STCAD

STCAD系統簡介

管結構計算機輔助設計、製造系統STCAD是進行鋼管桁架結構最佳化設計、相貫節點驗算、施工圖繪製、加工圖繪製、加工數據自動生成的系統軟體。可以實現從管結構快速建模到桿件下料全過程一體化分析設計，生成的桿件加工圖及數據不僅可以進行手工下料，還可以直接接到相貫線數控切割機進行桿件下料，避免了管結構由施工圖轉化為加工圖的繁瑣過程。

STCAD建模模組

管結構計算機輔助設計、製造系統STCAD是在格線結構設計系統TWCAD、空間結構設計系統SSCAD、索膜結構設計系統SMCAD的基礎上研製開發的，綜合了上述三個設計系統的所有特點及基本功能，是為能夠適用於各類空間結構分析設計而創建的平台。STCAD提供了四種單元類型，即桿單元、梁單元、索單元及膜單元，可以進行由上述四種單元任意構成的空間結構(如網架、索結構、膜結構、張弦梁、弦支穹頂等)的線性、非線性內力分析、截面校核、圓鋼管截面自動最佳化設計。STCAD1.0版具有進行膜結構荷載分析及圓鋼管截面自動最佳化設計的功能，並且可繪製膜結構支承鋼結構的施工圖及加工圖。但膜結構建模、找形分析及裁剪分析需藉助SMCAD進行。

目前STCAD1.0版主要功能集中於圓鋼管結構最佳化設計，為了功能擴展的需要包含了很多其它空間結構專用的術語，如螺栓球（為了進行採用螺栓球、焊接球、相貫節點混合節點的空間結構設計）、膜單元（為了分析膜結構）、定力索和定長索（為了進行索膜結構找形分析）等概念。

STCAD包括建模模組（建立管結構模型）、最佳化設計模組（管結構桿件截面最佳化、相貫節點強度驗算、焊接球等節點設計）、施工圖設計模組（管結構施工圖、加工圖、桿件放樣圖、桿件加工數據）三大部分。

建模模組（STPREP）的主要功能包括管結構圖形的生成、荷載的施加、邊界條件的處理、分析數據的生成等。它是在索膜結構設計系統SMCAD的建模系統SMPREP的基礎上，增加了適用於建立管結構數據模型的相關命令後擴展而成（STCAD1.0隱閉了生成膜結構的相關命令）。系統提供了各種常用形式桁架的快速生成方法，提供了非常實用的圖形構造及編輯命令，如拷貝、陣列、鏡像、自動生成格線、自動生成角錐、刪除、移動、旋轉、比例縮放、拉伸、起坡、修剪、延伸、斷線等命令。系統具有強大的圖形顯示功能，可以顯示桁架結構的任意層、平面、立面、剖面及三維圖形，具有重畫、視窗放大圖形、平移視圖、恢復前一個視圖和滿視窗顯示等功能。同時還具有查詢點坐標、桿件長度等查詢功能。能夠處理的荷載有均布荷載、均布線荷載、局部面荷載、節點荷載等形式，可以處理彈性和給定位移等邊界條件，可以輸入下部支承結構進行協同計算。系統提供了與通用繪圖軟體AutoCAD的接口，能直接從AutoCAD中提取圖形信息，包括桿件信息、空間圓弧及三角形面單元信息。

最佳化設計模組（STANA）的主要功能是進行管結構在各種荷載組合作用下的內力分析(線性、非線性)、桿件截面的最佳化設計、相貫節點的強度驗算及其它球節點的設計。包含確定管結構中桿、梁、索的材料特性及截面屬性的命令，可以進行圓鋼管的截面自動最佳化；可以保證桁架弦桿、腹桿截面的統一性以及為了減輕結構自重對弦桿和腹桿進行變直徑、變壁厚等最佳化以滿足不同工程設計需要；可以自動區分相貫節點的形式，並且在規範規定的相貫節點類型基礎上進行了擴充，可以近似驗算所有類型的相貫節點；可以自動確定複雜管結構節點主管方向；STCAD1.0版實現了相貫節點及焊接球節點任意混合的功能，並能進行焊接球節點設計；可以進行結構的模態分析及採用振型分解反應譜法進行結構在地震作用下的反應分析的功能；以圖形方式顯示或保存所有計算結果；同樣提供了查詢命令和多種圖形顯示命令。

STCAD最佳化設計模組

施工圖設計模組（STDRAW）的主要功能是進行管結構施工圖繪製，包括結構平立面圖、安裝圖、安裝簡圖、結構布置圖、材料表等功能；可以藉助AutoCAD自動生成管結構的三維實體圖（可以自動生成直管、圓弧管以及節點球、管端封板、桿件變截面處的錐頭等實體圖）；可以以實體投影形式生成桁架結構施工圖（包括相貫線的投影）、桁架弦桿、腹桿加工詳圖及加工數據，數據可接口到數控相貫線切割機；可以自動進行相貫線切口的計算機放樣；可以自動處理弦桿於節點處由於變截面、變壁厚、弦桿轉折以及不同桁架連線處弦桿偏移問題。

STCAD施工圖設計模組

STCAD系統基本概念

桁架

桁架是STCAD系統中最基本的概念，STCAD系統中很多操作都是針對特定桁架的，桁架的概念並不新，它就是幾根弦桿和若干根腹桿的組合。STCAD1.0中設定桁架最多具有5條弦桿，腹桿不限。弦桿可以是直線、折線、圓弧、或由多條圓弧構成，但不能由直線和圓弧混合構成，如果實際工程中桁架弦桿即包含直線段也包含圓弧，可以將桁架分成兩個或多個桁架構成。STCAD1.0分析弧桿還是採用分段直桿單元進行分析。

對於圓弧形弦桿可以定義空間三點來描述弧的空間位置，這三點主要功能是用於STANA自動計算節點的主管方向，沒有定義這三點空間位置的弧弦桿自動計算出的主管方向存在誤差(不沿弧的切線方向)

，由於STANA提供了人工定義節點主管方向的命令，因此這三點的定義並非必需，STDRAW在生成相貫線時會自動計算弦桿所在弧的空間位置。對於多段弧組成的弦桿不必定義每段弧的控制節點位置，但

STCAD假設每個弧段上的桿件數不少於2根。對於由STPREP生成的各種桁架，如果弦桿是圓弧桿，圓弧桿的空間定義已經自動完成。

桁架的弦桿如果採用直線段或折線段，則不需再進行桁架弦桿定位。

桁架中的弦桿必須首尾相連，當然不同弦桿之間可以不相連。

桁架中可以只有弦桿，也可以只有腹桿，對於只有腹桿的結構並不要求腹桿連續。

主管

對於相貫節點，主管就是在節點處保持連續貫穿的桿件，一般情況下是相貫節點連線桿件中截面最大的桿件，每個相貫節點最多連線兩個主管。對於一般情況，STCAD假設主管都是桁架的弦桿，對於腹桿作為主管的節點，由於腹桿布置的任意性，以及STCAD1.0隻對弦桿進行變截面處自動加錐頭、端頭處加封板、相同截面則拼接到一起等操作，用戶需要在三維實體放樣圖或自動生成的施工圖中對這些地方進行仔細核對，有時可能需要人為進行上述處理。他也會讓他同意

STCAD確定桿件是主管還是支管的方法是，首先計算相貫節點連線的桿件與主管方向的夾角，夾角小於指定的“主管與支管的最小夾角”時，則認為該桿件為主管，同一節點上連線的與主管方向夾角滿足上述條件的桿件數量多於2根時，STCAD取前兩個夾角最小的桿件作為主管。

對於焊接球節點沒有主管的概念，也就沒有主管方向的概念。所以說明一下。

支管

對於相貫節點，支管就是在節點處與主管及其它較大截面支管相貫的桿件，由於現行鋼結構規範計算相貫節點強度時是驗算支管的軸力不大於某個值，沒有考慮到支管的彎矩，因此STCAD1.0驗算節點強度時只考慮支管的軸力。實際工程中很多情況下存在支管的長細比、與主管的夾角等不滿足現行鋼結構規範進行相貫節點強度驗算的要求，因此STCAD對支管進行最佳化設計時只對桿件的強度進行驗算，忽略相貫節點強度對支管的構造要求。