螺栓自动设计

本文首次发布于 IDEA StatiCa 24.0，并在 25.1 版本中进行了更新。

螺栓自动设计共有两种类型：自动设计和螺栓自动设计。自动设计侧重于"初步估算"（初始几何形状），而螺栓自动设计则专门针对紧固件布局进行优化，以提高经济性。新设计将根据所选设置创建，相关设置将在下文进一步说明。这些功能是强大的辅助工具，可加快工程设计流程，提供经过充分验证的设计方案，供用户进行最终校核。

自动设计

自动设计功能是一种快速初步设计工具，可根据标准规则和被连接构件的属性，快速生成有效的节点几何形状。

自动设计功能适用于以下操作：端板、板对板、拼接以及翅板/抗剪板。

自动设计可通过以下方式调用：

1. 右键单击上述含螺栓的操作，选择自动设计。此方式不仅会自动设计螺栓，还会自动设计焊缝。
2. 在三维场景的树形结构中右键单击操作，选择全部自动设计。此方式不仅会自动设计螺栓，还会自动设计焊缝。
3. 在右侧操作属性顶部点击自动设计

对于端板和板对板操作，还提供以下附加自动设计设置：

• 剪力：针对剪力传递设计板和螺栓（仅适用于端板操作）。
• 齐平：将板设计为与梁的上下翼缘齐平。
• 外伸：将板设计为延伸至梁的上下翼缘之外。

自动设计过程由被设计构件的属性和特定全局设置决定。算法将评估以下输入：

• 截面与材料：被连接梁/柱的几何参数和材料参数。
• 梁承载力设置：使用项目设置 > 设计 – 通用中定义的百分比（默认值为 40%），根据截面承载力设计节点。对腹板应用抗剪承载力，对翼缘应用抗弯承载力。
• 构造规则：遵守相同设置中规定的间距和边距规则。
• 翅板螺栓行数上限：遵守相同设置中定义的螺栓行数最大限值（默认值为 2）。

运行自动设计时，该功能将自动计算并调整以下加工操作参数，以找到可行的设计方案：

• 板的属性：厚度、尺寸（宽度/高度）和偏移量
• 螺栓属性：螺栓总数及其具体位置

该功能保持以下参数不变：

• 螺栓直径和等级
• 板的材料等级

建议：如需综合考虑经济性、效率和最优分布的精细化设计方案，请使用螺栓自动设计功能。请注意，该功能专为翅板和拼接节点设计，仅适用于螺栓仅承受剪力的节点。

螺栓自动设计

螺栓自动设计功能由机器学习驱动，并与基于设计规范的解析公式相结合。该方法使工具能够提出兼顾结构有效性与经济性的解决方案，从而实现最优螺栓布置。

螺栓自动设计功能适用于以下操作：翅板和拼接，其中螺栓主要承受剪力。

螺栓自动设计只能在计算完成后通过以下方式调用：

•  右键单击上述含螺栓的操作

该算法依据施加的内力（N、V_z、M_y）——特别是考虑螺栓上的合剪力——并根据以下全局设置进行评估：

• 取整规则：螺栓位置根据项目 > 首选项 > 应用单位 - 新实体取整中的取整设置进行调整。
• 螺栓：目标承载比：该限值在项目设置 > 设计 – 通用 > 自动设计中定义（默认值为 0.9）。算法将实际作用荷载与该设定值进行比较，以找到满足要求的解决方案。所检查的具体值为剪力承载比（Ut_s）。
• 构造规则：算法遵守项目设置 > 设计 – 通用 > 螺栓构造中规定的间距和边距规则。

运行螺栓自动设计时，该功能将自动计算并调整翅板或拼接操作的以下参数，以找到优化的设计方案：

• 螺栓属性：螺栓总数和螺栓网格几何形状
• 板的属性：尺寸（根据新螺栓网格调整）和厚度（部分调整以实现与被连接构件相同的承压承载力）

该功能保持以下参数不变：

• 螺栓直径和等级
• 板的材料等级

基本假设

• 螺栓自动设计算法仅考虑模型中作用荷载效应在板平面内的力和弯矩（N、V_z、M_y——仅对螺栓产生剪力）。螺栓中出现的任何拉力（由其他荷载或撬力产生）在自动设计过程中均不予考虑。
• 如果拉力承载比较高（超过总承载比的 30%），螺栓自动设计可能给出不精确的结果，用户可能会收到警告信息。螺栓自动设计仍会执行，但结果可能受螺栓拉力的显著影响。

• 操作中的螺栓必须设置为承压/剪力相互作用剪力类型。若螺栓设置为摩擦型，则不执行螺栓自动设计，用户将收到警告信息。

• 当模型超载且分析以显著塑性变形完成时，螺栓中的力无法正确计算。因此，螺栓自动设计将基于不正确的螺栓力进行计算，无法给出正确结果。
• 自动设计不支持空心截面。
• 如果所选截面不适合根据几何要求布置螺栓网格，也可能会收到警告。例如，对于窄翼缘的情况，无法满足边距、距腹板距离等要求。

• 自动设计和螺栓自动设计是另一种有助于加快设计流程、使其更加简便和自动化的工具，同时兼顾安全性和经济性。继焊缝尺寸设计之后，该功能是节点设计自动化流程的下一步。

它简化了寻找合适节点设计的迭代过程。受剪螺栓自动设计考虑了简单节点上的作用荷载。用户无需进行迭代，只需调用此自动设计功能，软件即可找到合适的设计方案。