结构软件学且思 以STAAD为例PDF电子书下载

第1篇 工欲善其事，必先利其器 1

1 缘起 1

1.1 为什么攒这本书 1

1.2 章节编排 2

1.3 这本书适合谁 3

1.4 读书建议 3

1.5 阅读前的必要基础——勿在浮沙筑高台 4

1.6 摆布软件还是被软件摆布——练拳不练功，到老一场空 4

2 如何看待建筑结构软件 6

2.1 软件大佬们如是说 6

2.1.1 钱令希 6

2.1.2 Edward L.Wilson 6

2.1.3 Leroy Z.Emkin 7

2.2 高校老师忠告 8

2.2.1 金宝桢（1907—1968） 8

2.2.2 龙驭球（1926—） 9

2.2.3 张蕴美 9

2.2.4 单建（1946—） 10

2.2.5 朱慈勉（1947—） 10

2.3 前辈建筑师、结构工程师语录 11

2.3.1 Eduardo Torroja（1899—1961） 11

2.3.2 Louis I.Khan（1901—1974） 11

2.3.3 Mario Salvadori（1907—1997） 11

2.3.4 林同炎（1912—2003） 11

2.3.5 Bruno Thudimann（1923—2008） 12

2.3.6 容柏生（1930—） 12

2.3.7 Farzad Naeim 12

2.4 结构软件是结构工程师的鸦片和香烟 13

2.4.1 鸦片——曾是田里一枝花 13

2.4.2 医家也曾选中它 13

2.4.3 如今臭名为毒品 13

2.4.4 谁在变 14

2.4.5 结构工程师健康自测题——测测中毒深不深 14

2.5 选择什么样的香烟——选择之难 15

2.6 练武的几种境界 16

2.7 使用结构分析软件的四种境界 16

2.7.1 器 16

2.7.2 术与技 16

2.7.3 法 17

2.7.4 道 18

3 管窥各种软件的文件组成 20

3.1 DLL是什么文件 20

3.1.1 动态链接库是啥 21

3.1.2 采用动态链接库的好处 21

3.2 软件整容软件 22

3.3 软件DNA鉴定工具——Dependency Walker、ViewAPI 25

3.4 代码分析利器——Doxygen 26

3.5 版本控制软件 28

4 STAAD前世今生 30

4.1 STAAD发展简史 30

4.2 Bentley公司简介 31

4.3 Bentley的集成结构模型ISM 31

4.4 STAAD功能模块概览 32

5 从一个简单模型入手 34

5.1 色艺俱佳——初识STAAD真面目 34

5.2 一个简单例题 35

5.2.1 步骤一：运行STAAD，进行初始设置 35

5.2.2 步骤二：设置轴网信息 36

5.2.3 步骤三：布置截面、定义支座 37

5.2.4 步骤四：布置楼板 41

5.2.5 步骤五：定义荷载工况 44

5.2.6 运行分析，查看结果 49

5.2.7 步骤六：按中国规范设计 55

5.2.8 按美国规范设计 60

5.2.9 按其他国家规范设计 60

5.3 STAAD自带的例题概览 60

6 STAAD软件功能问与答 69

6.1 授人以鱼不如授人以渔——如何利用软件的帮助文件 69

6.2 STAAD中整体坐标系（Global Coordinate）的定义 72

6.3 STAAD中局部坐标系（Local Coordinate）的定义 72

6.4 STAAD中的梁（BEAM） 73

6.5 软件设置相关问题 73

6.5.1 吾未见好德如好色者也——界面的重要性 73

6.5.2 如何设置荷载以及内力、位移的显示比例 75

6.6 结构建模常见问题之一——几何信息 75

6.6.1 如何修改单位 75

6.6.2 如何显示或隐掉任意两点间的距离 76

6.6.3 如何合并几个点 76

6.6.4 如何生成坡屋顶 76

6.6.5 如何修改层高、柱距 76

6.6.6 如何显示杆件的起始端和末端、杆件编号、杆件、杆件局部坐标系以及杆件两端的约束情况 76

6.6.7 如何将一根杆件分成几份 79

6.6.8 如何调转杆件的起末点 80

6.6.9 如何将几根杆件合并为一根 80

6.6.10 如何在两根杆件交叉处生成节点 81

6.6.11 如何使两根共面的杆件相交（类似于AutoCAD的extend命令） 81

6.6.12 如何给不同截面的杆件指定不同的颜色 82

6.6.13 如何只显示模型中的一部分结构 83

6.6.14 如何查询某节点、某杆件、某板单元、某面单元、某体单元的信息等 84

6.6.15 如何在屏幕上以提示条的方式显示节点、杆件、板、面的信息 85

6.6.16 如何显示节点、杆件、块体的编号以及如何调整编号的字体和颜色 87

6.6.17 什么时候需要对节点、杆件、板单元、块体单元进行重新编号 88

6.6.18 如何对节点、杆件、板单元、块体单元重新编号 88

6.6.19 如何将多个模型合并为一个模型 90

6.6.20 如何显示板单元（Plate Element）的局部坐标系 91

6.6.21 如何反转有限单元的局部坐标系 91

6.6.22 如何进行过滤选择 91

6.6.23 STAAD提供的选择点、杆、板、面、块的快捷方式 92

6.6.24 MESH命令 93

6.7 结构建模常见问题之二——约束信息 93

6.7.1 如何设置杆端的约束情况 93

6.7.2 如何设置柱脚的约束情况 95

6.7.3 如何设置斜向支座 96

6.7.4 如何模拟土弹簧支座 96

6.8 结构建模常见问题之三——截面库与自定义截面 97

6.8.1 如何查看标准型钢库中的型钢名称和截面特性 97

6.8.2 如何查看或修改截面库中截面的参数 100

6.8.3 如何定义和修改用户自定义截面库 100

6.8.4 如何估选型钢的截面 102

6.9 结构建模常见问题之四——荷载 104

6.9.1 如何修改荷载信息 104

6.9.2 荷载组合的设定 105

6.9.3 按中国规范定义反应谱曲线 107

6.9.4 如何输入多条反应谱 108

6.10 结构建模常见问题之五——其他问题 110

6.10.1 如何创建组 110

6.10.2 只拉构件、只压构件、桁架构件如何定义 110

6.10.3 如何设置和显示主从节点 111

6.10.4 如何把WPS表格软件或Excel中的数据导入STAAD中 113

6.10.5 STAAD的备份管理器 114

6.11 内力分析及后处理常见问题 115

6.11.1 如何给不同的振型设置不同的阻尼比 115

6.11.2 如何找出Multi-structure、孤立节点、重叠杆件等 116

6.11.3 如何查看振型 117

6.11.4 如何设定所求振型数的多寡 121

6.11.5 如何只显示部分节点、杆件或单元的分析结果 121

6.11.6 如何显示各种工况下的节点位移 122

6.11.7 如何显示杆端的剪力、弯矩图以及相应的值 122

6.11.8 如何只显示支座反力中的某几项 122

6.11.9 如何以图形方式直观显示某根杆件在某种工况下的内力 122

6.11.10 如何修改“后处理”页面中内力表格、应力表格、位移表格等计算结果的单位 122

6.11.11 如何对一些分析结果进行排列 123

6.11.12 如何只输出某些荷载作用下的计算结果 124

6.11.13 如何显示一根梁中部某截面处的内力 125

6.11.14 如何显示梁中部的挠度 126

6.11.15 如何输出楼层的层间位移 126

6.11.16 如何统计材料用量 126

6.12 结构设计常见问题 128

6.12.1 使用STAAD进行构件优化的小结与实例 128

6.12.2 如何查看杆件设计结果 130

7 STAAD常用命令详解 132

7.1 STAAD命令流与STRUDL以及MIT（麻省理工学院）的渊源 132

7.2 知面更要知心——命令流方式建模的一些优点 134

7.2.1 便于快速比较模型修改前后的差异 134

7.2.2 便于存档 136

7.2.3 多种方案可以共存于一个文件中 137

7.2.4 各参数的来历可写在模型文件的注释中 137

7.3 STAAD的命令文本编辑器及命令格式简介 138

7.3.1 注释的写法 138

7.3.2 如何快速将多行命令注释掉或把注释去除 138

7.3.3 说明书中，命令中的下画线的含义 139

7.3.4 大括号、方括号和圆括号的意义 140

7.3.5 多个数据段的写法 140

7.3.6 “TO”“BY”“LIST”的含义 141

7.3.7 STAAD命令区分大小写吗 141

7.4 STAAD部分命令释义及应用举例 141

7.4.1 笛卡儿坐标系（Cartesian Coordinates）和柱坐标系（Cylindrical Coordinates） 142

7.4.2 Joint Coordinate——节点坐标 144

7.4.3 Member Incidence——杆件关联号 145

7.4.4 Member Release——杆端约束 145

7.4.5 Print相关命令 146

7.4.6 Master Slave——主从节点 147

7.4.7 REPEAT 147

7.5 应用举例 149

7.5.1 矩形板 149

7.5.2 矩形水池命令建模剖析（直角坐标系） 150

7.5.3 规则框架命令建模剖析（直角坐标系） 153

7.5.4 管状物、锥状物建模举例（柱坐标系） 154

7.5.5 十行命令生成螺旋楼梯轴线 160

7.5.6 快速生成空间桁架的杆件 161

7.5.7 十行命令生成锅盖状结构 163

7.6 STAAD命令列表 163

7.7 两个小测验题 166

7.7.1 别被软件骗了 166

7.7.2 软件自动优化靠谱儿吗 166

8 一个好汉三个帮——与STAAD接力的软件 168

8.1 FrameWorks Plus 168

8.1.1 如何将FrameWorks Plus模型导入STAAD 168

8.1.2 创建截面映射表 168

8.1.3 导出为STAAD模型文件 169

8.1.4 将STAAD模型导入FrameWorks Plus 170

8.2 世纪旗云多格水池有限元软件 171

8.3 钢结构模型的世界语——SDNF格式简介 172

8.3.1 国内常用结构设计相关软件的输入、输出格式 173

8.3.2 Packet 00-Title Packet 174

8.3.3 Packet 10-Linear Member Packet（直杆） 175

9 结构软件质量评判及软件测试 181

9.1 为什么要测试软件——所有软件都有缺陷 181

9.2 什么是“Bug” 181

9.3 工具的功与过 182

9.4 如何评判建筑结构软件的品质——所谓的鉴定会靠谱儿吗 183

9.5 做人要厚道，做软件也是——看看洋软件是咋控制质量的 184

9.5.1 STAAD提供的验证例题 184

9.5.2 GTSTRUDL的测试例题 184

9.6 定性测试举例 187

9.7 定量测试举例 189

9.7.1 简支梁振型计算 189

9.7.2 平面框架顶点位移算例 191

9.7.3 剪力墙侧向刚度算例 191

9.7.4 板的挠度跟啥有关 191

9.8 把把脉：国产软件的质量为什么真的这么“软” 192

9.8.1 北大力学系袁明武教授的分析 192

9.8.2 笔者看法 193

9.8.3 给有志于投身软件开发的年轻同志的忠告 196

9.9 冷眼看中国软件行业 197

9.9.1 致软件开发商——做事先做人 197

9.9.2 写给软件用户 198

9.9.3 给致力于盗版事业的同志——盗亦有道，多行不义必自毙 199

9.9.4 思考 199

第2篇 练拳不练功，到老一场空 200

10 把烦琐交给计算机，我们留下创造力？ 200

10.1 费米问题——芝加哥有多少钢琴调音师 200

10.2 我们离总工还有多远 201

10.2.1 圆钢管直径多粗比较合适 201

10.2.2 简支工字形钢梁的跨宽比多少为宜 202

10.2.3 工字形钢梁的最小高度如何估算 202

10.3 这年头，手算还有必要吗 203

10.4 键盘代替笔杆子的后果——手写时代渐行渐远，数字时代提笔忘字 204

10.5 君子性非异，善假于物也——物极必反，过犹不及 204

11 斜撑——结构侧向刚度的骨干分子 205

11.1 说文解字——撑与樘 205

11.2 在建厂房、脚手架垮塌事故分析——忽视斜撑的惨痛教训 205

11.2.1 国内钢结构倒塌事故实例 206

11.2.2 澳洲预制墙板施工过程中Prop斜撑的应用 207

11.3 预备知识 209

11.3.1 等截面直杆的形常数（Shape Constant） 209

11.3.2 郑玄-胡克定律 210

11.4 单跨单层平面框架中斜撑对侧向刚度的贡献 210

11.4.1 算例数据 211

11.4.2 单层单跨无斜撑平面框架侧向刚度区间的快速估算 211

11.4.3 单层单跨有斜撑平面框架侧向刚度的估算 213

11.4.4 单层单跨有斜撑平面框架与无斜撑平面框架侧向刚度的比值 214

11.4.5 斜撑角度多少最有效 217

11.4.6 提示：别让节点板成为薄弱环节 218

11.4.7 电算结果与手算结果的比较 218

11.4.8 小结——靠斜撑还是靠刚接柱脚来提供侧向刚度 220

11.4.9 哪个软件算的用钢量更省 221

11.4.10 门式刚架倒塌事故分析 221

11.4.11 关于所谓的“强支撑”和“弱支撑” 222

11.5 思考：平面简化计算的功与过 226

11.6 各地带斜撑的建筑一瞥 227

11.6.1 大连 227

11.6.2 南京 227

11.6.3 中国香港 227

11.6.4 美国 228

11.6.5 英国 229

11.6.6 日本 230

11.6.7 新西兰基督城 233

11.6.8 阿拉伯塔（迪拜帆船酒店） 233

11.7 斜撑在地震或振动台上的表现 234

11.7.1 1994年北岭地震中的几个斜撑 234

11.7.2 1995年日本阪神地震中的几个斜撑 236

11.7.3 日本E-Defense振动台的一个实验 239

11.7.4 2008年汶川地震中的几个斜撑 240

11.7.5 美日38个框撑结构在往复加载下的足尺实验 242

11.8 我们身边的斜撑——装修公司常备工具 244

11.8.1 带立面斜撑的板凳 244

11.8.2 木制人字梯里的“大梁” 244

11.9 中国的建筑师为什么不喜欢斜撑 245

11.10 附：一道简单得不能再简单的结构力学题目 245

11.10.1 单层单跨平面框架的顶点水平位移的精确解 245

11.10.2 力法求弯矩图 245

11.10.3 图乘法求顶点位移 246

11.10.4 结构力学中的“见肝之病，知肝传脾，当先实脾” 248

11.10.5 简单例题的大用处 249

11.11 思考题：24m跨厂房如何优化 249

11.12 思考题：楼板对侧向刚度有何影响 249

12 彻底搞清弯曲变形和剪切变形 251

12.1 框架（框撑）结构的弯曲变形和剪切变形的估算——转个角度看高楼 251

12.1.1 预备知识 251

12.1.2 单跨多层平面框撑结构顶点水平位移（水平均布力） 252

12.1.3 单跨多层平面框撑结构中部水平位移（顶部集中力） 263

12.1.4 单跨多层无斜撑平面框架顶点水平位移（水平均布力） 266

12.1.5 单跨多层平面框架顶点水平位移估算小结 272

12.1.6 双跨多层平面框撑结构顶点水平位移（水平均布力） 273

12.1.7 多跨多层平面框架顶点水平位移（水平均布力） 277

12.1.8 思考题：怎样布置斜撑最有效 280

12.1.9 思考题：哪个桁架更“扎壮” 281

12.1.10 思考题：几种悬挑方案各有什么优劣 281

12.1.11 思考题：厂房侧墙上的斜撑的布置有何讲究 281

12.2 剪力墙——混凝土结构抗侧刚度的中坚 281

12.3 见山是山，见山不是山，见山还是山——浅谈弯曲变形与剪切变形 283

13 己所不能，己所不欲，勿施于楼 284

13.1 建筑设计的原则 284

13.1.1 罗马人维特鲁威 284

13.1.2 林徽因（1904—1955） 284

13.1.3 国务院、建设部 284

13.1.4 Pier Luigi Nervi 284

13.1.5 吕志涛 285

13.1.6 沈祖炎——建筑以造型为出发点，是一种纯粹的形式主义 285

13.1.7 江欢成——结构工程师在建筑设计中的责任和贡献 285

13.1.8 龚自珍 286

13.2 将心比心，将身比楼——帮建筑师体验力 286

13.2.1 扎马步（地盆功） 287

13.2.2 金鸡独立 288

13.2.3 二指禅、高跟鞋、踩高跷与底框结构 288

13.2.4 铁板桥 291

14 删繁就简三秋树，提纲挈领振型图 292

14.1 特色菜、特产、特务、特权、特殊 292

14.2 透过现象看本质、抓特征 293

14.2.1 泱泱大国，中国人民银行几多钱？——总理智慧 293

14.2.2 滔滔长江，问江上几多船舸？——高僧超然 293

14.2.3 花花世界，问世间几多众生？——童言犀利 293

14.3 振型（模态）的物理意义 293

14.3.1 一个不严格但形象易懂的例子——五十六个民族五十六朵花 296

14.3.2 振型坐标（Coordinate） 296

14.3.3 振型的正交（Orthogonality）——对牛弹琴，鸡与鸭讲 297

14.3.4 振型的激发 297

14.3.5 振型的测量与“八观六验”和“六戚四隐” 297

14.4 由感性认识跃进到理性认识——振型的数学意义 297

14.4.1 数学是什么 297

14.4.2 关于数学的两个笑话 298

14.4.3 振型（Mode Shape）在数学家那里叫什么 298

14.4.4 特征向量的几何意义 299

14.4.5 生活中的特征值和特征向量 300

14.5 矩阵特征值求解方法 302

14.5.1 特征值求解方法极简史 302

14.5.2 矩阵特征值和特征向量求解工具 303

14.5.3 算例描述 303

14.5.4 手算方法（柔度法） 304

14.5.5 Vianello-Stodola方法求振型近似值 305

14.5.6 利用“云算子”网站提供的功能求特征值、特征向量 308

14.5.7 逆向量迭代法（Inverse Power Method） 309

14.5.8 转换矩阵的几何含义 309

14.5.9 更多算例 311

14.5.10 思考：建筑物上的设备对自振频率有没有影响 312

14.5.11 思考 312

14.6 STAAD中求振型的两个命令 312

14.6.1 CALCULATE RAYLEIGH 313

14.6.2 MODAL CALCULATION 315

14.6.3 梁的分段数目对梁的自振周期计算结果有影响吗 317

14.6.4 梁上的质量块对梁的自振周期有影响吗 318

14.6.5 梁上站人对梁的自振周期有影响吗 320

14.7 思考：Vianello-Stodola法和STAAD求算振型的结果的比较 324

14.8 从理性再到感性——快速估出振型的方向和模样 324

14.8.1 模糊未必不靠谱 324

14.8.2 预备知识 325

14.8.3 从能量的角度看振型——从瑞利法求振型谈起 325

14.8.4 梁上的质量块对梁的自振频率有多大影响 328

14.8.5 疾风知劲草——谚语中体现的力学本质 330

14.8.6 思考题 330

14.9 生活中我们如何应用振型 330

14.9.1 对振型的感知 330

14.9.2 跟修车师傅学结构动力学 332

14.9.3 给房子“把把脉” 333

14.9.4 结构的振型和频率如何测量 334

14.10 文学描述赛过数学描述的例子 334

14.10.1 濒湖脉学，凭脉辨病 335

14.10.2 相面与特征脸（Eigen Face） 335

14.10.3 地震前兆 335

14.10.4 见字如晤、字如其人，画如其人 336

14.10.5 文如其人——苏东坡与柳永 336

14.10.6 风格、性格、风味 336

14.10.7 成语中的特征描述 337

14.11 文学、语言难以描述的例子 337

14.12 自测题与思考题 337

15 联想与思考：建筑结构力学中的比和兴 338

15.1 想象力比知识更重要 338

15.2 板厚与板的平面外刚度有没有关系 339

15.3 主应力迹线与桁架弦杆走向 339

15.4 地震X形裂缝与莫尔应力圆 339

15.5 剪力滞后与鸭子划水图、先富带动后富 341

15.6 气流、磁力线、水流、电流、人流 344

15.7 挑水扛米与轴压比和延性 344

15.8 “柱、现浇板”与板凳 344

15.9 随处可见的振动台 344

15.10 剪力墙与火车 345

16 概念设计与“治大国如烹小鲜” 346

16.1 名人论“概念” 346

16.1.1 毛泽东的《实践论》 346

16.1.2 康德 346

16.1.3 国家标准对“概念”的定义 346

16.2 概念设计，无处不在 347

16.2.1 概念飞机和概念跑车 347

16.2.2 会飞的苹果楼——五岁小朋友送我的一幅建筑概念设计图 349

16.2.3 “药与方”以及概念设计 349

16.2.4 站在飞机上看大楼 350

16.3 禅门公案两则 350

16.3.1 庖丁解牛的三个境界 350

16.3.2 苏东坡参禅三偈 351

16.4 结构概念设计——忘掉力学，化作直觉 351

16.4.1 结构概念设计与服装概念设计的异同 351

16.4.2 结构设计中的理、法、方、药 352

16.4.3 从脉学著作中学习对力学的直觉 352

16.4.4 从汉字和生活中感知刚、柔 353

17 应用举例——有限元分析 354

17.1 STAAD有限元分析测试算例 354

17.1.1 板壳理论发展简史 354

17.1.2 算例一——四边简支矩形板 357

17.1.3 算例二——三跨连续板 359

17.1.4 算例三——温度荷载下的四边简支板 360

17.2 实例：浇筑T形钢筋混凝土梁的钢模板 361

17.2.1 使用“MESH”命令来划分有限元网格 361

17.2.2 荷载 361

17.2.3 位移 361

17.2.4 板单元上的应力 363

17.3 算例：箱型悬臂梁中的剪力滞后 363

17.3.1 正应力云图 363

17.3.2 如何解读花花绿绿的应力云图 364

17.3.3 上翼缘的几个剖面上的正应力分布图 367

17.4 混凝土水池 370

17.4.1 结合→生成板墙连接 371

17.4.2 水压荷载 372

17.4.3 弯矩等值线图 373

17.5 STAAD里的面（surface）单元 374

18 西瓜芝麻都要抓——主从节点的应用 377

18.1 简支梁算例 378

18.1.1 节点位移对比 383

18.1.2 应力对比 384

18.1.3 结论 386

18.2 主从节点应用实例：钢管和半球相贯节点分析 386

18.3 生活中的主从节点实例 388

第3篇 二次开发 389

19 接续STAAD进行二次开发 389

19.1 直接读取STAAD输入文件的方式 389

19.1.1 缘起 389

19.1.2 前提 389

19.1.3 工作介绍 390

19.1.4 接续STAAD进行二次开发 390

19.1.5 存储数据的两种方案的对比 392

19.1.6 算例 395

19.1.7 小结 396

19.2 自动求解有侧移框架柱计算长度系数的算法与实现 396

19.2.1 美国规范有侧移框架柱的计算长度系数的计算方法 396

19.2.2 中国规范有侧移框架柱的计算长度系数的计算方法 396

19.2.3 思路介绍 397

19.2.4 算例 400

19.2.5 小结 401

19.2.6 柱计算长度系数的求算软件 402

19.3 面向对象的思想在建筑结构软件开发中的应用 402

19.3.1 为什么使用虚函数 403

19.3.2 实例一——焊缝计算模块的开发 403

19.3.3 实例二——钢结构截面库模块的开发 406

19.3.4 小结 409

第4篇 建筑设计管理 410

20 建筑设计管理 410

20.1 版本控制与协同工作——纪录片与史记 410

20.1.1 传统备份方式的缺点——你改你的，我改我的 410

20.1.2 版本控制——各种文档的照相机 411

20.1.3 局域网内的协同工作 415

20.1.4 异地协同工作——来自五湖四海，为了同一个目标 416

20.1.5 开源的分布式版本控制软件——TortoiseGit 416

20.2 任务追踪与过程管理——来龙去脉，尽在掌控 416

20.2.1 像看球赛一样进行任务管理 416

20.2.2 物有本末，事有始终，知所先后，则近道矣 417

20.2.3 开源的任务追踪软件BugFree 417

20.2.4 移动互联网时代的任务管理 422

21 跋——迷时师度，悟了自度 423

22 索引 424

参考文献 427