桁架

桁架是STCAD系统中最基本的概念，STCAD系统中很多操作都是针对特定桁架的，桁架的概念并不新，它就是几根弦杆和若干根腹杆的组合。STCAD1.0中设定桁架最多具有5条弦杆，腹杆不限。弦杆可以是直线、折线、圆弧、或由多条圆弧构成，但不能由直线和圆弧混合构成，如果实际工程中桁架弦杆即包含直线段也包含圆弧，可以将桁架分成两个或多个桁架构成。STCAD1.0分析弧杆还是采用分段直杆单元进行分析。

对于圆弧形弦杆可以定义空间三点来描述弧的空间位置，这三点主要功能是用于STANA自动计算节点的主管方向，没有定义这三点空间位置的弧弦杆自动计算出的主管方向存在误差(不沿弧的切线方向)

，由于STANA提供了人工定义节点主管方向的命令，因此这三点的定义并非必需，STDRAW在生成相贯线时会自动计算弦杆所在弧的空间位置。对于多段弧组成的弦杆不必定义每段弧的控制节点位置，但

STCAD假设每个弧段上的杆件数不少于2根。对于由STPREP生成的各种桁架，如果弦杆是圆弧杆，圆弧杆的空间定义已经自动完成。

桁架的弦杆如果采用直线段或折线段，则不需再进行桁架弦杆定位。

桁架中的弦杆必须首尾相连，当然不同弦杆之间可以不相连。

桁架中可以只有弦杆，也可以只有腹杆，对于只有腹杆的结构并不要求腹杆连续。

STCAD主管

对于相贯节点，主管就是在节点处保持连续贯穿的杆件，一般情况下是相贯节点连接杆件中截面最大的杆件，每个相贯节点最多连接两个主管。对于一般情况，STCAD假设主管都是桁架的弦杆，对于腹杆作为主管的节点，由于腹杆布置的任意性，以及STCAD1.0只对弦杆进行变截面处自动加锥头、端头处加封板、相同截面则拼接到一起等操作，用户需要在三维实体放样图或自动生成的施工图中对这些地方进行仔细核对，有时可能需要人为进行上述处理。他也会让他同意

STCAD确定杆件是主管还是支管的方法是，首先计算相贯节点连接的杆件与主管方向的夹角，夹角小于指定的“主管与支管的最小夹角”时，则认为该杆件为主管，同一节点上连接的与主管方向夹角满足上述条件的杆件数量多于2根时，STCAD取前两个夹角最小的杆件作为主管。

对于焊接球节点没有主管的概念，也就没有主管方向的概念。所以说明一下。

STCAD支管

对于相贯节点，支管就是在节点处与主管及其它较大截面支管相贯的杆件，由于现行钢结构规范计算相贯节点强度时是验算支管的轴力不大于某个值，没有考虑到支管的弯矩，因此STCAD1.0验算节点强度时只考虑支管的轴力。实际工程中很多情况下存在支管的长细比、与主管的夹角等不满足现行钢结构规范进行相贯节点强度验算的要求，因此STCAD对支管进行优化设计时只对杆件的强度进行验算，忽略相贯节点强度对支管的构造要求。2100433B

管结构计算机辅助设计、制造系统STCAD是进行钢管桁架结构优化设计、相贯节点验算、施工图绘制、加工图绘制、加工数据自动生成的系统软件。可以实现从管结构快速建模到杆件下料全过程一体化分析设计，生成的杆件加工图及数据不仅可以进行手工下料，还可以直接接到相贯线数控切割机进行杆件下料，避免了管结构由施工图转化为加工图的繁琐过程。

管结构计算机辅助设计、制造系统STCAD是在网格结构设计系统TWCAD、空间结构设计系统SSCAD、索膜结构设计系统SMCAD的基础上研制开发的，综合了上述三个设计系统的所有特点及基本功能，是为能够适用于各类空间结构分析设计而创建的平台。STCAD提供了四种单元类型，即杆单元、梁单元、索单元及膜单元，可以进行由上述四种单元任意构成的空间结构(如网架、索结构、膜结构、张弦梁、弦支穹顶等)的线性、非线性内力分析、截面校核、圆钢管截面自动优化设计。STCAD1.0版具有进行膜结构荷载分析及圆钢管截面自动优化设计的功能，并且可绘制膜结构支承钢结构的施工图及加工图。但膜结构建模、找形分析及裁剪分析需借助SMCAD进行。

目前STCAD1.0版主要功能集中于圆钢管结构优化设计，为了功能扩展的需要包含了很多其它空间结构专用的术语，如螺栓球（为了进行采用螺栓球、焊接球、相贯节点混合节点的空间结构设计）、膜单元（为了分析膜结构）、定力索和定长索（为了进行索膜结构找形分析）等概念。

STCAD包括建模模块（建立管结构模型）、优化设计模块（管结构杆件截面优化、相贯节点强度验算、焊接球等节点设计）、施工图设计模块（管结构施工图、加工图、杆件放样图、杆件加工数据）三大部分。

建模模块（STPREP）的主要功能包括管结构图形的生成、荷载的施加、边界条件的处理、分析数据的生成等。它是在索膜结构设计系统SMCAD的建模系统SMPREP的基础上，增加了适用于建立管结构数据模型的相关命令后扩展而成（STCAD1.0隐闭了生成膜结构的相关命令）。系统提供了各种常用形式桁架的快速生成方法，提供了非常实用的图形构造及编辑命令，如拷贝、阵列、镜像、自动生成网格、自动生成角锥、删除、移动、旋转、比例缩放、拉伸、起坡、修剪、延伸、断线等命令。系统具有强大的图形显示功能，可以显示桁架结构的任意层、平面、立面、剖面及三维图形，具有重画、窗口放大图形、平移视图、恢复前一个视图和满窗口显示等功能。同时还具有查询点坐标、杆件长度等查询功能。能够处理的荷载有均布荷载、均布线荷载、局部面荷载、节点荷载等形式，可以处理弹性和给定位移等边界条件，可以输入下部支承结构进行协同计算。系统提供了与通用绘图软件AutoCAD的接口，能直接从AutoCAD中提取图形信息，包括杆件信息、空间圆弧及三角形面单元信息。

优化设计模块（STANA）的主要功能是进行管结构在各种荷载组合作用下的内力分析(线性、非线性)、杆件截面的优化设计、相贯节点的强度验算及其它球节点的设计。包含确定管结构中杆、梁、索的材料特性及截面属性的命令，可以进行圆钢管的截面自动优化；可以保证桁架弦杆、腹杆截面的统一性以及为了减轻结构自重对弦杆和腹杆进行变直径、变壁厚等优化以满足不同工程设计需要；可以自动区分相贯节点的形式，并且在规范规定的相贯节点类型基础上进行了扩充，可以近似验算所有类型的相贯节点；可以自动确定复杂管结构节点主管方向；STCAD1.0版实现了相贯节点及焊接球节点任意混合的功能，并能进行焊接球节点设计；可以进行结构的模态分析及采用振型分解反应谱法进行结构在地震作用下的反应分析的功能；以图形方式显示或保存所有计算结果；同样提供了查询命令和多种图形显示命令。

施工图设计模块（STDRAW）的主要功能是进行管结构施工图绘制，包括结构平立面图、安装图、安装简图、结构布置图、材料表等功能；可以借助AutoCAD自动生成管结构的三维实体图（可以自动生成直管、圆弧管以及节点球、管端封板、杆件变截面处的锥头等实体图）；可以以实体投影形式生成桁架结构施工图（包括相贯线的投影）、桁架弦杆、腹杆加工详图及加工数据，数据可接口到数控相贯线切割机；可以自动进行相贯线切口的计算机放样；可以自动处理弦杆于节点处由于变截面、变壁厚、弦杆转折以及不同桁架连接处弦杆偏移问题。