A.2.3: 设计静态可行性结构的技巧

Karamba3D可用于分析任何规模的结构响应。使用“Analysis(分析)”运算器评估结构性能时,请注意两个先决条件:首先,与结构尺寸相比,其挠度较小。其次,材料确实表现出线性弹性,即在一定程度上,变形的加剧总是与荷载的增加相关联。实际材料的行为会有所不同:它们会在某些时候衰减并最终断裂。

表格A.2.3.1: 某些建筑材料的比重

钢筋混凝土

材料类型

25.0

玻璃

25.0

钢材

78.5

铝材

27.0

杉木

3.2

疏松的雪

1.2

湿雪

9.0

10.0

表格A.2.3.2: 典型场景的荷载

类型

住宅空间的活荷载

3.0

办公空间的活荷载

4.0

水平面上的雪

1.0

停车场上的车(不含卡车)

2.5

桥梁上的卡车

16.7

如果需计算大挠度的结构,则必须分几步逐渐增加荷载并更新变形的几何形态。可使用“Large Deformation Analysis(大变形分析)”运算器(请参阅第3.5.4节)或使用进行几何非线性分析的运算器“AnalyzeNonlin WIP(分析非线性WIP)”来完成(请参阅第3.5.3)。

对于典型的工程结构,上面提到的假设足以进行初始设计。为了获取有效的横截面尺寸,需限制结构的最大挠度。图A.4.3.1显示了在中跨单一受力的情况下,长度为L的简支梁,其最大挠度为。建筑物的最大挠度应当使其使用者不会开始感到不安。采用一个粗略的经验法则,尝试将其限制为L/300∆ \leq L/300。如果结构更接近悬臂,则L/150∆ \leq L/150也是可以的。这通常可以通过增加横截面尺寸来实现。如果挠度以弯曲为主(如图A.4.3.1所示),则增加横截面高度要比增加其面积有效得多(请参阅第3.1.10)。检查最大许可挠度时,请确保计入所有的重要荷载(如自重、活荷载、风荷载等)。然而,对于第一种设计,取自重的倍数就足够了(例如:系数为1.5)。在Karamba3D中,可以通过将引力矢量的长度设置为1.5来完成此操作。

如果结构受弯曲影响较大,则在塌陷前会发生大的变形(例如:请参见桥梁塌陷的视频)。因此,自动限制挠度可以确保设计的安全性,但是,如果是压缩力引发的事故,则可能会在没有事先预警的情况下发生塌陷,这种现象被称为屈曲。使用“Analysis(分析)”运算器,则承受轴向荷载的梁对压缩荷载或拉伸荷载的抵御没有区别:它将变长或变短,且其长度变化的绝对值相同。在实际结构中,梁越细长,使其弯曲所需的压缩力越小,一个比较极端的例子为绳索,为防止屈曲,请使用考虑了轴向压缩力不稳定作用的“AnalysisThII”运算器。“Buckling Modes(屈曲模式)”运算器允许用户计算第一个屈曲载荷因数,为了产生线性屈曲,需将外部荷载与该因数相乘。

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