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