midas Gen钢结构优化分析及设计Word文件下载.docx

1、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3 ，轴线立面图 图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：

2、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

3、 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-ALL10. 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；

4、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43；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43。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

5、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：；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：0（90）。20. 主菜单选择 结构类型结构类型：定义结

6、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

7、，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

8、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

9、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HW 250x250x9/14（柱），H M 194x150x6/9（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

10、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：15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

11、：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；26层中间四根中柱划为一组截面；26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；23层支撑划为一组截面；46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

12、”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。

13、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

14、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HN 250x125x6/96层主梁1层中柱HW 250x250x9/14HM 340x250x9/141层边柱2-6层中柱2-6层边柱HW 175x175x7.5/111层支撑HM 194x150x6/92-3层支撑HW 125x125x6.5/94-6层支撑次梁HN 248x124x5/8结构重量（kN）661.5502.4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：ALL COMBINATION；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