问题描述:
如下所示,框架对象的轴线位于面对象平面内,但框架局部 2 轴却沿竖直方向。根据结构设计要求,框架对象的局部 2 轴应垂直于面对象,即:沿面对象的法向方向。请问,如何快速准确地调整框架局部轴以满足上述要求呢?
解答:
除圆形或圆环形截面外,任何非轴对称截面(如:工字钢、槽钢、角钢等)的杆件均应考虑外荷载与形心主轴之间的夹角。换言之,用户应根据结构设计方案正确定义杆件绕其轴线的转角,否则将影响杆件的刚度、内力以及变形。当然,对于只受拉压的二力杆(如桁架),可忽略该问题。
因此,对于题目中的槽钢, 建议选取位于面对象上的两个节点,以此作为平面参考向量来指定框架对象的高级局部轴。具体操作如下:
第一,点击【视图>设置视图选项】命令,在弹出的对话框中勾选【节点标签】以及框架局部轴和面局部轴。
第二,选中拟调整局部轴的框架对象,点击【指定>框架>局部轴】命令。在弹出的对话框中选择【高级局部轴】并点击【修改/显示高级局部轴】按钮,如下图所示。
第三,在【高级局部轴】对话框中选择局部平面为“Plane 1-3”并以【起止点】定义平面参考向量,此处的节点 1 和节点 2 即前文提及的位于面对象上的两个节点,如下图所示。此时,由节点 1 指向节点 2 的空间向量即平面参考向量,框架对象的局部 +1 轴(起点 I → 终点 J)与该向量的叉乘对应于框架对象的局部 -2 轴。
完成上述操作后,框架对象的局部 2 轴将垂直于与之相邻的面对象。注意,平面参考向量(节点 1 → 节点 2)仅用于确定 1-3 平面,无需平行于框架对象的局部 3 轴,但不能平行于框架对象的局部 1 轴。SAP2000 可根据局部 1 轴和局部 2 轴自动确定局部 3 轴。
同理,如果选择局部平面为“Plane 1-2”,其余选项保持不变。框架对象的局部 +1 轴(起点 I → 终点 J)与平面参考向量的叉乘对应于框架对象的局部 +3 轴,即:框架对象的局部 3 轴将垂直于与之相邻的面对象。
另外,如果用户互换节点 1 和节点 2 的标签,由局部平面“Plane
1-3”和右手螺旋法则(向量叉乘)确定的局部 -2 轴将与上图中的方向相反,如下图所示。同理,局部平面“Plane 1-2”确定的局部 +3 轴也将反向。关于这一点,请读者根据高等数学中关于向量叉乘的定义自行理解,此处不再赘述。
最后值得一提的是,筑信达工具箱 CiSApps 中的自动蒙皮功能在生成框架对象围成的面对象时,也可自动调整框架对象的局部 2 轴或局部 3 轴,使其垂直于相邻的面对象,如下所示。