的结构概念才能设计出比较安全合理的钢结构。此外SAP本身的命令也比较多，每个命令都有自己的含义，有的命令甚
至在不同的情况下有不同的含义，因此我们弄懂简单的钢结构设计中的一些常用命令的含义是十分必要的。
运用SAP建模的方法也是多种多样的，只有通过平时的积累，熟悉并灵活应用命令，才能更快捷更准确的建立结构模型。
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