屋架向导
本文介绍在 StatiCAD 中如何通过屋架向导建立木屋架、钢屋架或轻钢屋架：选择模板、带尺寸标注的预览、在平面图中通过两个支座点布置（需要时可阵列布置）、编辑以及分析模型。要在屋架之间添加檩条，请参见屋架间自动布置檩条一文。
1. 关于本文
向导让您从模板中选择木屋架，借助带尺寸标注的预览调整参数，并通过在平面图中点击两个支座点（需要时可阵列布置）来建立屋架。建立后的屋架还可以通过同一窗口进行编辑。
说明以一个示例进行：在一栋平面 10 × 8 m、墙厚 24 cm 的单层建筑上，以 2 m 的间距布置五榀 Howe 屋架，跨度 8 m，坡度 30%，两侧各带 40 cm 挑檐。在屋架之间添加檩条的方法见屋架间自动布置檩条一文。
版本： 屋架向导可在 StatiCAD 的所有版本中使用。屏幕截图取自 StatiCAD Ultimate V.10.0.1.0。
2. 此前的方法与向导的区别
在 StatiCAD 中，屋架以前是这样建模的：先在平面图（XY 平面）中用梁绘制屋架的立面，再用旋转（Döndür）命令绕 X 轴旋转 90°，使其进入竖向平面。旋转之后仍保持竖向的梁，再用 kirişi kolona çevir（梁转柱）命令转换为立柱。
向导以参数化方式生成相同的数据结构。区别在于：几何形状在同一个窗口中定义，构件轴线在节点处汇交，并且适合分析模型的支座与铰的设置会自动建立。
| 旋转方法 | 屋架向导 | |
|---|---|---|
| 几何 | 手工绘制；每种跨度和坡度都要重新绘制 | 13 种模板；跨度、坡度、屋脊和挑檐参数；跨度改变时坡度保持不变 |
| 构件轴线 | 梁节点在上表面，轴线在其下方 h/2 处（偏心） | 轴线位于节点线上：杆件在节点处中心汇交 |
| 铰 | 手动 | 弦杆连续，腹杆端部在屋架平面内铰接（可选） |
| 支座 | 下弦直接位于楼层标高处 | 固定 + 滑动支座立柱（推荐）或直接支承 |
| 阵列 | 通过复制 | 数量和间距；每榀屋架为单独的选择组（MAKAS-01 ...） |
| 编辑 | 逐个构件修改 | 用向导重新建立所选屋架 |
用旧方法绘制的项目： 用旋转方法绘制的屋架同样受到支持；针对这类模型的建议见第 9 节。
3. 打开向导
向导有三种打开方式：绘制 › Makas (çatı makası sihirbazı)...（屋架向导）、宏 › Makas sihirbazı...，以及左侧工具栏中的 Makas 按钮（屋架）。三者打开的是同一个窗口。屋架作为当前楼层的构件建立；在基础层会给出警告。
4. 向导窗口
窗口左侧是屋架类型图库，中间是带尺寸标注的预览，右侧分四个选项卡设置参数。预览在每次修改后刷新：上弦为红色，下弦为蓝色，竖杆为绿色，斜杆为橙色；跨度、屋脊高度、挑檐和坡度均有尺寸标注，并显示支座符号。鼠标悬停在某个构件上时，会显示其长度和截面。预览下方一行给出节点数和构件数、各构件组的数量和总长度，以及每榀屋架的截面体积。
图 4 – 屋架向导：三角形 – Howe，跨度 8.00 m，坡度 30%，挑檐 0.40 m
4.1. 屋架类型
图库中共有 13 种模板。选择模板后，几何和腹杆会按该类型的推荐值填充；各选项卡中的每个值之后都可以修改。恢复模板值（Şablon değerlerine dön）按钮会恢复所选模板的数值。
| 模板 | 用途 |
|---|---|
| 三角形 – Fink (W) | 对称三角形；W 形斜杆。住宅中最常见的类型 |
| 三角形 – Howe | 斜杆向屋脊方向上升（受压），竖杆受拉 |
| 三角形 – Pratt | 斜杆自屋脊向下延伸（受拉），竖杆受压 |
| 中柱式（King post） | 中间一根竖杆（中柱）和两根斜撑；用于小跨度 |
| 梯形 – Pratt / Warren | 平顶（截头）屋架 |
| 单坡（披屋） | 向单一方向倾斜；用于披屋和半坡屋面 |
| 平直 – Pratt / Warren | 上下弦平行的平直桁架 |
| 倾斜平行弦 | 倾斜的平行弦桁架 |
| 剪刀式屋架 | 下弦也带坡度（吊顶抬高）的屋架 |
| 拱形 / 月牙形 | 曲线上弦（月牙形的下弦也为曲线）；曲线被划分为若干抛物线段 |
4.2. 几何选项卡（Geometri）
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| 跨度（Açıklık，支座之间） | 两个支座之间的水平距离。勾选跨度改变时保持坡度（Açıklık değişince eğimi koru）后，屋脊和端部（heel，topuk）的高度会随之调整，使坡度保持不变（在平面图中布置时同样适用此规则）。输入过程中的中间值（例如输入 800 时出现的“8”）不予考虑。 |
| 屋脊（Mahya） | 居中（Ortada）、偏左（solda）、偏右（sağda）或输入位置（konum gir）；位置为距左端的距离，单位 cm。勾选对称（Simetrik）时，右侧跟随左侧。 |
| 上弦（Üst başlık） | 左/右端（heel）和屋脊的高度，自底面起算，单位 cm；坡度也可以按 % 输入。曲线上弦（Eğrisel üst başlık）形成拱形。 |
| 下弦（Alt başlık） | 左/右端以及屋脊下方的高度（用于剪刀式屋架）。曲线下弦（Eğrisel alt başlık）形成月牙形。 |
| 挑檐与标高（Saçak ve kot） | 左/右挑檐是上弦伸出支座之外的水平长度。封闭挑檐端部（Saçak ucunu kapat）会在端部增加下弦和竖杆。底标高（Taban kotu）是屋架底面相对于楼层顶标高的高度。 |
4.3. 腹杆选项卡（Örgü）
腹杆类型（Örgü tipi）：Pratt、Howe、Warren、Warren + 竖杆、单向（N 形）、Fink 和中柱式。所选类型的简要说明显示在下方。
节间划分（Panel bölümü）有两种给定方式。选择按节间数（Panel sayısı ile）时，输入屋脊左侧和右侧各有多少个节间。选择按目标节间长度（Hedef panel boyu ile）时，给定水平节间长度，节间数由此计算。
屋脊中竖杆（Mahyada orta dikme）在屋脊节点处增加一根竖杆。
没有腹杆节点的弦杆点会被合并；弦杆不会被不必要地分段。
4.4. 截面选项卡（Kesit）
材料类型（Malzeme türü）：木材（Ahşap）、钢（Çelik，钢屋架）或轻钢（Hafif çelik，轻钢屋架）；钢适用于 StatiCAD Ultimate 和 Hybrid，轻钢仅适用于 StatiCAD Ultimate。等级（Sınıf）：项目中已定义的及材料库中的木材等级（例如 C24、GL28h）或钢材牌号（S235、S275、S355 ...）。项目中没有时，从材料库添加。
矩形截面 (b × h)（Dikdörtgen kesit，木材）按四组分别给定：上弦、下弦、竖杆、斜杆。
连接（分析模型）（Birleşimler (analiz modeli)）：弦杆连续、腹杆端部铰接（推荐）、所有端部铰接或刚接。铰仅在屋架平面内（M3）设置；平面外的连接保持不变。
支座（Mesnetler）：固定 + 滑动支座立柱（推荐）或直接支承。详见第 8 节。
钢屋架
材料类型选为钢（Çelik）时，每组不再输入 b × h，而是选择型钢系列（profil ailesi；IPE、HE A、HE B、UPN、L、RHS、CHS ...）和型钢（profil）。默认值：弦杆 HE 100 A，竖杆和斜杆 IPE 80，等级 S235。
弦杆和斜杆作为钢梁建立，竖杆作为钢屋架立柱建立。型钢截面加入项目中；有限元模型中的面积和惯性矩取自目录。铰的设置与木屋架相同（腹杆端部在平面内铰接）。支座立柱采用下弦的型钢。
钢结构验算中，弦杆构件的侧向扭转屈曲长度 Lb 取构件（节间）长度，倾斜弦杆取实际斜长。预览下方的摘要给出每榀屋架的用钢量。
钢屋架构件的验算：弦杆和斜杆（钢梁）按轴向受压屈曲以及轴力–弯曲相互作用（ÇYTHYE 11.3）进行验算；屈曲长度为节点间的构件长度（倾斜弦杆取实际斜长）。竖杆（按钢柱验算）在受压和受拉两种情况下进行验算。受支持的型钢：I/H、U 形（翼缘紧凑时）、箱形、圆管和等边角钢。
尚不支持的内容：T 形型钢和不等边角钢不在钢结构验算的范围内；这些构件在分析中带有“henüz desteklenmiyor”（尚不支持）的说明并显示为不满足，向导会在窗口和结果消息中注明这一点。U 形型钢的弯扭屈曲以及角钢单肢连接受压杆的规则不另行计算。
轻钢屋架
材料类型选为轻钢（Hafif çelik）时，每组从预定义轻钢型材库中选择型钢系列（CC、UU、SIGMA、CPLUS、SIGMAPLUS）和型钢。默认值：弦杆 CC C150x80x20x2，竖杆和斜杆 CC C100x60x18x2，等级 S235。屋架列表中不提供 Z 形型材。
弦杆和斜杆作为轻钢梁建立，竖杆作为轻钢屋架立柱建立，并按轻钢构件进行验算（HCBTİE）。基于螺钉连接节点的假定，连接的默认值为所有构件端部铰接（平面内铰接；平面外连续）；该设置可以修改。
分析之后，结果显示在轻钢构件报告中。
轻钢屋架的限制：不进行螺钉连接（节点）验算；构件为单一型材（不支持背靠背组合截面）。弦杆的上翼缘不按有侧向约束考虑（用檩条向导建立的檩条仅在檩条点处约束弦杆）。
4.5. 布置选项卡（Yerleşim）
通过屋架数量（Makas adedi）和屋架间距（makas aralığı）一次建立阵列。阵列方向（Dizi yönü）决定从第一个点看向第二个点时，阵列向左还是向右排列。
每榀屋架归入单独的选择组（组名前缀（grup adı öneki）+ 序号：MAKAS-01、MAKAS-02 ...）。通过选择该组，可同时选中、删除或复制该屋架的全部构件。
按坐标布置（Koordinatla yerleştir）：输入两个支座点（cm），点击添加（Ekle）即可不经平面图点击直接建立。
5. 在平面图中布置
点击在平面图中布置（2 点）（Planda yerleştir (2 nokta)）按钮后，窗口会隐藏，程序进入平面图选点模式。程序的捕捉选项（端点、轴线交点、对象交点）有效；按住 Shift 时，第二个点会相对于第一个点锁定在垂直方向上。
- 点击第一个支座点（示例中位于下侧墙上，x = 1.00 m）。
- 将鼠标移向第二个支座。橡皮筋线显示阵列中所有屋架的位置线；屋架预览（Makas önizleme）窗口实时更新跨度（坡度保持不变）。
- 点击第二个支座点。屋架即被建立，摘要写在状态栏中。
- 该工具保持开启；要布置新的屋架阵列，可再次点击两个点。右键点击或选择其他工具即可结束该工具。
图 9 – 等待第二点时：橡皮筋线显示五条屋架线，预览窗口实时显示跨度（7.96 m）
图 10 – 第二次点击后建立了五榀屋架（MAKAS-01 … MAKAS-05）；状态栏中显示摘要
6. 生成的模型
向导生成的构件类型与此前的旋转方法相同。弦杆和斜杆是两端标高不同的木梁。竖向杆件为屋架立柱（Makas Dikmesi）类型；该类型不会自动获得支座，其铰会被考虑。构件轴线位于节点线上（梁偏移 h/2）；各杆件在节点处中心汇交。
图 11 – 三维视图中已建立的屋架
| 杆件组 | 构件类型 | 端部条件 |
|---|---|---|
| 上弦 | 木梁 | 连续（采用推荐连接方式时） |
| 下弦 | 木梁 | 连续 |
| 斜杆 | 木梁 | 两端在屋架平面内铰接 (M3) |
| 竖杆 | 屋架立柱 | 两端在屋架平面内铰接 (M3) |
| 支座立柱 | 屋架立柱 | 第 1 个支座处上端铰接（固定），第 2 个支座处两端铰接（滑动） |
7. 编辑屋架
选中已建立屋架的任意构件；通过平面图右键菜单或 宏 › Seçili makası düzenle...（编辑所选屋架）打开向导。窗口以编辑屋架（makası düzenle）为标题打开。点击更新屋架（Makası güncelle）后，该组的原有构件会被删除，屋架从同一个第一支座点、沿同一方向以新的数值重新建立（跨度也可以修改）。
图 13 – 编辑模式：载入同一会话中建立的屋架的参数；然后点击更新屋架
参数保存在文件中：自 V10.0.7.1 起，屋架参数（包括材料类型和型钢）会写入项目文件；编辑时载入文件中的设置。对于用早期版本建立的屋架，轴线、跨度、底标高和支座立柱由构件反推得到；其他设置则采用模板值。
8. 支座模型与分析
当下弦直接坐落在楼层顶标高处的墙上，且开启了竖向荷载下生成刚性楼板（düşey yüklemelerde diyafram）选项时，刚性楼板会在平面内把支座和下弦节点相互锁定。此时在竖向荷载下下弦不产生拉力；力由楼板约束承担。此前的旋转方法也是同样的情况。
固定 + 滑动支座立柱（推荐）可消除这一问题。屋架整体抬高一个支承高度（默认 10 cm）后建立。第一个支座处的短立柱上端在屋架平面内铰接（固定铰支座）。第二个支座处的立柱两端均为铰接（摆杆，即滑动支座）。屋架在平面外两端均受约束。这样屋架就像真正的桁架一样工作。
“直接支承”选项： 选择直接支承（Doğrudan oturur）时，向导会就楼板情况给出警告。采用此选项求解屋架时，请在项目总体设置 › 构件内力（Proje Genel Ayarları › Eleman Kuvvetleri）中关闭“在竖向荷载（G 和 Q）下也生成刚性楼板”（Düşey yüklemelerde (G ve Q) de diyafram oluştur）选项。
图 14 – 示例模型的分析：没有悬空构件警告（列表中的警告与示例墙体材料的容重有关）
9. 用旧方法绘制的屋架
绕 X 轴旋转绘制的屋架，其分析方式与用向导建立的屋架相同。通过对称或旋转生成的梁，其端部标高、支座类型和长度、挑出长度、端部铰以及固定的支座配筋都会随端部一并带过去；屋架几何在分析中不会改变。
屋架与支承梁的连接由梁接触模块（几何检查 › 自动连接相交/相接的梁，Geometri Kontrolü › kesişen/değen kirişleri otomatik bağla）完成：与挑檐梁或墙梁相接的下弦通过接触连接相连；下端坐落在某根梁上的竖向构件（例如屋架中柱）不被当作落地（有地面支承）的构件。
项目建议：
- 将屋架下弦绘制在恰好接触支承梁或柱顶的标高上；若两者之间的间隙大于接触容差（5 cm），则不会建立连接。
- 下方没有屋架的游离立柱、在同一位置绘制了两次的柱，以及未与任何构件连接的柱，会在分析警告列表中显示为悬空构件组（havada kalan eleman grubu）；请删除它们。
- 中柱和斜撑的端点应位于弦杆轴线上；几厘米的偏差就可能使腹杆无法与弦杆连接。
- 新建屋架请使用向导；各杆轴线在节点处汇交，支座模型也会自动建立。
10. 在三维窗口中选择
在平面图中很难选中屋架上弦，因为上弦、下弦和腹杆在平面图中相互重叠。在三维窗口中，可通过选择模式（seçim modu）按钮点击构件进行选择。选择按屏幕上看到的视角进行；点击时视图不会改变。在三维窗口中选中的屋架构件，可在檩条向导中通过从选择中获取（Seçimden al）使用（参见屋架间自动布置檩条）。
11. 限制与提示
- 屋架可采用木质矩形截面 (b × h)、热轧型钢或冷弯薄壁轻钢型材建立。钢结构和轻钢验算的范围见第 4.4 节。
- 屋架参数保存在项目文件中（第 7 节）；构件同时也作为普通梁和立柱保存。
- 屋架建立在当前楼层；支座点就是在平面图中点击的点，程序不会去查找墙或柱。
- 平面图中屋架没有单独的符号；构件按梁和立柱绘制。
- 要删除某榀屋架，请先选中其任一构件，再选择其选择组（MAKAS-nn）并删除。Geri Al（撤销）可一步撤销向导的操作。
示例中的模型和截面仅作示例之用；截面选择、连接及支座条件的正确性由项目的负责工程师负责。