midas Gen钢结构优化分析及设计Word文件下载.docx

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A

基本风压：

0.35KN/m2；

荷载条件：

1-5层楼面，恒荷载4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2；

6层屋面，恒荷载5.0KN/m2，活荷载1.0KN/m2；

1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m；

6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m；

分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用

图1分析模型

图2结构平面图

图3①，③轴线立面图图4①，④轴线立面图

图5

，

轴线立面图图6

轴线立面图

建立模型并进行分析运算。

1.主菜单选择特性>

材料>

材料特性值：

添加

材料号：

1；

名称：

Q235；

规范：

GB03（S）；

数据库：

材料类型：

各向同性。

2.主菜单选择特性>

截面>

截面特性值：

添加：

添加梁、柱截面尺寸。

3.主菜单选择结构>

建模助手>

基本结构>

框架:

利用建模助手建立框架梁

输入：

添加x坐标，距离2.5，重复6；

添加z坐标，距离4，重复3；

编辑：

Beta角90度，材料选择Q235，截面选择主梁截面，生成框架；

插入：

插入点，0，0，0；

Alpha，-90。

4.运用选择及拖放操作，将次梁截面赋予模型。

5.主菜单选择节点/单元>

单元>

扩展：

建立框架柱

扩展类型：

节点->

线单元；

单元类型：

梁单元；

材料：

Q235；

截面：

柱截面；

输入复制间距：

dz=-4.5；

选择生成柱的节点，建立框架柱。

6.主菜单选择节点/单元>

建立单元：

建立支撑

单元类型：

桁架单元；

支撑截面。

7.主菜单选择结构>

建筑>

控制数据>

复制层数据:

复制次数：

5；

距离：

3，添加；

在模型窗口中选择要复制的单元。

8.主菜单选择结构>

定义层数据>

生成层数据:

点击生成层数据。

9.主菜单选择边界>

边界>

一般支承:

定义边界条件

在模型窗口中选择柱底边界节点，勾选D-ALL、R-ALL

10.主菜单选择荷载>

静力荷载>

建立荷载工况>

静力荷载工况:

DL：

恒荷载；

LL：

活荷载；

WX：

风荷载；

WY：

风荷载。

11.主菜单选择荷载>

结构荷载/质量>

自重：

添加自重

荷载工况：

DL；

自重系数：

Z=-1。

12.主菜单选择荷载>

初始荷载/其它>

分配楼面荷载

>

定义楼面荷载类型：

定义楼面荷载

名称：

楼面荷载：

DL-4.0，LL-2.0，添加；

屋面荷载：

DL-5.0，LL-1.0，添加。

13.主菜单选择荷载>

分配楼面荷载：

楼面荷载类型：

楼面荷载；

分配模式：

双向；

荷载方向：

整体坐标系Z；

复制楼面荷载：

方向Z，距离4@3；

在模型窗口指定加载区域节点。

14.主菜单选择荷载>

梁荷载>

连续：

选择：

添加；

荷载类型：

均布荷载；

荷载作用单元：

两点间直线；

向：

数值：

W=-4；

复制荷载：

方向Z，距离4@3。

15.重复步骤13和14输入屋面荷载及梁单元荷载。

16.主菜单选择荷载>

横向荷载>

风荷载：

添加X方向风荷载

WX；

风荷载设计标准：

GB50009-2012；

地面粗糙度：

A；

0.35；

地形修正系数：

阻尼比：

0.02；

结构振型系数：

查表法

其它数据使用默认值；

基本周期：

自动计算（特征值分析后，输入结构真实周期）

风荷载方向系数：

X轴方向系数1，Y轴方向系数0。

17.重复步骤16，输入Y向风荷载WY，注意此时风荷载方向系数X轴方向系数

0，Y轴方向系数1。

18.主菜单选择荷载>

地震作用>

反应谱数据>

反应谱函数

添加反应谱函数:

设计反应谱：

GB50011-2010；

地震设防烈度：

（0.20g）；

场地类别：

Ⅱ；

地震影响：

多遇地震；

0.02（本例取0.02）。

19.主菜单选择荷载>

反应谱：

特征值分析控制>

频率数量（振型数）：

6；

振型组合方法：

CQC；

反应谱荷载工况名称：

Rx（Ry）；

地震角度：

0º

（90º

）。

20.主菜单选择结构>

类型>

结构类型：

定义结构类型

3-D（三维分析）；

将结构的自重转换为质量：

转换到X、Y（地震作用方向）。

21.主菜单选择荷载>

节点质量

>

荷载转换成质量：

质量方向：

X，Y；

DL（LL）；

组合系数：

1.0（0.5）。

22.主菜单选择分析>

运行>

运行分析：

进行分析计算。

按规范的要求进行设计。

1.主菜单选择结果>

组合>

荷载组合：

添加荷载组合

一般组合：

用于查看内力变形等，一般组合中有包络组合；

钢结构设计：

用于设计组合；

设计规范：

GB50017-03；

点击自动生成。

2.主菜单选择设计>

通用>

一般设计参数>

定义结构控制参数：

设计类型：

三维；

由程序自动计算“计算长度系数”：

若勾选则按GB50017-03附录D的

公式自动计算，否则须由设计者手动输入计算长度系数。

图7定义结构控制参数

3.主菜单选择设计>

指定构件：

分配类型：

自动；

选择类型：

全部；

当梁单元被其它节点分割成几部分时，需由程序指定构件来定义梁单元在

强轴作用平面内的自由长度。

4.主菜单选择设计>

编辑构件类型：

定义框架梁、框架

柱、支撑。

选项：

添加/替换；

构件类型：

梁；

梁：

框架梁；

同样方法定义柱和支撑构件。

5.主菜单选择设计>

设计>

钢构件设计>

设计标准：

勾选考虑抗震；

选择抗震设防烈度：

8度。

图8设计标准

6.主菜单选择设计>

编辑钢材:

编辑钢材规格等

图9编辑钢材特性

7.主菜单选择设计>

等效临界弯矩系数：

该系数用于计算梁的整体稳定系数，可由程序计算。

当有些特殊构件需由

设计者指定时，直接输入梁的等效弯矩系数即可。

根据设计结果对杆件截面进行调整

1.主菜单选择设计>

钢构件验算>

钢构件验算：

钢构件截面验算

注：

在“特征值”排序下，“图形结果”和“详细结果”中所显示的杆件为本组特征值中应力比最大的。

如果想查看指定杆件的结果，在排序中选择“构件”

图10钢构件验算

在选择项勾选某个单元，再勾选连接模型空间，在模型空间可以看到被选

择的单元，点选“图形结果”以图形方式输出验算结果，点选“详细结

果”以文本文件输出详细结果。

2.修改未通过验算的杆件

在截面验算对话框中，选择未通过验算的截面（柱和支撑），点击“修

改”，弹出“修改钢材的材料特性和截面”对话框。

选择截面数据库及截

面形状，设置规格限定条件（0为搜索所有规格），限定“极限验算比”范

围，搜索合适的截面，在满足要求的截面中选择合适的截面。

有时放宽“极限验算比”的下限，可能会搜索到令工程师更为满意的截面。

图11修改杆件截面

通过“收索适合截面”选择面积最小的截面HW250x250x9/14（柱），HM194x150x6/9（支撑），点击“修改”确定将要替换的截面，点击“关闭”回到“截面验算对话框”，点击“更新”，弹出更新截面特性对话框。

选择修改后的截面，点击

更新模型中的相关截面，并重新进行分析计算。

如仍有未通过验算的截面，则重复步骤1、2直至所有截面均通过验算，满足强度和长细比的要求。

截面特性值定义新的截面

1.可在建模时就进行详细的截面划分。

2．截面分组情况需由工程师根据建筑要求、杆件受力情况，结构特点等多方面进行考虑。

显然，杆件截面分组越多，优化设计带来的收益越大。

（但分组太多也会导致优化时间增加，另外截面类型太多也不符合实际情况，因而截面分组应适当）

程序提供的优化设计功能是针对特征值—截面进行的，如需得到更为优化

的设计结果，需在进行钢结构优化设计（或位移优化设计）之前对要优化

的构件进行更为详细的截面分组。

具体操作为添加新截面，并运用拖放等

操作将杆件赋予截面。

本例题综合考虑受力等情况，做如下划分：

主梁截面分为两组：

1~5层的主梁为一组截面；

6层屋顶的主梁为一组截面；

柱截面分为四组：

1层中间四根中柱划为一组截面；

1层的边柱及角柱划为一组截面；

2~6层中间四根中柱划为一组截面；

2~6层的边柱及角柱划为一组截面；

支撑截面分为三组：

1层支撑划为一组截面；

2~3层支撑划为一组截面；

4~6层支撑划为一组截面。

图12杆件截面分组

钢结构设计>

钢结构优化设计：

进行钢构

件截面优化设计

图13优化设计约束条件：

容许：

杆件的容许应力比。

1.“BUILT”为使用程序自动生成的截面数据库，详见帮组文件中“钢结构优化”部分。

2.D1、D2…的具体含义见帮组文件。

选择型钢数据库。

其中“BUILT”使用程序内置的焊接截面数据

库；

“用户”使用用户在“用户定义截面列表”中定义的截面数

据库。

（本例题使用“GB-YB”数据库）。

形状：

同建模时输入的构件形状，也可修改截面形状。

D1、D2、D3…：

对截面尺寸进行限定。

此处输入0，则搜索所有截面。

勾选要优化的截面，或选择所有截面进行优化。

分析选项：

输入反复计算次数。

图14优化设计迭代次数

板厚数据：

在使用“BUILT”据库时，焊接截面所使用的钢板厚度数据库在此定义。

图15自定义截面所使用的板厚

柱截面设计：

轴力和弯矩：

选择满足指定条件的构件，指定条件指轴力（必需的轴向强度）和弯矩（必需的抗弯强度）产生的组合应力（强度）在容许应力比范围内（在容许（图13）中设置的容许强度比）。

仅有轴力：

选择满足指定条件的构件，指定条件指轴力（必需的轴向强度）在容许应力比范围内。

考虑柱轴向变形的影响，可以只对轴力进行优化。

因为若选择按弯矩优

化，由于高层建筑各柱的弹性压缩量不同，与柱相连的梁构件会因柱弹性

压缩引起附加弯矩，随之柱端也会产生附加弯矩，将会出现越是上部柱构

件其截面越大的现象。

为了能正确反映各柱的弹性压缩量的差异，选择按

轴力优化的方法，使各柱的弹性压缩量趋于相等。

施加的轴力和弯矩：

选择轴力组合柱连接方法：

选择外缘尺寸。

图16柱优化设计的两条限定条件

用户定义截面列表：

当截面数据库选择“用户”时，在此定义用户数据

库，具体格式详见帮助文件。

按

进行优化设计

3.钢结构优化设计结果输出：

可以通过文本格式及图形格式来查看杆件应力、杆件重量、结构整体重

量等数据在优化设计过程中的变化情况及最后结果。

优化设计是以满足设计强度为前提进行的，所以在优化设计之后应该对优化后的结果进行使用性能验算。

包括挠度、风荷载和地震作用下的水平位移、层间位移验算等。

具体方法在其他技术文档已有讲解，本文不在赘述。

图17优化设计的结果

4.更新模型：

点击“更新分析模型”即可将优化设计所求得的杆件截面赋给模型。

再次

进行分析和验算，对个别不符合要求的截面或者应力比过小的截面单独进

行调整，便完成了整个优化设计。

优化设计前后结果对比

截面

优化前

优化后

1-5层主梁

HN250x125x6/9

6层主梁

1层中柱

HW250x250x9/14

HM340x250x9/14

1层边柱

2-6层中柱

2-6层边柱

HW175x175x7.5/11

1层支撑

HM194x150x6/9

2-3层支撑

HW125x125x6.5/9

4-6层支撑

次梁

HN248x124x5/8

结构重量（kN）

661.5

502.4

设计结果>

钢构件设计：

钢构件设计结果平面输出。

荷载工况/荷载组合：

ALLCOMBINATION；

验算比：

组合；

勾选验算，显示：

梁、柱、支撑；

柱截面尺寸：

1（指显示的柱截面尺寸放大系数）；

在模型窗口选择需要显示的杆件，按

即可。

图18钢构件验算结果平面输出