04第03章坐标系与轴网沈万湘.docx
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04第03章坐标系与轴网沈万湘
第3章坐标系与轴网
SAP2000作为空间有限元分析和设计软件,在建模过程中空间的定位一般通过轴网辅助进行。
轴网可以由用户定义生成,也可以由数据导入生成。
SAP2000的轴网系统一般由若干坐标系组成,而轴线是组成坐标系的基本对象。
用户定义的第一个坐标系是整体坐标系,此后通过添加附加坐标系完成复杂轴网的定义。
对于轴网线的编辑可以整体进行,也可以单根轴线进行。
对轴网线以外的定位还可以借助参考线和参考面。
在SAP2000中建模不一定需要轴网,但准确、快速的定义轴网系统对于提高空间建模速度是非常有帮助的。
熟练掌握定义轴网的技巧是必不可少的。
3.1轴网
SAP2000中轴网由坐标系组成,用户可以定义的坐标系有两种类型:
笛卡尔坐标系(直角坐标系)和柱坐标系。
定义的第一个坐标系被称为整体坐标系(GLOBAL),它是生成其他附加坐标系的前提条件,因此不能被删除或者更名。
用户通过添加附加的笛卡尔坐标系或者柱坐标系或者轴线,就可以拼装成较为复杂的轴网系统。
3.1.1新建轴网
打开SAP2000界面后,点击文件>新模型命令或者新建模型按钮
,弹出新坐标系/轴网对话框(图3-1)。
图3-1新坐标系/轴网对话框
系统名称
显示系统默认坐标系名称
轴网线数量
X方向
输入整体坐标系X方向轴线数
Y方向
输入整体坐标系Y方向轴线数
Z方向
输入整体坐标系Z方向轴线数
轴网间距
X方向
输入整体坐标系X方向轴线间距
Y方向
输入整体坐标系Y方向轴线间距
Z方向
输入整体坐标系Z方向轴线间距
在对话框中,系统名称为灰色状态,表示GLOBAL名称无法更改。
在轴网线数量区域和轴网间距区域输入X、Y、Z方向轴线数和轴线间距。
需要对数据进一步编辑则点击编辑轴网按钮,弹出定义轴网数据对话框(图3-2)。
图3-2定义轴网数据对话框
SystemName
显示系统默认坐标系名称
X、Y轴线数据
GridID(轴线ID)
显示轴线编号。
用户可以修改
Ordinate(坐标)
显示轴线坐标或到下一轴线的间距,用户可以修改
Linetype(类型)
双击选择轴线类型:
Primary(主轴线)、Second(次轴线)
visibility(可见性)
双击选择轴线可见性:
Show(可视)、Hide(隐藏)
BubbleLoc(轴圈位置)
双击选择轴线圈的位置:
Top(上)、Bottom(下)
GridColor(轴网线颜色)
显示当前轴线的颜色,用户可以编辑
显示轴网线(选项)
坐标
坐标列按轴线坐标显示
间距
坐标列按轴线间距显示
单位(下拉菜单)
选择轴线尺寸显示单位制
隐藏全部轴网线
勾选则隐藏全部轴网线
粘合到轴网线
将附加坐标系粘合到整体坐标系。
控制显示局部坐标系原点项
轴圈尺寸
输入轴圈尺寸
重设为默认颜色
重新设轴线颜色为默认颜色
重新排序
重置轴线坐标。
Edit菜单项
Cut
剪切轴线数据表格中数据
Copy
复制轴线数据表格中数据
Paste
粘贴轴线数据表格中数据
Delete
删除轴线数据表格中数据
InsertRow
插入轴线数据表格中数据行
DeleteRow
删除轴线数据表格中数据行
Format菜单项
Color
在某个轴线的轴线颜色上左单击鼠标左键,再点击Format>Color命令,显示设置轴线颜色对话框。
可以选择颜色。
当然,这一功能可以直接在某个轴线的轴线颜色上双击
对于一个新建轴网的数据进行编辑,首先在单位制下拉列表中设置适当的数据显示单位制。
然后选择轴网线间距显示方式。
对于数据的编辑直接在表格中进行。
数据的修改,例如轴线编号和间距,直接选择表格单击鼠标左键,键入数据即可。
对于轴线属性的修改,例如类型、可视性、线圈位置,则在表格位置双击鼠标左键,属性会在固有值间进行切换。
轴线编号可根据习惯进行修改,一般输入字母或数字。
轴线类型分为primary(主轴线)、Second(次轴线)。
主轴线带有轴线编号,次轴线不带轴线编号。
对于某一编号轴线的可视性可以在invisibility表格中控制。
如果需要隐藏全部轴线,可以直接勾选隐藏全部轴网线勾选项。
轴线颜色可以通过点击gridcolor方格弹出的颜色编辑器进行设置。
如果整体坐标系需要被定义为柱面坐标系,则在新坐标系/轴网对话框中选择柱面坐标项(图3-3)。
图3-3新坐标系/轴网对话框
此时,轴网线数量、间距以半径和弧度方向定义。
点击编辑轴网按钮,弹出定义轴网数据对话框(图3-4)。
图3-4定义轴网数据对话框
对话框与之前介绍的笛卡尔坐标系的定义对话框基本一致,只是轴线的定义方式是按照柱面坐标显示的。
如右轴网线区域表示每段圆弧半径坐标;顶轴网线区域表示每段弧度的夹角度数。
注意:
定义轴网数据对话框中的轴线数和间距都是以新坐标系与轴网对话框中的数据为基础的。
因此对于较多轴线的轴网务必事先准确定义轴线数量,防止后期添加轴线带来的不便。
3.1.2整体坐标系和附加坐标系
如之前所提到,定义的第一个坐标系被称为整体坐标系(GLOBAL)。
整体坐标系可以是笛卡尔坐标系,也可以是柱面坐标系。
整体坐标系坐标轴均为X、Y、Z轴显示,但坐标值显示方式根据坐标系类型不同而有所区别。
笛卡尔坐标系显示为X、Y、Z坐标值,柱面坐标系显示为r、t、Z,分别表示半径、角度、Z坐标值。
此后用户添加的坐标系被称为附加坐标系。
附加坐标系可以是新建坐标系,也可以是整体坐标系的复制。
整体坐标系与附加坐标系二者的区别在于整体坐标系不可删除,位置不能移动,附加坐标系可以删除和移动操作。
附加坐标系个数没有限制,并且可以绕X、Y、Z轴旋转、空间移动。
每个附加坐标系的坐标原点都是独立的,当附加坐标系移动后,坐标原点也会随之移动。
当新建附加坐标系时,点击定义>坐标系统/轴网命令,或者在视图空白位置单击鼠标右键弹出快捷菜单选择编辑轴网数据命令,弹出轴网/坐标系统对话框(图3-5)。
图3-5轴网/坐标系统对话框
系统
显示当前所有的坐标系统供用户选择
按钮
添加新系统
弹出新坐标系/轴网系统对话框
添加系统副本
添加一个与列表中高亮显示的坐标系相同的坐标系。
弹出定义轴网数据对话框
修改/显示系统
弹出定义轴网数据对话框
删除系统
删除列表中高亮显示的坐标系
转换为一般轴线系统
勾选则使高亮显示的坐标系的轴线分解,使该坐标系轴线由统一编辑状态变为单独可编辑状态。
该命令为不可逆操作
在对话框中点击添加新系统按钮,弹出新坐标系/轴网系统对话框。
选择坐标系类型后,点击编辑轴网按钮,弹出附加坐标系定义轴网数据对话框(图3-6)。
图3-6定义轴网数据对话框
对话框与整体坐标系定义轴网数据对话框区别在于右下角局部坐标系原点按钮。
当移动附加坐标系时,点击局部坐标系原点按钮,弹出坐标系对话框(图3-7)。
图3-7坐标系对话框
系统名称
系统提供默认坐标系名称
二维
附加坐标系以整体坐标系原点做平面X、Y方向平移及绕Z轴转动
三维
附加坐标系以整体坐标系原点做平面X、Y、Z方向平移及绕当前Z、Y、X轴转动
平移
X
输入附加坐标系原点X轴坐标值
Y
输入附加坐标系原点Y轴坐标值
Z
输入附加坐标系原点Z轴坐标值
转角(度)
Z
输入附加坐标系绕自身Z轴旋转角度
Y
输入附加坐标系绕自身Y轴旋转角度
X
输入附加坐标系绕自身X轴旋转角度
在角度输入域中,正值代表绕旋转轴逆时针旋转,负值代表绕旋转轴顺时针旋转。
在SAP2000视图中所有坐标系一次只能显示一个,坐标系的切换操作在界面右下角坐标系下拉列表中进行选择(图3-8)。
图3-8
选择的坐标系会切换为当前坐标系。
视图仅显示当前坐标系,光标坐标值以及显示类型以当前坐标系原点为基准。
3.1.3一般轴网系统
轴网的相关数据通过X方向(半径方向)和Y方向(环向)的轴线数目和间距定义。
但是,在轴线比较复杂的情况下,除了需要增加若干附加坐标系(直角坐标系或柱坐标系)之外,可能还存在一些不规则的轴线。
这些轴线的定义,仅在表格中使用轴线的数量和间距整体编辑是无法准确定义的。
因此需要有一种功能使轴线能够更灵活的单独定义或者直接绘制编辑。
就此SAP提供了一般轴线系统,完成这样的轴线的定义。
所谓一般轴网系统是通过已有的轴网转化,使轴线由整体编辑状态,拆散成单根轴线编辑状态的轴网系统。
点击定义>坐标系统/轴网命令,弹出轴网/坐标系统对话框(图3-9)。
图3-9轴网/坐标系统对话框
在列表中选择目标坐标系,勾选右下方转化为一般轴网勾选项,即完成了转化操作。
此时,点击修改/显示系统按钮,弹出轴网系统数据对话框(图3-10)。
图3-10轴网系统数据对话框
轴网系统
显示轴网系统名称。
用户可以修改
轴网线
显示轴网中所有轴线名称
点击
添加新的轴网线
弹出轴网线对话框,详见图3-11
修改/显示轴网线
弹出轴网线对话框,详见图3-11
删除轴网线
删除高亮显示的轴网线
Z轴网线
定义Z轴网线
弹出定义轴网数据对话框,详见图
坐标系统
弹出坐标系对话框,详见图。
(如果为整体坐标系,不可以修改)
轴网线已被拆分成单根轴线。
用户可以根据需要添加轴线或者对已有轴线进行编辑。
例如添加轴线,点击添加新的轴网线按钮,弹出轴网线对话框(图3-11)。
图3-11轴网线对话框
轴网线ID
输入轴线标签
轴网线类型
直线
选择轴线类型为直线段
弧(未启用)
选择轴线类型为弧线
平面坐标系
X1
输入(显示)轴线第一端点X轴坐标
Y1
输入(显示)轴线第一端点Y轴坐标
X2
输入(显示)轴线第二端点X轴坐标
Y2
输入(显示)轴线第二端点Y轴坐标
XC
未启用
YC
未启用
选项
主轴线(选项)
选择轴线为主轴线
次轴线(选项)
选择轴线为次轴线
隐藏轴网线
勾选则不显示轴网线
切换轴圈位置
勾选则轴圈切换至轴线另一端
轴圈尺寸
显示默认轴圈尺寸。
可修改
颜色
点击色框弹出颜色编辑器,修改轴线颜色
应用到全部
勾选对应项,则将该项设置应用到轴网全部轴线
在对话框中输入轴线两端点坐标值即可添加轴线。
对已有轴线的修改则在轴网系统数据对话框选择目标轴线,点击修改/显示轴网线按钮,同样弹出轴网线对话框(图3-11)。
在平面坐标系区域中会显示出已有轴线端点坐标值,用户直接在输入域中修改数据即可。
定义Z方向轴线(高度),则在轴网系统数据对话框点击定义Z轴网线按钮,弹出定义轴网数据对话框(图3-12)。
图3-12定义轴网数据对话框
SystemName
显示系统默认坐标系名称
Z轴网数据
GridID(轴线ID)
显示轴线编号。
用户可以修改
Ordinate(坐标)
显示轴线坐标或到下一轴线的间距,用户可以修改
Linetype(类型)
双击选择轴线类型:
Primary(主轴线)、Second(次轴线)
visibility(可见性)
双击选择轴线可见性:
Show(可视)、Hide(隐藏)
BubbleLoc(轴圈位置)
双击选择轴线圈的位置:
Top(上)、Bottom(下)
(GridColor)轴网
线颜色
显示当前轴线的颜色,用户可以编辑
显示轴网线(选项)
坐标
坐标列按轴线坐标显示
间距
坐标列按轴线间距显示
单位(下拉菜单)
选择轴线尺寸显示单位制
隐藏全部轴网线
勾选则隐藏全部轴网线
粘合到轴网线
将附加坐标系粘合到整体坐标系。
控制显示局部坐标系原点项
轴圈尺寸
输入轴圈尺寸
重新排序
重置轴线坐标
Edit菜单项
Cut
剪切轴线数据表格中数据
Copy
复制轴线数据表格中数据
Paste
粘贴轴线数据表格中数据
Delete
删除轴线数据表格中数据
InsertRow
插入轴线数据表格中数据行
DeleteRow
删除轴线数据表格中数据行
此对话框用于定义一般坐标系Z轴方向(高度)的轴线,定义方法与之前介绍过的定义轴网数据对话框相同。
点击轴网系统数据对话框中轴网系统按钮,弹出坐标系对话框(图3-7),可以对一般坐标系进行移动操作。
除了使用对话框对一般轴线进行编辑以外,可以在视图中直接对轴线进行绘制、修改。
首先按照前面章节新建一个轴网,并将其转化为一般轴网系统。
点击绘图>绘制一般轴网线命令,弹出对象属性对话框。
光标处于绘制状态,此时用户就可以以两点连线的方式,在任意位置绘制轴线。
在视图中改变轴线方向或删除操作,则需要先将轴网解除锁定。
在视图空白位置单击鼠标右键,弹出快捷菜单,在菜单上选择锁定屏幕轴网系统编辑命令点击,使右侧勾选状态消失(图3-13)。
图3-13
回到视图中,此时就可以用光标直接选择轴线,按键盘Delete键即可删除轴线。
点击左侧工具条中设置重定形单元模式按钮,光标变为绘制状态。
在轴线位置点击使轴线变为可编辑虚线状态。
此时,用户可以将光标移动至轴线端点,按住鼠标左键对端点进行脱拽操作(图3-14)。
图3-14
注意:
转化为一般轴网为不可逆操作。
即转化为一般轴网的轴线无法恢复为整体编辑状态。
因此用户在转化操作之前需谨慎,或者添加目标坐标系的副本进行转化。
3.2参考线
SAP2000提供了较为完善的轴网系统作为绘制构件的辅助工具。
上一节介绍的轴网系统能够满足大多数情况下的建模需要,但仍需要一些轴线来辅助绘制特殊位置的构件,例如在平面视图中任意点的定位,SAP2000提供了参考线作为轴网的一种补充轴线,用来提供更为灵活平面定位方法。
参考线表现为立面中的一条轴线,在平面视图中显示为一个点。
因此在平面视图中参考线起到定位点的作用,可以用来在平面视图中任意位置定位,因此又称为参考点。
在立面视图中参考线与竖向轴线的作用基本相同。
参考点的绘制方法是通过轴网交点或者已经存在的点位置的相对距离来绘制。
参考线的绘制方法很简单,在平面视图中,点击绘图>绘制参考点命令或者在平面视图空白位置单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择在平面上创建参考线命令,弹出对象属性浮动窗(图3-15)。
图3-15对象属性浮动窗
在浮动窗中输入相对距离值,例如OffsetX=2(m)、OffsetY=2(m),将光标移动至轴线交点。
当显示出捕捉到交点的红色点时,单击鼠标左键,此时距该点X方向2米、Y方向2米位置就会出现一个十字形参考点(图3-15)。
光标可以捕捉到参考点。
借助参考点可以两点连线或者多点连面绘制构件。
视图在三维状态下时,可以看到参考点实际上是一条贯穿轴网全高的轴线。
参考线也可以通过对话框定义。
在视图空白位置单击鼠标右键,弹出快捷菜单,在菜单上选择编辑参考线命令,弹出编辑参考线对话框(图3-16)。
图3-16编辑参考线对话框
参考线位置
(垂直)
X坐标
输入/显示参考线X轴坐标
Y坐标
输入/显示参考线Y轴坐标
添加(按钮)
点击则将输入数据添加到列表中
修改(按钮)
点击则将输入域中数据覆盖到列表中高亮显示的参考线数据
删除(按钮)
点击则将删除列表中高亮显示的参考线数据
改变单位
改变当前数据显示单位制
一般情况参考线不会对结构计算产生影响,因此在使用完可以直接将其删除。
删除或者移位操作只能在编辑参考线对话框中进行。
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- 04 03 坐标系 轴网沈万湘