高层3-高层钢结构分析(3)-计算软件及实例分析(修改后)_332303153

1、 线性静力、动力问题线性静力、动力问题非线性静力、动力问题非线性静力、动力问题稳态、瞬态温度问题稳态、瞬态温度问题 MIDAS/Civil 土木结构专用结构分析以及优化设土木结构专用结构分析以及优化设MIDAS/Gen 土木、建筑部门通用结构分析以及优化设计土木、建筑部门通用结构分析以及优化设计MIDAS/FEmodeler 迅速建模以及自动生成有限元网格的软件迅速建模以及自动生成有限元网格的软件MIDAS/BDS 建筑物专用结构分析以及优化设计建筑物专用结构分析以及优化设计MIDAS/SDS 楼板、筏式基础的结构分析以及优化设计楼板、筏式基础的结构分析以及优化设计MIDAS/SET 单体结构

2、设计软件单体结构设计软件MIDAS/ADS 剪力墙结构住宅楼的分析以及优化设计系统剪力墙结构住宅楼的分析以及优化设计系统 静力分析静力分析 屈曲分析屈曲分析 动力学分析动力学分析 非线性分析非线性分析 热传导分析热传导分析 空气动力弹性及颤振分析空气动力弹性及颤振分析 流流-固耦合分析固耦合分析 等等 线性线性/非线性静力分析非线性静力分析模态分析模态分析简谐响应分析简谐响应分析频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静/动动力接触、屈曲力接触、屈曲/失稳、失效和破坏分析等失稳、失效和破坏分析等 3D3S TSBA是分析多层和高层钢筋混凝土结构

3、的专用程序。是分析多层和高层钢筋混凝土结构的专用程序。采用空间杆薄壁杆系模型模拟高层建筑结构的各种构件，采用空间杆薄壁杆系模型模拟高层建筑结构的各种构件，楼板采用面内无限刚性的假定，震动分析采用空间多质点楼板采用面内无限刚性的假定，震动分析采用空间多质点串模型。串模型。 TAT不但可以计算钢筋混凝土，而且针对高层钢结构特不但可以计算钢筋混凝土，而且针对高层钢结构特点，对水平支撑、垂直支撑、斜柱以及节点域的剪切变形点，对水平支撑、垂直支撑、斜柱以及节点域的剪切变形等均作了考虑。可以直接进行动力时程分析和几何非线性等均作了考虑。可以直接进行动力时程分析和几何非线性分析。分析。 ETABS程序是高层

4、建筑结构空间计算的专用程序，是在程序是高层建筑结构空间计算的专用程序，是在TABS程序的基础上，增加了求解空间框架和剪力墙的功程序的基础上，增加了求解空间框架和剪力墙的功能，能在静载和地震荷载作用下对高层建筑做弹性计算的能，能在静载和地震荷载作用下对高层建筑做弹性计算的程序。但是有明显的缺陷，比如没有考虑程序。但是有明显的缺陷，比如没有考虑P效应，也效应，也不能将计算结构的总反应量的输出，但是这些缺陷在不能将计算结构的总反应量的输出，但是这些缺陷在ETABS的微机版的微机版SuperETABS上得以改进。上得以改进。 工程名工程概况设计单位程序兰州国贸中心地下3层地上40层的主塔楼和地下一层半

5、，地上九层半的群房组成。上部结构是三十二层的钢筋混凝土核心筒外框架结构体系，总高度109.8m兰州铁道学院土木建筑学院NLDYA陕西信息大厦52层，地下1层，总高度189.4m，大厦总面积为96800米2。 8度抗震，近震，III类场地。钢筋混凝土组合筒体结构。核心筒、角筒为钢混结构，外筒为型钢混凝土结构。中国建筑西北建筑研究院CANNY99大连新世纪大厦地上39层，总建筑面积5.96万m2，框筒组合结构。清华大学土木工程系TAT中国国家大剧院建筑面积为149520m2，主体结构为钢筋混凝土剪力墙为主，局部辅以钢管混凝土柱和预应力梁组成的框架结构北京市建筑设计院ANSYS大连远洋大厦51层，地

6、下4层，总高200.80m，大厦A座建筑面积74048m2，6层以下为钢骨混凝土柱与钢筋混凝土梁组成的外框架，内筒为钢砼剪力墙。第75l层为钢结构外框、钢砼剪力墙核心筒。第7层为过渡层。大连建筑设计研究院冶金部建筑研究总院设计NBFA武汉国际贸易中心50层，地下2层，高192.6m，主体为钢筋混凝土筒中筒结构。武汉市建筑设计院；清华结构工程研究所NTAMS中国金融大厦42层，地下2层。主体结构高138m，钢筋混凝土框筒结构。第20、35、36层为刚性层。7度抗震，IV类场地。上海第九设计院ADINA厦门武夷花园大厦29层，地下1层，高度94米，裙房3层，总建筑面积26000m2。采用钢筋混凝土

7、框剪结构型式，中心为落地核心筒，四周有落地剪力墙。7度抗震，I类场地。福建省建筑设计院设计TBSA吉林市建业大厦28层，地下1层，高度100.2m， (包括旋转厅)，建筑面积15862m2，框架剪力墙结构体系，7度近震区，II类场地土。吉林市建筑设计院EPDA广州天王中心大厦46层，地下4层，结构总高179.25m。主结构为钢筋混凝土巨型框架，次结构为框架结构。巨梁设于地下2层、地上8层、21层、34层。广东省建筑设计院NTAMS兰州基隆大厦写字楼24层，出屋面小塔楼2层，主体高82.6m；商住楼地上21层，出屋面小塔楼2层，主体高69.0m。总建筑面积44436m2。写字楼和商住楼下部由5层

8、商场将两高层连成一体甘肃省建筑设计研究院TBDYNA 工程概况： 武汉国际证券大厦是武汉香利房地产开发公司投资开发的超高层钢结构综合建筑, 为武汉第一高楼, 是华中地区首家钢结构大楼, 也是武汉的标志性建筑。 结构主体高度为281.3 m, 建筑顶部设置50 m 高的通讯天线, 建筑最大高度为331.3 m。结构地下3层, 地上68 层, 高宽比为5.9。建筑面积12 万平方米 建筑平面图建筑剖面图工程特点： 本工程原设计为48 层的钢筋混凝土筒中筒结构,混凝土结构施工至第7 层时, 按业主要求, 调整为68 层的框架- 支撑钢结构, 为满足高层钢结构设计原则, 对已经施工的混凝土结构进行过渡

9、处理, 8 层到12 层为过渡区域。12 层以上为钢结构部分, 采用外框钢管混凝土柱, 内筒钢柱- 中心支撑和偏心支撑体系, 楼板为压型钢板组合楼盖。 建筑的140 层为办公楼( 首层层高为10.8 m,标准层高3.6 m) , 4167 层为酒店( 标准层高3.2 m) ,68 层为观光层。在25、43、65 层设有水平加强层。截面尺寸 抗震设防烈度: 7 度。建筑抗震设防类别: 丙类。结构安全等级一级。类场地; 场地土类型: 中软场地土。计算假定如下:(1) 材料模型取理想弹塑性模型;(2) 考虑到地下室为箱型结构, 刚度大, 地基的嵌固作用也较强, 所以视基础底面和三层地下室的周边为完全

10、嵌固;(3) 钢管混凝土和钢骨混凝土按照刚度等效原则进行折算;(4) 加强层上下楼面按弹性楼板、薄壳单元来考虑, 其他简化为平面内无限刚性。单元选择 ANSYS 有限元建模采用beam4 单元( 梁柱) 、shell43 ( 楼板) 和mass21 ( 质量块) 模型规模 71294 个单元, 48741 个节点。计算方法：(1)振型分解反应谱法 中国地震局地震研究所对武汉国际证券大厦建筑场地提供设计反应谱, 阻尼比= 0.02(2)时程分析方法 7 度抗震，根据场地条件, 分别就El-Centro波, Taft 波和两条人工波拟合地震波( 中国地震动研究所提供) 进行单向输入计算。采用ANS

11、YS 软件的瞬态结构分析技术, 根据计算速度和对计算机硬件的需求, 取迭代求解方式为PCG 方式。结构底部剪力计算结果： SATWE 的计算结果, X 与Y 方向均以规范要求的最小剪重比1.2% 为控制要求, 结构的基底剪力为20640.60 kN, 与ANSYS 比较, 计算结果吻合良好。振型分解反应谱法得出的结构在单向地震作用下的层间位移( 1) 结构的X 方向底部剪力和Y 方向底部剪力数值相差小, 表明结构在两个水平主轴方向的刚度大致相同, 其相应的地震作用计算结果也大致接近。( 2) 结构的基底剪力系数值在结构的正常范围内, 结构设计合理。( 3) 一维和二维地震作用下的计算结果相差4

12、2%, 而二维和三维地震的结果相差9% , 可见竖向地震对结构的作用较小。( 4) 结构在7 度地震作用下, 最大层间位移为1/611, 侧向刚度满足抗震规范的要求;( 5) 在水平加强层的位置 , 结构刚度大, 水平位移明显减小;( 6) 结构的下部7 层为钢筋混凝土筒中筒结构,除首层层高大, 侧向位移较大外, 结构呈现弯曲变形特性, 随着高度增大, 剪切变形成分加大;( 7) 38 39 层区域, 是办公楼向酒店的过渡区域, 为结构的薄弱区, 该位置层间位移角达到最大值。 计算El-Centor 波得到的基底剪力为9804.5 kN,是反应谱方法得到的数值的一半, 结构安全, 由其他地震波

13、可以计算得到相同的结论。 弹性时程分析时, 在不同的地震波作用下, 楼层水平位移的包络图响应曲线如下页图。楼层水平加速度放大系数曲线X 向地震波作用下时程分析结果Y 向地震波作用下时程分析结果(1) 结构的时程分析可以得到结构随着时间变化的楼层位移曲线。结构在单向地震波作用下的表现反映出地震波的随机性, 统计规律表明X 方向的侧向位移要大于Y 方向的侧向位移。( 2)时程计算在整体特征方面, 与振型分解反应谱法接近, 且揭示了振型分解反应谱法无法反映的局部地震反应特征, 如局部反应力的异常, 结构顶层的反应增大, 鞭梢作用明显。( 3) 在8 15 层的位置, 结构的加速度达到峰值, 这个位置是混凝土结构和钢结构的过渡区域, 是结构的薄弱环节, 该位置需要采取构造措施进行特别处理。( 4)使所采用的加速度时程曲线, 其加速度峰值相同, 但每条地震波均有其特性的频谱, 按不同波形计算出的结构地震反应存在较大的差别, 应取多条地震波计算结构的平均值。(1)有限元软件ANSYS 可以用于超高层钢结构建筑的抗震性能分析, 相对于专业软件而言, 假设少, 适于科研, 为大型复杂结构的全面分析提供了高效、可靠的计算平台。(2)从结构的动力特性可以得到, 扭转效应对结构的影响不