程序给出了三种建模方式：1、快速建模；2、交互网格线建模；3、直接导入dxf网格。

图1 快速建模

快速建模功能可支持梯形和三角形屋架，以及平行弦托架。快速建模方式比较简单快捷，可以直接通过参数方式快速生成桁架网格。但是参数建模的缺点也很明显：一是结构样式有限，只能快速生成给定的三种桁架样式；二是形式无法扩展，比如梯形屋架如果想采用交叉腹杆的方式就无法实现了。所以此时就需要通过交互绘制轴线的方式来建立桁架模型了。

图2 桁架快速建模

交互功能提供了多种网格的操作，可以方便的建立起不太复杂的桁架结构或者实现对已有网格的修改。这里需要注意一下，对于交叉的腹杆形式，如果不需要中间的交叉节点，可以在网格线建立后，通过取消节点的功能取消中间的交叉节点。

图3 交互建模功能

当然考虑到有些桁架模型比较复杂，用交互的方式会有一定困难，程序还提供了导入DXF网格的功能，可以直接将建筑模型导入生成网格线。为了保证轴网的正确性，建议导入前将图形比例修改为1：1，并且不要使用弧线或者多义线（pline）。

要了解这个问题，首先要从桁架本身的特点说起。

桁架中的杆件属于轴心受力构件，所以其杆件的变形也基本为轴向变形。考虑到桁架本身的高宽比，主要的变形都是出现在桁架的跨度方向。所以当桁架的跨度增大以后，这种变形的累积也就会随之增大。如果这种变形的累积得不到释放的话，就会在杆件的端部形成一个反向的作用力。（这会和我们平时对桁架的理解会有所不同，因为我们将桁架作为一个静定结构来对待的时候，都是忽略其变形的）

当桁架跨度变大水平向推力也随之变大时，对桁架的支座来说，这是非常危险的（比如混凝土柱就会造成柱头被剪坏），所以一般厂房都会做成能释放水平变形的滑动支座。而程序中自动生成的短柱的作用正是模拟水平变形释放的滑动支座，当然前提是两个短柱的两端必须设置成两端铰接。

如果我们忽略这种设定，而是直接将桁架端部的短柱取消，设置上固定约束，那么计算结果对模型来说反倒会不安全。

以下简单的对比两个桁架模型，一个采用两端铰接的短柱，一个采用底部刚接的短柱。短柱截面选取为刚性杆，模拟后一种直接固定约束的效果。

图4 支座杆两端铰接

图5 支座杆底部刚接

从恒载的轴力图上可以发现，采用两端铰接的支座杆来模拟滑动支座时，桁架轴向变形大，所以跨中的轴力也相对较大，下弦杆达到了65.3kN。而采用刚性支座时，桁架轴向变形受到了约束，此时轴力也相对较小，跨中只有31kN。值得注意的是，在采用刚性支座的模型中，由于支座的强约束，与支座的相连的下弦杆变形得不到释放，相反在跨中杆件的挤压下，出现了轴压力，这是出乎我们意料的。

杆端水平变形约束释放，程序采用的两端铰接杆来模拟，考虑到两端铰接杆形成一个可变体系，确实可以使水平变形释放掉。但是，这样处理也会带来另外一个问题，可变体系就是机构了，那么对计算不会产生任何影响吗?实际程序在处理铰接节点时，并不是完全力学意义上的弯矩完全释放的铰接，而是存在一个极小的转动刚度，正是由于这个极小的转动刚度的存在，使得结构的变形不会趋于无穷大，程序计算不会出错（当然该值极小，只有在出现极大变形时才能觉察到该值的存在）。当然，从合理性角度来看，这么处理显然是有些不自然的，所以更加合理的处理方法是采用程序提供的滑动支座的功能。

图6 程序提供的滑动支座形式

比如上面的模型，就可以采用一端设置滑动支座的方式来模拟端部变形释放的情况。注意采用这种方式来模拟支座时，支座柱的柱底需要设置为刚接，且柱顶需要设置为铰接（滑动支座只是位移释放，转动释放需要通过铰接来实现）。注意不能将两侧的支座杆顶都加上滑动支座，否则就是机构，导致计算异常。

表1 支座的布置方式比较

当然，滑动支座能够释放桁架的水平变形，减小的柱顶的推力，但同时也会带来副作用：由于屋面横梁的水平变形被释放，也就无法再传递纵向的水平力，此时柱顶的位移就有可能会增大：

荷载规范中的风荷载体型系数对水平风是迎风0.8，背风0.5，此时两个柱共同承担的情况下，每个柱分担的风荷载系数为（0.8+0.5）/2=0.65；但是如果不考虑两柱共同承担，那么对于单独一个柱的最大风荷载系数就是0.8。直观对比系数就可以发现，变形释放后，风荷载作用下柱顶位移会有所增加。

两种构件的区别，可以从下面两个方面来说明：

1) 构件验算方法

当按柱构件验算时，程序按钢结构规范5.2.1和5.2.5条，按压弯构件验算强度以及面内面外的屈曲稳定。而对梁构件，则是按钢结构规范4.2.1和4.2.3条，按纯弯构件验算强度和稳定。由公式可见，此时只考虑弯矩。

两者构件验算内力的取值方法也有所不同。柱构件验算内力取柱两端的内力（强度计算时上下端分别计算，稳定计算取上下端最大弯矩和轴力），而梁则是取13个断面的包络内力。

在控制指标上，柱构件除了需要控制局部稳定以外，还需要控制构件的长细比；而梁构件则只需要控制局部稳定就可以。

2) 内力考虑方法

这里我们通过一个表格来对比两种构件的在相同荷载情况下的不同验算结果。

表2 不同构件类型的内力图

从上面的对比表格可以看到，虽然两个模型的结构简图是一样的，但是由于在内力处理上的不同，导致了两种构件在内力图上的差异。

对于柱构件，程序在求得其两端的内力后，不再进行处理，弯矩和剪力图只是简单的两端连线；而对于梁构件，在求得其两端内力之后，还需要再反算跨中的11个断面的内力，最后连接13个点的内力，获得内力图。所以在弯矩图上，梁的弯矩图很好的表达了构件的弯矩变化，而柱的弯矩图则显然不合理；而像剪力图，柱的图形显然趋势不正确，而梁的图形虽然表达了剪力的趋势，但是由于中点只有一个点来表达剪力值，所以没法完美的表达剪力在该点的突变。

所以，可以得出这样的结论：对于柱构件来说，如果控制内力出现在构件两端，那么设计结果是正确的；但是如果控制内力出现在柱间，那么就需要进行一定的处理才能保证设计结果的正确。对于梁构件，由于是包络设计，也就不存在柱控制内力所在位置的问题，但是由于本身在验算时不考虑轴力，所以对于有较大轴力的情况，就要考虑是否需要按柱构件来输入计算。

传统的计算模型习惯于将桁架弦杆和腹杆杆端约束设为铰接，此时结构为静定体系，方便手算。实际桁架节点处采用节点板连接，这种连接形式无法完全释放节点的转动变形，尤其是连接的杆件较多时，这种转动约束效果会更强，所以更接近于半刚接。但是由于输入的杆件截面模量比较小（角钢或槽钢），变形导致的节点次弯矩也较小，所以按铰接计算时，差别不是太大。

如果需要考虑次弯矩的影响，可以按固接输入。铰接只是输入习惯问题，使用计算机设计时，完全可以都按固接处理（支座杆除外）。

钢结构规范中8.4.5条提到：“分析桁架杆件内力时，可将节点视为铰接。对用节点板连接的桁架，当杆件为H型、箱型等刚度较大的截面，且在桁架平面内的杆件截面高度与其几何长度（节点中心间的距离）之比大于1/10（对弦杆）或大于1/15（对腹杆）时，应考虑节点刚性所引起的次弯矩”，这条的主要出发点就是截面的线刚度越大，引起的节点次弯矩就越大。所以对于刚度较大的截面（工型、箱型）就不能简单的设置为端部铰接而忽略其节点弯矩了。

下面是一个鱼腹型桁架，上弦采用工字形截面，对比桁架节点全部设置成铰接和上弦杆保持刚接连续两种情况：

表3 次弯矩对构件的影响

对比模型可以发现，当上弦截面刚度较大时，即使节点产生较小的转角，也会形成较大的次弯矩（表3第二项图中蓝色部分）。此时如果弦杆端部依然采用铰接方式的话，就会丢失杆端的弯矩项。考虑到桁架杆件一般为压弯杆件，如果丢失弯矩项，就会对结构的安全产生隐患。如果我们看实际的桁架施工图也不难发现，当上下弦杆为工型、箱型或其他组合截面时，弦杆都是需要保持刚接连续的，也就是说，考虑这种截面的次弯矩是和实际也是相一致的。

所以，一般我们建议，如果无法确定节点处次弯矩的影响情况的话，那么可以偏安全的按刚接来处理。因为如果杆件本身线刚度比较小的话，考虑刚接所产生的次弯矩也会小到可以忽略；而对于线刚度大的构件，只有按刚接考虑时，才能保证构件验算的正确性。

桁架上的荷载，无外乎恒载、活载以及风荷载。对于不同的荷载类型，加载的方式也是不同的。恒载、活载属于重力荷载，即其荷载的作用方向应该是沿重力方向铅锤向下的；而风荷载属于流体荷载，其荷载的作用方向则是垂直于构件表面的。从程序中的荷载图示上也能看到两者的区别。

表4 不同形式的杆上均布荷载

荷载的加载方式有线荷载和点荷载两种。桁架杆件按柱构件输入且设置为两端铰接时，此时对构件承载力验算起控制的内力只有轴力。考虑到程序对于柱构件实际只考虑两端的内力，故线荷载方式最后等效到构件两端，实际等效于两端节点力的效果。所以按线荷载输入时，和直接按杆上荷载总量分摊到两端的节点荷载效果实际是相等的。当然了，这里建议按线荷载输入是考虑到线荷载输入会更加方便，实际桁架杆件一般不会直接承受屋面荷载。

如果杆间确实有较大线荷载且直接作用在桁架杆件上，如果需要考虑弦杆跨中的弯矩，则可以在跨中增加节点。此时相当于在跨中增加了一个内力计算点和一个验算断面。虽然最后获得弯矩图并不太完美，但是跨中的弯矩是能正确获得的，同时增加了验算断面后，跨中的断面就可以按压弯（拉弯）正确计算了。同样道理，对于柱中间出现集中荷载的情况，也可以采用增加柱中节点，然后增加节点荷载的方法。以这种方法加载可以从内力上体现出该处的内力突变，而如果采用程序内置的柱间荷载的方法，程序只是将该柱间荷载按照杆两端的约束情况等效到构件两端，而无法真实反映出该处的实际内力变化。

下面的对比可以进一步加深对两种荷载加载方式区别的认识。

表5 节点荷载和柱间荷载比较

上面的对比可以发现，虽然两种加荷方式的简图是一样的（这也确实能够蒙蔽一些人），但是最后的效果确实完全不同，其中原理就如上面所说。所以在使用柱间荷载时，一定要慎重！

默认情况下，程序的计算长度系数都为-1，即由程序自动确定（程序识别小于0的长度系数定义为自动确定，实际并不存在小于0的长度系数）。程序自动确定的原则由“参数输入”-“总信息参数”-“钢柱计算长度系数方法”控制（注意该项只有选择验算规范为钢结构设计规范时才可用），桁架可按无侧移控制（按钢结构规范附录D,对无侧移形式，当两端都为铰接时，k1=k2=0。此时从表上查到的计算长度系数即为1.0）。

图9 程序计算长度方法确定

考虑到连接杆件较多的节点板的约束作用，实际的腹杆平面内的计算长度都会小于其实际长度，按钢结构规范表5.3.1，腹杆的平面内计算长度系数可以取0.8（非支座相连杆件）。实际从表5.3.1可以发现，计算长度最大的情况也不应大于其几何长度，即1.0的长度系数。所以可以偏安全的人为设置面内计算长度为1.0。

图10 钢结构规范表5.3.1

而构件的面外计算长度，考虑到节点板平面外基本没有刚度，腹杆平面外的计算长度可按构件的几何长度来取。而对于上下弦杆，则应考虑其面外的约束条件，一般可以按面外的支撑点间距来设置面外计算长度。面外支撑点可以是水平支撑，也可以是垂直支撑。

图11 桁架屋面的支撑系统

桁架杆件一般都是二力杆，所以相对控制条件比较简单。只有轴力和长细比两个变量，相对比较简单，也更容易进行优选。

程序支持对桁架体系的优化，在优化参数中可选择结构类型为“桁架”，具体控制参数可根据具体规范要求来进行设置，比如像节点最大位移，可以根据钢结构规范附录A中“主梁和桁架”要求的1/400反算出跨中的最大竖向位移。再如像强度和稳定的应力比上限，可以根据实际的施工、材料以及结构的复杂程度适当调整。

图12 优化控制

构件的优化并不是单纯的将每个截面都改为符合要求的最小截面，还需要考虑构件的连续性和区域性。所以程序中提供了分组的功能，通过指定不同的分组，来实现构件截面的连续性。比如上弦、下弦和腹杆可以分别指定分组，此时进行优化后，就能保证所有的上弦杆件是一个截面，下弦和腹杆同理。

图13 桁架上弦、下弦、腹杆分组

指定完构件分组以后，可以进行优化范围来判断构件能否优化以及优化的范围或者序列。点击优化范围以后，程序就会给出能进行自动优化的截面，对于不能自动优化的构件，则是会用暗灰色显示。当然，对于型钢截面，程序会自动按当前同类型的型钢来进行序列优化。如果不希望自动按当前的型钢库的完全序列进行优化的话，可以人为指定优化序列。此时程序就按照给定序列中截面进行优化分析。

图14 指定优化序列

完成以上几个步骤以后，就可以进行优化计算了。优化计算一般迭代步数会在100步以下，如果优化步数过多，程序也会有提示。一般超过300步以后，实际已经无法正确获得优化结果了，建议按照程序提示，停止优化计算。

优化完毕后，程序会显示优化以后的结果，包括截面信息、优化后的应力比、超限信息。这里要注意一下，一般在双控的前提下，桁架杆件都是由长细比控制的，所以很容易出现应力比很小但是已经无法进一步优化的情况（长细比控制）。

如果对优化的结果满意，则可以点取导出功能，按程序提示覆盖现有的截面和截面布置信息。

一般屋架与下部结构连接有两种方式，即上承式和下承式；而当采用下承式时，屋架支座可以设置为铰接约束位移或者是铰接释放位移。单独抽取屋架计算实际只适合于下承式屋架且支座铰接位移释放的情况。而其他情况下，屋架对下部结构产生的推力以及下部结构对上部桁架的弹性约束都是不容忽视的。

这里可以对比两个模型，一个模拟真实的支座约束，即直接按实际的柱长建模；另一个则是模拟按非实际情况建模，柱只按照程序默认的快速建模的长度生成。

表6 不同支座高度的内力和变形对比

对比可以发现随着柱的长度减小，桁架对柱的推力效果就越大，差不多达到了反比的效果。与此同时，支座对桁架的约束也会进一步增加，减小支座的位移，同时减小重力荷载下弦杆的轴力。

由此我们可以得出结论，在下部结构对屋架有约束的条件下，如果采用完全变形约束的支座条件，可能会导致桁架杆件尤其是弦杆内力偏小，导致结构计算不安全；只有充分考虑下部结构条件时，才能正确得到桁架杆件的实际变形和内力。

所以，我们强烈建议，应该将下部结构和上部屋架体系一同计算分析，如果实在无法实现共同分析，也应该适当考虑下部结构的约束刚度。带弹簧刚度的支座，可以在程序中输入。程序可以方便的导入悬臂柱和简支梁刚度，只需要输入柱或梁截面以及构件的长度，程序就能自动导入刚度了。真实考虑了下部结构的刚度后，和带下部构件一起计算的效果是一样的。

下面简单介绍一下简支梁刚度和悬臂柱刚度两种支座方式在程序中的解决方法。

最常见的无法在建模中真实输入下部结构的情况就是抽柱后托梁的情况了，程序中可以用如下的方法实现托梁刚度的导入。

a、 首先，在存在托梁的位置增加支座

b、 支座属性中可设置为竖向约束、水平自由。并选择竖向约束为弹性约束。点击导入托梁刚度

图15-1

c、 设置托梁信息

图15-2

d、 自动计算并导入托梁刚度

图15-3

如果需要导入悬臂柱刚度，则需要通过单独建模计算的方式来获得。

a、 按实际的柱截面和高度建立悬壁柱PK模型

图16-1

b、 在柱顶施加1KN的水平节点荷载，荷载工况为恒载

图16-2

c、 查看恒载位移文件，位移值的倒数即为悬壁柱刚度（注意这里的单位是mm，需要转化为m以后再倒数）

图16-3

首先会遇到的是节点板处汇交的杆件钢号不同，此时软件遵循最小钢号构件控制连接零件钢号的设计原则，节点板一律按交汇杆件最小钢号来取。

图17 采用不同钢号的桁架

另外一个问题是节点板的厚度如何来取。规范上关于节点板的厚度，在7.5.2中采用了有效宽度法进行了推算，并在7.5.2的条文说明中，给出了一个N-t表格。程序即采用了该表格，直接将桁架杆件的最大轴力和节点板的厚度关联起来（注意这是针对Q235推导出的结果，其他钢号的节点板，需要进行强度转换才能得到正确的厚度）。

图18 钢结构规范中的N-t表格

但是也需要注意，规范条文说明中也对一些情况进行了排除，最显著的一条就是：节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角应不小于30°。所以在设计一些夹角较小的杆件节点板时，需要注意夹角是否超过此限制，否则应适当加强节点板。