結(jié)構(gòu)軟件SAP2000學(xué)習(xí)實(shí)例

1、一、問題描述 已知結(jié)構(gòu)為一棟七層框架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示，混凝土強(qiáng)度等級為：15層采用C40；6、7層采用C30，恒載按實(shí)際梁、板、柱實(shí)際重量計(jì)算，不考慮裝飾荷載，活荷載按2KN/m2考慮，不考慮風(fēng)荷載。對El Centro波（1942，NS分量，峰值341.7cm/s2）進(jìn)行調(diào)整，滿足七級的地震的加速度幅值。求結(jié)構(gòu)在小震和罕遇地震作用下的時(shí)程反應(yīng)性能（包括層位移、層間位移、層間位移角、基底剪力及結(jié)構(gòu)的出鉸情況和破壞機(jī)制）。七層框架結(jié)構(gòu)圖梁配筋圖 柱配筋圖（HPB235全部換成HPB300）二、模型建立2.1建立初步模型 打開sap2000，把系統(tǒng)單位設(shè)置為，創(chuàng)建新模型，選擇三維框架，在對

2、應(yīng)空格如下填寫模型基本數(shù)據(jù)：勾選（使用定制軸網(wǎng)間距和原點(diǎn)定位），編輯軸網(wǎng)，按題目模型要求設(shè)置，并指定底層節(jié)點(diǎn)約束為固端。2.2定義材料 選擇定義材料快速添加材料，添加C30、C40混凝土和HRB335、HPB300鋼筋，由于方法類似，這里只給出HRB335圖片：2.3 框架截面的定義、指定、剖分 這里的截面包括不同尺寸，不同配筋，不同混凝土強(qiáng)度，不同位置的各種截面。根據(jù)一到五層的混凝土強(qiáng)度等級不同，邊梁和主梁的樓板加強(qiáng)作用不同，主梁和次梁的截面尺寸不同，總共可以劃分為以下八種不同截面：（1）一到五層的中間主梁（B-300X500-D-C）（2）六到七層的中間主梁（B-300X500-G-C）（

3、3）一到五層的中間次梁（B-300X450-D-C）（4）六到七層的中間次梁（B-300X450-G-C）（5）一到五層的邊次梁（B-300X450-D-S）（6）六到七層的邊次梁（B-300X450-G-S）（7）一到五層的柱子（C-D）（8）六到七層的柱子（C-G）例如：選擇定義截面屬性框架屬性添加新屬性concrete矩形：把截面名稱改為B-300X500-D-C：選擇屬性修正，把中梁的繞3軸慣性矩修正為2：選擇配筋混凝土，給梁配上鋼筋：同樣的方法設(shè)置好柱的截面和配筋：定義好框架截面屬性后把各個(gè)截面類型指定給其對應(yīng)的構(gòu)件，并指定自動剖分。2.4樓板的定義、繪制、剖分由于樓板的跨度相對比較

4、大，板厚為120mm，剪切作用不是很明顯，這里選用薄殼模型。選擇定義截面屬性面截面shell：點(diǎn)擊快速繪制面單元按鈕 出現(xiàn)如下圖框，選擇正確的截面畫在對應(yīng)的樓層：三維視圖中全部選中，編輯編輯面分割面基于面周邊上點(diǎn)分割面：三維視圖中全部選中，指定面自動面網(wǎng)格剖分按數(shù)目剖分： 2.5指定節(jié)點(diǎn)束縛、線單元插入點(diǎn)三維視圖中全部選中，指定節(jié)點(diǎn)束縛Diaphragm添加新束縛：對已有模型構(gòu)件指定插入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件的偏心，構(gòu)件的幾何位置并不改變，模型中的節(jié)點(diǎn)位置并沒有改變，而力的傳遞作用位置發(fā)生了變化。SAP2000中默認(rèn)的插入點(diǎn)的偏移值為零，而且結(jié)構(gòu)的方位基準(zhǔn)點(diǎn)在樓層高程處，故為了保證梁的表面與樓層高程平

5、齊，框架梁的控制點(diǎn)要改為8 Top Center。選擇屬性框架截面，選中所有梁截面：指定框架插入點(diǎn)：得到模型如下：2.6指定線對象的剛域剛域系數(shù)表示指定了端部偏移的剛域部分，在彎曲和剪切變形時(shí)剛域程度。在剛域系數(shù)一欄可輸入0到1之間的一個(gè)系數(shù)，表示剛域的剛性程度從完全柔性到完全剛性。完全柔性表示剛域的彎曲和剪切剛度由線性單元的實(shí)際剛度確定；完全剛性即剛域內(nèi)部沒有彎曲和剪切變形。這里取為0.7。三維圖中全部選中，指定框架端部長度偏移：2.7 定義荷載模式這里定義兩種荷載模式DEAD和LIVE。自重系數(shù)表示軟件將自動計(jì)算結(jié)構(gòu)中所有構(gòu)件的的自重，將自重乘以這個(gè)自重系數(shù)施加在結(jié)構(gòu)上。定義荷載模式：2.

6、8對結(jié)構(gòu)施加荷載 填充墻厚度200mm，加氣混凝土填充墻重度取7.5KN/m3，主梁上高度2.5m，次梁上高度2.55m。計(jì)算主梁下的填充墻的線荷載：計(jì)算次梁下的填充墻的線荷載：依次選擇次梁和主梁，指定框架荷載分布：選擇板，指定面荷載均布：活荷載2KN/M2指定荷載后框架圖形2.9定義質(zhì)量源 為了滿足抗震規(guī)范重力荷載代表值的相關(guān)要求，這里選用“來自荷載“這一項(xiàng)。按抗震規(guī)范的5.1.3條規(guī)定，自重，附加恒載的系數(shù)為1.0，活荷載的系數(shù)取為0.5.定義質(zhì)量源來自荷載： 2.10定義時(shí)程分析函數(shù)定義函數(shù)時(shí)程From File添加新函數(shù)：2.11定義荷載工況在已知期望的荷載水平，且結(jié)構(gòu)可以承受此荷載時(shí)

7、，應(yīng)該采用力控制。即在自重，填充墻恒載和活載的工況中均選擇力控制。為了反映實(shí)際情況，活荷載比例系數(shù)選為0.5。定義荷載工況添加新荷載工況，輸入名稱LIVE：模態(tài)分析：計(jì)算出的第一振型周期為0.91208s，第二振型周期為0.88211s。定義荷載工況添加新荷載工況，輸入名稱Combine：（此工況可以用來計(jì)算各構(gòu)件的軸力設(shè)計(jì)值，以確定塑性鉸軸力參數(shù)振型分解法分析小震，參數(shù)設(shè)置如下：反應(yīng)譜參數(shù)設(shè)置 時(shí)程分析采用的數(shù)值積分方法是Hiber-Hughes-Taylor法，結(jié)構(gòu)阻尼采用瑞麗阻尼，整體阻尼矩陣是由質(zhì)量矩陣和剛度矩陣按比例組合構(gòu)造而成的。瑞利阻尼C = M + K 其中 C 是阻尼矩陣，

8、M 是質(zhì)量矩陣， K 是剛度矩陣。 參數(shù) Alpha 系數(shù)： 設(shè)置與質(zhì)量成比例的系數(shù) 。 Beta 系數(shù)： 設(shè)定與剛度成比例的系數(shù) 。 在SAP2000軟件里與可通過結(jié)構(gòu)第一自振周期T1和第二自振周期T2 計(jì)算而來，如圖所示：根據(jù)8度地震要求修改大震的比例系數(shù)為400/341.7=1.1706，單位為M，故比例系數(shù)填為0.0117。最后得到的所有荷載工況如下：三、有關(guān)鉸的相關(guān)計(jì)算3.1 梁鉸計(jì)算因?yàn)榈卣鸷奢d只在U1方向，所以只有主梁才有可能出鉸，次梁不會出鉸。根據(jù)梁的位置，截面大小，混凝土強(qiáng)度和配筋多少可以分為以下幾種：（1）主梁，1-5層 （2）主梁，6-7層混凝土的保護(hù)層厚度，混凝土強(qiáng)度和

9、鋼筋強(qiáng)度都取為標(biāo)準(zhǔn)值，即： 3.1.1 計(jì)算不同情況下的屈服彎矩和極限彎矩（1）主梁，1-5層（2）主梁，6-7層3.1.2計(jì)算不同情況下的屈服曲率和極限曲率根據(jù)規(guī)范規(guī)定受均布荷載的梁剪跨比為：。配筋率：另外：下面為曲率的計(jì)算表格（單位：KN， m）分類n主梁-D0.00674556.1538101563101.60.0682131.93135.550.0190530.054747主梁-G0.00674556.66679375093.750.0731131.93135.550.0192540.0579233.2柱鉸的計(jì)算3.2.1軸力計(jì)算根據(jù)柱的位置不同，可以分為以下幾種：（1）A-1柱，這里

10、稱為a柱（2）A-2柱，這里稱為b柱（3）B-1柱，這里稱為c柱（4）B-2柱，這里稱為d柱運(yùn)行combine工況，計(jì)算各個(gè)柱子的軸力如下：（單位：KN）層數(shù)a柱b柱c柱d柱加權(quán)平均11435.20 2181.33 1565.79 2505.08 1898.8321230.55 1863.71 1418.35 2134.78 1623.1231028.36 1552.67 1183.26 1772.26 1352.664824.03 1242.64 946.28 1414.88 1082.225618.89 932.82 708.32 1059.65 811.1666411.91 622.34

11、 471.70 706.15 540.527204.67 314.17 232.75 353.84 270.12加權(quán)系數(shù)1/31/31/61/6為了計(jì)算簡便，對柱子的軸力歸一化處理，用每層柱軸力的加權(quán)平均值作為該層的代表值來計(jì)算鉸屬性。每層有a柱4根，b柱4根，c柱2根，d柱2根，得到各自的加權(quán)系數(shù)分別為1/3、1/3、1/6、1/6。3.2.2計(jì)算柱的屈服彎矩和極限彎矩，屈服曲率和極限曲率（1）1層（2）2層（3）3層（4）4層（5）5層（6）6層（7）7層 屈服曲率和極限曲率根據(jù)規(guī)范當(dāng)其反彎點(diǎn)在層高范圍內(nèi)時(shí)，可取為Hn/(2h0),故可以得到底層柱的剪跨比為3，以上各層為2.72.配筋率都

12、為0.004957。各層柱子對應(yīng)的屈服彎矩和極限彎矩對應(yīng)的屈服曲率和極限曲率如下表：（單位：KN、m）層數(shù)Nna/D12135.49 6169 0.1324610.63 617.27 0.0272460.06653621810.28 6.15382.7174169271 169 0.11987542.33 548.97 0.0267280.06601831488.60 6.15382.7174169271 169 0.1085476.91 483.55 0.0259670.06525741166.92 6.15382.7174169271 169 0.09713412

13、.49 419.13 0.0250890.0643795845.23 6.15382.7174169271 169 0.08575349.07 356.71 0.0240490.0692566523.56 6.66672.7174156250 156 0.08408292.65 300.29 0.0222760.071257201.88 6.66672.7174156250 156 0.06891260.23 260.87 0.0241690.0682713.2.3計(jì)算屈服面上的特殊點(diǎn)為了定義屈服面，這里還需要計(jì)算屈服面上的特征點(diǎn)。對于柱的軸心受拉，只考慮鋼筋的抗拉作用： 軸心受壓考慮鋼筋混凝

14、土共同作用，一到五層：六到七層：計(jì)算大小偏心臨界處的軸力和彎矩。有混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范6.2.7條，計(jì)算可得界限受壓區(qū)高度。根據(jù)軸力平衡可得軸力（一到五層）（六到七層）對應(yīng)的彎矩分別為1191.39KN·m和931.74KN·m。通過前面combine工況計(jì)算的最大的軸壓力為2505KN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大小偏心界限處的軸壓力，在整個(gè)運(yùn)動過程中也沒有出現(xiàn)受拉的情況，即不會出現(xiàn)大偏心受拉和小偏心受拉。說明柱子在整個(gè)地震波的作用下，一直處于大偏心狀態(tài)。那么上邊計(jì)算的彎矩曲率關(guān)系是適用的。而對于小偏心受壓，大偏心受拉，小偏心受拉并不是我們要關(guān)心的，故無需定義在這三種情況下的彎矩曲率關(guān)系。如下圖

15、分別為1-5層，6-7層柱的屈服面的定義： 3.2.4 柱的彎矩曲率關(guān)系的定義以及梁的彎矩曲率定義定義截面屬性鉸屬性添加新屬性混凝土P-M2-M3鉸：定義截面屬性鉸屬性添加新屬性混凝土M3鉸：點(diǎn)B代表屈服，在上升到點(diǎn)B之前，鉸內(nèi)沒有變形，無論對點(diǎn)B指定何種變形值都應(yīng)將點(diǎn)B 的位移（轉(zhuǎn)動）從點(diǎn)C、D和E的變形中減去。只有超過點(diǎn)B 的塑性變形將被鉸顯現(xiàn)。所以點(diǎn)C的Curvature/SF對應(yīng)的值應(yīng)是，而不是，最后得到右邊共9種鉸。3.3向模型中添加梁鉸和柱鉸選擇組GROUP1：指定框架鉸C-1: 考慮到節(jié)點(diǎn)剛域的長度以及塑性鉸本身的長度，所以相對距離取0.1和0.9，指定完所有鉸后得到的模型圖為：

16、4分析運(yùn)行及結(jié)果查看4.1振型分解法分析小震結(jié)果反應(yīng)譜法是用來計(jì)算多自由度體系地震作用的一種方法。該法是利用單自由度體系的加速度設(shè)計(jì)反應(yīng)譜和振型分解的原理，求解各階振型對應(yīng)的等效地震作用，然后按照一定的組合原則對各階振型的地震作用效應(yīng)進(jìn)行組合，從而得到多自由度體系的地震作用效應(yīng)。振型分解反應(yīng)譜法一般可考慮為計(jì)算兩種類型的地震作用：不考慮扭轉(zhuǎn)影響的水平地震作用和考慮平扭藕聯(lián)效應(yīng)的地震作用。本次三維框架模型的加載方向沿B軸線方向加載即本模型的U2方向。4.1.1 變形圖 三維框架模型的在小震時(shí)的地震作用整體變形和B軸線方向方向的變形分別如圖所示：振型分解法的變形圖，如下4.1.2 內(nèi)力圖 下面給出

17、B軸所在軸線的一榀框架的內(nèi)力圖（軸力圖、剪力圖以及彎矩圖）。軸力N圖梁剪力圖柱彎矩圖梁彎矩圖4.2八度（0.2g）震的運(yùn)行結(jié)果4.2.1 層位移由于假設(shè)了剛性隔板，每層的各點(diǎn)位移是一致。故這里分別取節(jié)點(diǎn)3440的位移代表每層的位移，這里給出34點(diǎn)的位移時(shí)程曲線，其它點(diǎn)值給出最大值和最小值，如下：（單位：mm）B軸線框架，層位移最大值和最小值4.2.2層間位移通過廣義位移（定義B軸框架34-41節(jié)點(diǎn)）查看，如下表：（單位：mm）4.2.3 層間位移角由層間位移除以對應(yīng)的層高，就可以得到層間位移角，如下表：（單位：）如：4.25=15.91824/3.75層間位移角最大正位移角最大負(fù)位移角第一層4.25 -4.38 第二層6.15 -6.42 第三次6.23 -5.75 第四層5.33 -4.93 第五層4.33 -3.80 第六層3.10-2.47 第七層1.61-1.14 4.2.4層剪力通過截面切割查看層剪力，將各層柱子及其頂點(diǎn)定義為一個(gè)組，這樣就可以在時(shí)程分析的結(jié)果中查看截面切割力，