STAAD chinese manual for website-940307简易中文手册
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STAAD/Pro软件功能及理论解说1.1STAAD/Pro的结构型式STAAD/Pro（简称STAAD）能够分析及设计含有杆件、板/壳及实体元素的结构体。
STAAD可分析的结构型式有四种：SPACE是三维的构架结构，载重可以放在任一平面上，这是最普遍使用的型式，如大楼或厂房等。
PLANE是二维型式的结构，限制在世界坐标的X-Y平面，载重放在同一平面上。
TRUSS是指结构杆件都是TRUSS杆件，它只能承受轴向力而不能承受力矩。
FLOOR是指没有水平力矩的（X , Z）二维或三维【FX，FZ & MY是限制在任何节点上】结构，建筑物的地板是FLOOR最典型的例子。
不受水平力的柱（column）也是FLOOR的一种，假如柱受水平力则属于SPACE的型式。
正确地设定结构种类可减少所需的方程式数目以达快速经济的目的。
各类型结构的自由度定义如下图1.1所示。
图1.11.2 结构几何与坐标系统一个结构是由一些组件如梁（beams）柱（columns）板（slabs）和平板（plates）等组成，在STAAD中构架元素（frame elements）和板面元素（plate elements）是用于建立结构模型的。
一般来讲，建立模型结构几何有两个步骤：A、定义与描述接点（joints）或节点（nodes）B、将接点连接以形成杆件（members）或元素（elements）。
一般来讲MEMBER（杆件）这个词用来指构架的元素，ELEMENT（元素）用来指平面或曲面元素，MEMBER INCIDENCE指令用来定义杆件，而ELEMENTS INCIDENCE指令则用来定义元素。
STAAD用两种坐标系统来定义结构几何和载重方式。
（GLOBAL）世界坐标系统是用来表现整体几何与结构的载重方式。
LOCAL局部坐标系统是用来帮助与每一个杆件或元素有所关联，且用在MEMBER END FORCE定义输出结果和局部载重方式。
世界坐标系统以下坐标系统可以用来标明结构几何：A、直角坐标系统：此坐标系统X，Y，Z轴成直角相交，并遵循右手定律。
这种坐标系统可用来定义接点位置及作用力方向。
图1.2中位置自由度以u1，u2，u3而旋转自由度以u4，u5及u6表示。
图1.2B、圆柱坐标系统：此坐标系统中以R（半径）及Ø（转角）取代直角坐标的X，Y平面，Z轴与直角坐标相同，而方向则以右手定律决定。
见图1.3。
图1.3C、反圆柱坐标系统：此坐标系统与圆柱坐标相似，但以R-Ø（半径及转角）取代直角坐标之X，Z平面，Y轴与直角坐标相同，方向则以右手定律决定。
见图1.4。
图1.4局部坐标系统在每一杆件上我们用局部坐标系统，所有的局部直角坐标都遵循右手定律。
图1.5中说明一结构杆件，其正X方向为从″i″到″j″（i为起点，j为终点），Y，Z 方向由右手定律决定，且与截面的两个惯性轴相吻合，如图1.6所示，局部坐标永远是直角坐标。
图1.5图1.6因为杆件于整体结构上是有方向性，所以正确的定义出每一杆件之局部坐标与世界坐标的关系是十分重要的，以下将详述这种关系的定义。
Beta角以直立柱为例，局部坐标的x轴平行于世界坐标的Y轴时，Beta角的定义为局部坐标z轴平行于世界坐标Z轴时为0゜如果局部x轴不平行于世界坐标Y轴，Beta 角定义为局部z轴平行于世界坐标X-Z平面时为0゜。
下图1.7详列各种BETA角为90゜及0゜的情形。
图1.7参考点另一种定义杆件方向的方法为输入一坐标或接点编号，它就是一个参考点，位于在杆件上的x-y平面，但不在杆件的轴向，程序可自动由此参考点的位置计算出杆件上x-y平面的方向。
1.3 有限元素数据STAAD有板/壳及实体等有限元素组件。
板/壳元素板/壳元素为三个点（三角形）或四个点（四边形）组合的元素。
如果四边形元素的四个点不在一个平面上，最好是使用三角形元素，在不同的节点上可以有不同的厚度。
此元素可以用来仿真表面结构，如墙、水泥板、平板及壳等。
STAAD提供MESH GENERATION这种功能，它能自动将一大面积切成细小的网状元素。
ELEMENT PLANE STRESS指令能用来对各元素做PLANE STRESS的功能。
板/壳元素的建立规则(几何模型)1）在各元素的中心，程序自动产生第五个节点，见图1.8。
2）当设定元素中各节点数据时，必须依顺时针或逆时针方向设定，见图1.9。
为提高效率起见，相似的元素应有连续的节点数字。
3）元素之长宽比不可太离谱。
应大致为1：1，希望别超过4：1，见图1.10。
4）每一个元素都不可太扭曲。
元素任何两边的夹角不可大于90∘太多，且不可超过180∘，见图1.11。
元素受力以下为元素受力的的种类：1）元素节点上之节点受力，在世界坐标方向。
2）元素上的集中受力，在局部或世界坐标方向。
3）元素面上的均匀压力，在局部或世界坐标方向。
4）元素面上的部份均压，在局部或世界坐标方向。
5）在元素面上的线性受压，在局部坐标方向。
6）因温度均匀增加或减少产生的温度作用力。
7）元素上下面温度不同而产生的温度作用力。
理论基础STAAD的板有限元素是建立在混和有限元素的基础上，基本上我们是设定了一个完整的二次力的分布，对于平面应力的作用，以下是应力的分配方式。
完整二次力的分布如下：对于板面弯曲的作用，以下为二次力的分布：完整二次力的分布如下：以下为板/壳有限元素的一些重要特征：1）在一元素上之平面应力分力及邻接元素之弯曲分力所造成的位移兼容性（两元素之间有一角度存在，见下图）在大部分的板/壳元素是可忽略的。
2）由每一元素的平面应力所产生的平面外之旋转刚性（rotational stiffness）是有效结合并且不被替代成Dummy，是一般商学软件容许的。
3）将上述旋转刚性度结合是绝对符合于试验（patch test）4）这些元素可为三角形或四边形，只有在角上有节点，每一节点有6个自由度。
5）这些元素是板/壳元素的最基本单位，是由在元素角上具6个自由度的节点组成。
假如一大平面为这些元素组成，可快速地收敛而得到精确的解。
6）这些元素可以连接到平面或空间的结构杆件上。
7）平面弯曲公式包括了平面外的剪力应变能（shear strain energy），因此使用poisson边界条件来计算元素的反应，这比一般用kirchoff边界条件要精确多了。
8）板面的弯曲部分能处理厚的或薄的板，能解决多样性的问题。
此外，当计算平面外剪力时，是考虑板的厚度。
9）平面应力三角形与有名的线性应力三角形几乎是相同的。
这些三角形与收敛速度非常慢的常数三角形结合。
因此这些三角形曲面元素能够有效的解四边形元素不易解决的双曲度问题。
10）在元素中任何一点都可以取得应力。
元素的局部坐标系统以下的做法可以得到正确的局部坐标方向：1）指定三角形或四边形元素各边的中点。
如M，N，O，P在I J，JK，KL，LI 上。
2）从P到N的向量为局部坐标X轴。
如在三角形上，X轴则平行于I J。
3）局部坐标Z轴决定于PN与MO之外积，（如在三角形上，则为ON与MK之外积）如z =PN ×MO。
4）由Z轴与X轴的外积决定局部坐标Y轴，y = z x x。
下图1.12可较易明白各轴的方向。
图1.12元素力输出ELEMENT FORCE可在以下地方输出：A.元素的中心点B.元素各角上的节点C.在元素内的用户自定的任一点以下各项为ELEMENT FORCE的输出项目：SQX，SQY 剪力（力/单位长度/单位厚度）SX，SY，SXY 平面力（membrane force）（力/单位长度/单位厚度）MX，MY，MXY 每单位宽度之弯曲力矩（力矩/单位长度）SMAX，SMIN 主轴应力（力/单位面积）TMAX 最大剪应力（力/单位面积）ANGLE 主轴平面的转角（度）VONT，VONB V on Mises应力请注意：1、以上各项都是在局部坐标上，各项的方向及定义，可参考图1.13。
2、如果要得知元素上任一指定点的输出，您必须提供元素的坐标系统，必须以中点节点为原点。
3、主轴应力（SMAX & SMIN），最大剪应力（TMAX）及主轴平面方向（ANGLE）各项分别对元素上方及下方计算。
上下方向决定于局部坐标的Z轴。
图1.13请注意以下各项为STAAD中有限元素的限制：1）构架杆件及有限元素可同在STAAD中分析，但ELEMENT INCIDENCES 指令必须紧跟着在MEMBER INCIDENCES指令之后。
2）元素本身的重量是以外力作用于连接的节点上来考虑，并不是以元素外来压力的方法来考虑。
3）元素应力是在元素的几何中心及节点印出，而不是在各边上印出。
4）如图1.13的应力，V on Mises应力于元素的上下面亦可印出。
元素的编号在产生元素刚性矩阵时，程序会检查此元素是否与前一元素的相同，如果是相同的，程序不会再从新计算一遍。
计算元素的顺序是根据元素输入的顺序。
因此，为了节省计算时间，相同形状的元素应排在一起输入，图1.14列出有效率及无效率等两种顺序。
用户必须在有效率的输入顺序及定义结构几何形状的难易程度上考虑，而得到一最适当的输入顺序。
图1.14实体元素实体元素提供了3D结构上普遍三维应力问题的解决方法。
如应力分布的具体控制方法，在混凝土水坝，土地及振动方面，实体元素提供了强大有用的工具。
基础理论在STAAD里实体元素使用了八个点，这些元素的每一个点有三个移动方向的自由度。
一个八个点构成的实体元素可以退化成四到七个点如下图所示：实体元素的八个Gauss-Legendre 点的劲度矩阵是被积分出来的。
是由数值的整合，元素的几何是使用自然坐标系统由插入函数来产生，元素的重心位于（r , s , t ）。
插入的函数如下所示：∑==81i i i x h x ，∑==81i i i y h y ，∑==81i i i z h zx ，y ，z 是元素中任何一点的坐标，i i i z y x ,,，i =1,..,8是节点在世界坐标上的坐标。
函数h i 被定义在自然坐标系统（r , s , t ），r , s , t 变量在1及-1之间，插入函数的未知数h i 在自然坐标系统中是一致的在i 节点上，0是元素上其他所有的点。
元素的位移和几何是同样的方法，完整函数如下：∑==81i i i u h u ， ∑==81i i i v h v ， ∑==81i i i w h wu ，v ，w 是在元素的任一点位移，而i i i w v u ,,，i =1,…,8是在坐标系统内一致的点位移以使用来描述该几何。
三个额外位移“bubble ”函数，它在表面上的位移是0，且加在每一方向来修正成33×33的剪力矩阵，静态在转角接头则固定的减少成24×24的矩阵。
