問題描述:
在 SAP2000 中,用戶可以對任意類型的對象(包括線對象、面對象、體對象甚至連接單元)指定重力荷載,如下圖所示。請問,這里的重力荷載與結構的自重荷載有什么聯(lián)系和區(qū)別呢?
解答:
首先,對于結構的自重荷載,SAP2000 通過荷載模式中的自重乘數(shù)加以考慮,如下圖所示。自重乘數(shù)取 1 即代表一倍的自重,用戶也可以根據(jù)需要對結構自重進行適當縮放。這里的自重荷載具有以下兩個特點:
第一,自重荷載只能作用在全局坐標系(Global)的 Z 方向,即豎直方向。自重乘數(shù)為正值,則自重荷載豎直向下;反之為負,則豎直向上。當然,豎直向上的自重荷載是沒有意義的,通常也不是用戶所需要的;不過程序的確可以如此加載并計算。
第二,自重荷載必須作用于結構整體,即重力密度非零(或截面自重非零)的所有對象(包括線對象、面對象、體對象甚至連接單元)均同時承受自重荷載。換言之,如果用戶試圖忽略某些對象的自重荷載,只能通過將這些對象的重力密度或截面自重置零加以實現(xiàn)。具體來講,用戶可以嘗試材料覆蓋項、截面屬性修正等方法,也可以直接定義零重力密度的材料屬性。這些方法在操作上并無難度,此處不再贅述。注意:以上提及的“截面自重”只針對連接單元,因為連接屬性無需調(diào)用材料屬性,可直接定義截面自重或質量。
從某種程度上講,重力荷載可視為結構自重荷載的一種拓展與補充,用于某些自重荷載無法實現(xiàn)的特殊的加載形式。具體來講,重力荷載用于對部分結構的自重荷載進行縮放及變向,其與自重荷載主要的區(qū)別如下:
首先,荷載的作用對象可以自由選擇,即用戶先選擇需要施加重力荷載的對象,然后再指定重力荷載。不過,每次操作只能針對一種類型的對象進行加載??梢钥吹剑绻槍Y構整體施加自重荷載,重力荷載反而顯得繁瑣,畢竟需要對不同類型的對象分別加載,遠遠不及自重乘數(shù)的方式簡單快捷。
其次,荷載的作用方向更加靈活。從下圖可以看出,重力荷載可以沿某一坐標系的 X、Y、Z 三個方向分別進行加載,且該坐標系也可以是除 Global 外的用戶自定義坐標系。
最后,重力乘數(shù)為正值,則重力荷載沿坐標軸的正方向;反之則沿負方向。因此,對于結構的自重荷載,用戶應在全局 Z 編輯框中輸入 -1 而非 1,如下圖所示。這點與自重乘數(shù)是不同的,用戶需要特別注意!
事實上,在常規(guī)的工作中用戶很少會使用重力荷載。不過,對于結構構件的離心力荷載或結構整體的側向加速度荷載,也可以嘗試使用該方法??傊?,如果用戶能深刻理解程序的基本功能并熟練掌握具體的操作方法,往往可以靈活巧妙地處理很多程序原本無法直接解決的問題!