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1、基础知识普及： 1)、什么是有限元分析： 英文：Finite Element。 有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。 它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。 有限元是将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。 它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。 这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。 由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。如果划分单元数目非常多而又合理，则所获得的结果就与实际情况相符合。 利用结构力的平衡条件和边界条件把各个单元按原来的结构重新连接起来，形成整体的有限元方程。 2）、有限元分析应用范围： 固体力学、流体力学、热传导、电磁学、声学、生物力学 求解的情况：杆、梁、板、壳、块体等各类单元构成的弹性（线性和非线性）、弹塑性或塑性问题（包括静力和动力问题）。能求解各类场分布问题（流体场、温度场、电磁场等的稳态和瞬态问题），水流管路、电路、润滑、噪声以及固体、流体、温度相互作用的问题。 3）、有限元方法浅析： 有限元分析，即有限元方法。中国著名数学家冯康（应用数学和计算数学家、中国现代计算数学研究的开拓者、独立创造了有限元方法，自然归化和自然边界元方法，开辟了辛几何和辛格式研究新领域，为组建和指导我国计算数学队伍做出了重大贡献）首次发现时称为基于变分原理的差分方法，是一种用于求解微分方程组或积分方程组数值解的数值技术。 这一解法基于完全消除微分方程，即将微分方程转化为代数方程组（稳定情形）;或将偏微分方程（组）改写为常微分方程（组）的逼近，这样可以用标准的数值技术（例如欧拉法，龙格－库塔法等）求解。 有限元方法的实质是将连续函数离散化形成一系列具有一定尺度的数据再加以计算。就是利用微积分的逐渐逼近原理进行计算。选取尺度越小，计算所得数据越精确，计算量成几何级数增大。 4）、有限元的思路： 有限元的基本思路就是把一个连续体转换为离散体，再把离散体回归为连续体的过程。 离散化的过程分为自然离散（桁架，如人字登高梯）和逼近离散（连续体，如阀门实体）。 A、离散化过程： 自然离散（桁架）如下图
实体模型 有限元模型 逼近离散（阀门实体）
实体模型 有限元模型 B、有限元分析过程： 分解过程 组装与求解过程
C、节点和单元：
D、常用单元的形状
E、一般问题的求解过程：
为了进行单元分析 为了对整体结构综合分析 F、单元分析： 单元分析是为了利用节点位移求解出节点力。
G、整体特征分析： 整体分析是将各个单元再拼凑起来以代替原来的连续体。
5）、有限元分析中常用的右手定律： 力偶：作用于同一刚体上的一对大小相等、方向相反、但不共线的一对平行力称为力偶。
力偶三要素：大小，转向，作用面。力偶在平面内的转向不同，其作用效应也不相同。 力臂：转动轴到力的作用线的垂直距离。 力矩：在物理学里，作用力使物体绕着转动轴或支点转动的趋向，称为力矩（torque）。
力和力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩。即：M=F*L式中M是力F对转动轴O的力矩，凡是使物体产生反时针方向转动效果的，定为正力矩，反之为负力矩。单位：在国际单位制中，力矩单位是牛顿*米，简称：牛*米，符号:N*m 力矩的效果：可以使物体转动，不转动或匀速转动.就为0否则不为0。 当一个物体在静态平衡时，净作用力是零，对任何一点的净力矩也是零。关于二维空间，平衡的要求是：x,y方向合力均为0，且合力矩为0。 力偶矩：力偶矩简称为“力偶的力矩”，亦称“力偶的转矩”。力偶是两个相等的平行力，它们的合力矩等于平行力中的一个力与平行力之间距离（称力偶臂）的乘积，称作“力偶矩”，力偶矩与转动轴的位置无关 大小相等,方向相反.不在同一作用线上的一对平行力称为“力偶”；力偶所在的平面称为“力偶作用面”；平行的两力的作用线间的距离称为“力偶臂”；平行力中的一个力与力偶臂的乘积称作“力偶矩”。 力偶矩的单位和力矩一样，常用“牛×米(千克×米方/秒方)”表示；力偶矩是矢量，其方向和组成力偶的两个力的方向间的关系，遵从右手螺旋法则。对于有固定轴的物体，在力偶的作用下，物体将绕固定轴转动；没有固定轴的物体，在力偶的作用下物体将绕通过质心的轴转动。 力对轴的矩是力对物体产生绕某一轴转动作用的物理量。它是代数量，其大小等于力在垂直于该轴的平面上的分力同此分力作用线到该轴垂直距离的乘积；其正负号用以区别力矩的不同转向，按右手螺旋定则确定：以右手四指沿分力方向，且掌心面向转轴而握拳，大拇指方向与该轴正向一致时取正号，反之则取负号使物体产生逆时针方向的转动，我们就记这个力的力矩为正，否则就记为负。
力偶矩方向分顺时针和逆时针，力偶将使物体形成哪种扭转趋势来确定方向的。 力偶是没有方向的，力偶矩有方向，力偶是一对大小相等、方向相反，但作用线不在同一直线上的两个力构成为力偶，是一个系统。
怎么判断力矩为零：1.力为零，2.力通过转动轴或点，力臂为零，所以力矩为零。适用于定轴转与定点转，3.力与转动轴平行，这个力不在你建的轴的垂直面内的转动情况，定点转动时依然有力矩。 力矩只是使旋转加速度加大或减小的因素，力矩为零就永远恒定角速度旋转下去。宇宙中大多数星体，所受力矩近似为零，所以转速很少改变。 6）、坐标轴： 上为Y、右为X、前为Z，相对为各自的负方向。
7）、截面特性等力学名词：
力学分析中Ix、Iy、Wx、Wy、ix、iy、Sx都代表什么意思: Ix、Iy表示图形对x轴、y轴的惯性矩也叫转动惯量、质量惯性矩简称惯矩，Wx、Wy表示图形对x轴、y轴的截面抵抗矩也叫截面模型量，Sx、Sy表示图形对x轴、y轴的面积矩也叫抵抗矩、静矩、静面矩，ix、iy表示回旋半径也叫惯性半径、截面回转半径。 惯性矩I(moment of inertia of an area)：是一个建筑几何量，通常被用作描述截面抵抗弯曲的性质，用来描述一个物体抵抗扭动，扭转的能力。是截面面积对某坐标轴距离的平方的乘积。 用惯性矩来表示杆件截面的抵抗外力特性，这是一种很科学的表述方法。 对于一个固定尺寸的截面，因为受力面积没有变化，怎么样来衡量由于力的作用方向和位置不一样，这个截面抵抗外力的能力大小，这就引进了用这个截面积所对应的形心轴上下面积的重心来乘以上下面积的重心距离的平方和这个物理量。 惯性矩的国际单位为(cm^4)。即面积二次矩，也称面积惯性矩。 俗称惯性力矩，易与力矩混淆。 惯性矩的数值恒大于零。
对Y轴的惯性矩： 截面对任意一对互相垂直轴的惯性矩之和，等于截面对该二轴交点的极惯性矩。
截面惯性矩是衡量截面抗弯能力的一个几何参数。 I=质量*垂直轴二次，通常以Ix、Iy、Iz表示，单位为 kg * cm^4。 结构构件惯性矩Ix：主要用来计算弯矩作用下绕X轴的截面抗弯刚度。 结构构件惯性矩Iy：主要用来计算弯矩作用下绕Y轴的截面抗弯刚度。 静矩S：又称面积矩、截面面积矩或静面矩。截面对某个轴的静矩等于截面内各微面积乘微面积至该轴的距离在整个截面上的积分。 是构件的一个重要的截面特性，是截面或截面上某一部分的面积乘以此面积的形心到整个截面的型心轴之间的距离得来的，是用来计算应力的。 静矩就是静力产生的矩。这里静力是什么呢？重力。把截面看成是均质等厚薄板，dA就相当于薄板在重力作用下的某一小块面积的重量。那x就是力臂。然后对整个面积求和，就是积分。
对Z、Y轴的静矩：
形心C的坐标 平面图形的面积A与其形心到某一坐标轴的距离的乘积称为平面图形对该轴的静矩。一般用S来表示。静距的量纲为长度的3次方，也就是L^3，单位为m^3。 S=（面积*面内轴一次）。 静矩是对一定的轴而言的，同一图形对不同坐标轴的静矩不同。静矩可能为正、为负或为零。 为什么对不同轴的静矩不一样，力臂不一样了呀！！！ 惯性矩是乘以距离的二次方,静矩是乘以距离的一次方，惯性矩和面积矩（静矩）是有区别的。 截面惯性矩I：I=截面面积*截面轴（面内轴）向长度的二次方。 截面各微元面积与各微元至截面某一指定轴线距离二次方乘积的积分Ix= y^2dF 。单位：m^4。
惯性矩平移公式： Iz=Ix+Ad^2 截面极惯性矩Ip: 是反映截面抗扭特性的一个量。截面对某个点的极惯性矩等于截面各微元面积与各微元至某一指定截面距离二次方乘积的积分。 计算轴在扭矩作用下的应力和变形时，常用到极惯性矩。 Ip= P↑2dF。Ip=面积*垂直轴二次。 截面对 o 点的极惯性矩为：Ip=∫Aρ^2dA
截面惯性矩和极惯性矩的关系：截面对任意一对互相垂直轴的惯性矩之和，等于截面对该二轴交点的极惯性矩Ip=Iy+Iz 主惯性矩：惯性积等于零的一对正交坐标轴称为主惯性轴。图形对于主惯性轴的惯性矩为主惯性矩也叫形心主惯性矩。 当一对主惯性轴的交点和截面的形心重合时，则这对轴为形心主惯性轴。图形对于形心主惯性轴的惯性矩为形心主惯性矩。 扭转惯性矩Ik： 惯性积（Iyz）：构件中各质点或质量单元的质量与其到两个相互垂直平面的距离之乘积的总和，是截面对于两个正交坐标轴的惯性积等于截面上各个微面积乘微面积到两个坐标轴的距离在整个截面上的积分。
惯性矩是判断是否有对称的中心轴可以去平衡掉转动惯量，找一个合适的轴或者点去让发动机更容易启动。 截面抵抗矩（W）：就是截面对其形心轴惯性矩与截面上最远点至形心轴距离的比值。主要用来计算弯矩作用下截面最外边的正应力。单位cm^3。 矩形截面抵抗矩W=bh^2/6 圆形截面的抵抗矩W=πd^3/32 圆环截面抵抗矩：W=π(D^4-d^4)/(32D)。 截面回转半径：回转半径是指物体微分质量假设的集中点到转动轴间的距离，它的大小等于转动惯量除截面总面积后再开平方。
回转半径又称惯性半径。任一截面对某轴的惯性矩除以该截面面积所得商的平方根值。 回转半径的大小与截面的形心轴有关。最小回转半径一般指非对称截面中（如不等边角钢），对两个形心轴的回转半径中的较小者。这在计算构件的长细比时，如构件的平面内和平面外计算长度相等时，它的长细比就要用最小回转半径计算。 面回转半径反应了截面面积对坐标轴的聚集程度，面积分布离坐标轴越远、，惯性矩大，其回转半径也越大，反之则小！在截面面积相等的情况下，回转半径大的截面其抗弯能力强。如工字钢、槽钢、钢管和一些空心构件要比同样截面面积的矩形实心构件的抗弯能力强就是这个道理。截面的回转半径一般用来验算构件稳定性能（如长细比）。 8）：力学名称名词： 工程力学：工程力学涉及众多的力学学科分支与广泛的工程技术领域，是一门理论性较强、与工程技术联系极为密切的技术基础学科，工程力学的定理、定律和结论广泛应用于各行各业的工程技术中，是解决工程实际问题的重要基础。其最基础的部分包括“静力学” 和“材料力学” 。 材料力学(mechanics of materials)：材料力学是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的极限。一般是机械工程和土木工程以及相关专业的大学生必须修读的课程，学习材料力学一般要求学生先修高等数学和理论力学。材料力学与理论力学、结构力学并称三大力学。材料力学的研究对象主要是棒状材料，如杆、梁、轴等。对于桁架结构的问题在结构力学中讨论，板壳结构的问题在弹性力学中讨论。 刚体：在任何力的作用下，体积和形状都不发生改变的物体叫做刚体(Rigid body)。 刚体是力学中的一个科学抽象概念，即理想模型。事实上任何物体受到外力，不可能不改变形状。实际物体都不是真正的刚体。若物体本身的变化不影响整个运动过程，为使被研究的问题简化，可将该物体当作刚体来处理而忽略物体的体积和形状，这样所得结果仍与实际情况相当符合。 力系：一些力作用于同一事物,这些力就称为一个力系了，当然一个力也可以称为力系，所有的力位于同一平面叫平面力系，作用于不同平面叫空间力系。广义的力系还包括弯矩在内，力系中所有力的合力为零,叫做平衡力系,否则就是不平衡的力系。通常遇到的力系有共点力系，平行力系，力偶等。 变形：变形是物体受外力作用而产生体积或形状的改变。 动量矩：动力学普遍定理之一，它给出质点系的动量矩与质点系受机械作用的冲量矩之间的关系。动量矩定理有微分形式和积分形式两种。 位移：表示物体(质点)的位置变化。 定义为：由初位置到末位置的有向线段。其大小与路径无关，方向由起点指向终点。它是一个有大小和方向的物理量，即矢量。 剪切：在一对相距很近，方向相反的横向外力作用下，构件的横截面沿外力方向发生的错动变形。 弯曲：弯曲，即不直。当杆件受到与杆轴线垂直的外力或在轴线平面内的力偶作用时，杆的轴线由原来的直线变成曲线，这种变形叫弯曲变形。 内力：在外力作用下，引起构件内部相互作用的力。内力与构件的强度、刚度、稳定性密切相关，所以研究构件的内力非常重要。 内力就是物体在受到外界因素作用下，如外力，温度改变，使物体内部各部分或质点的初始状态发生了变化，物体内部各相邻部分或质点就产生了相互作用力，这个力就是内力。 应力：物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。 强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。 强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。 刚度：刚度是指材料在受力时抵抗弹性变形的能力。是材料弹性变形难易程度的一个象征。材料的刚度通常用弹性模量E来衡量 。 静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度。动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度，即引起单位振幅所需的动态力。如果干扰力变化很慢（即干扰力的频率远小于结构的固有频率），动刚度与静刚度基本相同。干扰力变化极快（即干扰力的频率远大于结构的固有频率时），结构变形比较小，即动刚度比较大。当干扰力的频率与结构的固有频率相近时,有共振现象,此时动刚度最小，即最易变形，其动变形可达静载变形的几倍乃至十几倍。 硬度：硬度，物理学专业术语，材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。 硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）、划痕法（如莫氏硬度）、回跳法（如肖氏硬度）及显微硬度、高温硬度等多种方法。 硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。 早在1822年，Friedrich Mohs提出摩氏硬度计。按照他们的软硬程度分为十级： 1）滑石、2）石膏、3）方解石、4）萤石、5）磷灰石、6）正长石、7）石英、8）黄玉、9）刚玉、10）金刚石 简单记忆方法：滑 石 方、萤 磷 长、石英 、黄玉 刚、 金刚石。 各级之间硬度的差异不是均等的，等级之间只表示硬度的相对大小。 剪切模量（shear modulus of elasticity）：材料常数，是剪切应力与应变的比值。又称切变模量或刚性模量。材料的力学性能指标之一。是材料在剪切应力作用下，在弹性变形比例极限范围内，切应力与切应变的比值。它表征材料抵抗切应变的能力。模量大，则表示材料的刚性强。剪切模量的倒数称为剪切柔量，是单位剪切力作用下发生切应变的量度，可表示材料剪切变形的难易程度。 冲击韧度（impact toughness）：冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。一般用αk表示，单位为J/M。 应力集中：应力集中是指受力构件由于外界因素或自身因素几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。 应力集中是指接头局部区域的最大应力值比平均应力值高的现象。 为避免应力集中造成构件破坏，可采取消除尖角、改善构件外形、局部加强孔边以及提高材料表面光洁度等措施；另外还可对材料表面作喷丸、辊压、氧化等处理，以提高材料表面的疲劳强度。 泊松比：泊松比是材料横向应变与纵向应变的比值的绝对值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。 软木塞的泊松比约为0，钢材泊松比约为0.25；水由于不可压缩，泊松比为0.5。 弹性模量：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。弹性模量的单位是达因每平方厘米。 挠度：挠度是弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移； 刚度：刚度就是受外力作用的材料、构件或结构抵抗变形的能力，即力与位移的比值。材料的刚度由使其产生单位变形所需的外力值来量度。 对杆件结构而言，刚度是指在产生单位位移时所需要的力，一般为EI（E:材料的弹性 I:构件截面的惯性矩）。 9）、国内有限元发展里程： 中国有限元分析技术研究、开发和应用可以说是几起几落，走着一条十分艰难的发展之路。已故我国著名计算数学家冯康先生在50年代就提出了有限元方法的基本思想，几乎是和国外同步。 60年代中期我国也出现了一些学习有限元方法的单位和学者，但是由于计算机硬件条件的限制，更由于文化大革命等政治社会环境的影响，在相当长一段时期，我国限元分析技术的开发和应用完全停顿，和国外拉开了很大的差距； A、国外软件： 大型通用有限元商业软件： 有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司。 如ANSYS可以分析多学科的问题，例如：机械、电磁、热力学等；电机有限元分析软件NASTRAN等。 还有三维结构设计方面的UG,CATIA,Proe等都是比较强大的。 结构分析能力排名：ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS。 流体分析能力排名： ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS。 耦合分析能力排名： ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS。 性价比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC。 当然现在好多3D设计软件也自带有限元分析系统的，比如在机械行业相当有名望的SolidWorks软件，即做三维设计还能做三维力学有限元分析还能出效果图出施工图，是个很方便实用的软件。以前我用它设计过超大型广告牌体，一起喝成。 B、国内软件： 国产有限元软件：FEPG,SciFEA,JiFEX,KMAS等 C、建筑软件： PKPM: 如果是学建筑结构的，建议先学会PKPM-satwe有限元分析，毕竟PKPM是中国最权威的，中国建筑设计研究院的PKPM软件在建筑领域具有广泛的应。 中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所是我国建筑行业计算机技术开发应用的最早单位之一，主要研发领域集中在建筑设计CAD软件，绿色建筑和节能设计软件，工程造价分析软件，施工技术和施工项目管理系统，图形支撑平台，企业和项目信息化管理系统等方面，并创造了PKPM、ABD等知名全国的软件品牌。 PKPM没有明确的中文名称，一般就直接读PKPM的英文字母。 命名是这样的：最早这个软件只有两个模块，PK（排架框架设计）、PMCAD（平面辅助设计），因此合称PKPM。现在这两个模块依然还在，功能大大加强，更加入了大量功能更强大的模块，但是软件名称却不改了还是PKPM。 PKPM是一个系列，除了 建筑、结构、设备（给排水、采暖、通风空调、电气）设计于一体的集成化CAD系统以外，目前PKPM还有建筑概预算系列（钢筋计算、工程量计算、工程计价）、施工系列软件（投标系列、安全计算系列、施工技术系列）、施工企业信息化（目前全国很多特级资质的企业都在用PKPM的信息化系统） 3D3S: 3D3S钢结构—空间结构设计软件是同济大学独立开发的CAD软件系列，同济大学拥有自主知识产权。 该软件在钢结构和空间结构设计领域具有独创性，填补了国内该类结构工具软件的一个空白。 3D3S软件可提供以下四个系统：3D3S钢与空间结构设计系统、3D3S钢结构实体建造及绘图系统、3D3S钢与空间结构非线性计算与分析系统、3D3S辅助结构设计及绘图系统 。 3D3S钢与空间结构设计系统包括轻型门式刚架、多高层建筑结构、网架与网壳结构、钢管桁架结构、建筑索膜结构、塔架结构及幕墙结构的设计与绘图，均可直接生成Word文档计算书和AutoCAD设计及施工图。 PKPM和3D3S比较： 3d3s和PKPM哪个好用？ PKPM是个超级大型建筑设计软件,而3D3S只是个钢结构专业设计软件。 3D3S利用CAD平台建模，相对容易点，但是功能相对弱很多：首先是没有标准H型钢截面，对于国标H型钢截面只能手工输入；计算时间太长，PKPM计算一个十几层楼的大型结构也只不过1分多钟，而3D3S计算这样的结构时间是个未知数；3D3S不能模拟墙和板单元，无法考虑由于墙和板引起的结构刚度增加；3D3S不能对端部没有连接和约束的杆件计算；3D3S不能对除H型工型杆件外的杆件进行详细的节点设计；3D3S经常会出现节点有误的信息而没有提示，让人摸不着头脑。 PKPM是个很成熟的大型软件，计算功能很强大，但是它利用自己的平台建模，操作很麻烦，学习起来有些难度。 我个感的做钢结构设计，尤其是网架类异性钢结构设计，3D3S是绝对占上峰的。 SAP2000： 国外建筑结构分析软件 SAP2000是通用的结构分析设计软件，适用范围很广，主要适用于模型比较复杂的结构，如桥梁，体育场，大坝，海洋平台，工业建筑，发电站，输电塔，网架等结构形式，当然高层等民用建筑也能很方便的用SAP建模、分析和设计。 SAP2000界面简洁、使用方便、应用广泛。 ANSYS： ANSYS比较全面，模块多，在中国用的较普遍，学习起来比较容易。 ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。 软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。 由于ANSYS是通用有限元分析软件，其应用范围实在是太广泛了，有好多功能对于做建筑设计的来说是用不上当。 前面说的有限元软件都是比较专业的有限元分析计算软件，这些软件计算形式基本是只出结果不出结论，设计的合不合格和验证结论要由设计者根据计算数据再按照国家规范或设计要求来自己总结。 专业有限元分析软件的使用要具有一定的力学专业知识，要会分析基本的受力模式并画出受力模型，并在软件中应用，最终导出计算数据。 不会基本的工程力学知识你是摸不到头脑和掌握不了软件的基本数据的添加和选用的，很有可能最终出现计算错误并而导致重大设计隐患，产生不可预计的安全问题，这方面是要谨慎注意的。 10）、建筑设计名词定义： A、钢材：普通碳素钢Q235和低合金钢Q345（也称16Mn）。 Q代表钢材的屈服强度，235代表屈服点（不小于）235N/mm^2。 钢材的主要机械性能：屈服强度（ƒy）、抗拉强度（ƒu）、伸长率（δ）、冷弯性能、冲击韧性、化学成分。 屈服强度（ƒy）： 是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。 对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。 大于此极限的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复，小于这个的，零件还会恢复原来的样子。 屈服强度=用拉伸试验读取的下屈服点力值（N），除以试件截面面积（㎜²），所得即屈服强度。单位 N/㎜² 钢材拉伸至断裂要经过四个阶段：1比例阶段、2屈服阶段、3强化阶段、4颈缩阶段。 在比例阶段：应力应变成正比； 屈服阶段：由于金属晶粒产生滑移而暂时失去抵抗破坏的能力； 强化阶段：晶粒滑移完成，材料又恢复抵抗破坏的能力； 颈缩阶段：材料完全失去抵抗破坏的能力。 抗拉强度（ƒu）： 抗拉强度即表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有（或很小）均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。符号为Rm。 抗拉强度就是试样拉断前承受的最大标称拉应力。 抗拉强度=拉伸试验断裂前的最大力(N)/拉伸试样的原始面积(mm2)。抗拉强度单位是 mpa/mm2。 它是反映钢材质量的主要指标，与钢材的疲劳强度有密切关系。 伸长率（δ）： 金属材料受外力（拉力）作用断裂时，试棒伸长的长度与原来长度的百分比。 伸长率越大，且弹性恢复率越大，表明密封材料的变形适应性越好。 承重结构钢材无论在静力荷载或动力荷载作用下，以及在加工制作过程中，除要求具有一定的强度外，还要求有足够的伸长率。 冷弯性能：冷弯性能是衡量钢材塑性性能的指标。 钢结构在加工制造和安装过程中进行冷加工，尤其对焊接结构焊接后变形的调直，都需要钢材具有好的冷弯性能，用于承重结构的薄壁型钢应有良好的冷弯性能保证。 冲击韧性：是衡量抵抗脆性破坏的一个指标。 直接承重动力荷载以及重要的受力或受弯焊接的钢结构，为了防止钢材的脆性破坏，应具有常温冲击韧性的保证，在某些低温情况下尚应具有负温冲击韧性的保证。 B、焊接：对Q235钢宜选用E43xx型焊条，对Q345钢宜选用E50xx型焊条。 C、螺栓：普通螺栓可采用符合现行国家标准《碳素结构钢》规定的Q235-A级钢制成，并应符合现行国家标准《六角头螺栓-C级》和《六角头螺栓-A级和B级》的规定。 高强度螺栓可采用45号钢、40Cr、40B或20MnTiB制作并应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈于技术条件》或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接》的规定。 D、建筑极限状态： 承载能力极限状态：当结构或构件达到最大承载力，疲劳破坏或达到不适合继续承载的变形状态时，该结构或构件即达到承载能力极限状态。 正常使用极限状态：当结构或构件达到正常使用的某项规定限值的状态时，该结构或构件即达到正常使用极限状态。 设计时通常按承载能力极限状态设计结构或构件以保证安全，再按正常使用极限状态进行校核以保证适应性。 E、荷载： 荷载是使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。 引起结构失去平衡或破坏外部作用主要有:直接施加在结构上的各种力,习惯上称为荷载。 习惯上指施加在工程结构上使工程结构或构件产生效应的各种直接作用，常见的有：结构自重、楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、车辆荷载、吊车荷载、设备动力荷载以及风、雪、裹冰、波浪等自然荷载。 荷载主要均布荷载、集中荷载、线荷载。 集中荷载：集中荷载，是指反正作用在一个点上的荷载称之为集中荷载，其单位为千牛顿。比如构造柱布置在梁上那么这一点的荷载就叫做集中荷载。 点荷载是集中荷载，是线荷载乘以作用的长度，单位一般为KN 均布荷载（分散荷载）：连续作用在构件表面的较大面积上，不能看成集中荷载，且任意两个荷载的大小方向均相同的荷载称为均布荷载。例如墙的自重。 均布荷载：也称面荷载，容重乘以厚度，单位一般为KN/M^2。 线荷载：建筑物的楼面或层面上的各种面荷载传到梁上或条形基础上时可简化为单位长度上的分布荷载称为线荷载。 面荷载乘以长度，单位为KN/M。 可以按以下方式理解：容重是按立方计算，比如单位是kN/m3（千牛每立方），乘以厚度或长度（单位米），约掉分母中的一个m变成kN/m2（千牛每平方）这是面荷载；再乘以面荷载作用的长度（单位米），约掉分母中的一个m变成kN/m（千牛每米）这是线荷载；再乘以线荷载作用的长度（单位米），约掉分母中的一个m变成kN（千牛）这是集中荷载 （1）、作用于屋面的结构上的荷载：永久荷载、可变荷载、偶然荷载。 永久荷载：包括屋面、屋架和天窗等结构重量，以及作用于屋架节点上的设备、管道重量等。 其值不随时间变化；或者其变化与平均值相比不可忽略的荷载。 例如结构自重、土压力、预应力 基础沉降，混凝土收缩，焊接变形等。 恒载也称永久荷载，是施加在工程结构上不变的（或其变化与平均值相比可以忽略不计的）荷载。 如结构自重、外加永久性的承重、非承重结构构件和建筑装饰构件的重量、土压力等。 因为恒载在整个使用期内总是持续地施加在结构上，所以设计结构时，必须考虑它的长期效应。 结构自重，一般根据结构的几何尺寸和材料容重的标准值（也称名义值）确定。 房屋是由基础、墙（柱）、梁、板这样一些较重的结构构件组成。 它们首先要承受自身重量，这就是恒载。 除此之外，地面、屋面、顶棚、墙面上的抹灰层和门窗都是荷载。 可变荷载：包括屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载、吊车荷载等。 可变荷载（活载荷），在设计基准期间内，其值随时间变化，且变化值和平均值相比不可忽略的荷载。 例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。 活荷载也称可变荷载，是施加在结构上的由人群、物料和交通工具引起的使用或占用荷载和自然产生的自然荷载。 如工业建筑楼面活荷载、民用建筑楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、车辆荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、裹冰荷载、波浪荷载等均是。 偶然荷载：地震作用和其它意外事故产生的荷载。 偶然荷载（特殊载荷或偶然作用），在设计基准期可能出现也可能不出现，一旦出现，其值很大且持续时间较短。 例如爆炸力、撞击力，地震，台风雪崩等。 自重是指材料自身重量产生的荷载（重力）。 荷载的作用方向： 1.垂直载荷 如结构自重，雪载荷等 2.水平载荷 如风载荷，水平地震作用等。 由于直接作用或者间接作用于结构上，在结构内部产生内力（如轴力，弯矩，剪力，扭矩等）和变形（如转角，裂缝），被称作为“结构效应”，也就是我们说的作用。 当作用为直接作用时，其效应也称之为“荷载效应”，也即是所说的荷载。 （2）、屋面均匀活荷载： 不上人屋面：当采用轻钢屋面的轻型屋面时，屋面均布活荷载标准值为0.3KN/M^2，验算屋面板及檩条时取0.5KN/M^2，验算屋架、钢架等承重结构时取0.3KN/M^2。 上人屋面：按使用要求确定，但不小于1.5KN/M^2。 （3）、施工或检修荷载：设计屋面和檩条时应考虑施工或检修集中荷载，其值按照1.0-1.5KN/M^2。 （4）、雪荷载、积灰荷载、风荷载：按照现行国家规范《建筑结构荷载规范》的规定采用。 （5）、吊车荷载：吊车荷载按《建筑结构荷载规范》的规定计算，作用于屋架的悬挂吊车的竖向荷载应乘以动力系数的1.1。 E、设计指标：钢材强度设计值、焊缝连接强度设计值、螺栓连接设计值、电阻电焊抗剪承载设计值、强度设计值折减系数。 F、变形规定：挠度、位移。 11）、建筑设计等级： A、建筑物的分类与等级建筑可按不同的方式进行分类： 1、按使用性质分为三大类：工业建筑、农业建筑、民用建筑。 2、按主要承重结构的材料分为五大类：生土—木结构、砖木结构、砖混结构、钢筋混凝土结构、钢结构。 3、按建筑结构的承重方式分为四大类：墙承重式、骨架承重式、内骨架承重式、空间结构承重式。 4、民用建筑按层数分五类：a、低层建筑：主要指1~3层的住宅建筑。b、中层建筑：主要指4~6层的住宅建筑。c、中高层建筑：主要指7~9层的住宅建筑。d、高层建筑：主要指10至30层的住宅建筑或总高度超过24米的公共建筑及综合性建筑（不包括高度超过24米的单层主体建筑）。e、超高层建筑：高度超过100米的建筑。 B、民用建筑等级划分： 建筑物的等级是从重要性、防火、耐久年限等不同角度划分的建筑物级别。 1、民用建筑可按以下方式划分等级： 按重要性分为五等： a、特等：具有重大纪念性、历史性、国际性和国家级的种类建筑。 b、甲等：高级居住建筑和公共建筑。 c、乙等：中级居住建筑和公共建筑。 d、丙等：一般居住建筑和公共建筑。 2、按防火性能分四级：建筑物的耐火等级分为四级。 耐火等级标准是依据房屋主要构件的燃烧性能和耐火极限确定的。 建筑消防方面的等级，既不是消防等级，也不叫防火等级，而应叫做耐火等级。 耐火等级的确定以墙、柱、梁、楼板、楼梯、屋顶承重构件及吊顶的耐火极限为依据，一般情况下，楼板的耐火等级是确定建筑耐火等级的主要依据。 一级耐火等级建筑是钢筋混凝土结构或砖墙与钢混凝土结构组成的混合结构； 二级耐火等级建筑是钢结构屋架、钢筋混凝土柱或砖墙组成的混合结构； 三级耐火等级建筑物是木屋顶和砖墙组成的砖木结构； 四级耐火等级是木屋顶、难燃烧体墙壁组成的可燃结构。 防火等级主要是说建筑保温材料，分为A级不燃型，B1级难燃型，B2级可燃型，也称阻燃型，B3级易燃型。 耐火等级一般都是按耐烧时间算的。例如防火门：甲级1.2h，乙级0.9h，丙级0.6h。这时按小时划分的。 耐火等级：是衡量建筑物耐火程度的指标，它是由组成建筑物构件的燃烧性能和耐火极限的最低值所决定。 按耐火等级划分为四级，一级的耐火性能最好，四级最差。 应根据建筑物的火灾危险性和重要性，合理确定建筑的耐火等级。 各种建筑由于其使用功能和重要性的不同，火灾危险性存在差异，我们设计时要根据业主提供的建筑要求，根据《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》，确定建筑物的火灾危险性，再根据火灾危险性，确定建筑的耐火等级，比如一个60米高的综合楼，根据《高规》其属于一类高层建筑，它的耐火等级应为一级，其梁、柱、屋顶承重构件的耐火极限应分别不低于2小时、3小时、1.5小时，如果我们在设计时没有正确核定耐火等级，确定的耐火等级过高或过低，都会造成我们设计失误，过高造成浪费，过低则造成不安全。 3、按耐久年限分四级：a、一级耐久年限，100年以上，适用于重要的建筑和高层建筑。b、二级耐久年限，50~100年，适用于一般性建筑。c、三级耐久年限，25~50年，适用于次要的建筑。d、四级耐久年限，15年以下，适用于临时性建筑。 C、建筑防水等级： 屋面防水等级分为Ⅰ~ Ⅳ。《屋面工程质量验收规范》(GB 50207-2002) Ⅰ级设防的是指特别重要，对防水有特殊要求的工程，要求合理使用年限25年。 Ⅱ级设防是大部分，为重要的建筑和高层建筑，15年。 Ⅲ级指一般建筑，10年。 Ⅳ级为临时永久建筑，五年。 设计人员在进行防水设计时，要根据建筑物的性质、重要程度、使用功能要求等来确定防水等级，然后根据防水等级、防水层耐用年限来选用防水材料和进行构造设计。 最新的屋面工程技术规范2012，屋面防水只分一级和二级了，3.0.5条规范：一级是重要建筑和高层建筑，要求两道防水设防；二级是一般建筑，要求一道防水设防。 D、建筑防雷等级： 建筑防雷有三级。防雷等级是针对建筑物内部的电源系统的（一级 二级 三级），按照级别层层泻放过流，方能保护到位。 建筑物防雷的分类：GB50057-2000建筑物防雷设计规范。 一级防雷的建筑物：高度超过100m的建筑物。 二级防雷的建筑物 ：19层及以上的住宅建筑和高度超过50m的其他民用建筑物。 三级防雷的建筑物：当年计算雷击次数大于或等于0.05时、或通过调查确认需要防雷的建筑物。建筑群中最高或位于建筑群边缘高度超过20m的建筑物。 历史上雷害事故严重地区或雷害事故较多地区的较重要建筑物。 在确定建筑物防雷分级时，除按上述规定外，在雷电活动频繁地区或强雷区可适当提高建筑物的防雷等级。 E、建筑抗震等级： 现浇混凝土结构的抗震等级，是根据房屋所在地区的设防烈度、结构型式、结构高度来划分，共分一、二、三、四个等级，以表示其很严重、严重、较严重及一般的四个级别。GB50011-2010《建筑抗震设计规范》。 建筑结构应根据其使用功能的重要性分为甲、乙、丙、丁类四个抗震设防类别。 防烈度和抗震等级是两个概念，图纸总说明上应该注明抗震等级的。 对上面的说明不确定的最直接的办法是看设计院的建筑设计说明！ 上面讲了好多的有限元定义和力学模型分析，好烦呀！有没有傻瓜类的有限元分析软件呢？有！ 目前市场常见的就是百科有限元分析软件，和豪沃克幕墙软件自带的有限元分析计算组件。 这个两个软件的有限元分析计算系统都是模型组合形式的，即例举了常见的多种钢结构组合类型，在此类型的基础上更改一些参数来计算出主要的数据，并给出计算书。 这样的计算不能算是完整或者正确的有限元软件，但是在使用时这种软件快捷方便，对不十分熟悉工程力学的人员到不失为一种好的计算和校验方式。这种校验方式只能作为设计参考，是否能作为设计依据要慎重对待。 |
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