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第1篇 工欲善其事，必先利其器1

1 缘起1

1.1 为什么攒这本书1

1.2 章节编排2

1.3 这本书适合谁3

1.4 读书建议3

1.5 阅读前的必要基础——勿在浮沙筑高台4

1.6 摆布软件还是被软件摆布——练拳不练功，到老一场空4

2 如何看待建筑结构软件6

2.1 软件大佬们如是说6

2.1.1 钱令希6

2.1.2 Edward L.Wilson6

2.1.3 Leroy Z.Emkin7

2.2 高校老师忠告8

2.2.1 金宝桢（1907—1968）8

2.2.2 龙驭球（1926—）9

2.2.3 张蕴美9

2.2.4 单建（1946—）10

2.2.5 朱慈勉（1947—）10

2.3 前辈建筑师、结构工程师语录11

2.3.1 Eduardo Torroja（1899—1961）11

2.3.2 Louis I.Khan（1901—1974）11

2.3.3 Mario Salvadori（1907—1997）11

2.3.4 林同炎（1912—2003）11

2.3.5 Bruno Thudimann（1923—2008）12

2.3.6 容柏生（1930—）12

2.3.7 Farzad Naeim12

2.4 结构软件是结构工程师的鸦片和香烟13

2.4.1 鸦片——曾是田里一枝花13

2.4.2 医家也曾选中它13

2.4.3 如今臭名为毒品13

2.4.4 谁在变14

2.4.5 结构工程师健康自测题——测测中毒深不深14

2.5 选择什么样的香烟——选择之难15

2.6 练武的几种境界16

2.7 使用结构分析软件的四种境界16

2.7.1 器16

2.7.2 术与技16

2.7.3 法17

2.7.4 道18

3 管窥各种软件的文件组成20

3.1 DLL是什么文件20

3.1.1 动态链接库是啥21

3.1.2 采用动态链接库的好处21

3.2 软件整容软件22

3.3 软件DNA鉴定工具——Dependency Walker、ViewAPI25

3.4 代码分析利器——Doxygen26

3.5 版本控制软件28

4 STAAD前世今生30

4.1 STAAD发展简史30

4.2 Bentley公司简介31

4.3 Bentley的集成结构模型ISM31

4.4 STAAD功能模块概览32

5 从一个简单模型入手34

5.1 色艺俱佳——初识STAAD真面目34

5.2 一个简单例题35

5.2.1 步骤一：运行STAAD，进行初始设置35

5.2.2 步骤二：设置轴网信息36

5.2.3 步骤三：布置截面、定义支座37

5.2.4 步骤四：布置楼板41

5.2.5 步骤五：定义荷载工况44

5.2.6 运行分析，查看结果49

5.2.7 步骤六：按中国规范设计55

5.2.8 按美国规范设计60

5.2.9 按其他国家规范设计60

5.3 STAAD自带的例题概览60

6 STAAD软件功能问与答69

6.1 授人以鱼不如授人以渔——如何利用软件的帮助文件69

6.2 STAAD中整体坐标系（Global Coordinate）的定义72

6.3 STAAD中局部坐标系（Local Coordinate）的定义72

6.4 STAAD中的梁（BEAM）73

6.5 软件设置相关问题73

6.5.1 吾未见好德如好色者也——界面的重要性73

6.5.2 如何设置荷载以及内力、位移的显示比例75

6.6 结构建模常见问题之一——几何信息75

6.6.1 如何修改单位75

6.6.2 如何显示或隐掉任意两点间的距离76

6.6.3 如何合并几个点76

6.6.4 如何生成坡屋顶76

6.6.5 如何修改层高、柱距76

6.6.6 如何显示杆件的起始端和末端、杆件编号、杆件、杆件局部坐标系以及杆件两端的约束情况76

6.6.7 如何将一根杆件分成几份79

6.6.8 如何调转杆件的起末点80

6.6.9 如何将几根杆件合并为一根80

6.6.10 如何在两根杆件交叉处生成节点81

6.6.11 如何使两根共面的杆件相交（类似于AutoCAD的extend命令）81

6.6.12 如何给不同截面的杆件指定不同的颜色82

6.6.13 如何只显示模型中的一部分结构83

6.6.14 如何查询某节点、某杆件、某板单元、某面单元、某体单元的信息等84

6.6.15 如何在屏幕上以提示条的方式显示节点、杆件、板、面的信息85

6.6.16 如何显示节点、杆件、块体的编号以及如何调整编号的字体和颜色87

6.6.17 什么时候需要对节点、杆件、板单元、块体单元进行重新编号88

6.6.18 如何对节点、杆件、板单元、块体单元重新编号88

6.6.19 如何将多个模型合并为一个模型90

6.6.20 如何显示板单元（Plate Element）的局部坐标系91

6.6.21 如何反转有限单元的局部坐标系91

6.6.22 如何进行过滤选择91

6.6.23 STAAD提供的选择点、杆、板、面、块的快捷方式92

6.6.24 MESH命令93

6.7 结构建模常见问题之二——约束信息93

6.7.1 如何设置杆端的约束情况93

6.7.2 如何设置柱脚的约束情况95

6.7.3 如何设置斜向支座96

6.7.4 如何模拟土弹簧支座96

6.8 结构建模常见问题之三——截面库与自定义截面97

6.8.1 如何查看标准型钢库中的型钢名称和截面特性97

6.8.2 如何查看或修改截面库中截面的参数100

6.8.3 如何定义和修改用户自定义截面库100

6.8.4 如何估选型钢的截面102

6.9 结构建模常见问题之四——荷载104

6.9.1 如何修改荷载信息104

6.9.2 荷载组合的设定105

6.9.3 按中国规范定义反应谱曲线107

6.9.4 如何输入多条反应谱108

6.10 结构建模常见问题之五——其他问题110

6.10.1 如何创建组110

6.10.2 只拉构件、只压构件、桁架构件如何定义110

6.10.3 如何设置和显示主从节点111

6.10.4 如何把WPS表格软件或Excel中的数据导入STAAD中113

6.10.5 STAAD的备份管理器114

6.11 内力分析及后处理常见问题115

6.11.1 如何给不同的振型设置不同的阻尼比115

6.11.2 如何找出Multi-structure、孤立节点、重叠杆件等116

6.11.3 如何查看振型117

6.11.4 如何设定所求振型数的多寡121

6.11.5 如何只显示部分节点、杆件或单元的分析结果121

6.11.6 如何显示各种工况下的节点位移122

6.11.7 如何显示杆端的剪力、弯矩图以及相应的值122

6.11.8 如何只显示支座反力中的某几项122

6.11.9 如何以图形方式直观显示某根杆件在某种工况下的内力122

6.11.10 如何修改“后处理”页面中内力表格、应力表格、位移表格等计算结果的单位122

6.11.11 如何对一些分析结果进行排列123

6.11.12 如何只输出某些荷载作用下的计算结果124

6.11.13 如何显示一根梁中部某截面处的内力125

6.11.14 如何显示梁中部的挠度126

6.11.15 如何输出楼层的层间位移126

6.11.16 如何统计材料用量126

6.12 结构设计常见问题128

6.12.1 使用STAAD进行构件优化的小结与实例128

6.12.2 如何查看杆件设计结果130

7 STAAD常用命令详解132

7.1 STAAD命令流与STRUDL以及MIT（麻省理工学院）的渊源132

7.2 知面更要知心——命令流方式建模的一些优点134

7.2.1 便于快速比较模型修改前后的差异134

7.2.2 便于存档136

7.2.3 多种方案可以共存于一个文件中137

7.2.4 各参数的来历可写在模型文件的注释中137

7.3 STAAD的命令文本编辑器及命令格式简介138

7.3.1 注释的写法138

7.3.2 如何快速将多行命令注释掉或把注释去除138

7.3.3 说明书中，命令中的下画线的含义139

7.3.4 大括号、方括号和圆括号的意义140

7.3.5 多个数据段的写法140

7.3.6 “TO”“BY”“LIST”的含义141

7.3.7 STAAD命令区分大小写吗141

7.4 STAAD部分命令释义及应用举例141

7.4.1 笛卡儿坐标系（Cartesian Coordinates）和柱坐标系（Cylindrical Coordinates）142

7.4.2 Joint Coordinate——节点坐标144

7.4.3 Member Incidence——杆件关联号145

7.4.4 Member Release——杆端约束145

7.4.5 Print相关命令146

7.4.6 Master Slave——主从节点147

7.4.7 REPEAT147

7.5 应用举例149

7.5.1 矩形板149

7.5.2 矩形水池命令建模剖析（直角坐标系）150

7.5.3 规则框架命令建模剖析（直角坐标系）153

7.5.4 管状物、锥状物建模举例（柱坐标系）154

7.5.5 十行命令生成螺旋楼梯轴线160

7.5.6 快速生成空间桁架的杆件161

7.5.7 十行命令生成锅盖状结构163

7.6 STAAD命令列表163

7.7 两个小测验题166

7.7.1 别被软件骗了166

7.7.2 软件自动优化靠谱儿吗166

8 一个好汉三个帮——与STAAD接力的软件168

8.1 FrameWorks Plus168

8.1.1 如何将FrameWorks Plus模型导入STAAD168

8.1.2 创建截面映射表168

8.1.3 导出为STAAD模型文件169

8.1.4 将STAAD模型导入FrameWorks Plus170

8.2 世纪旗云多格水池有限元软件171

8.3 钢结构模型的世界语——SDNF格式简介172

8.3.1 国内常用结构设计相关软件的输入、输出格式173

8.3.2 Packet 00-Title Packet174

8.3.3 Packet 10-Linear Member Packet（直杆）175

9 结构软件质量评判及软件测试181

9.1 为什么要测试软件——所有软件都有缺陷181

9.2 什么是“Bug”181

9.3 工具的功与过182

9.4 如何评判建筑结构软件的品质——所谓的鉴定会靠谱儿吗183

9.5 做人要厚道，做软件也是——看看洋软件是咋控制质量的184

9.5.1 STAAD提供的验证例题184

9.5.2 GTSTRUDL的测试例题184

9.6 定性测试举例187

9.7 定量测试举例189

9.7.1 简支梁振型计算189

9.7.2 平面框架顶点位移算例191

9.7.3 剪力墙侧向刚度算例191

9.7.4 板的挠度跟啥有关191

9.8 把把脉：国产软件的质量为什么真的这么“软”192

9.8.1 北大力学系袁明武教授的分析192

9.8.2 笔者看法193

9.8.3 给有志于投身软件开发的年轻同志的忠告196

9.9 冷眼看中国软件行业197

9.9.1 致软件开发商——做事先做人197

9.9.2 写给软件用户198

9.9.3 给致力于盗版事业的同志——盗亦有道，多行不义必自毙199

9.9.4 思考199

第2篇 练拳不练功，到老一场空200

10 把烦琐交给计算机，我们留下创造力？200

10.1 费米问题——芝加哥有多少钢琴调音师200

10.2 我们离总工还有多远201

10.2.1 圆钢管直径多粗比较合适201

10.2.2 简支工字形钢梁的跨宽比多少为宜202

10.2.3 工字形钢梁的最小高度如何估算202

10.3 这年头，手算还有必要吗203

10.4 键盘代替笔杆子的后果——手写时代渐行渐远，数字时代提笔忘字204

10.5 君子性非异，善假于物也——物极必反，过犹不及204

11 斜撑——结构侧向刚度的骨干分子205

11.1 说文解字——撑与樘205

11.2 在建厂房、脚手架垮塌事故分析——忽视斜撑的惨痛教训205

11.2.1 国内钢结构倒塌事故实例206

11.2.2 澳洲预制墙板施工过程中Prop斜撑的应用207

11.3 预备知识209

11.3.1 等截面直杆的形常数（Shape Constant）209

11.3.2 郑玄-胡克定律210

11.4 单跨单层平面框架中斜撑对侧向刚度的贡献210

11.4.1 算例数据211

11.4.2 单层单跨无斜撑平面框架侧向刚度区间的快速估算211

11.4.3 单层单跨有斜撑平面框架侧向刚度的估算213

11.4.4 单层单跨有斜撑平面框架与无斜撑平面框架侧向刚度的比值214

11.4.5 斜撑角度多少最有效217

11.4.6 提示：别让节点板成为薄弱环节218

11.4.7 电算结果与手算结果的比较218

11.4.8 小结——靠斜撑还是靠刚接柱脚来提供侧向刚度220

11.4.9 哪个软件算的用钢量更省221

11.4.10 门式刚架倒塌事故分析221

11.4.11 关于所谓的“强支撑”和“弱支撑”222

11.5 思考：平面简化计算的功与过226

11.6 各地带斜撑的建筑一瞥227

11.6.1 大连227

11.6.2 南京227

11.6.3 中国香港227

11.6.4 美国228

11.6.5 英国229

11.6.6 日本230

11.6.7 新西兰基督城233

11.6.8 阿拉伯塔（迪拜帆船酒店）233

11.7 斜撑在地震或振动台上的表现234

11.7.1 1994年北岭地震中的几个斜撑234

11.7.2 1995年日本阪神地震中的几个斜撑236

11.7.3 日本E-Defense振动台的一个实验239

11.7.4 2008年汶川地震中的几个斜撑240

11.7.5 美日38个框撑结构在往复加载下的足尺实验242

11.8 我们身边的斜撑——装修公司常备工具244

11.8.1 带立面斜撑的板凳244

11.8.2 木制人字梯里的“大梁”244

11.9 中国的建筑师为什么不喜欢斜撑245

11.10 附：一道简单得不能再简单的结构力学题目245

11.10.1 单层单跨平面框架的顶点水平位移的精确解245

11.10.2 力法求弯矩图245

11.10.3 图乘法求顶点位移246

11.10.4 结构力学中的“见肝之病，知肝传脾，当先实脾”248

11.10.5 简单例题的大用处249

11.11 思考题：24m跨厂房如何优化249

11.12 思考题：楼板对侧向刚度有何影响249

12 彻底搞清弯曲变形和剪切变形251

12.1 框架（框撑）结构的弯曲变形和剪切变形的估算——转个角度看高楼251

12.1.1 预备知识251

12.1.2 单跨多层平面框撑结构顶点水平位移（水平均布力）252

12.1.3 单跨多层平面框撑结构中部水平位移（顶部集中力）263

12.1.4 单跨多层无斜撑平面框架顶点水平位移（水平均布力）266

12.1.5 单跨多层平面框架顶点水平位移估算小结272

12.1.6 双跨多层平面框撑结构顶点水平位移（水平均布力）273

12.1.7 多跨多层平面框架顶点水平位移（水平均布力）277

12.1.8 思考题：怎样布置斜撑最有效280

12.1.9 思考题：哪个桁架更“扎壮”281

12.1.10 思考题：几种悬挑方案各有什么优劣281

12.1.11 思考题：厂房侧墙上的斜撑的布置有何讲究281

12.2 剪力墙——混凝土结构抗侧刚度的中坚281

12.3 见山是山，见山不是山，见山还是山——浅谈弯曲变形与剪切变形283

13 己所不能，己所不欲，勿施于楼284

13.1 建筑设计的原则284

13.1.1 罗马人维特鲁威284

13.1.2 林徽因（1904—1955）284

13.1.3 国务院、建设部284

13.1.4 Pier Luigi Nervi284

13.1.5 吕志涛285

13.1.6 沈祖炎——建筑以造型为出发点，是一种纯粹的形式主义285

13.1.7 江欢成——结构工程师在建筑设计中的责任和贡献285

13.1.8 龚自珍286

13.2 将心比心，将身比楼——帮建筑师体验力286

13.2.1 扎马步（地盆功）287

13.2.2 金鸡独立288

13.2.3 二指禅、高跟鞋、踩高跷与底框结构288

13.2.4 铁板桥291

14 删繁就简三秋树，提纲挈领振型图292

14.1 特色菜、特产、特务、特权、特殊292

14.2 透过现象看本质、抓特征293

14.2.1 泱泱大国，中国人民银行几多钱？——总理智慧293

14.2.2 滔滔长江，问江上几多船舸？——高僧超然293

14.2.3 花花世界，问世间几多众生？——童言犀利293

14.3 振型（模态）的物理意义293

14.3.1 一个不严格但形象易懂的例子——五十六个民族五十六朵花296

14.3.2 振型坐标（Coordinate）296

14.3.3 振型的正交（Orthogonality）——对牛弹琴，鸡与鸭讲297

14.3.4 振型的激发297

14.3.5 振型的测量与“八观六验”和“六戚四隐”297

14.4 由感性认识跃进到理性认识——振型的数学意义297

14.4.1 数学是什么297

14.4.2 关于数学的两个笑话298

14.4.3 振型（Mode Shape）在数学家那里叫什么298

14.4.4 特征向量的几何意义299

14.4.5 生活中的特征值和特征向量300

14.5 矩阵特征值求解方法302

14.5.1 特征值求解方法极简史302

14.5.2 矩阵特征值和特征向量求解工具303

14.5.3 算例描述303

14.5.4 手算方法（柔度法）304

14.5.5 Vianello-Stodola方法求振型近似值305

14.5.6 利用“云算子”网站提供的功能求特征值、特征向量308

14.5.7 逆向量迭代法（Inverse Power Method）309

14.5.8 转换矩阵的几何含义309

14.5.9 更多算例311

14.5.10 思考：建筑物上的设备对自振频率有没有影响312

14.5.11 思考312

14.6 STAAD中求振型的两个命令312

14.6.1 CALCULATE RAYLEIGH313

14.6.2 MODAL CALCULATION315

14.6.3 梁的分段数目对梁的自振周期计算结果有影响吗317

14.6.4 梁上的质量块对梁的自振周期有影响吗318

14.6.5 梁上站人对梁的自振周期有影响吗320

14.7 思考：Vianello-Stodola法和STAAD求算振型的结果的比较324

14.8 从理性再到感性——快速估出振型的方向和模样324

14.8.1 模糊未必不靠谱324

14.8.2 预备知识325

14.8.3 从能量的角度看振型——从瑞利法求振型谈起325

14.8.4 梁上的质量块对梁的自振频率有多大影响328

14.8.5 疾风知劲草——谚语中体现的力学本质330

14.8.6 思考题330

14.9 生活中我们如何应用振型330

14.9.1 对振型的感知330

14.9.2 跟修车师傅学结构动力学332

14.9.3 给房子“把把脉”333

14.9.4 结构的振型和频率如何测量334

14.10 文学描述赛过数学描述的例子334

14.10.1 濒湖脉学，凭脉辨病335

14.10.2 相面与特征脸（Eigen Face）335

14.10.3 地震前兆335

14.10.4 见字如晤、字如其人，画如其人336

14.10.5 文如其人——苏东坡与柳永336

14.10.6 风格、性格、风味336

14.10.7 成语中的特征描述337

14.11 文学、语言难以描述的例子337

14.12 自测题与思考题337

15 联想与思考：建筑结构力学中的比和兴338

15.1 想象力比知识更重要338

15.2 板厚与板的平面外刚度有没有关系339

15.3 主应力迹线与桁架弦杆走向339

15.4 地震X形裂缝与莫尔应力圆339

15.5 剪力滞后与鸭子划水图、先富带动后富341

15.6 气流、磁力线、水流、电流、人流344

15.7 挑水扛米与轴压比和延性344

15.8 “柱、现浇板”与板凳344

15.9 随处可见的振动台344

15.10 剪力墙与火车345

16 概念设计与“治大国如烹小鲜”346

16.1 名人论“概念”346

16.1.1 毛泽东的《实践论》346

16.1.2 康德346

16.1.3 国家标准对“概念”的定义346

16.2 概念设计，无处不在347

16.2.1 概念飞机和概念跑车347

16.2.2 会飞的苹果楼——五岁小朋友送我的一幅建筑概念设计图349

16.2.3 “药与方”以及概念设计349

16.2.4 站在飞机上看大楼350

16.3 禅门公案两则350

16.3.1 庖丁解牛的三个境界350

16.3.2 苏东坡参禅三偈351

16.4 结构概念设计——忘掉力学，化作直觉351

16.4.1 结构概念设计与服装概念设计的异同351

16.4.2 结构设计中的理、法、方、药352

16.4.3 从脉学著作中学习对力学的直觉352

16.4.4 从汉字和生活中感知刚、柔353

17 应用举例——有限元分析354

17.1 STAAD有限元分析测试算例354

17.1.1 板壳理论发展简史354

17.1.2 算例一——四边简支矩形板357

17.1.3 算例二——三跨连续板359

17.1.4 算例三——温度荷载下的四边简支板360

17.2 实例：浇筑T形钢筋混凝土梁的钢模板361

17.2.1 使用“MESH”命令来划分有限元网格361

17.2.2 荷载361

17.2.3 位移361

17.2.4 板单元上的应力363

17.3 算例：箱型悬臂梁中的剪力滞后363

17.3.1 正应力云图363

17.3.2 如何解读花花绿绿的应力云图364

17.3.3 上翼缘的几个剖面上的正应力分布图367

17.4 混凝土水池370

17.4.1 结合→生成板墙连接371

17.4.2 水压荷载372

17.4.3 弯矩等值线图373

17.5 STAAD里的面（surface）单元374

18 西瓜芝麻都要抓——主从节点的应用377

18.1 简支梁算例378

18.1.1 节点位移对比383

18.1.2 应力对比384

18.1.3 结论386

18.2 主从节点应用实例：钢管和半球相贯节点分析386

18.3 生活中的主从节点实例388

第3篇 二次开发389

19 接续STAAD进行二次开发389

19.1 直接读取STAAD输入文件的方式389

19.1.1 缘起389

19.1.2 前提389

19.1.3 工作介绍390

19.1.4 接续STAAD进行二次开发390

19.1.5 存储数据的两种方案的对比392

19.1.6 算例395

19.1.7 小结396

19.2 自动求解有侧移框架柱计算长度系数的算法与实现396

19.2.1 美国规范有侧移框架柱的计算长度系数的计算方法396

19.2.2 中国规范有侧移框架柱的计算长度系数的计算方法396

19.2.3 思路介绍397

19.2.4 算例400

19.2.5 小结401

19.2.6 柱计算长度系数的求算软件402

19.3 面向对象的思想在建筑结构软件开发中的应用402

19.3.1 为什么使用虚函数403

19.3.2 实例一——焊缝计算模块的开发403

19.3.3 实例二——钢结构截面库模块的开发406

19.3.4 小结409

第4篇 建筑设计管理410

20 建筑设计管理410

20.1 版本控制与协同工作——纪录片与史记410

20.1.1 传统备份方式的缺点——你改你的，我改我的410

20.1.2 版本控制——各种文档的照相机411

20.1.3 局域网内的协同工作415

20.1.4 异地协同工作——来自五湖四海，为了同一个目标416

20.1.5 开源的分布式版本控制软件——TortoiseGit416

20.2 任务追踪与过程管理——来龙去脉，尽在掌控416

20.2.1 像看球赛一样进行任务管理416

20.2.2 物有本末，事有始终，知所先后，则近道矣417

20.2.3 开源的任务追踪软件BugFree417

20.2.4 移动互联网时代的任务管理422

21 跋——迷时师度，悟了自度423

22 索引424

参考文献427