3D3S

钢结构—空间结构设计软件

3D3S钢结构—空间结构设计软件是同济大学独立开发的CAD软件系列，同济大学拥有自主知识产权。该软件在钢结构和空间结构设计领域具有独创性，填补了国内该类结构工具软件的一个空白。截至2006年12月31日，3D3S的注册用户总数为1890家，基本覆盖了各大钢结构设计单位和钢结构企业。国内结构设计一线都能看到3D3S软件的身影。

系统描述

3D3S钢与空间结构设计系统包括轻型门式刚架、多高层建筑结构、网架与网壳结构、钢管桁架结构、建筑索膜结构、塔架结构及幕墙结构的设计与绘图，均可直接生成Word文档计算书和AutoCAD设计及施工图。

3D3S钢结构实体建造及绘图系统主要是针对轻型门式刚架和多高层建筑结构，可读取3D3S设计系统的三维设计模型、读取SAP2000的三维计算模型或直接定义柱网输入三维模型，提供梁柱的各类节点形式供用户选用，自动完成节点计算或验算，进行节点和杆件类型分类和编号，可编辑节点，增/减/改加劲板，修改螺栓布置和大小、修改焊缝尺寸，并重新进行验算，直接生成节点设计计算书，根据三维实体模型直接生成结构初步设计图、设计施工图、加工详图

3D3S钢与空间结构非线性计算与分析系统分为普通版和高级版，普通版主要适用于任意由梁、杆、索组成的杆系结构；可进行结构非线性荷载——位移关系及极限承载力的计算、预张力结构的初始状态找形分析与工作状态计算，包括索杆体系、索梁体系、索网体系和混合体系的找形和计算、杆结构屈曲特性的计算、结构动力特性的计算和动力时程的计算；高级版囊括了普通版的所有功能，此外还可进行结构体系施工全过程的计算、分析与显示。可任意定义施工步及其对应的杆件、节点、荷载和边界，完成全过程的非线性计算，可考虑施工过程中因变形产生的节点坐标更新、主动索张拉和支座脱空等施工中的实际情况。

3D3S辅助结构设计及绘图系统可对独立基础、条形基础、钢结构梁、钢结构柱、钢结构支撑、压型钢板组合楼盖、组合梁及中小工作制吊车梁进行设计和验算，并可直接生成计算书及AutoCAD设计和施工图，对于直跑和旋转钢楼梯，根据输入参数直接生成AutoCAD施工图。

系统功能

建模技巧

3D3S软件从V5.0以后就基于AutoCAD图形平台进行开发，与Autocad的命令紧密结合，使用操作方式统一。

所有CAD的建立线框模型的二维和三维命令都可以在3D3S软件中使用，常用的例如：划线（line）、复制（copy）、移动（move）、拉伸（stretch）、镜像（mirror）、阵列（array）、打断（break）、使用夹点拉伸等。在选取对象时，也可以使用wp，fence等辅助命令参数。除此之外，还有：

施加荷载的技巧

分析参数的设置技巧

分析结果的查询技巧

结构按照规范设计的技巧

设计结果的检查调整技巧

用3D3S计算门式刚架、钢框架的技巧

软件发展

3D3S自1997年推出1.0版，至今已有23年的使用、维护和升版历史，历经千家以上用户和数千个工程实践的检验。3D3S软件中采用的高层结构弹塑性时程分析模型是吕西林教授团队的研究成果（获国家和省部级科技进步奖），采用的预张力结构、索膜结构计算设计理论及钢结构实体建造绘图技术是张其林教授团队的研究成果（获省部级科技进步奖）

同济大学科技处组织专家对3D3S各系统和各功能模块分别进行了专家鉴定以保证软件的可靠性和严肃性。3D3S软件于1999年首批进行了行业软件登记，成为国内最早获得承认的钢结构与空间结构专业设计软件。上海同磊土木工程技术有限公司于2004年获得软件科技企业称号，2006年获得上海市以及国家科技部创新项目的全额资助。

常用结构

本文用《3D3S》计算门式刚架、钢框架的使用技巧和注意事项。讨论了腹板计算比限值和蒙皮效应。

轻钢结构是这些年来国内兴起的一种新型结构形式。它的优点在于：可适应大跨度、大面积、大柱网联合厂房的要求；厂房建设速度快、收效早；结构自重较轻，可减少基础的投资。鉴于以上优点，业主在厂房建设中大多愿意使用轻钢结构，该院在这些年来厂房设计中轻钢结构大有超越混凝土结构的趋势。笔者有幸完成了天津逸仙科学园(门式钢架)和三环乐喜新材料有限公司（钢框架）两个工程。在设计过程中经过深入研究和频繁使用《3D3S》，《钢结构设计规范GBJl7--88》《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程ECSl02：98》和《冷弯薄壁型钢结构技术规范GBJl8--87》有几点体会拿出来供大家参考。

《3D3S》的使用

《3D3S》是同济大学开发的用于钢结构设计的软件。该软件可用于钢框架、门式刚

架、自立塔架、钢屋架及吊车梁等各种钢结构的设计。可用于平面分析，也可用于空间分析。从使用角度来看，该软件学术分析强于实际工程的设计。该院常用的是钢框架和门式刚架，由于门式刚架有快捷生成方式，这里并不多谈，主要讨论钢框架的计算。

《3D3S》的主要流程：建模一规定约束一截面-上荷载-内力分析一设计验算一节点一施工图。基本操作可参见说明书，这里仅就使用中的几个问题加以讨论。

a、建模时一般只建立柱和主梁，次梁的建立可用主梁分段然后捕捉用分段后节点来建立。如果遇到不规则框架可按规则框架建模，然后局部删除柱梁，必须注意这样会变节点和构件号。

b．规定约束时请注意次梁的约束，一般节点程序自动规定为固接，但一般框架次梁和主梁的连续铰接，这样必须将每个次梁选中然后将其两端转动使约束释放。

c．《3D3S》的线荷载输入非常方便，面荷载的输入有些繁琐，如果局部面荷载输错，那全部需要重输，所以需要谨慎。《3D3S》的荷载中包括**和风荷载的计算，但是必须先计算**作用然后才能导风载。必须注意的是荷载的工况号，程序规定了恒载为o，风载为2，活载可有几个，最重要一个为1，其余可分配不同工况号。最新版本中计算**时，可将活载加人重力荷载代表值，一般可取0．5的系数。

d．设计验算中，算框架时一般选择《钢结构设计规范GBJ17--88》，但这样计算结果会比用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 ECSl02：98》及其他钢结构公司的计算结果大。计算过程中主要焦点在构件腹板和柱子长细比要求的差别，这部分见后面论述。施工图设计一般只使用《3D3S》提供的构件，《3D3s》所提供的节点详图一般需另行绘制。

《3D3S》使用两个坐标系统，一个为结构总体坐标系x、Y、z轴，另一个为构件自身坐标系1、2．3轴。在查阅内力时请区别使用。

刚架腹板屈曲后强度的利用

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECSl02：98》中腹板允许失稳，并可利用屈曲后强度，见此规程6．1．1。而《钢结构设计规范CB，17--88》中不允许腹板失稳，见此规范第5．4．2条。

长细比的比较

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECSl02：98》中构件的长细比(第3．5．2条)与《钢结构设计规范GBJl7--Sg》(第5．3．7和5．3、8条)相比有所放松

应力蒙皮效应的考虑

当屋面板、墙板为钢板且和横梁、檩条可靠连接时，结构形成一个整体，提高了结构整体刚度和承载力，这就是应力蒙皮效应。一些钢结构公司使用国外设计程序，考虑了应力蒙皮效应，所以比用《3D3S》计算构件截面为小。

《门式用0架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：9s》中对应力蒙皮效应有所讨论见此规程条文说明5．1．2。但是一般情况下，由于具体工程的钢结构安装公司对板与构件连接情况并不十分了解，所以一般不考虑此作用。

使用3D3S设计的建筑物模型和结构图

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