midasGen-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì)

1、例題 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì)例題1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì)例題. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì)概要本例題介紹使用midas Gen 的反應(yīng)譜分析功能來進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的方法。此例題的步驟如下:1. 簡介2. 設(shè)定操作環(huán)境及定義材料和截面3. 建立框架梁4. 建立框架柱及剪力墻5. 樓層復(fù)制及生成層數(shù)據(jù)文件6. 定義邊界條件7. 輸入樓面及梁單元荷載8. 輸入風(fēng)荷載9. 輸入反應(yīng)譜分析數(shù)據(jù)10. 定義結(jié)構(gòu)類型11. 定義質(zhì)量12. 運(yùn)行分析13. 荷載組合14. 查看結(jié)果15. 配筋設(shè)計(jì)16. 計(jì)算書1 簡介該例題通過建立一個六層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)模型，詳細(xì)介紹了使用midas

2、 Gen建立結(jié)構(gòu)模型、施加荷載和邊界條件、查看分析結(jié)果及進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的步驟和方法。初學(xué)者按照本章提示的步驟進(jìn)行操作，可以在短時(shí)間內(nèi)熟悉和掌握midas Gen的環(huán)境及使用方法。例題模型的基本數(shù)據(jù)如下：Ø 軸網(wǎng)尺寸：見平面圖Ø 主梁： 250mmx450mm，250mmx500mmØ 次梁： 250mmx400mmØ 連梁： 250mmx1000mmØ 柱： 500mmx500mmØ 混凝土： C30Ø 剪力墻： 250Ø 層高： 一層：4.5m 二六層 ：3.0mØ 設(shè)防烈度： 7º（0.10g

3、）Ø 場地： 類圖1 結(jié)構(gòu)平面圖2 設(shè)定操作環(huán)境及定義材料和截面在建立模型之前先設(shè)定環(huán)境及定義材料和截面 1.主菜單選擇 文件 >新項(xiàng)目 文件 >保存: 輸入文件名并保存注：也可以通過程序右下角隨時(shí)更改單位。2.主菜單選擇 工具>設(shè)置>單位系: 長度 m, 力 kN圖2 定義單位體系3.主菜單選擇 特性>材料>材料特性值： 添加：定義C30混凝土 材料號：1 名稱：C30 規(guī)范：GB10(RC) 混凝土：C30 材料類型：各向同性 圖3 定義材料 4.主菜單選擇 特性>截面>截面特性值： 添加：定義梁、柱截面尺寸 圖4 定義梁、柱截面5

4、.主菜單選擇 特性>截面>厚度： 添加：定義剪力墻厚度 圖5 定義剪力墻厚度3. 建立框架梁1.主菜單選擇 節(jié)點(diǎn)/單元>節(jié)點(diǎn)>建立節(jié)點(diǎn): 坐標(biāo)：0, 0, 0； 復(fù)制次數(shù)：1次 距離（dx,dy,dz）：0，15，0 圖6 建立節(jié)點(diǎn)2.主菜單選擇 節(jié)點(diǎn)/單元>單元>建立單元: 截面名稱：250x450；節(jié)點(diǎn)連接： 1，2； 圖7 建立梁單元3.復(fù)制單元主菜單選擇 節(jié)點(diǎn)/單元>單元>移動復(fù)制: 選擇復(fù)制對象；形式：復(fù)制；任意間距：方向x；間距：25,23.9,24.3； 圖8 復(fù)制梁單元4.主菜單選擇 節(jié)點(diǎn)/單元>單元>建立單元: 注：

5、圖標(biāo)菜單可顯示節(jié)點(diǎn)號。截面名稱：250x450；節(jié)點(diǎn)連接：1，13；在“交叉分割”項(xiàng)，將節(jié)點(diǎn)和單元都選 上。 圖9 建立梁單元5.復(fù)制單元主菜單選擇 節(jié)點(diǎn)/單元>單元>移動復(fù)制: 形式：復(fù)制；利用選取剛建立的單元移動復(fù)制：任意間距：方向y，間距35；在交叉分割項(xiàng)，將節(jié)點(diǎn)和單元都選上。圖10 復(fù)制梁單元6.定義用戶坐標(biāo)系主菜單選擇 結(jié)構(gòu)>坐標(biāo)系/平面>UCS>X-Y平面: 坐標(biāo)原點(diǎn)：26.4,15,0（直接輸入數(shù)字或鼠標(biāo)在模型窗口點(diǎn)選)；旋轉(zhuǎn)角度:-60；保存當(dāng)前UCS：輸入名稱“用戶坐標(biāo)1”（可自定義）圖11 定義用戶坐標(biāo)系7.主菜單選擇 節(jié)點(diǎn)/單元>單元&

6、gt;建立單元: 截面名稱：250x450；選擇節(jié)點(diǎn)：14；節(jié)點(diǎn)連接：采用相對坐標(biāo)dx,dy,dz：15，0，0圖12 建立梁單元8.復(fù)制單元主菜單選擇 節(jié)點(diǎn)/單元>單元>移動復(fù)制: 形式：復(fù)制；利用選取剛建立的單元移動復(fù)制：任意間距：方向y，間距35；在交叉分割項(xiàng)，將節(jié)點(diǎn)和單元都選上。圖13 復(fù)制梁單元9.主菜單選擇節(jié)點(diǎn)/單元 >單元>建立單元: 截面名稱：250x450；節(jié)點(diǎn)連接：29，35；在交叉分割項(xiàng)，將節(jié)點(diǎn)和單元都選上。圖14 建立梁單元10.復(fù)制單元主菜單選擇節(jié)點(diǎn)/單元>單元>移動復(fù)制: 利用選取剛建立的單元；形式：復(fù)制； 移動和復(fù)制：任意間距，

7、方向x，間距3-5；在交叉分割項(xiàng)，將節(jié)點(diǎn)單元都選上。圖15 復(fù)制梁單元11.建立曲梁 主菜單選擇 節(jié)點(diǎn)/單元>單元>建立曲線并分割成線單元: 建立曲梁。 注：回到整體坐標(biāo)系 主菜單選擇：視圖>UCS/GCS 圖16 建立曲梁12：建立次梁主菜單選擇 節(jié)點(diǎn)/單元>單元>移動復(fù)制: 選擇復(fù)制對象；輸入復(fù)制間距1.75； 截面號增幅選2 (即選擇次梁截面)；在交叉分割項(xiàng)，將節(jié)點(diǎn)和單元都選上。同時(shí) 刪除部分梁單元，選擇多余梁單元，按DEL鍵。 注：次梁截面修改也可以應(yīng)用拖放的功能修改截面圖17 建立次梁4. 建立框架柱及剪力墻1.主菜單選擇 節(jié)點(diǎn)/單元>單元>

8、擴(kuò)展：擴(kuò)展類型：節(jié)點(diǎn)>線單元； 單元類型 ：梁單元； 材料：C30截面：500x500； 輸入復(fù)制間距：dz=-4.5注：對于不生成柱子的位置，可以用 解除選擇不生成柱子位置的節(jié)點(diǎn)。在模型窗口中選擇生成柱的節(jié)點(diǎn)。2 圖18 生成框架柱2.主菜單選擇節(jié)點(diǎn)/單元>單元>修改參數(shù)>單元坐標(biāo)軸方向: 選擇Beta角，Beta=60º，在模型窗口選擇框架2部分需要旋轉(zhuǎn)的框架柱。3.主菜單選擇節(jié)點(diǎn)/單元>單元>擴(kuò)展:擴(kuò)展類型：線單元>平面單元 單元類型 ：墻單元（板單元）生成形式： 復(fù)制和移動 輸入復(fù)制間距：dz=-4.5在模型窗口選擇生成墻的梁單元。

9、注：擴(kuò)展時(shí)可以勾選目標(biāo)> 刪除選項(xiàng)，確認(rèn)是否保留梁單元。 圖19 生成剪力墻4.主菜單選擇節(jié)點(diǎn)/單元>單元>剪力墻洞口：方向：i->j 距離： dx:1.9m dy:0m 洞口尺寸：w:1.2m h:3.5m勾選：分割框架單元 合并重復(fù)節(jié)點(diǎn)在模型窗口選擇要分割的墻單元，并按F2鍵或主菜單選擇 視圖>激活>激活。注：根據(jù)洞口尺寸會自動生成連梁截面圖20 剪力墻開洞5.樓層復(fù)制及生成層數(shù)據(jù)文件1.主菜單選擇 結(jié)構(gòu)>建筑>控制數(shù)據(jù)>復(fù)制層數(shù)據(jù): 復(fù)制次數(shù)：5 距離：3 添加在模型窗口中選擇要復(fù)制的單元圖21 樓層復(fù)制2.主菜單選擇 結(jié)構(gòu)>建

10、筑>控制數(shù)據(jù)>定義層數(shù)據(jù): 點(diǎn)擊生成層數(shù)據(jù)：考慮5%偶然偏心考慮剛性樓板：若為彈性樓板選擇不考慮 地面高度：若勾選使用地面標(biāo)高，則程序認(rèn)定此標(biāo)高以下為地下室，勾選層剪力比 注：程序自動計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)，程序?qū)⒆詣优袆e地面標(biāo)高以下的樓層不考慮風(fēng)荷載作用。 圖22 生成層數(shù)據(jù)3.主菜單選擇 結(jié)構(gòu)>建筑>控制數(shù)據(jù)>自動生成墻號: 避免設(shè)計(jì)時(shí)（同一層）不同位置的墻單元編號相同，特別是在利用擴(kuò)展單元功能時(shí)，一次生成多個墻單元時(shí)，這些墻單元的墻號相同，若這些墻單元不在（同一）直線上，X向、Y向都有時(shí)，程序則認(rèn)為沒有直線墻不給配筋設(shè)計(jì)。6.定義邊界條件主菜單選擇 邊界>邊界&

11、gt;一般支承:在模型窗口中選擇柱底及墻底嵌固點(diǎn) 注：可以利用面選的功能對下部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選擇。 圖23 輸入邊界條件7. 輸入樓面及梁單元荷載1.主菜單選擇 荷載>靜力荷載>建立荷載工況>靜力荷載工況: DL:恒荷載 LL：活荷載 WX:風(fēng)荷載 WY:風(fēng)荷載 圖24 定義荷載工況2.主菜單選擇 荷載>靜力荷載>結(jié)構(gòu)荷載/質(zhì)量>自重: 荷載工況：DL 自重系數(shù)：Z=-1 圖25 定義自重3.菜單選擇 荷載>靜力荷載>初始荷載/其他>分配樓面荷載>定義樓面荷載類型： 定義各房間荷載：辦公室、衛(wèi)生間、屋面名稱：OFFICE 荷載工況：DL（L

12、L） 樓面荷載：-4.3（-2.0） 按名稱：BATHROOM 荷載工況：DL（LL） 樓面荷載：-6（-2.0） 按名稱：ROOF 荷載工況：DL（LL） 樓面荷載：-7（-0.5） 按 圖26 定義樓面荷載4.主菜單選擇 視圖>激活>全部>按屬性激活： 選擇按層激活： 激活2F層 圖27 按層激活5.主菜單選擇荷載>靜力荷載>初始荷載/其他>分配樓面荷載:樓面荷載類型：OFFICE 分配模式：雙向（或長度）荷載方向：整體坐標(biāo)系Z 復(fù)制樓面荷載：方向Z，距離43在模型窗口指定加載區(qū)域節(jié)點(diǎn)同樣方法輸入BATHROOM 樓面荷載注： 對于異形板，分配樓面荷載可

13、以采用多邊形-長度或者多邊形-面積的方法。注： 樓面荷載分配不上，可檢查分配區(qū)域內(nèi)是否有空節(jié)點(diǎn)、重復(fù)節(jié)點(diǎn)、重復(fù)單元。 圖28 分配樓面荷載6.主菜單選擇 荷載>靜力荷載>梁荷載>連續(xù)梁單元荷載：荷載工況： DL 選擇： 添加荷載類型：均布荷載 荷載作用單元：兩點(diǎn)間直線 方向：整體坐標(biāo)系Z 數(shù)值：W= -10 復(fù)制荷載：方向Z，距離43 加載區(qū)間（兩點(diǎn)）：選擇加載梁單元。 圖29 輸入梁單元荷載7.重復(fù)步驟5和6輸入屋面荷載及梁單元荷載8.主菜單選擇 視圖>激活>全部>全部激活 視圖>顯示: 荷載 查看輸入的荷載 圖30 顯示荷載8. 輸入風(fēng)荷載1.主菜

14、單選擇 荷載>靜力荷載>橫向荷載>風(fēng)荷載> 添加荷載工況：WX 風(fēng)荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)： GB50009-2012?；局芷冢鹤詣佑?jì)算風(fēng)荷載方向系數(shù)：X軸方向系數(shù) 1 Y軸方向系數(shù) 0 圖31 風(fēng)荷載輸入2.重復(fù)步驟1，輸入Y向風(fēng)荷載WY，注意此時(shí)風(fēng)荷載方向系數(shù)：X軸方向系數(shù)0，Y軸方向系數(shù)1。9. 輸入反應(yīng)譜分析數(shù)據(jù) 1.主菜單選擇 荷載>地震作用>反應(yīng)譜分析數(shù)據(jù)>反應(yīng)譜函數(shù)>添加:設(shè)計(jì)反應(yīng)譜：GB50011-2010； 設(shè)計(jì)地震分組：1；地震設(shè)防烈度：7º（0.10g）； 場地類別：；地震影響：多遇地震； 阻尼比：0.05 圖32 生成設(shè)計(jì)

15、反應(yīng)譜2.主菜單選擇 荷載>地震作用>反應(yīng)譜數(shù)據(jù)>反應(yīng)譜:特征值分析控制>頻率數(shù)量（振型數(shù)）：6 反應(yīng)譜分析控制> 振型組合方法：CQC 反應(yīng)譜荷載工況名稱：Rx (Ry)地震角度：0º( 90º) 周期折減系數(shù)：0.8 圖33 反應(yīng)譜荷載工況10. 定義結(jié)構(gòu)類型主菜單選擇 結(jié)構(gòu)>類型>結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型：3-D平面(三維分析) 將結(jié)構(gòu)的自重轉(zhuǎn)換為質(zhì)量：轉(zhuǎn)換到X、Y (地震作用方向) 圖34 定義結(jié)構(gòu)類型11. 定義質(zhì)量主菜單選擇 荷載>靜力荷載>結(jié)構(gòu)荷載/質(zhì)量>節(jié)點(diǎn)質(zhì)量>將荷載轉(zhuǎn)換成質(zhì)量：質(zhì)量方向：X，Y 注

16、：此處轉(zhuǎn)換的荷載不包括自重。荷載工況：DL ( LL) 組合系數(shù)：1.0 ( 0.5) 圖35 荷載轉(zhuǎn)換成質(zhì)量12. 運(yùn)行分析 主菜單選擇 分析>運(yùn)行>運(yùn)行分析13.荷載組合主菜單選擇 結(jié)果>組合>荷載組合: 一般組合：用于查看內(nèi)力變形等，一般組合中有包絡(luò)組合混凝土設(shè)計(jì)：用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分組合 點(diǎn)擊自動生成設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50010-10 圖36 荷載組合14查看結(jié)果1. 查看反力及內(nèi)力 主菜單選擇 結(jié)果>結(jié)果>反力>反力： 柱腳內(nèi)力（軸力和彎矩） 圖37 Z向與X向基底反力主菜單選擇 結(jié)果>結(jié)果>反力>查看反力: 可以查看基底任意節(jié)點(diǎn)內(nèi)

17、力 2.位移主菜單選擇 結(jié)果>結(jié)果>變形>位移形狀: 可以查看任意節(jié)點(diǎn)各方向位移 >位移等值線: 可以查看任意節(jié)點(diǎn)各方向位移注意：位移非撓度，撓度應(yīng)為相對位移 >查看位移: 查看每個節(jié)點(diǎn)位移情況 圖38 水平力作用下各層側(cè)移簡圖3. 構(gòu)件內(nèi)力與應(yīng)力圖1.主菜單選擇 結(jié)果>結(jié)果>內(nèi)力>梁單元內(nèi)力圖: 查看在各種工況組合下梁單元內(nèi)力 墻單元內(nèi)力圖: 查看在各種工況組合下墻單元內(nèi)力 圖39 梁單元內(nèi)力圖 圖40 墻單元內(nèi)力圖2.主菜單選擇 結(jié)果>結(jié)果>應(yīng)力>梁單元應(yīng)力圖: 查看各種工況組合下梁單元應(yīng)力 3.主菜單選擇 結(jié)果>結(jié)果

18、>內(nèi)力>構(gòu)件內(nèi)力圖: 查看在各種工況組合下構(gòu)件的內(nèi)力 圖41 構(gòu)件內(nèi)力圖4. 梁單元細(xì)部分析主菜單選擇 結(jié)果>詳細(xì)>梁單元>梁單元細(xì)部分析: 查看各個梁單元在各種工況作用下應(yīng)力及內(nèi)力圖 圖42 梁單元細(xì)部分析5. 振型形狀及各振型所對應(yīng)的周期主菜單選擇 結(jié)果>模態(tài)>振型>周期與振型: 查看各種振型作用下的結(jié)構(gòu)各向位移及自振周期圖43 振型形狀及周期6. 穩(wěn)定驗(yàn)算主菜單選擇 結(jié)果>其它>穩(wěn)定驗(yàn)算: 剛重比驗(yàn)算 結(jié)構(gòu)類型： 框剪 荷載工況：全選注：高層建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定驗(yàn)算按照高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程最新規(guī)范中的第5.4.1條，5.4.

19、4條進(jìn)行驗(yàn)算 圖44 穩(wěn)定驗(yàn)算7. 周期主菜單選擇 結(jié)果>表格>結(jié)果表格>振型與周期：輸出各振型周期及有效質(zhì)量參與系數(shù) 圖45 周期及質(zhì)量參與系數(shù)表格8. 層間位移主菜單選擇 結(jié)果>表格>結(jié)果表格>層>層間位移角驗(yàn)算：輸出各種工況下各層的層間位移角，并和層間位移角限值進(jìn)行驗(yàn)算。圖46 層間位移驗(yàn)算表格9. 層位移主菜單選擇 結(jié)果>表格>結(jié)果表格>層>層位移:輸出水平作用下各層最大位移及平均位移圖47 層位移驗(yàn)算表格10. 層剪重比主菜單選擇 結(jié)果>表格>結(jié)果表格>層>層剪重比: 輸出各層地震作用下各層的剪

20、力及剪重比 圖48 層剪力及剪重比表格11. 層構(gòu)件剪力比主菜單選擇 結(jié)果>表格>結(jié)果表格>層>層構(gòu)件剪力比： 查看各種工況下框架柱和剪力墻的地震剪力和比率。圖49 層構(gòu)件剪力比表格12. 傾覆彎矩主菜單選擇 結(jié)果>表格>結(jié)果表格>層>傾覆彎矩： 查看各種工況下框架和剪力墻的傾覆彎矩。圖50 傾覆彎矩表格13. 側(cè)向剛度不規(guī)則驗(yàn)算主菜單選擇 結(jié)果>表格>結(jié)果表格>層>側(cè)向剛度不規(guī)則驗(yàn)算:輸出各層的層剛度比，并判斷側(cè)向剛度是否規(guī)則。圖51 層剛度比驗(yàn)算表格14. 薄弱層驗(yàn)算主菜單選擇 結(jié)果>表格>結(jié)果表格>層>樓層承載力突變驗(yàn)算：輸出各層抗剪承載力，本層與上一層的抗剪承載力之比，并判斷各層強(qiáng)度是否規(guī)則。圖52 樓層承載力突變驗(yàn)算15配筋設(shè)計(jì)1. 一般設(shè)計(jì)參數(shù)主菜單選擇 設(shè)計(jì)>通用>一般設(shè)計(jì)參數(shù)>指定構(gòu)件：自動指定構(gòu)件自由長度。當(dāng)梁單元中間被其它節(jié)點(diǎn)分割成幾部分時(shí)，需由程序自動指定構(gòu)件，定義梁單元在強(qiáng)軸作用平面內(nèi)的自由長度。注