桥式吊车荷载、地震附加质量与不同的 R–D
本文介绍预制工业建筑特有的三个主题：仅作为地震质量参与承重体系的附加质量、桥式吊车（行车）荷载，以及设有中间层的建筑中上部和下部分区采用不同的 R 和 D 系数。建模步骤请参见预制结构的建模一文。
1. 外墙板和吊车质量（地震附加质量）
对于悬挂在柱上的外墙板或吊车桥等，需要仅作为地震质量而非重力荷载参与承重体系的质量：
- 在平面图中选中质量作用的柱，打开 宏 → 添加预定义节点... 窗口。通过在所选立柱/柱的轴线上选项，节点被放置在柱的上端（檐沟标高）或给定的绝对 Z 标高处（例如吊车牛腿）；在地震附加质量框中以吨（= kN·s²/m）为单位输入质量。对于柱以外的点，请使用按坐标 (X, Y, Z) 选项。节点在平面图中以空心方块符号显示。
- 之后如需修改数值，请右键点击节点符号，打开预定义节点特性窗口；在常规选项卡的地震附加质量框中以吨为单位输入质量。在同一窗口的力选项卡中输入节点荷载（kN，kN·m；整体坐标轴，Z 向上），在常规选项卡中输入支座自由度。
分析中，节点连接到坐标相符的有限元节点。如果节点位于柱的楼层范围内且在其截面之内，则柱在该标高处被分段。无法连接到任何节点的点，其质量只计入楼层总质量，并在分析警告列表中给出提示。
附加质量计入节点所在楼层的地震质量、模态分析质量矩阵、等效地震荷载、二阶效应指标以及上部/下部分区比值。由于它不是重力，因此不会加入竖向荷载和基础荷载。楼层归属依据节点的标高确定。
选中多个节点时，如果该框留空，则保留现有数值。典型用法：将板重的一半（由上部连接承担的部分）加到檐沟标高处的柱顶。吊车桥架的质量请不要在此另行输入：吊车窗口中的写入桥架质量选项会将桥架总质量（桥架重量 / g）平均分配并写入质量柱的牛腿节点（第 2 节）；如果两种方式同时使用，质量会被计算两次。
2. 桥式吊车（行车）荷载
宏 → 桥式吊车（行车）荷载... 窗口根据车轮反力计算吊车梁设计内力以及传递给柱的竖向和水平力；并将吊车荷载作为独立的预定义荷载工况写入模型。程序在分析中单独求解这些荷载工况，并自行生成吊车组合。该窗口不是模态窗口：窗口打开时，您可以在平面图中选择柱。
哪个版本、哪种荷载体系？ 吊车荷载工况适用于 StatiCAD Ultimate 版本，并与预定义的荷载工况和组合（TBDY 组合）配合使用：必须在项目总体设置 → 荷载组合中选中使用钢筋混凝土-砌体荷载组合。选中使用木结构荷载组合（用户自定义荷载体系）时，无法应用吊车荷载工况。
| 输入项 | 说明 | 默认值（书） |
|---|---|---|
| 起重量 (kN) | 吊车起重能力 | 200 |
| R1maks, R1min, R2maks, R2min (kN) | 制造商表中的车轮反力：受载侧 (R1) 和对侧 (R2)；两个小车位置下的最大值和最小值 | 153 / 49 / 134 / 30 |
| 轮距 a (m) | 一根吊车梁上两个车轮的间距 | 3.84 |
| 动力系数 ψ | 放大竖向和水平吊车力 | 1.40 |
| 吊车梁跨度 L (m) | 轴线间距 | 7.5 |
| 梁 + 轨道 q (kN/m) | 吊车梁和轨道自重 | 5.1 |
| 牛腿顶标高 Z (cm, 绝对值) | 吊车牛腿的标高；荷载在该标高写入柱轴线上的节点（柱在该标高处被分段）。Z 必须位于轨道柱的下端和上端标高之间 | 800 |
| 牛腿偏心距 e (cm) | 轨道轴线到柱轴线的距离。牛腿视为朝向对侧轨道，符号自动确定（轨道沿 X 方向时 MX = −V·ey，沿 Y 方向时 MY = +V·ex） | 0 |
| 轨道方向 | 轨道在平面图中的方向（X 或 Y）。桥架方向的水平力 (Rkol/10) 垂直于轨道，制动力 (Rkol/7) 沿轨道方向取值 | X |
| 对侧轨道水平力按最小轮压取值（书） | 勾选时，水平力在受载轨道上按 Rkol,maks、在对侧轨道上按 Rkol,min 计算，方向相同；未勾选时两条轨道均按最大值取值（偏于安全） | 已勾选 |
| KG：地震组合中的桥架自重 | 桥架自重 (ΣR − 起重量) 作为单独的荷载工况，仅参与地震组合 | 已勾选 |
| γK（吊车组合系数） | 吊车组合中 KV 和 KH 的系数 (TS 500，吊车活荷载) | 1.6 |
| 写入桥架质量 | 桥架质量（桥架重量 / g）平均分配给质量柱，并作为地震附加质量写入（第 1 节） | 已勾选 |
- 计算： 列出桥架自重和质量、牛腿处的自重集中力、吊车梁弯矩和剪力（Md、Vd、水平 Md）、柱反力（受载轨道 / 对侧轨道）以及每根柱的水平力。吊车梁须另行按这些数值设计。采用书中输入值时：ΣR = 366 kN，桥架重量 166 kN（16.92 t），柱反力在受载轨道上为 305.7 kN，在对侧轨道上为 89.1 kN；每根柱的水平力（受载 / 对侧轨道）在桥架方向为 30.6 / 8.9 kN，在轨道方向为 43.7 / 12.7 kN。
- 在平面图中选中位于一条轨道上的柱，点击 Ray A ← 所选柱；再选中对侧轨道的柱，点击 Ray B ← 所选柱 按钮。桥架自重 (KG) 和质量要分配到的柱，通过 质量 ← 所选柱 指定；若未指定，则 KG 和质量平均分配给全部轨道柱。这些按钮会取所有楼层中被选中的柱：其他楼层不应残留被选中的柱。
- 应用吊车荷载工况： 在每根轨道柱和质量柱的轴线上、牛腿标高处创建一个预定义节点（或使用已有节点），并写入荷载。重新应用时，先清除之前的吊车荷载和质量（不会重复叠加）。然后请重新运行分析。
- 移除吊车： 删除吊车荷载工况以及吊车应用时创建的（不含其他数据的）节点；写入桥架质量的节点，其质量恢复为应用吊车之前的数值。窗口中的输入值和柱的指定会保留。
窗口中的输入值和选项只有在点击应用吊车荷载工况时才会写入项目：修改任一输入值后，请重新应用吊车；若只点击计算就关闭窗口，修改不会被保存。而 Ray A、Ray B 和质量的指定在点击按钮的瞬间即被保存。吊车定义和吊车荷载工况随项目一同保存。应用吊车荷载工况和移除吊车可通过一次撤销操作撤回。
2.1 吊车荷载工况
应用吊车后，项目的荷载工况数由 13 增加到 20；吊车荷载工况以编号 13–19 加入，并显示在节点的预定义节点特性 → 力表中。在未定义吊车的项目中，荷载工况数、组合和结果均不变。
| 荷载工况 | 内容 |
|---|---|
| KV1 / KV2 | 柱的竖向反力和牛腿弯矩：KV1 中 Ray A 的柱上为 Rkol,maks，Ray B 的柱上为 Rkol,min；KV2 则相反。Rkol,maks = ψ·(R1maks + R2maks·(L − a)/L)，Rkol,min = ψ·(R1min + R2min·(L − a)/L)（吊车梁按简支梁，用影响线求得） |
| KHX1 / KHX2 | 整体 X 方向的水平力；KHX1 与 KV1 位置（Ray A 受载）配对，KHX2 与 KV2 位置配对 |
| KHY1 / KHY2 | 整体 Y 方向的水平力，配对方式相同 |
| KG | 桥架自重 W = ΣR − 起重量（静力，不含 ψ；仅用于地震组合）；平均分配给质量柱 |
在一个荷载工况中，每条轨道的所有柱同时受载（单一吊车位置）。吊车荷载工况与 G 和 Q 采用相同的刚度和相同的楼板规则求解。
2.2 吊车组合
存在吊车荷载工况时，程序会在组合列表末尾最多添加十个吊车组合：1.4G + 1.6Q + γK·KVi、1.4G + 1.6Q + γK·KVi ± γK·KHXi 以及 1.4G + 1.6Q + γK·KVi ± γK·KHYi（i = 1, 2）。吊车组合原样沿用 1.4G + 1.6Q 组合的系数；KHX 与 KHY 不出现在同一组合中；不含雪荷载 (S)。
- 吊车组合不视为地震组合：它不参与柱和剪力墙含地震的轴向力（柱中 0.40·fck·Ac 限值）；但参与 TS 500 设计内力和剪力包络。
- 吊车荷载不进入地震组合（TBDY 公式 4.11 和 4.12）；仅 KG 按该组合的 G 系数 (1.0 / 0.9) 加入。
- 在柱、梁、剪力墙、基础和筏板基础的设计中，在地基应力验算中，以及在预制连接需求的组合包络中，也使用吊车组合。
- 地震质量中只计入桥架自重，不计入起吊重量（TBDY 4.5.9.2）。
吊车按单一位置建模；没有吊车位置扫描，也不支持多台吊车。吊车荷载工况不参与梁挠度验算和楼板壳单元内力。在危险建筑 (RBTE) 组合中不生成吊车组合；在木结构荷载组合下或非 Ultimate 版本中，吊车荷载不进入分析（两种情况都会在分析警告列表中提示；桥架质量仍参与地震质量）。吊车牛腿如果在柱属性窗口的牛腿选项卡中定义为短牛腿，则会进行设计：其需求自动取自吊车节点，而桥架质量的地震力不计入水平需求（参见短牛腿设计）。吊车计算摘要不会输出到报告。
3. 上部和下部分区采用不同的 R 和 D（TBDY 4.3.6）
对于下部分区（例如设中间层的部分）与上部分区承重体系不同的建筑，使用 宏 → 上部/下部分区不同的 R-D (TBDY 4.3.6)... 窗口。分析对整栋建筑采用上部分区的系数（项目总体设置中的 R、D）；下部分区构件的内力按规范中的 ν 系数修正。
| 输入项 | 说明 | 默认值 |
|---|---|---|
| 上部/下部分区采用不同的 R 和 D 系数 | 启用该选项 | 关闭 |
| 下部分区的顶层（楼层号） | 该层及以下视为“下部分区” | 1 |
| 下部分区 R (X)、R (Y) | 下部分区承重体系的性能系数（TBDY 表 4.1） | 8 |
| 下部分区 D (X)、D (Y) | 下部分区的超强系数（TBDY 表 4.1） | 3 |
| νüst (X)、νüst (Y) | 上部分区基底剪力与总基底剪力之比；输入 0 时由楼层重量和高度自动计算 | 0 |
计算 / 显示按钮显示 νüst、νalt、ν、(R̄a)alt 和 D̄alt 的数值。
分析中：来自地震荷载工况的下部分区构件延性内力按 ν 放大，非延性行为（剪力承载力计算）采用 D̄alt 进行，下部分区的层间位移按 (R̄a)alt 计算。该设置随项目一同保存。
示例（书中建筑）： 上部分区 R = 3，D = 2；下部分区 R = 5，D = 2.5；下部分区顶层为 1；νüst = 0.408 (X) / 0.406 (Y) → ν = 0.763 / 0.762，(R̄a)alt = 3.93，D̄alt = 1.81。如需逐项对比，也可手动输入 νüst 数值。
4. 常见情况
| 现象 | 解决办法 |
|---|---|
| “应用吊车荷载工况”按钮为灰色（不可用）。 | 在项目总体设置 → 荷载组合中选中的是使用木结构荷载组合。请选中使用钢筋混凝土-砌体荷载组合，然后关闭并重新打开吊车窗口（第 2 节）。 |
| 分析警告中出现“Projede gezer vinç (kren) yüklemeleri tanımlı ancak analize katılmadı”（项目中已定义桥式吊车（行车）荷载工况，但未参与分析）消息。 | 选中了木结构荷载组合，或版本不是 Ultimate。请选中使用钢筋混凝土-砌体荷载组合并重新分析；如不需要吊车，请在吊车窗口中运行移除吊车。 |
| 组合列表中没有吊车组合。 | 尚未应用吊车或吊车已被移除；分析前必须运行应用吊车荷载工况。使用危险建筑 (RBTE) 组合时（在危险建筑评估中，或在项目总体设置的地震作用组合中选中了“仅在 X 和 Y 方向分别施加地震方向”时），不会生成吊车组合。 |
| 出现“Ray A ve ray B aynı hatta görünüyor”（Ray A 和 Ray B 似乎位于同一条线上）警告；牛腿弯矩未写入。 | 轨道方向与轨道在平面图中的方向不一致，或为 Ray A 和 Ray B 指定了同一条线上的柱。请更正轨道方向或柱的指定，然后重新应用吊车。 |
| 出现“Köprü özağırlığı (ΣR − kapasite) sıfır: KG ve kütle yazılmadı.”（桥架自重 (ΣR − 起重量) 为零：未写入 KG 和质量。）消息。 | 起重量必须小于车轮反力之和 (ΣR)；请检查制造商表中的 R1/R2 数值是否包含桥架重量。 |
| 总地震质量比预期的大。 | 桥架质量既手动（地震附加质量）又通过吊车窗口写入了。请取消勾选写入桥架质量并重新应用吊车，或删除手动输入的质量。 |
| 附加质量没有出现在基础荷载中。 | 这是预期行为：地震附加质量不是重力，只参与地震计算。 |