ETABS中文版技术讲座（PDF,共94页）

1、中国建筑标准设计研究院China Institute of Building Standard Design & ResearchETABS 中文版技术讲座北京金土木软件技术有限公司Beijing Civil King Software Technology Co., Ltd.刘春明、李永双主要内容1.有限元，SAP、ETABS来源,结构分析设计软件 2. 基于对象的集成图形环境3. 分析功能4. 一体话的设计过程 5. 中国规范设计6. 工程实例7. SAP2000 简单介绍有限元有限元 Finite Element Method波音公司Clough、Topp、Martin、TurnerUC

2、 Berkeley, Wilson, Bathe，两本著名的有限元书籍英国，ZienKiewicz,等参元非线性分析The Finite Element Method In Plane Stress Analysis by Clough, presented at the 2nd ASCE Conference on Electronic Computations in September of 1960.This was the first use of the Finite Element terminology in a published paper outside the Berke

3、ley Campus and first demonstrated that the structural analysis method could be used to solve for the stresses and displacements in continuous structures。The Finite Element Method was an analysis tool that complemented all of these analytical and experimental research activities. 1963 Wilson、CloughSy

4、mbolic Matrix Interpretive System,SMIS. 1969 WilsonGeneral purpose static and dynamic Structural Analysis Program, SAP. 源代码。1973 BatheUpdated the dynamic response options and developed additional documentation to produce SAP IV.ABAQUS, ANSYS,NASTRAN, ALGOR通用有限元Pedro Marcal，Brown University Marc Mart

5、in, 现属于MSC公司NASANASTRAN， MSCJohn Swanson，Westinghouse ANSYS ANSYSDavid Hibbitt ABAQUS HKSKlaus-Jurgen Bathe, Berkeley-ADINA功能强大、非线性、动力，接触、电磁场、流体。图形环境与规范弱项！ETABS, SAP2000有限元结构规范TBSA、TAT、SATWE、PMSAP规范杆系墙元、有限元弹性板、动力、非线性（最近）SAP84有限元-结构+部分规范StaadPro、MIDAS钢结构、桥梁3D3S、MST、TUS钢结构。清华设计院Xsteel、StruCAD详图其它（广厦、理

6、正、探索者等）整体计算能力、工具主要结构分析设计软件CSI公司（Computers and Structures）Wilson、Ashraf、Iqbal、Syed、MorrisSAP2000, ETABS, SAFE etc.For nearly 30 years, Computers and Structures, Inc. (CSI), has been the leader in the development of innovative numerical methods and software for Structure & Earquake Engineering. Today,

7、 with thousands of users in more than 100 countries, CSI continues its tradition of leadershop with the ongoing generation of Widonws-based structural software.中国建筑标准设计院、北京金土木公司标准图（代表G101）、设计、钢高规。2002年中国建筑标准设计研究所与CSI公司结为战略合作伙伴，共同开发CSI产品中文版本2003年10月：ETABS v8 中文版2004年10月：SAP2000 v9 中文版CSI、北京金土木CSI产品（C

8、omputers and Structures）Ashraf Habibullah在1975年建立了CSI公司。CSI在土木工程分析与设计工具软件的开发领域中被认为是全球创新者，CSI授权给美国和一百多个国家的数以千计的结构工程公司使用CSI的产品。 CSI软件开发已有30年的历史，研究开始于加州大学Berkeley分校的Edward L. Wilson教授。1970他们第一次发布了具有革命意义的SAP程序。Wilson教授被国际工程界认为是计算机辅助结构分析领域中开拓性的研究者。 CSI的每一个程序都为特定的结构形式量身定制，这就使得工程界能比使用普通程序更为有效来进行分析和设计工作。SAP

9、是用于土木工程的通用结构软件，例如：桥梁、大坝、体育场馆、输电塔、海洋平台、工业结构和建筑；ETABS适用于多高层建筑结构的软件，例如：写字楼、公寓和医院；而SAFE则提供了对混凝土楼板和基础进行分析与设计的高效而强大的程序。CSI 产品全球超过100个国家和地区销售CSI产品应用范围ETABS 获得2002年AISC荣誉奖ETABS是由CSI开发研制的房屋建筑结构分析和设计集成软件，获得了由声望极高的美国钢结构协会授予的“2002现代钢结构荣誉奖”（Hot Products Honor Award）。25年来，ETABS已经被公认为建筑分析与设计领域的国际标准，业界公认它为建筑结构设计软件发

10、展的里程碑，全球主要标志性建筑的设计大都使用ETABS。获奖2003年10月10日ETABS中文版通过建设部鉴定，率先成为新规范颁布实施后第一个通过建设部鉴定的建筑结构分析与设计软件。鉴定委员会一致认为：ETABS中文版软件达到了国内同类产品的领先水平，其中计算分析技术处于国际领先水平。该软件符合中国建筑结构设计新规范的要求，能够处理各种复杂的结构体系，可以更好地提升我国的建筑结构设计效率和水平，提高我国建筑设计行业整体的竞争力，具有很大的推广使用价值。鉴定Wilson: Static & Dynamic Analysis of StructuresClough与Penzien: Dynami

11、cs of StructuresSAP、ETABS中文手册北京金土木公司：ETABS中文版使用指南出版物建筑结构荷载规范(GB5009-2001)建筑抗震设计规范(GB50011-2001)混凝土结构设计规范（GB50010-2002)钢结构设计规范 (GB50017-2002)高层建筑混凝土结构设计规程（JGJ3-2002）高层民用建筑钢结构技术规程(JGJ99-98)ETABS中文版采用的主要中国规范荷载基本组合下的设计表达式 （GB5009-2001,3.2.2） 地震作用组合下的设计表达式 （GB5009-2001,5.4.2）与 UBC97 不同 极限状态设计表达式一般性调整信息结构

12、地震作用调整构件内力调整1. 调整信息框架梁刚度调整系数 楼面梁刚度增大系数可取1.32.0（JGJ 3-2002第5.2.2条）。ETABS中文版中用户可以在构件属性修改中进行这一系数设定和修改。 连梁刚度调整 此系数不宜小于0.5（JGJ 3-2002第5.2.1条）。 ETABS中文版中用户可以在构件属性修改中进行这一系数设定和修改。 一般性调整信息竖向荷载下梁弯矩调幅 框架梁端负弯矩调整系数：装配式整体框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.70.8，现浇框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.80.9（JGJ 3-2002第5.2.3条）。此系数由用户输入，其缺省值为0.85。 框架梁跨中弯矩调整：

13、梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩设计值的50%（JGJ 3-2002第5.2.3条）。此规则程序自动判别。 一般性调整信息（续）最小地震剪力调整框架承担最小地震剪力比薄弱层地震作用效应调整 结构地震作用调整 抗震规范5.2.5条规定，考虑到采用振型分解反应谱法进行抗震设计时，由于长周期段的地震影响系数下降的较快，所计算的结构效应可能太小。出于结构安全考虑，增加了对各楼层水平地震剪力最小值的要求，规定在抗震设计时，结构任一楼层水平地震的剪重比不应小于给定的最小值。 中文ETABS分析过程中，用户通过校核程序输出的剪力系数（由公式(5.2.5)定义）来确定是否满足

14、规范的要求，如果不满足规范要求，用户可以更改地震作用放大系数重新进行结构分析计算，直到满足要求为止。 最小地震剪力调整 抗震规范6.2.13-1条规定，对于框架-剪力墙结构，由于框架柱刚度相对于剪力墙较小，因此可能导致框架部分承担的剪力值过小。为了在地震中剪力墙失效后，框架部分能成为结构的第二道防线，规范规定了框架结构承担最小地震剪力比。 中文ETABS遵循规范要求，在用户根据工程的实际情况，按规范的要求来对各楼层进行分段后，程序将自动对每一段结构进行框架结构承担最小地震剪力比较核，当结构不满足时，程序自动按规范对框架部分承担的剪力作出相应调整。 框架承担最小地震剪力 抗震规范3.4.3条规定

15、，竖向不规则的建筑结构，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数。高规5.1.14条给出了薄弱层的定义。 中文ETABS遵循规范的原则，并可以根据规范的方法自动识别薄弱层，除此以外，用户也可以指定薄弱层；程序将自动对薄弱层构件地震作用内力乘以1.15的增大系数。 薄弱层地震作用效应调整遵循抗震规范构件内力调整的基本方法软件默认处理方式 软件将按照程序默认或用户指定的结构构件类型和属性、遵循规范对该类型及属性构件的内力调整规定、根据用户指定的抗震等级，自动生成其不同内力的调整系数，并对该构件相关内力进行调整。 工程师与程序交互修正 为了增强软件的交互性能，并提高工程师对结构相关参数调控能力，软

16、件在对构件内力调整按规范自动处理的基础上，提供了内力调整系数修正窗口，默认情况下该值将显示规范调整值，工程师可以对其进行需要的修改。构件内力调整框架梁 正截面、斜截面、构造框架柱 正截面、斜截面、构造剪力墙 正截面、斜截面、构造连梁 抗弯按梁、构造超筋超限信息混凝土构件设计P-Delta效应 根据钢结构设计规范GB500172002规定，竖向力产生的附加弯矩大于水平力产生的弯矩的0.1倍时，考虑二阶效应。 中文ETABS由用户自行指定分析重是否考虑P-Delta效应，程序提供相应开关和算法。剪重比要求 程序分析之后，给出了结构任一楼层水平地震的剪重比 。具体调整方式与混凝土结构相同。钢结构设计

17、承载力抗震调整系数 ETABS中文版按建筑结构抗震规范的要求设置了承载力抗震调整系数 （如右表所示），并根据抗震构件类型在构件设计时自动考虑了此系数。钢结构构件设计计算长度系数梁和支撑的默认计算长度系数为1。根据高层民用建筑钢结构技术规程的规定计算框架柱计算长度。确定柱的计算长度系数时，先计算下列线刚度之和： 对有侧移和无侧移体系，分别采用下述公式计算框架柱计算长度： 钢结构构件设计（续）框架梁、框架柱框架梁、柱设计强度校核应力比稳定校核整体稳定、局部稳定（长细比、宽厚比）挠度单工况支撑 中心支撑中文ETABS按照钢高规 JGJ99-98 6.4.6-13规定的公式验算中心支撑的抗震承载力。

18、偏心支撑设计偏心支撑仅用于8度及以上的结构。GB50011中关于偏心支撑的规定，参考了AISC1997的抗震规定，但增加了的要求。由于我国高层建筑较多采用混合结构，目前还没有偏心支撑的设计经验。因此目前中文ETABS暂时采用美国规范进行偏心支撑计算和设计。钢结构构件设计（续）截面计算参数正截面承载力计算抗剪连接键挠度计算钢结构构件设计组合梁输出信息结构总信息 针对设计审图需要给出结构总信息。包括荷载信息、荷载组合信息、调整信息、层质量、质心、刚心、偏心率、最大位移、风荷载、地震力、振型。同时还提供了剪重比、刚重比、层间刚度比、侧移比等结构设计重要参数。设计信息 构件设计内力、位移，配筋、 轴压

19、比、超筋超限信息构件设计详细信息中国建筑标准设计研究院基于对象的集成化图形环境(全面的建模功能) China Institute of Building Standard Design & ResearchBeijing Civil King Software Technology Co., Ltd.北京金土木软件技术有限公司ETABS中文版技术演示之一集成化的图形环境，可以将建模信息、分析结果信息和设计结果信息在同一界面中同时呈现给用户 完全的三维建模技术，具备所有平面建模的功能，用户还可以通过立面、自定义视图和三维空间环境中自由绘制编辑结构对象 采用面向对象的实体单元建模，把从梁板柱等工程

20、师熟知的结构对象到有限元分析所使用的单元之间的转化，交给程序自己来完成在ETABS中文版您所使用的是：确定模型简化方案、结构体系编辑、定义菜单：轴网、楼层、材料、截面、荷载工况、质量源绘制模型支座、荷载、刚心隔板、属性修改分析结构总信息。周期、内力、位移是否合理设计、结果查看Wilson: My freshman Physics instructor dogmatically warned the class, “do not use an equation you cannot derive.” The same instructor once stated, “if a person ha

21、d five minutes to solve a problem, that their life depended upon, the individual should spend three minutes reading and clearly understanding the problem.” For the past forty years these simple, practical remarks have guided my work and I hope that the same philosophy has been passed along to my stu

22、dents.ETABS中文版分析设计的主要步骤进行材料多种性能的自定义，还可以定义一种非混凝土和钢结构的材料快捷的定义各种混凝土及型钢截面形式建立任意分段数及任意形式的变截面线对象使用截面设计器定义任意复杂几何形状、材料组成的截面形式，程序可以自动计算该截面的所有力学指标定义任意个用户坐标系统,并可以随时切换坐标系统设置任意个标准层，并随时可以改变楼层的相似关系捕捉功能、参考线、参考面、展开面进行定位修改复制、拉伸功能建立复杂模型在任何时候都可以改变单位制任何位置任何方向的集中荷载、均布荷载和梯形荷载快速准确的输入错层梁/斜柱/斜板,并进行分析设计在ETABS中文版您可以：包括中国在内的各国规

23、范的各种型钢截面库面单元的膜、板、壳等多种类型分析模型类似于CAD的强大的图形编辑功能折减梁截面“狗骨”模型选项 三维任意形式支撑，节点弹簧、线弹簧和面弹簧多种边界约束形式多种线性和非线性连接单元，可以模拟缝、钩、阻尼器和隔振器等各种非线性连接形式进行静力和动力非线性分析时,不同力学性质的框架塑性铰单元中英文界面及联机中英技术文档切换功能随时上下文相关帮助信息F1联接及帮助信息搜索功能ETABS中文版为您提供了：各种结构类型的初始化模板,辅助用户快速建立各种结构形式建筑轴网及平面图DXF文件导入 建筑3D图DXF文件导入 与Access电子表格数据互通,可以全面查看修改结构模型信息与Excel

24、数据互通,可以辅助建立各种复杂曲线结构,也可以进行构件的精确定位和修改导入 .EDB 文件功能,支持大型结构多组分块建模default.EDB 及 打开 .EDB ,可以最大程度上利用已有资源,和资源共享将SATWE、STS的模型数据直接转化为ETABS模型数据ETABS快速建模功能：强大的分析功能ETABS中文版技术演示之二中国建筑标准设计研究院China Institute of Building Standard Design & ResearchBeijing Civil King Software Technology Co., Ltd.北京金土木软件技术有限公司自动考虑所有结构(包

25、括楼板)对象的自重 自动扣除节点重叠区质量自动梁顶与楼面找齐任意定义线对象偏心及并真实考虑其对结构刚度进行影响 自动考虑构件节点核心区刚域,可以修改刚域刚性系数，并自动处理设计内力取值位置可以定义各类结构的节点核心区连接属性方便灵活的结构对象属性修改内容和方法 提供了地震作用底部剪力分析方法 可以对各类结构对象施加温度荷载 可以真实模拟支座位移荷载 能够对整个结构能量/虚功图进行输出 静力分析提供了特征向量和Ritz向量两种模态分析方法(见pdf)）提供各国规范(包括中国)的反应谱曲线，工程师还可以自定义反应谱曲线工程师可以对反应谱曲线作延长或任意其它方面的修改 提供目前国际常用的时程分析地震

26、波形式 可以引入任意文本格式的地震波形式可以模拟任意个任意方向地震波输入 可以自由定义地震波到达时间和结束时间可以模拟结构多点激励问题可以定义和显示时程分析过程中函数对时间、函数对函数曲线图(支座反力、内力、能量）可以在结构分析中自动考虑P-Deita效应影响动力分析可以完成弹塑性静力PUSHOVER分析并输出综合结果提供了不同内力形式的塑性铰 截面屈服强度可以程序自动计算也可以工程师自己指定 可以自定义编辑塑性铰应力-应变曲线 可以输出塑性铰卸载过程中结构每一部分的内力可以在结构分析中考虑任意对象的单拉/单压属性 施工顺序加载分析中结构逐层形成,结构刚度矩阵逐层形成,真实模拟施工顺序加载 可

27、以在施工顺序加载过程中自定义考虑的荷载类型 可以自由定义施工顺序加载组块 可以进行Gap、Hook等多种非线性单元动力分析 可以模拟结构阻尼器和基础隔震等结构耗能减震装置 非线性分析P-效应几种考虑 P-效应的方法ETABS、SAP2000中的处理刚心计算质量参与系数（高规理解与应用、扶长生论文、Wilson一书。pdf文件）P-效应、刚心质心、质量参与系数自动线约束简支板曲线墙支撑的斜板楼板剪力墙的协调剪力墙连梁转换参考文献pdf自动线约束功能框架单元膜、壳、板 面内、面外、厚板、plank、修正 （见钢结构论坛 、Wilson书）连接单元 （见SAP分析参考手册） 阻尼器、隔振器、Hook

28、、Gap塑性铰 类型 默认铰 自定义铰单元库隔振结构中位置(基础之上)隔振器被动式能量耗散结构中位置(结构之上)设备智能材料和半主动控制可控制流体和可控制固体隔振周期加长隔振器柔性、周期偏移、固定基础周期、隔离的周期、内力减小、位移增大位移隔振器柔性、周期偏移、隔振器位移能量耗散、结构位移减少损害减少能量耗散滞回高阻尼橡胶、铅芯屈服、摩擦外部设备粘滞高阻尼橡胶、外部设备隔振粘弹性 速度关联低阻尼天然橡胶 （NR）高阻尼橡胶铅芯 （LR）滑动 位移关联摩擦摆 （FP）桥梁隔振 最大能量耗散 LR 支座 FP 支座 NR带阻尼支座（见SAP2000分析参考手册 pdf 文件）隔振（续）LR Bea

29、ring 叠层橡胶支座FP Bearing 摩擦摆支座隔振（续）San Fransco City Hall (LR bearing)San Fransco Court of Appeals Building (FP bearing)隔振（续）隔振（续）隔振（续）阻尼耗能装置阻尼类型位移速度叠加阻尼和刚度 ADAS三角形 ADAS （TADAS）斜撑阻尼阻尼（续）ADAS美国80年代TADASTaiwan 广泛应用支撑阻尼固体粘滞阻尼器流体粘弹性滞阻尼器粘滞阻尼墙、日本流体粘滞阻尼美国国内也开始应用山东大学陈青来教授阻尼（续）ETABS中实现 3Frame 隔振器实例 阻尼器实例 文档pdf、实

30、例阻尼（续）Pushover 分析结构在一定水平地震作用下的反应评估结构评估定义地震等级定义基于性能评估结构需求和能力曲线性能点FEMA-273 和 ATC40正常使用、可立即使用、生命安全、不倒塌目的Deformation MeasureForce MeasurePerformance Limits (IO, LS, CP)Expected Performance Point for given Earthquake预测建筑和构成在给定地震下的峰值反应步骤建立Pushover曲线选择地震等级确定性能等级对性能等级确定容许准则校核准则承载力谱法 ATC40 (Capacity Spectrum

31、 Method)目标位移法 FEMA-273 (Target Displacement)建立Pushover曲线建立结构模型单元强度变形荷载重力荷载横向加载模式选择控制位移进行Pushover分析Pushover模型定义结构模型平面、空间主要和次要构件非结构构件基础柔性连接P效应类型桁架屈服和屈曲梁主方向弯矩铰和剪力铰柱PMM铰和剪力铰节点区剪力屈服盖板剪力破坏剪力墙P-M-剪力相关面弹簧支座Pushover模型（续）BACDEForce变形力变形 曲线Force变形建立结构模型Plastic HingeRigid ZoneSpan LoadsFlexible ConnectionShear

32、HingePlastic HingeRigid ZoneShear Hinge框架梁模型框架柱模型Pushover模型荷载由重力荷载开始恒载一部分活载选择加载模式横向荷载模式（竖向分布：均布、规范、模态）横向荷载水平分布扭转效应正交效应Pushover分析力控制分析位移控制分析顶点位移广义位移分析极限失稳失去重力承载能力附加大变形逐步策略手动Newton-Raphson 分析策略常刚度迭代切线刚度迭代强度弱化考虑Ritz 模态 (子空间) 策略Roof DisplacementBase ShearRoof DisplacementBase ShearPushover应用 ATC40建立能力谱评

33、估等效阻尼确定需求谱确定功能点准则校核建立能力谱Roof DisplacementBase ShearSpectral Displacement建立能力谱(续） 谱加速度谱位移多自由度单自由度评估等效粘滞阻尼评估等效粘滞阻尼谱加速度谱位移EdEso谱位移谱加速度折减反应谱 谱加速度谱位移2.5CACV/T 谱加速度周期2.5CA/BsCV/(T BL)折减反应谱 (有效阻尼)反映谱 (5% 阻尼)加速度位移反映谱 Spectral AccelerationTime PeriodT0 Spectral AccelerationSpectral DisplacementT0Sd = SaT2/4p

34、2性能点谱加速度谱位移对有效阻尼功能点处需求谱需求谱 谱加速度谱位移容许准则校核Deformation MeasureForce MeasurePerformance Limits (IO, LS, CP)Expected Performance Point for given EarthquakePushover曲线应用 FEMA-273评估目标位移准则校核目标位移评估评估有效刚度, Ke评估有效屈服后刚度, Ks评估有效基准周期, Te计算目标顶点位移参数含义参见ATC40 或 ETABS指南有效弹性周期评估 Te Base ShearRoof DisplacementVy.6VyKeaK

35、e = KsEstimate Te using KeEstimate Elastic Spectral Displacement准则校核Deformation MeasureForce MeasurePerformance Limits (IO, LS, CP)Target Displacement (or corresponding deformation) for given Earthquake中美反应谱对应关系与中国反应谱对比，可以得到 CA、Cv。例如：场地特征周期为 Tg=0.45，8度多遇地震，阻尼比为0.05，所以 2max0.162max2.5CATg= Ts=Cv/2.5C

36、A 可得CA0.064. Cv0.072.一体化设计功能及中国规范设计ETABS中文版技术演示之三中国建筑标准设计研究院China Institute of Building Standard Design & ResearchBeijing Civil King Software Technology Co., Ltd.北京金土木软件技术有限公司可以完成钢结构、混凝土结构设计 可以完成混合结构、组合构件设计 可以输出同时输出单工况设计结果和包络设计结果 可以进行截面校核也可以进行截面设计 可以进行世界上主要国家规范荷载输入 可以完成世界上主要国家规范的设计 对楼面和墙的不匹配单元自动进行网格

37、匹配 可以进行刚性楼板和弹性楼板设计 各国设计规范全面设计技术资料 可以对设计结果进行图形、电子表格和文本文件的全面输出 一体化的设计功能交互式设计的含义可以在设计中改变设计组合 可以在设计中改变截面属性 可以在设计过程中调整抗震等级 可以在设计过程中修正内力调整值 可以改变计算长度、无支撑长度等设计参数可以改变设计对象位置属性和承载力修正属性 可以选择单个或若干个构件进行设计 强大的交互式设计功能：可以选择或自定义任意钢结构自选截面 可以进行钢结构自动优化设计 可以在钢结构自动优化设计中进行归并设计 可以指定位移和周期目标 可以完成中国规范的组合梁设计 可以进行钢桁架设计 可以根据应力比分段

38、显示构件设计颜色 可以针对构件进行设计摘要输出及设计细节输出 钢结构设计：混凝土柱的两轴荷载-弯矩相互作用图 针对均匀分布钢筋的剪力墙简化设计 在剪切设计中考虑扭转效应自动细分3D剪力墙 合并墙柱成为3D截面的墙单元以消除交叠 容许楼面单元参与剪力墙的连梁定义 可以根据配筋率分段显示构件设计颜色 可以针对构件进行设计摘要输出及设计细节输出 混凝土结构设计：框架体系双重抗侧力体系 钢框架-支撑(剪力墙板)体系 钢框架-混凝土剪力墙体系 钢框架-混凝土核心筒体系筒体体系 框筒体系筒中筒体系 桁架筒体系束筒体系可进行设计的钢结构体系：框架结构剪力墙结构框剪结构筒体结构复杂结构 带转换层结构 错层结构 带加强层结构连体结构 多塔结构可进行设计的混凝土结构体系：AISC ASD 89 AISC LRFD 93 BS 5950-90 BS 5950-2000 CISC 95 Eurocode 3-1993 UBC 97 ASD UBC 97 LRFD 中国相关规范 钢结构设计可采用的规范：ACI 319-99 BS 8110 89 BS 8110 97 CSA-A23.93-94 Eurocode 2-1992 Indian IS 456-2000 Maxian RCDF 2001 NZS 3101-95 UBC 97 中国相关规