面

面用于描述平面的或曲面的构件几何，其表面尺寸远大于厚度。面的刚度由其材料和厚度决定。在生成有限元网格时，会在面上创建 2D 单元。这些单元在计算时按面的重心轴考虑。

输入面时可以使用已有的边界线。如果您通过导航器快捷菜单中的选项或工具栏按钮以图形方式定义面（见图 平面面工具栏按钮），则在对话框中设定面参数并点击“确定”后，定义线会自动生成。

基础选项卡管理面的基本参数。勾选相应的复选框后，会补充显示更多选项卡，您可以在其中进行具体设置。

刚度类型

刚度类型控制面能以何种方式承受内力，或假定面具有哪些特性。列表中提供了多种类型可供选择。

标准

面传递弯矩和膜力。这一假定描述了均质各向同性面模型的一般特性。面的刚度特性与方向无关。

无厚度

面不具有刚度。该类型用于实体的边界面。

刚性

使用该刚度类型可以模拟非常刚硬的面，以在对象之间建立刚性连接。

膜

面在所有方向上具有相同的刚度。但仅传递受拉状态的膜力（n_x、n_y）以及膜剪力（n_xy）。在受压、横向剪力以及弯矩作用下，受影响的面单元失效。

膜仅受压

仅传递弯矩和受压状态的膜力。当膜力引起拉力时，受影响的面单元失效（例如：孔壁承压）。

导荷虚面

使用该类型可以将面荷载施加到未被面填充的区域上，例如作用在窗户或厂房杆件上的风荷载。该面的荷载会被分配到边缘或集成对象上。如果生成了杆件荷载，荷载会按全局方向换算到实际杆件长度上（荷载方向 X_L、Y_L、Z_L）。该面本身不具刚度。

导荷载准则可以在导荷虚面选项卡中设定。

'导荷方向'描述荷载应以哪个（哪些）方向施加到对象上。列表中提供基于有限元计算的各向同性分配选项，以及基于条带的正交布置选项，条带可在一个或两个局部面坐标轴方向上用于确定荷载作用宽度。

选择'各向同性 | FEM'选项时，RFEM 使用一个单独的部分模型来确定荷载分布，其中该面通过一个刚性面单元来模拟。所有集成到面中的对象（杆件、线支座和节点支座、与模型单元相连的线、耦合或节点等）均由刚性线或刚性节点支座代替。然后该部分模型的反力作为荷载用于 RFEM 的 3D 计算。如果某些对象不应传递荷载，可以在'不影响'部分中指定。

对于通过条带的导荷，您可以指定 RFEM 应如何进行'荷载分布'。默认情况下，荷载以变化分布的形式分配到相邻对象上。如果希望得到恒定的荷载分布，请在列表中选择相应选项。两种方式的区别见下图对比。

只有在'选项'部分激活扩展分配设置复选框时，'条带宽度'、'平滑系数'和'面上条带最小数量'的输入项才可用。仅在荷载分布出现问题时才需要调整。这些参数的作用在专题文章 导荷虚面的扩展分配设置中通过示例进行了说明。

对于导荷虚面，您还可以'设定面自重'，例如考虑玻璃化的自重。

在'不影响'部分中，可以将杆件、线和节点排除在荷载传递之外（例如支撑）。您可以逐个指定对象，或选择一个位于无荷载杆件或线附近的模板对象。

当面的边界线确定后，'受载对象'部分会显示受载的杆件、线和节点。如果需要特定的荷载分布，请在'基础'选项卡中勾选荷载分布系数复选框。然后可以在 荷载分布系数选项卡中为传递荷载的对象单独设定系数。

在通过条带导荷时，可以考虑'杆件偏心'或'截面分布'，以正确反映杆件的几何位置或其走向（参见章节 截面）。'忽略弯矩平衡'复选框默认未激活。这样，面荷载对重心的弯矩会与杆件荷载对重心的弯矩相平衡。但对于节点荷载，该选项无意义。下图展示了在考虑和不考虑弯矩平衡的情况下，一条自由线荷载如何分配到对置的杆件上。

支撑

使用该刚度类型可以在建模中简单而真实地考虑压型钢板、檩条和支撑的稳定作用。

支撑面不作为刚度有效的对象参与计算，而是作为几何基础，用于确定位于支撑面内的杆件和对象，并计算其支撑作用。因此，支撑面的 取消激活以进行计算复选框会自动勾选，且无法取消勾选。

支撑面的准则可以在 支撑、参数和 公差选项卡中设定。

支撑

有两种基本不同的支撑类型可供选择。

• 面

压型钢板的支撑作用通过一个正交各向异性面来模拟，该面通过刚性耦合与相连的杆件连接。紧固件的刚度通过刚性耦合中的线铰加以考虑。

通过'张拉方向'确定压型钢板的取向。它影响正交各向异性面的方向，并在定义正交各向异性特性时加以考虑。x 轴和 y 轴参照面的局部 xyz 坐标轴系。

在'与面相连的杆件'部分中，自动列出作为压型钢板横梁和纵梁考虑的杆件。这些是位于支撑面平面内、在定义的 公差范围内，且垂直或平行于压型钢板张拉方向的所有杆件。

'不影响'部分可将某些杆件排除在自动指定为相连杆件之外。

• 杆件支座

压型钢板、檩条或支撑的支撑作用通过面上的杆件支座来描述：为这些相连杆件创建相应的杆件剪切板和转动约束。

通过'支撑方向'确定压型钢板或檩条的取向。x 轴和 y 轴参照面的局部 xyz 坐标轴系。

在'被支撑的杆件'部分中，自动列出限制支撑面端跨的杆件、最靠近支撑面边界的杆件或位于面内跨的杆件。适用支撑面平面内的 公差以及垂直于支撑方向的方向准则。

'不影响'部分可将某些杆件排除在自动指定为相连杆件之外。

参数

'参数'选项卡与 支撑类型相匹配：对于面类型，定义压型钢板和紧固件的特性；对于杆件支座类型，确定起稳定作用的构件。

• 面

在'板'类别中确定压型钢板。在列表中可以选择已定义的型材，或通过'新截面'选项创建压型钢板。为此可使用通过按钮 打开的库。截面的参数会自动提取为正交各向异性面所需的特性。这些参数用于厚度类型为 成型正交各向异性且正交各向异性类型为'压型钢板'的厚度。

在'纵向接缝'类别中确定压型钢板是规则布置还是不规则布置。两个相邻纵向接缝之间的每个区域都会生成一个单独的正交各向异性面。这些面通过纵向接缝处的线铰耦合。纵向接缝连接的刚度通过线铰中定义的弹簧刚度加以考虑，该刚度由'纵向接缝固定'类别中选择的紧固件的柔度得出。纵向接缝的位置由压型钢板的布置自动推导。

'偏心距'描述压型钢板相对于相连横梁的位置。例如选择'顶面'选项时，压型钢板布置为其底面位于横梁的顶面上。

在'板 - 横梁固定'类别中，确定正交各向异性面与横梁连接的参数。该连接通过刚性耦合实现。刚性耦合的线铰模拟连接的刚度，包括型材变形的影响。压型钢板与横梁的固定提供了选定的紧固件。

对于负位置布置的压型钢板，可以确定板是固定在下翼缘还是上翼缘。正位置布置的压型钢板始终固定在下翼缘。

正交各向异性面与纵梁的连接同样通过带线铰的刚性耦合实现，线铰由固定件的刚度得出。在'板 - 纵梁固定'类别中提供若干紧固件供选择。

在'纵向接缝固定'类别中指定纵向接缝的紧固件。此处列表中同样提供特定类型。

• 杆件支座

选择哪些构件在计算中起稳定作用。除'型钢板'、'檩条'和'支撑'等选项外，还提供'手动刚度'选项。型钢板和檩条互斥，而支撑则既可以与型钢板也可以与檩条组合使用。

在'尺寸'类别中确定几何参数。剪切板长度默认由支撑面的几何形状推导得出，也可以手动调整；两种情况下都必须在'型钢板'类别中勾选'作为剪切板考虑'选项。横梁间距同样自动预设为内跨和端跨杆件之间的最大距离。也可以手动定义。

'偏心距'描述压型钢板相对于相连杆件的位置。例如选择'顶面'选项时，压型钢板布置为其底面位于杆件的顶面上。

在'型钢板'类别中，可以确定压型钢板的参数。勾选'作为转动约束考虑'选项后，程序会为端跨和内跨的杆件各创建一个带 Φ_x 非线性 绕 x 转动约束的杆件支座。选择'作为剪切板考虑'选项时，为端跨和内跨的杆件各生成一个带 y 或 z 方向 剪切板非线性的杆件支座。方向由位于支撑面内的局部杆件轴确定。

对于型钢板，可以在'截面和材料'列表中选择已定义的型材，或通过'新截面'选项创建压型钢板。为此可使用通过按钮 打开的库。然后确定其他参数，如固定方式、连接刚度的确定、杆件和板刚度等。如果激活'作为剪切板考虑'复选框，还会考虑按 DIN 18807 的剪切板刚度。

对于檩条杆件支座，在'檩条'类别中选择檩条的截面并指定檩条间距。在考虑刚度的其他参数的情况下，为端跨和内跨的杆件创建带 Φ_x 非线性 绕 x 转动约束的杆件支座。

在'支撑'类别中选择斜杆和立柱的截面。指定立柱间距和支撑数量。根据这些参数，为端跨和内跨的杆件各生成带 y 或 z 方向 剪切板非线性的杆件支座。方向由位于支撑面内的局部杆件轴确定。

公差

在'公差'选项卡中定义允许的偏差，据此将杆件自动归为纵梁和横梁（支撑类型 面）或端跨和内跨（支撑类型 杆件支座）。

'面内杆件公差'控制在多大偏差范围内将杆件视为位于支撑面内。该值可以以距离的形式绝对定义，也可以以角度的形式相对定义。类似地，可以确定'平行/垂直于面 x 轴的杆件公差'。

• 显示和隐藏支撑面生成的对象

程序根据参数生成正交各向异性面、刚性耦合和带相应几何与刚度特性的线铰。通过工具栏中的按钮 可以控制这些生成的对象是否在模型中显示。或者，在导航器 – 显示中使用复选框 模型 → 面 → 支撑。

渲染完整模型时会显示所选的压型钢板，从而可以图形方式检查张拉方向。张拉方向还通过一个红色方向箭头表示。

• 将支撑面生成的对象转换为标准对象

支撑面生成的对象——正交各向异性面、刚性耦合、线铰——在导航器 – 数据中以紫色字体标识，且无法编辑。如果希望编辑这些对象，程序提供了将其转换为"真正的"面的功能。操作步骤如下：

1. 在导航器 – 数据中双击一个生成的面或生成的线铰。
2. 在对象对话框底部点击按钮 。

使用该功能，支撑面的所有生成对象都将转换为正交各向异性标准面以及（如有）标准铰。由此，生成状态被解除，生成的对象将作为生成对象而丢失。因此在执行该功能之前会显示相应的提示。

如果误用了该功能，可以通过撤销按钮 恢复原始状态，或者不保存关闭文件。

结果面

该刚度类型允许通过积分方法将其他对象的应力和力转换为面内力。例如，可以在实体上确定需要用不同分项系数进行设计的膜应力和弯曲应力。

积分结果的其他准则可以在结果面选项卡中设定。

在'积分应力和力'部分中选择，结果是仅按对象考虑，还是在某个区域范围内按几何方式也加以考虑。在'包括的对象'部分中确定相关的面和实体。或者选择'所有'对象，然后在'从包括对象中排除'部分中排除某些单元。

如果要积分面"下方"和"上方"某个区域的结果，可以在'参数'部分中定义相应的距离。这些距离参照垂直于面平面的局部 z 轴。

几何类型

几何类型描述面的形式概念。列表中提供多种类型可供选择。

平面

平面面的所有边界线均位于一个平面内。通过列表按钮可以使用多种平面面形状。

您可以（在对话框中点击"确定"后）通过拖拽矩形、圆形等以图形方式定义面。如果选择'选择边界'，一旦有足够数量的边界线确定，RFEM 会自动识别该面。

四边形面

该面类型的基本形式为一般四边形面。边界线可以是直线、圆弧、多段线和样条曲线。因此可以模拟曲面。

在'新建面'对话框中确定四边形面的边界线。如果封闭面不能由四条线构成，也允许超过四条线。此时在'四边形面'选项卡中指定四个角节点，它们控制曲面的展开方式。

NURBS

NURBS 面由四条封闭的 NURBS 线（参见章节 线）构成。由此几乎可以模拟任意自由曲面。

在'新建面'对话框中确定 NURBS 面的边界线。相对的每对 NURBS 线必须具有相同数量的控制点，以使这些 NURBS 线的阶次"兼容"。然后在'NURBS'选项卡中可以通过'控制点权重'影响面的形状。所选控制点的坐标在'坐标 - 控制点'部分中显示。

裁剪

当面相互相贯时，可以快速创建相贯：选择这些面并调用快捷菜单。有多种选项可供选择。

选择'创建相贯'选项时，仅生成相贯线。如果选择'通过相贯分割'选项之一，RFEM 会创建子面并将其类型指定为'裁剪'。然后可以删除部分区域，例如去除凸出的面。

旋转

旋转面是将已有线绕一根轴旋转而产生。RFEM 由起点和终点以及线的旋转定义点生成面。此时会生成新的线。

在'旋转'选项卡中确定要旋转的面的边界线。输入旋转角 α。旋转轴上的点可以通过坐标或使用按钮 以图形方式确定。

管

管面是将管的中线绕该轴在半径范围内旋转而产生。此时会生成新的线：两个圆和一条平行于管轴的多段线。

在'管'选项卡中确定管的半径。该值描述从管轴到面中心的距离。输入中线的编号，或使用按钮 以图形方式选择管轴。

如果管截面为锥形，请激活'末端半径不同'复选框并输入相应值。

最小曲率样条

使用该几何类型可以通过位于面上或面外的控制节点创建曲面。例如可以模拟地形表面。

确定参考平面的'坐标系'并输入'坐标系中的样本坐标'。这些点代表样条曲面的控制节点。然后确定'参考平面的边界线'，或使用按钮 以图形方式选择线。

带材料的厚度

在现有厚度列表中选择合适的类型，或定义新厚度（参见章节 厚度）。

厚度的材料

上方部分中所确定厚度的材料已预设。如有需要，可以在已创建的材料列表中选择其他材料或重新定义（参见章节 材料）。该材料随后会分配给厚度类型。

铰

通过铰可以控制面内力沿面上某一条线的传递（参见章节 线铰）。勾选复选框后，可以在'铰'选项卡中确定铰类型。

支座

如果面为弹性支承，可以在'支座'选项卡中选择或重新定义面支座（参见章节 面支座）。

释放

为了在面处解除模型耦合，可以在'释放'选项卡中选择或重新定义面释放（参见章节 面释放）。

偏心距

通过偏心距可以模拟整个面的高度偏移（参见章节 面偏心）。可以在'偏心距'选项卡中确定偏移类型。

荷载分布系数

对于 导荷虚面类型的面，可以为传递荷载的对象设定分布系数。勾选复选框后，可以在新选项卡中单独分配这些系数。

导荷虚面的受载对象默认排在一行中。每个对象的系数均为 1.00，因此所有对象对荷载传递的贡献相同。如果需要特定的分布，请点击下一个空行并选择线或杆件。然后分配合适的'分布系数'。

网格细化

有限元网格的网格间距可以与面的几何形状相匹配（参见章节 面网格细化），从而独立于一般的网格设置。在'网格细化'选项卡中可以选择或重新定义面网格细化。

特定坐标轴

每个面都有一个局部坐标系。通常它平行于全局坐标轴。但坐标系也可以——输入和输出分别——由用户自定义。

输入坐标轴

输入坐标轴的方向对于例如正交各向异性和支承特性或面荷载的作用具有重要意义。

'类别'部分中的列表提供了多种调整坐标轴方向的方式：

• 角转动：绕 z 轴以角度 α 旋转 xy 面坐标轴
• 轴平行于线：将 x 轴或 y 轴对齐于一条线
• 轴指向点：将 x 轴或 y 轴对齐于一条线与面的交点
• 轴平行于坐标系：将坐标轴对齐于用户自定义坐标系

可以通过按钮 以图形方式确定参考对象。

复选框'反转局部 z 轴'用于将 z 轴和 y 轴反向对齐。

结果坐标轴

目前结果坐标轴的方向只能'与输入坐标轴相同'。

结果网格

每个面上都覆盖有一个网格，用于在表格中输出结果。它使输出可以独立于有限元网格，在规则的、可调整的结果点上进行。

默认预设为一个笛卡尔面网格，网格点在两个方向上的间距均为 0.5 m。如有需要，可以在此调整 x 方向（b）和 y 方向（h）的'网格间距'，进行'网格旋转'或更改'网格原点'。对于圆形面，网格类型'极坐标'可作为数值结果输出的替代方案。

如果在'选项'部分勾选了'自动调整'复选框，则在更改面时网格点会自动适配新的几何形状。

在'点'部分中可以检查生成的网格点坐标。表格中不可进行更改。

集成对象

通常，RFEM 会自动识别位于面内但未用于面定义的所有对象。

面所关联的节点、线和洞口的编号显示在'面内集成对象'部分中。

如果某对象未被识别，应手动集成它：取消激活自动对象识别。此时'面内集成对象'部分中的输入框变为可用。补充缺少的对象编号，或使用按钮 以图形方式确定对象。

激活导荷虚面

该复选框可用于借助导荷虚面分配面的荷载——与面的刚度类型无关。这样，面通过其刚度在模型中起作用，而荷载向相邻对象的分配则通过在 导荷虚面选项卡中设定的参数来控制。该功能主要与厚度类型为 骨架墙板的面相关。

取消激活以进行计算

该复选框可在计算中不考虑该面，例如用于模拟施工阶段或研究一种建模方案。此时面的刚度、边界条件和荷载均不予考虑。

信息 | 解析

一旦确定了面的边界线，就会显示此部分。它提供面重要特性的概览，例如面积、实体和质量，以及面的重心位置和面的方向。洞口已相应考虑。