截面参数浅谈（一）——剪切面积Ay和Az输入值


    截面参数浅谈（一）——剪切面积Ay和Az输入值

【问题描述】

STAAD软件提供了多种输入截面的方式，可以直接从截面库中选择某种截面，也可以自定义某截面。这里将对两个有关截面的问题进行讨论：剪切面积Ay和Az的输入及验算输出值。

这里先详细解释不同输入方式截面参数情况。

【答案详解】

这里以HM100×100×6×8为例来进行讨论。

注意： 当采用Section Element功能建立截面，在最新版的STAAD.Pro 中是不计算Ay和Az的（默认为0），因为在不同规范中对于剪切面积的计算方法是不同的。用户需要手动计算该剪切面积，并且输入计算之，而不是0。

输入截面方式/

剪切面积

自带截面库

用户自定义

Section Wizard

（Section Element）

需用户输入

Section Wizard

（Section Drawing Model）

有限元计算

Ay（m2）

0.0006

0.000599998

0

0.000525913

Az（m2）

0.0010667

0.00106667

0

0.00136451

STAAD计算构件剪切应力应用的剪切面积是根据BS及AISC规范中一般通用规定进行的。（这里的折减系数为BS和AISC中通用简易算法，而对于非矩形的剪切面积，剪切面积计算比较复杂，是通过高阶微分方程计算得到，如需准确求解，可采用Section Drawing Model进行有限元计算）

  1. Y轴，Ay=腹板长×腹板厚度；（腹板的剪切面积）
  2. Z轴，Az=（2/3）×（翼缘总面积）；（翼缘剪切面积）

这里以HM100×100×6×8为例来进行讨论。

腹板面积=100×6=600mm2

翼缘面积=100×8×2=1600mm2

则考虑折减（2/3，即0.667系数）1600×0.667=1067.2mm2；

因此当采用软件自带截面库及用户自定义工字型刚时候，软件将考虑0.667的计算系数；

STAAD中对于用户自定义的截面中的默认截面：

截面类型

计算情况

剪切截面计算面积

WIDE FLANGE

（工字钢截面）

软件计算

Ay=D×TW   AZ=0.667×WF×TF×2

CHANNEL

（槽钢）

软件计算

Ay=D×TW   AZ=0.667×WF×TF×2

ANGLE

（角钢）

软件计算

Ay=D×TF   AZ=0.667×WF×TF

DOUBLE ANGLE

（双角钢）

软件计算

Ay=2×D×TF   Az=2×WF×TF

TEE

（T型截面）

需用户输入

可用Section Drawing Model有限元计算

PIPE

（圆钢管）

需用户输入

可用Section Drawing Model有限元计算

TUBE

（矩形钢管）

软件计算

Ay=2×D×TF       Az=2×WF×TF

GENERAL

（任意截面）

需用户输入

可用Section Drawing Model有限元计算

ISECTION

（I型截面）

需用户输入

可用Section Drawing Model有限元计算

PRISMATIC

（矩形截面）

需用户输入

可用Section Drawing Model有限元计算

备注：这里的软件计算是指，STAAD软件自带的Calculate是采用表格中简化计算公式进行的剪切面积计算。

       STAAD中输入时候考虑的剪切面积，Ay=腹板的剪切面积；Az=（2/3）×翼缘总面积=0.667×翼缘总面积；

       截面的剪切面积Ay和Az参与构件剪切变形刚度矩阵的组成，输入时候的剪切面积一般是由剪切面积系数乘以截面面积得到。根据Timoshenko 和 Gere、 Roark及 Cowpe等研究表明剪切面积系数可以考虑为0.667（这种考虑剪切面积的方法被普遍应用于规范BS及AISC中）。因此，STAAD对于规范表格未明确指出的截面都将采用Timoshenko 和Gere、Roark及 Cowpe等人的研究成果，即剪切面积系数乘以截面面积。

 《Roark's Formulas for Stress and Strain》一书中Section 8.1第129页中：

相关链接：截面参数浅谈（二）——剪切面积Ay和Az验算输出值