钢筋混凝土框架结构抗震分析及设计方案

2/48例题1钢筋混凝土结构抗震分析及设计例题.钢筋混凝土结构抗震分析及设计概要本例题介绍使用MIDAS/Gen的反应谱分析功能来进行抗震设计的方法。此例题的步骤如下:简要设定操作环境及定义材料和截面建立框架梁建立框架柱及剪力墙楼层复制及生成层数据文件定义边界条件输入楼面及梁单元荷载输入风荷载输入反应谱分析数据定义结构类型定义质量运行分析荷载组合查看结果配筋设计计算书1简介该例题通过建立一个六层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构模型，详细介绍了使用MIDAS/Gen建立结构模型、施加荷载和边界条件、查看分析结果及进行抗震设计的步骤和方法。初学者按照本章提示的步骤进行操作，可以在短时间内熟悉和掌握MIDAS/Gen的环境及使用方法。例题模型的基本数据如下：图4定义梁、柱截面5：主菜单选择模型>材料和截面特性>厚度：添加：定义剪力墙厚度图5定义剪力墙厚度3.建立框架梁1：主菜单选择模型>单元>建立:截面名称：250x450；节点连接：第一点直接点取坐标原点，第二点采用相对坐标dx,dy,dz：0，15，0图6建立梁单元2：复制单元主菜单选择模型>单元>复制和移动:选择复制对象；形式：复制；任意间距：方向x；间距：2@5,2@3.9,2@4.3；图7复制梁单元3：主菜单选择模型>单元>建立:注：图标菜单可显示节点号。截面名称：250x450；节点连接：1，13；在“交叉分割注：图标菜单可显示节点号。图8建立梁单元4：复制单元主菜单选择模型>单元>复制和移动:形式：复制；利用选取刚建立的单元移动复制：任意间距：方向y，间距3@5；在交叉分割项，将节点和单元都选上。图9复制梁单元5：定义用户坐标系主菜单选择模型>定义用户坐标系>X-Y平面:坐标原点：26.4,15,0<直接输入数字或鼠标在模型窗口点选）；旋转角度：－60；保存当前UCS：输入名称“用户坐标1”<可自定义）图10定义用户坐标系6：主菜单选择模型>单元>建立:截面名称：250x450；节点连接：采用相对坐标dx,dy,dz：15，0，0图11建立梁单元6：复制单元主菜单选择模型>单元>复制和移动:形式：复制；利用选取刚建立的单元移动复制：任意间距：方向y，间距3@5；在交叉分割项，将节点和单元都选上。图12复制梁单元7：主菜单选择模型>单元>建立:截面名称：250x450；节点连接：29，35；在交叉分割项，将节点和单元都选上。图13建立梁单元8：复制单元主菜单选择模型>单元>复制和移动:利用选取刚建立的单元；形式：复制；移动和复制：任意间距，方向x，间距3@-5；在交叉分割项，将节点单元都选上。图14复制梁单元9：建立曲梁主菜单选择模型>单元>建立曲线并分割成线单元:同时删除部分梁单元注：回到整体坐标系注：回到整体坐标系点击UCS/GCS菜单中快捷键图15建立曲梁10：建立次梁主菜单选择模型>单元>复制和移动:选择复制对象；输入复制间距1.75；截面号增幅选2(即选择次梁截面>；在交叉分割项，将节点和单元都选上。注：次梁截面修改也可以应用注：次梁截面修改也可以应用拖放的功能修改截面图16建立次梁4.建立框架柱及剪力墙1：主菜单选择模型>单元>扩展：扩展类型：节点—线单元；单元类型：梁单元；材料：C30截面：500x500；输入复制间距：dz=－4.5注：对于不生成柱子的位置，可以用注：对于不生成柱子的位置，可以用解除选择不生成柱子位置的节点。图17生成框架柱2：主菜单选择模型>单元>修改单元参数>参数类型:选择Beta角，Beta=60º，在模型窗口选择框架2部分需要旋转的框架柱。3：主菜单选择模型>单元>扩展:扩展类型：线单元—平面单元单元类型：墙单元<板单元）生成形式：复制和移动输入复制间距：dz=－4.5在模型窗口选择生成墙的梁单元。注：扩展时可以勾选目标>删除选项，确认是否保留梁单元。注：扩展时可以勾选目标>删除选项，确认是否保留梁单元。图18生成剪力墙4：主菜单选择模型>单元>分割：单元类型：墙单元任意间距：X=0,Z=1.9,1.2在模型窗口选择要分割的墙单元，并按F2键或激活图标激活。5：菜单选择模型>单元>删除：在模型窗口选择被删除的墙单元注：x、z注：x、z分别指单元坐标系的x、z方向。图19墙单元被分割6：主菜单选择模型>单元>分割：单元类型：线单元被节点分割：在模型窗口选择要分割的单元及分割单元的节点图20分割线单元7：主菜单选择模型>单元>修改单元参数：参数类型：截面号形式：选择250x1000<连梁截面）模型窗口选择修改的梁单元注：亦可使用拖放功能；同时考虑在“注：亦可使用拖放功能；同时考虑在“结构类型”中是否点取“在图形显示中，将梁顶标高与楼面标高<X-Y平面）对齐”图21墙洞口布置5.楼层复制及生成层数据文件1：主菜单选择建筑物数据>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图22楼层复制2：主菜单选择建筑物数据>定义层数据:点击生成层数据：考虑5%偶然偏心考虑刚性楼板：若为弹性楼板选择不考虑地面高度：点击，若勾选使用地面高度，则程序认定此标高以下为地下室，勾选各构件承担的层间剪力注：程序自动计算风荷载时，程序将自动判别地面标高以下的楼层不考虑风荷载作用。注：程序自动计算风荷载时，程序将自动判别地面标高以下的楼层不考虑风荷载作用。图23生成层数据3：主菜单选择建筑物数据>自动生成墙号:避免设计时不同位置的墙单元编号相同，特别是在利用扩展单元功能时，一次生成多个墙单元时，这些墙单元的墙号相同，若这些墙单元不在直线上，X向、Y向都有时，程序则认为没有直线墙不给配筋设计。6.定义边界条件主菜单选择模型>边界条件>一般支承:在模型窗口中选择柱底及墙底嵌固点注：可以利用面选的功能对下部节点进行选择注：可以利用面选的功能对下部节点进行选择。图24输入边界条件7.输入楼面及梁单元荷载1：主菜单选择荷载>静力荷载工况:DL:恒荷载LL：活荷载WX:风荷载WY:风荷载图25定义荷载工况2：主菜单选择荷载>自重:荷载工况：DL自重系数：Z=－1图26定义自重3：菜单选择荷载>定义楼面荷载类型：定义各房间荷载：办公室、卫生间、屋面名称：OFFICE荷载工况：DL<LL）楼面荷载：-4.3<-2.0）按名称：BATHROOM荷载工况：DL<LL）楼面荷载：-6<-2.0）按名称：ROOF荷载工况：DL<LL）楼面荷载：-7<-0.5）按图27定义楼面荷载4：主菜单选择视图>激活>按属性激活：选择按层激活：激活2F层图28按层激活5：主菜单选择荷载>分配楼面荷载:楼面荷载类型：OFFICE分配模式：双向<或长度）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同样方法输入BATHROOM楼面荷载注：对于异形板，分配楼面荷载可以采用多边注：对于异形板，分配楼面荷载可以采用多边形-长度或者多边形-面积的方法。注：楼面荷载分配不上，可检查分配区域内是否有空节点、重复节点、重复单元。图29分配楼面荷载6：主菜单选择荷载>连续梁单元荷载：荷载工况：DL选择：添加荷载类型：均布荷载荷载作用单元：两点间直线方向：整体坐标系Z数值：W=-10复制荷载：方向Z，距离4@3加载区间<两点）：选择加载梁单元。图30输入梁单元荷载7：重复步骤5和6输入屋面荷载及梁单元荷载8：主菜单选择视图>激活>全部激活视图>显示:荷载查看输入的荷载图31显示荷载8.输入风荷载1：主菜单选择荷载>横向荷载>风荷载>添加荷载工况：WX风荷载设计标准：GB50009－2001。风荷载方向系数：X轴方向系数1Y轴方向系数0注：程序只能自动计算有刚性板假定层的风荷载。注：程序只能自动计算有刚性板假定层的风荷载。图32风荷载输入2：重复步骤1，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。9.输入反应谱分析数据1：主菜单选择荷载>反应谱分析数据>反应谱函数>添加:设计反应谱：GB50011－2001；设计地震分组：1；地震设防烈度：7º<0.10g）；场地类别：Ⅱ；地震影响：多遇地震；阻尼比：0.05图33生成设计反应谱2：主菜单选择荷载>反应谱分析数据>反应谱荷载工况: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>周期折减系数：0.8图34反应谱荷载工况10.定义结构类型主菜单选择模型>结构类型结构类型：3-D平面(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>图35定义结构类型11.定义质量主菜单选择模型>质量>将荷载转换成质量：质量方向：X，Y注：此处转换得荷载不包括自重。荷载工况：DL(LL>注：此处转换得荷载不包括自重。组合系数：1.0(0.5>图36定义质量12.运行分析主菜单选择分析>运行分析13.荷载组合主菜单选择结果>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混凝土设计：用于结构设计部分组合点击自动生成设计规范：GB50010－02注：1.考虑双向地震勾选双向地震程序会在荷载组合中自动添加。2.用户亦可自定义所需的荷载组合，先在左侧名称一栏定名称，在右侧选择荷载工况和组合系数。注：1.考虑双向地震勾选双向地震程序会在荷载组合中自动添加。2.用户亦可自定义所需的荷载组合，先在左侧名称一栏定名称，在右侧选择荷载工况和组合系数。图37荷载组合14．查看结果1.查看反力及内力1：主菜单选择结果>反力>反力：柱脚内力<轴力和弯矩）图38Z向与X向基底反力2：主菜单选择结果>反力>查看反力:可以查看基底任意节点内力2.位移主菜单选择结果>位移>位移形状:可以查看任意节点各方向位移>位移等值线:可以查看任意节点各方向位移注意：位移非挠度，挠度应为相对位移>查看位移:查看每个节点位移情况图39水平力作用下各层侧移简图3.构件内力与应力图1：主菜单选择结果>内力>梁单元内力图:查看在各种工况组合下梁单元内力墙单元内力图:查看在各种工况组合下墙单元内力图40梁单元内力图图41墙单元内力图2：主菜单选择结果>应力>梁单元应力图:查看各种工况组合下梁单元应力3：主菜单选择结果>内力>构件内力图:查看在各种工况组合下构件的内力图42构件内力图4.梁单元细部分析主菜单选择结果>梁单元细部分析:查看各个梁单元在各种工况作用下应力及内力图图43梁单元细部分析5.振型形状及各振型所对应的周期主菜单选择结果>周期与振型:查看各种振型作用下的结构各向位移及自振周期图44振型形状及周期6.稳定验算主菜单选择结果>稳定验算:刚重比验算结构类型：框—剪荷载工况：全选注：高层建筑注：高层建筑结构的整体稳定验算按照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002中的第5.4.1条，5.4.4条进行验算图45稳定验算7.周期主菜单选择结果>分析结果表格>振型与周期：输出各振型周期及有效质量参与系数图46周期及质量参与系数表格8.层间位移主菜单选择结果>分析结果表格>层>层间位移角验算：输出各种工况下各层的层间位移角，并和层间位移角限值进行验算。图47层间位移验算表格9.层位移主菜单选择结果>分析结果表格>层>层位移:输出水平作用下各层最大位移及平均位移图48层位移验算表格10.层剪重比主菜单选择结果>分析结果表格>层>层剪重比:输出各层地震作用下各层的剪力及剪重比图49层剪力及剪重比表格11.层构件剪力比主菜单选择结果>分析结果表格>层>层构件剪力比：查看各种工况下框架柱和剪力墙的地震剪力和比率。图50层构件剪力比表格12.倾覆弯矩主菜单选择结果>分析结果表格>层>倾覆弯矩：查看各种工况下框架和剪力墙的倾覆弯矩。图51倾覆弯矩表格13.侧向刚度不规则验算主菜单选择结果>分析结果表格>层>侧向刚度不规则验算:输出各层的层刚度比，并判断侧向刚度是否规则。图52层刚度比验算表格14.薄弱层验算主菜单选择结果>分析结果表格>层>楼层承载力突变验算：输出各层抗剪承载力，本层与上一层的抗剪承载力之比，并判断各层强度是否规则。图53楼层承载力突变验算15．配筋设计1.一般设计参数主菜单选择设计>一般设计参数>指定构件：自动指定构件自由长度。当梁单元中间被其它节点分割成几部分时，需由程序自动指定构件，定义梁单元在强轴作用平面内的自由长度。注：当有非直线梁单元时,需在模型中选择此梁单元由手动完成。2．钢筋混凝土构件设计参数1：主菜单选择设计>钢筋混凝