结构软件SAP2000学习实例概要

1、、问题描述结构为一栋七层框架结构.结构尺寸如下列图所示,混凝土强度等级为：15层采用C40;6、7层采用C30,恒载按实际梁、板、柱实际重量计算,不考虑装饰荷载,活荷载按2KN/m2考虑,不考虑风荷载.对日Centro波1942,NS分量,峰值341.7cm/s2进行调整,满足七级的地震的加速度幅值.求结构在小震和罕遇地震作用下的时程反响性能包括层位移、层间位移、层间位移角、基底剪力及结构的出钱情况和破坏机制.OO9gS().©.6reooo:i；600D三Om一士OmO.="§O8国小0七层框架结构图的2.在支座为2D触废梁配筋图柱配筋图HPB235全部换成HP

2、B30.、模型建立2.1建立初步模型翻开sap2000,把系统单位设置为以匚旦,创立新模型,选择三维框架,在对应空格如下填写模型根本数据:勾选使用定制轴网间距和原点定位,编辑轴网,按题目模型要求设置,并指定底层节点约束为周端2.2 定义材料选择定义一?材料一?快速添加材料,添力DCS.C40混凝土和HRB335HPB300钢筋,由于方法类似,这里只给出HRB33搁片：2.3 框架截面的定义、指定、剖分这里的截面包括不同尺寸,不同配筋,不同混凝土强度,不同位置的各种截面.根据一到五层的混凝土强度等级不同,边梁和主梁的楼板增强作用不同,主梁和次梁的截面尺寸不同,总共可以划分为以下八种不同截面：(1

3、) 一到五层的中间主梁(B-300X500-D-C(2)六到七层的中间主梁(B-300X500-G-C(3)一到五层的中间次梁(B-300X450-D-C(4)六到七层的中间次梁(B-300X450-G-C(5)一到五层的边次梁(B-300X450-D-S(6)六到七层的边次梁(B-300X450-G-S(7)一到五层的柱子(C-D)(8)六到七层的柱子(C-G)例如：选择定义一?截面属性一?框架属性?添加新属性?concrete»矩形：把截面名称改为B-300X500-D-CRci-rtrir11nr与flHcfs选择属性修正,把中梁的绕3轴惯性矩修正为2:柜率届性/迫度1方上叁甑

4、选择配筋混凝土,给梁配上钢筋：同样的方法设置好柱的截面和配筋:钢筋材科根前+|【HH日3非箍筋阿口*IHRB335迫i+类型E#主PH3M3Si十L梁把1M获讨配筋构迨/矩理L回意躯防雨瑶而置糠能法保护后沿商向里边领筋数沿南向单边纵就数躯的尺寸抽筋虢筋尺寸箍筋觎向间距劝1时越助政南向笳陆数检查腰计行配质用于检查配能用于谡讨眠时声梆孔广趣而书定义好框架截面属性后把各个截面类型指定给其对应的构件,并指定自动剖分2.4楼板的定义、绘制、剖分由于楼板的跨度相比照拟大,板厚为120mm剪切作用不是很明显,这里选用薄壳模型.选择定义一?截面属性一?面截面一?shell:甑名舜ghmR7硒而注科整版/3玉八

5、G不赧自浪送f.天诩叶西触恪改尸显示完设计幽数I两座ftS正语,而俺正I混棍土壳奏方*数点击快速绘制面单元按钮口I出现如下列图框,选择正确的截面画在对应的楼层:三维视图中全部选中,编辑一?编辑面一?分割面一?基于面周边上点分割面:三维视图中全部选中,指定一?面一?自动面网格剖分一?按数目剖分:2.5指定节点束缚、线单元插入点三维视图中全部选中,指定一?节点一?束缚一?Diaphragm»添加新束缚:对已有模型构件指定插入点,实现了构件的偏心,构件的几何位置并不改变,模型中的节点位置并没有改变,而力的传递作用位置发生了变化.SAP200C默认的插入点的偏移值为零,而框架且结构的方位基准

6、点在楼层高程处,故为了保证梁的外表与楼层高程平齐,梁的限制点要改为8TopCenter.选择一?属性一?框架截面,选中所有梁截面：指定一?框架一?插入点：得到模型如下:2.6 指定线对象的刚域刚域系数表示指定了端部偏移的刚域局部,在弯曲和剪切变形时刚域程度.在刚域系数一栏可输入0至M之间的一个系数,表示刚域的刚性程度从完全柔性到完全刚性.完全柔性表示刚域的弯曲和剪切刚度由线性单元的实际刚度确定；完全刚性即刚域内部没有弯曲和剪切变形.这里取为0.7.三维图中全部选中,指定一?框架一?端部长度偏移：2.7 定义荷载模式这里定义两种荷载模式DEAD和LIVE自重系数表示软件将自动计算结构中所有构件的

7、的自重,将自重乘以这个自重系数施加在结构上.定义一?荷载模式：2.8 对结构施加荷载填充墙厚度200mm,加气混凝土填充墙重度取7.5KN/m3,主梁上高度2.5m,次梁上高度2.55m.计算主梁下的填充墙的线荷载:qi=7.50.22.5=3.75KN/m计算次梁下的填充墙的线荷载：q2=7.50.22.55=3.825KN/m依次选择次梁和主梁,指定一?框架荷载一?分布:框架分布荷载.鹿策分在荏毅选择板,指定一?面荷载一?均布：活荷载2KN/M2指定荷载后框架图形“来自荷载这1.0,活荷载的系数2.9 定义质量源为了满足抗震标准重力荷载代表值的相关要求,这里选用一项.按抗震标准的5.1.3

8、条规定,自重,附加包载的系数为取为0.5.定义一?质量源一?来自荷载:2.10 定义时程分析函数定义一?函数一?时程一?FromFile?添加新函数:TimeHistory剪数定党.旧cenftro值为二广时间和函敖值存的等间幅值时格式类型啰自由格式L固定格式每项咕勺手符生示回法确定取消2.11 定义荷载工况在期望的荷载水平,且结构可以承受此荷载时,应该采用力限制.即在自重,填充墙包载和活载的工况中均选择力限制.为了反映实际情况,活荷载比例系数选为0.5.定义一?荷载工况一?添加新荷载工况,输入名称LIVE模态分析:广实时更新项在运行分析信息诰质总是显示L不显示W之后显示晡定取消计算出的第一振

9、型周期为0.91208s,第二振型周期为0.882113定义一?荷载工况一?添加新荷载工况,输入名称Combine：此工况可以用来计算各构件的轴力设计值,以确定塑性较轴力参数振型分解法分析小震,参数设置如下:Retponf；*SactTumnChi门2002Function.门£碗.后反响谱参数设置荷军工猊名挪panoiwigpuCQC箱两值怕加GMCNAC1CKClGumiMolet修改,31示便您再教工兄使用雄才真态工况诃耳的嗯态|MODAL71FUNDI-界示高僦商教学靴其它说地标柴瓯尼FUNC1施加的同林荷藜类S!I加速唐国物比例系外:潦力四iI慵曲LM1|例除皿fConst

10、ant七七0.05GMCflp匚FZ|0P&nadx：4RigidT用公|号口£S期满时程分析采用的数值积分方法是Hiber-Hughes-Taylor法,结构阻尼采用瑞丽阻尼,整体阻尼矩阵是由质量矩阵和刚度矩阵按比例组合构造而成的.瑞利阻尼C=aM+BK其中C是阻尼矩阵,M是质量矩阵,K是刚度矩阵.参数Alpha系数：设置与质量成比例的系数aoBeta系数：设定与刚度成比例的系数B.在SAP200啾件里a与B可通过结构第一自振周期T1和第二自振周期T2计算而来,如下图：根据8度地震要求修改大震的比例系数为400/341.7=1.1706,单位为M故比例系数填为0.0117.

11、最后得到的所有荷载工况如下:DEADLinea竽曲cMODALModalLfVELinesStatic1前加他口uResponseSpectrumNonirearDirectIntegrationACASE1NonlinearStaticcombriBLinealStahc荷载工况类型荷载工况荷载工况名称点击.添加新荷载工况_添加荷载工况考贝显示荷载:L况吩有虹况树|般湿示荷载工衣.j删除荷载工况三、有关校的相关计算3.1 梁钱计算由于地震荷载只在U1方向,所以只有主梁才有可能出钱,次梁不会出钱根据梁的位置,截面大小,混凝土强度和配筋多少可以分为以下几种：(1)主梁,1-5层(2)主梁,6-7

12、层混凝土的保护层厚度c=25mm,混凝土强度和钢筋强度都取为标准值,即：fv"=335N/mm2,fc30=23.4N/mm2,fc40=26.8N/mm2yCCE；1=200000N/mm2,E；0=30000N/mm2,E；°=32500N/mm2scc3.1.1 计算不同情况下的屈服弯矩和极限弯矩(1)主梁,1-5层My=0.9atOyd-0.994133546510-131.926KNLmMu=at二y(d-a；)-941335(465-35)10*=135.551KN_m(2)主梁,6-7层My=0.9at0yd=0.9941335465106=131.926KN

13、mMu=at二y(d-a；)=941335(465-35)10'=135.551KNl_m3.1.2 计算不同情况下的屈服曲率和极限曲率根据标准规定受均布荷载的梁剪跨比为：a/D=1.5.配筋率：2：t=94500=0.006736另外：d/D=0.93卜面为曲率的计算表格(单位：KN,m)分类nK0K2ayMyMuCPycpu主梁-D0.00674556.1538101563101.60.0682131.93135.550.0190530.054747主梁-G0.00674556.66679375093.750.0731131.93135.550.0192540.0579233.2

14、柱钱的计算3.2.1 轴力计算根据柱的位置不同,可以分为以下几种:(1) A-1柱,这里称为a柱(2) A-2柱,这里称为b柱(3) B-1柱,这里称为c柱(4) B-2柱,这里称为d柱运行combine工况,计算各个柱子的轴力如下：(单位：KN)层数a柱b柱c柱d柱加权平均11435.202181.331565.792505.081898.8321230.551863.711418.352134.781623.1231028.361552.671183.261772.261352.664824.031242.64946.281414.881082.225618.89932.82708.321

15、059.65811.1666411.91622.34471.70706.15540.527204.67314.17232.75353.84270.12加权系数1/31/31/61/6为了计算简便,对柱子的轴力归一化处理,用每层柱轴力的加权平均值作为该层的代表值来计算较属性.每层有a柱4根,b柱4根,c柱2根,d柱2根,得到各自的加权系数分别为1/3、1/3、1/6、1/6.3.2.2 计算柱的屈服弯矩和极限弯矩,屈服曲率和极限曲率(1) 1层My=0.8at二yD0.5ND=(0.811403355000.51898.83)10*=610.54KNmMu=&二y(D-as-as)0.5

16、ND-1140335(460-40)0.51898.83110=617.27KNLm(2)2层My=0.8at;yD0.5ND=(0.811403355000.51810.28)10J=542.32KNL_mMu=at二y(D-as-as)0.5ND=1140335(460-40)0.51810.28110*=548.97KNm(3)3层My=0.8at二yD0.5ND=(0.811403355000.51488.59)106=476.91KNmMu=at二y(D-as-as)0.5ND=1140335(460-40)0.51488.59110,=483.55KNm(4)4层My=0.8at二

17、yD0.5ND=(0.811403355000.51166.92)10=412.49KNLmMu=at二y(D-as-as)0.5ND-1140335(460-40)0.51166.92I106=419.13KNLm(5)5层My=0.8at;yD0.5ND=(0.811403355000.5845.23)10'=349.07KNmMu=at二y(D-as-as)0.5ND=11140335(460-40)0.5845.231106=356.71KNLm(6)6层My=0.8at;yD0.5ND=(0.811403355000.5523.56)10上=292.65KNl_mMu=at二

18、y(D-as-as)0.5ND=11140335(460-40)0.5523.56I10'=300.29KNLm(7)7层My=0.8at;yD0.5ND=(0.811403355000.5201.88)10=260.23KN|_mMu=at二y(D-as-as)0.5ND-1140335(460-40)0.5201.88110,=260.87KNLm屈服曲率和极限曲率根据标准当其反弯点在层高范围内时,可取为Hn/(2h0),故可以得到底层柱的剪跨比为3,以上各层为2.72.配筋率都为0.004957.各层柱子对应的屈服弯矩和极限弯矩对应的屈服曲率和极限曲率如下表：(单位：KN、m)层

19、数Nna/DKoK2%MyMu9ycpTU12135.496.153831692711690.1324610.63617.270.0272460.06653621810.286.15382.71741692711690.11987542.33548.970.0267280.06601831488.606.15382.71741692711690.1085476.91483.550.0259670.06525741166.926.15382.71741692711690.09713412.49419.130.0250890.0643795845.236.15382.71741692711690.

20、08575349.07356.710.0240490.0692566523.566.66672.71741562501560.08408292.65300.290.0222760.071257201.886.66672.71741562501560.06891260.23260.870.0241690.0682713.2.3 计算屈服面上的特殊点为了定义屈服面,这里还需要计算屈服面上的特征点.对于柱的轴心受拉,只考虑钢筋的抗拉作用：N=ASfy"-3040335-1018.4KN轴心受压考虑钢筋混凝土共同作用,一到五层：N=-(Ac-A5)fc40-Asfy"=-(2500

21、00-3040)26.8-3040335=-7636.93KN六到七层：N=-(Ac-A5)fC30-AsXfy"=-(250000-3040产20.1-3040M335=-5982.30KN计算大小偏心临界处的轴力和弯矩.有?混凝土设计标准?6.2.7条,计算可得界限受压区高度%=0.6740根据轴力平衡可得轴力N=-a1fcbhosb=一1.0父26.8父500M460M0.674=W154.5KN(一到五层)N=-«#白18b=1.0父20.1父500M460M0.674=-3115.9KN(六到七层)对应的弯矩分别为1191.39KNJ-m和931.74KNJ-m.

22、通过前面combine工况计算的最大的轴压力为2505KN,远远小于大小偏心界限处的轴压力,在整个运动过程中也没有出现受拉的情况,即不会出现大偏心受拉和小偏心受拉.说明柱子在整个地震波的作用下,一直处于大偏心状态.那么上边计算的弯矩曲率关系是适用的.而对于小偏心受压,大偏心受拉,小偏心受拉并不是我们要关心的,故无需定义在这三种情况下的弯矩曲率关系.如下列图分别为1-5层,6-7层柱的屈服面的定义:3.2.4柱的弯矩曲率关系的定义以及梁的弯矩曲率定义定义一?截面属性一?校属性一?添加新属性一?混凝土一?P-M2-M3钱:穹吸德常数龛对C-1仙也伯ctingP-M7-M3选摄曲蛀轴向力|1899.

23、633单位角度同3曲线"1"_1.旦PointMgmefitZYipIdMWiCiryshjie/SFa00.az0.1.01111.4728心1.47油0.2之杷47主意.屈服点省迫由相关茴定义一充提曲,翔晋拒曲童蜀据c其制曲就嬲|_拓贴鲍,振|慎受窟以蟹性变形轩自接使用到厂生命平安1可昉肚好喝忙用三维视图r在当前曲线上显示功能点蹴曲章信息雨赛条件轴力借故里角度艇曲秣总射SSEttfcJJi'!&7.'C-2-InteractingP-M2-M3aICCMC3MC2Q度技正M2轴90%技正M3轴1叩度瘦负M?轴270Jg柒负M3轴角度是当辘轴向力耍

24、帝厂隐藏骨干就r显示容许准婚r显示变宽线F加哥当前曲就礁定就肖选择曲笠轴向力I623.I2.角窿oTJ曲威#1*I卜里位PointMomentZ/ieldMamCurvature/SFA0.aB1.0C1.D1H1.7D0.2147|E0.22.4547选择曲览的弯矩注军数加注息:屈服点药矩由1联面定义宴制的线油据拈屿用注般执当前曲姓曲舞Foicenl.Angle三维视图平面囱5接受淮划蛰性费肥,羽包按使用I生命平安18预防加爆ICFI71刊±1刊力6r在当埼曲建上宜示功能有轴向力(iGSd?r院箍骨干残n显乖罟在准通r显示究品级*恒亮当前也就当短曲率信息对祢条件|Ciwlar批力值

25、勃里|i角度数量|由法总融1角度是弯场0度-频M2轴90度一攒正M3油1配度=烧质材2轴初度-3M3轴格定I胞消|3DICCMC3IMC2定义一?截面属性一?校属性一?添加新属性一?混凝土一?M3钱:点B代表屈服,在上升到点B之前,较内没有变形,无论对点B指定何种变形值都应将点B的位移转动从点GD和E的变形中减去.只有超过点B的塑性变形将被较显现.所以点C的Curvature/SF对应的值应是代一*y心y,而/不是u/y,最后得到右边共9种钱.3.3 向模型中添加梁钱和柱较选择一?组一?GROUP1指定一?框架一?较一?C-1:E二评色时,E沱印:泄.式子群M*LR讦巴嗥脸"E羽酎5

26、*£)WlfrUfJ7+1k门"八4JHKC-7E-酒爆1ft*1*郎Y涧岑11(6国的"缙宜峰VQT.HFf"始jft-n1202-*>4JH2a-6>产miI2WHm'.?M九匚J!PM任-51.gLU8t12(C-1>.13制】B-3日颐菰阳口卿HR-WlcM鼾吨崛卜.趾却叶尊41用闲期5呷叫也辆.300>：SH0-D>冲IH2工-4)UfCT、glH“D.一用匕J酗5叫I口夕的4.j7H2E£-3>.占干?8»节80窜吸耻.ya华工那么>-o、心苧电在75附HJfC加JFHZE

27、t一力小剑1(1>力.产7HJCB-邯国5晖的图;37HgSSHJ(C-?>B二睾畸5g购冏的B.啤哈BMW工幽当嗯的通“30580-D、imn>3d«2(r-jy*j,J£H任-n上刮“jnhj(c-bdb匚匕考虑到节点刚域的长度以及塑性较本身的长度,所以相对距离取0.1和0.9,指定完所有较后得到的模型图为:4分析运行及结果查看4.1 振型分解法分析小震结果反响谱法是用来计算多自由度体系地震作用的一种方法.该法是利用单自由度体系的加速度设计反响谱和振型分解的原理,求解各阶振型对应的等效地震作用,然后根据一定的组合原那么对各阶振型的地震作用效应进行组合,

28、从而得到多自由度体系的地震作用效应.振型分解反响谱法一般可考虑为计算两种类型的地震作用：不考虑扭转影响的水平地震作用和考虑平扭藕联效应的地震作用.本次三维框架模型的加载方向沿B轴线方向加载即本模型的U2方向.4.1.1 变形图三维框架模型的在小震时的地震作用整体变形和B轴线方向方向的变形分别如图所示：振型分解法的变形图,如下ch4i&4.1.2 内力图卜面给出B轴所在轴线的一根j框架的内力图轴力图、剪力图以及弯矩图0轴力N图梁剪力图3EM4总知口用必相柱弯矩图梁弯矩图4.2 八度0.2g震的运行结果4.2.1 层位移由于假设了刚性隔板,每层的各点位移是一致.故这里分别取节点3440的位

29、移代表每层的位移,这里给出34点的位移时程曲线,其它点值给出最大值和最小值,如下：单位：mm节点给登昌狱圉r确定B轴线框架,层位移最大值和最小值jointOutputCa£eCaseTypeStepTvpeuf1U2TextTextTextTextmmmm34time-fMonDirHist:Max.00062615.9182434timedNonDirHist1Min-.003110116,43490435timerNonDirHistMaw,00078713508173835time-rHonDirHistMh-,0Q4074|34.7188083E|time4NonDirHis

30、tMax,000675153,580562一豆itime-rL_NonDiHistMin|-,0045611-50.92265437time-rNonDkHistMax,0OOB17|68,55545837time4NonDrHislMin*004826367234138timeiMonDirHistMax.000522：79,26832238time-fHonDirHistMin-.005015-72.68801639time-rNonDirHistMbk00Q552|85.53291639time4NonDirHistMin-,00547T|frBbJoJIb40time-rNonDirH

31、istMax.0004848838920240time-rNonDirHistMin-.0060979495824.2.2 层间位移通过广义位移定义B轴框架34-41节点查看,如下表：单位：mmGenDt&plTextDi«plTvpeTextOutputCa«eTextCaseTypeTextSSpTpeTextTranslationmmGD1SP1Ilanslaticmtim已“NonDirHistMax1591324GD1SP1Translationtime-rNonDirHitMin-1R434904GDISP2Translationtime-rNonDirHislMax1&4579B1GDISP2Transitiontime-rN