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	$kN/m^3$
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
水	10.0

表格A.2.3.2: 典型场景的荷载

类型	$kN/m^2$
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）。

图A.4.3.1：简支梁。

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$∆ \leq L/300$。如果结构更接近悬臂，则$∆ \leq L/150$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。