SAP2000是由CSI公司官方打造的一款結(jié)構(gòu)分析通用有限軟件。這款軟件具有最具集成化、高效率等優(yōu)點(diǎn)，主要用于橋梁、房屋等土木工程設(shè)計(jì)方面，為用戶提供專業(yè)的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)解決方案。

【軟件介紹】

SAP2000程序是由Edwards Wilson創(chuàng)始的SAP(Structure Analysis Program)系列程序發(fā)展而來(lái)的，至今已經(jīng)有許多版本面世。SAP2000(SAP90的替代品)是這些新一代程序中最新也是最成熟的產(chǎn)品。最新的SAP2000 Nonlinear版除了包括全部Plus的功能之外，再加上動(dòng)力非線性時(shí)程反應(yīng)分析和阻尼構(gòu)材、減震器、Gap和Hook構(gòu)材等材料特性，它主要適用于分析帶有局部非線性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如基礎(chǔ)隔震或上部結(jié)構(gòu)單元的局部屈服)。
集成化的通用結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件自從三十年前SAP誕生以來(lái)，它已經(jīng)成為最新分析方法的代名詞。SAP2000保持了原有產(chǎn)品的傳統(tǒng)，具有完善、直觀和靈活的界面，為在交通運(yùn)輸、工業(yè)、公共事業(yè)、運(yùn)動(dòng)和其它領(lǐng)域工作的工程師提供無(wú)出其右的分析引擎和設(shè)計(jì)工具。
在SAP2000三維圖形環(huán)境中提供了多種建模、分析和設(shè)計(jì)選項(xiàng)，且完全在一個(gè)集成的圖形界面內(nèi)實(shí)現(xiàn)。在今天的市場(chǎng)上SAP2000已經(jīng)被證實(shí)是最具集成化、高效率和實(shí)用的通用結(jié)構(gòu)軟件。
在這個(gè)直觀的界面里，你不需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)，就可以很快地設(shè)計(jì)出直觀的結(jié)構(gòu)模型。您能夠駕馭SAP2000去完成所有的分析與設(shè)計(jì)工作，包括日常碰到的小問(wèn)題，利用內(nèi)建強(qiáng)大的模板可以完成復(fù)雜的建模和網(wǎng)格劃分。
每個(gè)人都可以使用SAP2000!每個(gè)項(xiàng)目都可以采用SAP2000！從簡(jiǎn)單的二維框架靜力分析到復(fù)雜的三維非線性動(dòng)力分析，SAP2000能為所有結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)提供了解決方案。
結(jié)構(gòu)
集成化的通用結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件
SAP2000程序于1996年問(wèn)世，它是SAP產(chǎn)品系列中第一個(gè)以Windows視窗為操作平臺(tái)的程序，擁有強(qiáng)大的可視界面和方便的人機(jī)交互功能.在這個(gè)看似簡(jiǎn)單的界面中，可以完成模型的創(chuàng)建和修改、計(jì)算結(jié)果的分析和執(zhí)行、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的檢查和優(yōu)化以及計(jì)算結(jié)果的圖表顯示(包括時(shí)程反應(yīng)的位移曲線、反應(yīng)譜曲線、加速度曲線)和文本顯示等等，從最簡(jiǎn)單的問(wèn)題到最復(fù)雜的工程項(xiàng)目，都非常方便快捷。
特點(diǎn)
三維結(jié)構(gòu)整體性能分析，空間建模方便，荷載計(jì)算功能完善，可從CAD等軟件導(dǎo)入，文本輸入輸出功能完善。結(jié)構(gòu)彈性靜力及時(shí)程分析功能相當(dāng)不錯(cuò)，效果高，后處理方便。不足之處在于彈塑性分析方面功能較弱，有塑性鉸屬性，非線性計(jì)算收斂性較差。提供二次開發(fā)接口。結(jié)構(gòu)工程分析中常用的工具。

【軟件功能】

建模功能
SAP2000作為有限元結(jié)構(gòu)分析程序，它的模板中提供了工程中常見的結(jié)構(gòu)形式模型以及許多普通程序無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜模型，如橋梁、拱壩、水箱和高層建構(gòu)筑物等。它的建模界面非常友好，是基于視窗的圖形化界面，在這個(gè)可視化界面中可以利用這些預(yù)設(shè)的模塊庫(kù)快速建立模型。一般在選定模型后，只需要將對(duì)應(yīng)的一些數(shù)據(jù)改變一下，就可以在瞬間內(nèi)建立用戶所要的建筑模型，非?？旖莘奖?。
在SAP2000中建模，實(shí)際結(jié)構(gòu)單元用對(duì)象來(lái)體現(xiàn)，先定義出所使用的材料性質(zhì)，如鋼材(steel)、混凝土(concrete)和鋁材(aluminum)，再在圖形界面中畫出對(duì)象的幾何分布，然后指定荷載和屬性到對(duì)象上建立實(shí)際構(gòu)件模型。程序包含下列對(duì)象類型:點(diǎn)對(duì)象、線對(duì)象、面對(duì)象、實(shí)體對(duì)象。在各個(gè)SAP2000版本中，由于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的出現(xiàn)，建模時(shí)無(wú)需像以前那樣，把模型劃分為足夠細(xì)的單元進(jìn)行分析，而只要給出結(jié)構(gòu)的基本框架即可。因?yàn)楫?dāng)運(yùn)行SAP2000進(jìn)行分析時(shí)，程序自動(dòng)將建立的面對(duì)象的模型轉(zhuǎn)換成基于有限元的模型。這種基于有限元的模型稱為分析模型，它由傳統(tǒng)的有限元單元和節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。在分析結(jié)束后把分析的結(jié)果又傳回面向?qū)ο竽Ｐ?。用戶可以控制網(wǎng)格劃分，如細(xì)分的程度，以及如何處理相交單元的連接等。用戶可以手工對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分來(lái)做到對(duì)象和單元的一一對(duì)應(yīng)。
從以上可知，在SAP2000中建模的一般原則是，對(duì)象的幾何特性應(yīng)與實(shí)際構(gòu)件相對(duì)應(yīng)，這樣可以簡(jiǎn)化模型并有利于設(shè)計(jì)過(guò)程。同時(shí)，圖形界面中亦提供多種有效工具去建立模板中未給出的其它結(jié)構(gòu)模型，甚至可利用內(nèi)定基本模型及最佳設(shè)計(jì)去修正模型。

分析功能
SAP2000程序有別于其它一般結(jié)構(gòu)有限元程序的最大特點(diǎn)就在于它的強(qiáng)大的分析功能。SAP2000中使用許多不同類型的分析，它基本上集成了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分析中經(jīng)常遇到方法，如時(shí)程分析、地震動(dòng)輸入、動(dòng)力分析以及Push-over分析等等。另外還包括:靜力分析、用特征向量或Ritz向量進(jìn)行振動(dòng)模式的模態(tài)分析、對(duì)地震反應(yīng)的反應(yīng)譜分析等等。這些不同類型的分析可在程序的同一次運(yùn)行中進(jìn)行，并把結(jié)果綜合起來(lái)輸出。

1.荷載工況及組合
荷載代表了對(duì)結(jié)構(gòu)的作用，如外力、壓力、支座位移、溫度應(yīng)力、地面加速度及其它。用戶可以對(duì)對(duì)象定義包括多種荷載的荷載工況，程序自動(dòng)計(jì)算出地面加速度荷載。為計(jì)算在荷載工況下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，用戶必須定義荷載工況施加的方式(如:靜力的、動(dòng)力的等)以及結(jié)構(gòu)的分析方式(如:線性的、非線性的等)。同一個(gè)荷載工況可以在不同的分析中以不同方式施加。用戶可以任意的定義荷載工況。一般情況下，常定義的荷載工況有靜荷載、活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、溫度荷載等。需要獨(dú)立變化的工況，不管是用于分析或是因?yàn)槭┘臃绞?，?yīng)該定義為獨(dú)立的荷載工況。對(duì)定義的每個(gè)荷載工況，程序自動(dòng)生成荷載向量r和靜力位移u的解，每個(gè)荷載工況包括:①框架和(或)殼單元的自重荷載;②框架單元的集中或分布荷載:③殼單元上的均布荷載:④節(jié)點(diǎn)上的力和(或)地面位移荷載[69-70]。進(jìn)行每一個(gè)不同的分析稱為分析組合，作為分析組合的一部分，對(duì)每個(gè)分析組合分配一個(gè)量，這些標(biāo)號(hào)可用于產(chǎn)生另外的組合和控制輸出。分析組合的基本類型有:
荷載組合或荷載(Load Case or Load)--荷載基本的空間分布，靜力分析的對(duì)應(yīng)結(jié)果;
振型(Mode)--特征向量或Ritz-Vector，相應(yīng)的頻率，振動(dòng)模態(tài)分析的結(jié)果;
反應(yīng)譜(Spec)--反應(yīng)譜分析的基本結(jié)果。

2. 靜力線性分析

3.模態(tài)分析
用戶可以任意多的定義模態(tài)分析工況，盡管大多數(shù)情況下一個(gè)工況已經(jīng)足夠。對(duì)于每一個(gè)模態(tài)分析工況，用戶可以自行選擇進(jìn)行特征向量分析還是Ritz向量分析。

4.反應(yīng)譜分析
SAP2000對(duì)于反應(yīng)譜分析振型組合，給出了CQC法、SRSS法、ABS法、GMC法、10Pct法和Dbl Sum法等組合方法。我國(guó)2002新規(guī)范規(guī)定考慮結(jié)構(gòu)藕聯(lián)效應(yīng)的情況，可采用CQC和SRSS兩種結(jié)合方法。

5.線性時(shí)程分析
在SAP2000程序中，時(shí)程分析可以使用的積分方式為模態(tài)積分和直接積分。模態(tài)積分方式是以結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過(guò)結(jié)構(gòu)不同模態(tài)的積分求解來(lái)得到結(jié)構(gòu)總的響應(yīng)值，在程序中如果選擇使用模態(tài)積分求解，需要選擇積分求解所基于的模態(tài)分析工況。如果結(jié)構(gòu)需要考慮高階振型的影響，就應(yīng)該在模態(tài)分析工況中考慮更多的振型數(shù)目。直接積分方法本質(zhì)是在一系列時(shí)間間隔范圍內(nèi)求解平衡方程。在SAP2000中時(shí)間積分方法的選擇是通過(guò)其它參數(shù)區(qū)域時(shí)間積分參數(shù)的定義來(lái)完成的，提供了Newmark法、Wilson法、排列法、Hiber-Huges-Taytor法、和Chung and Hulbert法等方法可供選擇。

6.高級(jí)分析功能
SAP2000在結(jié)構(gòu)分析實(shí)踐中可能會(huì)使用的較為深入的分析功能，這些功能包括結(jié)構(gòu)的屈曲分析、靜力非線性分析、動(dòng)力非線性分析等。

設(shè)計(jì)功能

1.鋼框架設(shè)計(jì)
自動(dòng)構(gòu)件截面選擇——不需要初步設(shè)計(jì)
基于虛功原理對(duì)側(cè)向位移的截面優(yōu)化
考慮靜力和動(dòng)力荷載的設(shè)計(jì)
規(guī)范或用戶定義的荷載組合
自動(dòng)計(jì)算K因子 和 P-delta 效應(yīng)
集成化的截面設(shè)計(jì)器，可完成復(fù)合截面和組合截面設(shè)計(jì)
交互式的設(shè)計(jì)與查看功能
設(shè)計(jì)可以考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

2.混凝土框架設(shè)計(jì)
考慮靜力與動(dòng)力荷載的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)包絡(luò)的分組功能
自動(dòng)或用戶定義的荷載組合與設(shè)計(jì)分組
自動(dòng)計(jì)算活荷載折減因子
設(shè)計(jì)考慮雙軸彎矩/單軸力相關(guān)面和剪力
自動(dòng)計(jì)算彎矩放大系數(shù)
計(jì)算P-delta效應(yīng)時(shí)有整體放大系數(shù)的選項(xiàng)
集成化的截面設(shè)計(jì)器可以考慮復(fù)雜的混凝土截面
交互式的設(shè)計(jì)與查看功能
設(shè)計(jì)可以考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)
基于虛功原理對(duì)側(cè)向位移控制的優(yōu)化

3.鋁框架設(shè)計(jì)
考慮靜力和動(dòng)力荷載的設(shè)計(jì)
直梁和曲梁設(shè)計(jì)
自動(dòng)計(jì)算彎矩放大系數(shù)
自動(dòng)計(jì)算K-因子和P-Delta效應(yīng)
自動(dòng)計(jì)算軸力和雙向彎矩和剪力設(shè)計(jì)
支持鋁框架設(shè)計(jì)的規(guī)范：AA-ASD 2000；AA-LRFD 2000

4.冷軋鋼框架設(shè)計(jì)
考慮靜力和動(dòng)力荷載的設(shè)計(jì)
直梁和曲梁設(shè)計(jì)
自動(dòng)計(jì)算彎矩放大系數(shù)
自動(dòng)計(jì)算K-因子和P-Delta效應(yīng)
有效面積和有效主/次慣性矩的計(jì)算
支持冷軋鋼框架設(shè)計(jì)的規(guī)范：AISI-ASD 96；AISI-LRFD 96

【使用說(shuō)明】

由于SAP2000 v21和SAP2000 v14的安裝基本一致，在這里就將v14的安裝步驟進(jìn)行講解，
開始安裝后，安裝程序會(huì)自動(dòng)運(yùn)行一段時(shí)間，我們需要的等待，知道彈出如圖所示的對(duì)話框，單擊“next”



接著進(jìn)入下一個(gè)界面，閱讀合同并選擇接受所有條款“I accept the terms in the license agreement”，然后單擊“next”



緊接著彈出下一個(gè)對(duì)話框，輸入用戶名和機(jī)構(gòu)名稱，此項(xiàng)隨意，下邊是選擇使用權(quán)限，建議選擇“任何使用該計(jì)算機(jī)的用戶”，單擊“next”



接著選擇安裝路徑，路徑中不能出現(xiàn)中文，否則安裝完成后不能運(yùn)行，選好路徑后單擊“next”





單擊“install”，進(jìn)入安裝讀條界面，繼續(xù)等待至安裝完成





安裝完成后，單擊“finish”，安裝步驟就完成了，此時(shí)軟件還不能正常運(yùn)行，需要進(jìn)行正常激活或是破解



破解

首先找到csi.sap2000.v14.1-patch.exe，雙擊運(yùn)行



在運(yùn)行窗口中單擊Patch，按提示找到安裝目錄中的sap2000，然后雙擊，之后出現(xiàn)的“另存為”對(duì)話框點(diǎn)擊“保存”，然后選“是”，覆蓋原來(lái)的文件，出現(xiàn)的對(duì)話框均選“是”，完成后單擊about，然后在下一個(gè)對(duì)話框單擊“OK”，接著關(guān)閉對(duì)話框





在安裝包內(nèi)找到SAP2000v14.ini用它替換C:\Documents and Settings\Administrator\Local Settings\Application Data\Computers and Structures中的原文件后破解就完成了，SAP2000可以正常使用



如何將CAD圖形導(dǎo)入到SP2000中？

CAD所繪制的圖形要成功地導(dǎo)入到SAP2000中，在繪制模型的過(guò)程中有幾個(gè)點(diǎn)需要特別注意：
①圖形必須為單線，PL命令所繪制多段線是無(wú)法導(dǎo)入到SAP2000中的，就算在圖形繪制過(guò)程中使用了PL命令，在導(dǎo)入之前也需要將圖形整個(gè)分解之后才能保存
②為了是模型在導(dǎo)入SAP2000之后方便定義材料和對(duì)不同構(gòu)件的編輯，在CAD繪制圖形時(shí)需要將不同材料的結(jié)構(gòu)分為不同圖層，然后按圖層分步導(dǎo)入SAP2000，并分別定義材料屬性



③通過(guò)CAD將模型繪制好之后，在保存的時(shí)候應(yīng)保存為低版本的 .DXF格式，這也是SAP兩千能夠識(shí)別的前提條件



保存好之后我們打開SAP2000，單擊“文件”——“導(dǎo)入”——“AutoCAD.dxf文件”





雙擊需要導(dǎo)入的文件后會(huì)彈出“導(dǎo)入信息”對(duì)話框，需要選擇全局方向和單位，以上述圖形為例，以為鐵塔的延伸方向是沿Z軸向上的，所以勾線Z，單位以建筑的一般表示方法為準(zhǔn)，采用毫米mm、千牛KN、攝氏度℃，設(shè)置完后點(diǎn)擊“確定”



接著會(huì)出現(xiàn)“DXF導(dǎo)入”對(duì)話框，可以指定需要導(dǎo)入的圖層，建議分層導(dǎo)入，然后分別定義材料（注意每次導(dǎo)入的方向都應(yīng)該相同，在本例中均為Z方向，否則結(jié)構(gòu)最終不會(huì)形成整體）



導(dǎo)入第一部分后的軟件會(huì)默認(rèn)這一步導(dǎo)入的圖形為選中狀態(tài)，然后我們點(diǎn)擊“指定”——“框架”——“框架截面”



接著在彈出的“框架屬性”對(duì)話框中選中我們之前定義好的材料，或者添加新屬性
重復(fù)上一步驟，直到結(jié)構(gòu)全部倒入和定義完畢即可



Sap2000的建模教程：

一、SAP2000坐標(biāo)系
1.SAP2000坐標(biāo)系為右手坐標(biāo)系，整體坐標(biāo)記為x，y，z 三個(gè)方向軸是互相垂直的并且滿足右手準(zhǔn)則
2.SAP2000總是假設(shè)z軸是垂直軸，自重總是沿-z方向作用，SAP2000以1，2，3軸表示單元局部坐標(biāo)系

二、整體坐標(biāo)系的作用
1.節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的確定
2.節(jié)點(diǎn)約束信息
3.節(jié)點(diǎn)荷載
4.整體方程組的建立
5.節(jié)點(diǎn)位移輸出

三、局部坐標(biāo)系的作用
1.單元?jiǎng)偠确匠痰慕?br />2.單元材料特性和截面幾何特性
3.單元荷載的輸入
4.結(jié)構(gòu)的內(nèi)力輸出

四、模型對(duì)象盡量與實(shí)際構(gòu)件一致，盡量按照實(shí)際情況輸入，具體輸入:
1.模型初始化(設(shè)置單位制) 模板建模
2.設(shè)置軸網(wǎng) dxf 文件導(dǎo)入
3.定義材料
4.定義截面
5.繪制模型
6.施加支座約束
7.定義荷載工況
8.定義組合
9.運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析
10.分析結(jié)果輸出

五、建模之前首先選定單位制

六、簡(jiǎn)單模型盡量由SAP2000直接建模，由dxf文件導(dǎo)入模型時(shí)應(yīng)使dxf文件中的圖形位于坐標(biāo)原點(diǎn)，且使圖形坐標(biāo)軸與SAP2000 整體坐標(biāo)系一致

七、鋼材的材料屬性需要修改彈性模量和屈服強(qiáng)度，注意鋼通屬于冷彎型鋼設(shè)計(jì)強(qiáng)度為205 N/mm2，屈服強(qiáng)度適當(dāng)減小

【常見問(wèn)題】

一、為什么我在用SAP2000建了方鋼管混凝土柱后，進(jìn)行砼設(shè)計(jì)檢查時(shí)，出來(lái)的提示是超筋？
目前對(duì)于鋼管混凝土這樣的組合截面是不能進(jìn)行設(shè)計(jì)的。因?yàn)樯袥](méi)有灌入組合結(jié)構(gòu)的規(guī)范和規(guī)程。設(shè)計(jì)結(jié)果是不可用的。但是分析計(jì)算的結(jié)果是可以用的，也就是內(nèi)力和變形的結(jié)果

二、截面切割精度如何?為什么結(jié)果出入比較大？
這和計(jì)算的模型有聯(lián)系還有跟你所模擬的情況有關(guān)系，當(dāng)然要得到精確的結(jié)果需要提高網(wǎng)格的密度，需要具體問(wèn)題具體分析

三、荷載組合是自定義的，在設(shè)計(jì)的時(shí)候不希望添加自動(dòng)荷載組合進(jìn)行設(shè)計(jì)？
在設(shè)計(jì)菜單下的設(shè)計(jì)組對(duì)話框中，將自動(dòng)設(shè)計(jì)荷載組合復(fù)選項(xiàng)去掉就可以不自動(dòng)添加默認(rèn)設(shè)計(jì)組合了

四、地震荷載作用下的層間位移角同手算結(jié)果不一致，為什么？
當(dāng)使用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)構(gòu)的層間位移，其算法不是簡(jiǎn)單的將每個(gè)模型下結(jié)構(gòu)的變形除于層高后簡(jiǎn)單的疊加得到的，而是進(jìn)行模態(tài)的組合得到的，兩者計(jì)算方法不一樣

五、采用索單元進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，周期信息正常，但是振型信息異常不知道為什么？
主要是索采用分段數(shù)為1導(dǎo)致的，此時(shí)計(jì)算的結(jié)果是可以接受的，當(dāng)然振型信息異?？梢院雎?。計(jì)算結(jié)果可用

六、模態(tài)求解失敗？
模態(tài)求解失敗的原因可能有很多種，一種可能是模型存在嚴(yán)重的問(wèn)題，比如結(jié)果極度不合理，存在大量的構(gòu)件鏈接問(wèn)題。另一種當(dāng)使用到里茲向量時(shí)，無(wú)法獲得初始荷載向量陣列，導(dǎo)致求解模態(tài)失敗

七、如何施加預(yù)應(yīng)力？
對(duì)于框架和索單元都可以施加相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，兩者還是有比較大的差別，當(dāng)小跨度的預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)可以使用到框架來(lái)模擬預(yù)應(yīng)力拉索，可以通過(guò)降溫或者施加初始應(yīng)變的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力的施加

八、基礎(chǔ)反力和節(jié)點(diǎn)反力的區(qū)別？
節(jié)點(diǎn)反力系指受約束的點(diǎn)在外荷載作用下的合外力，基礎(chǔ)反力是所有受約束點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)反力的集合，其實(shí)任意構(gòu)件均有節(jié)點(diǎn)反力，只是非約束的點(diǎn)所有的節(jié)點(diǎn)力之和恒為零而已