例题 钢框架结构分析及优化设计 AS/Ger
1 例题 钢框架结构分析及优化设计 MIDAS/Gen
Gen培训系列资料 例题钢压架结构分折及优化设计 例题2.钢框架结构分析及优化设计 概要 本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍MIDAS/Gen的优化设计功能。MIDAS/Gen 提供了强度优化和位移优化两种优化方法。强度优化是指在满足在相应规范要求的强 度下，求出最小构件截面，即以结构重量为目标函数的优化功能。位移优化是针对钢 框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的自动设计功能。 本文主要讲述强度优化设计功能。 此例题的步骤如下： 1.简要 2.建立及分析模型 3.设置设计条件 4.钢构件截面验算及设计 5. 钢结构优化设计 2
例题 钢框架结构分析及优化设计 2 例题2. 钢框架结构分析及优化设计 概要 本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍MIDAS/Gen的优化设计功能。MIDAS/Gen 提供了强度优化和位移优化两种优化方法。强度优化是指在满足在相应规范要求的强 度下，求出最小构件截面，即以结构重量为目标函数的优化功能。位移优化是针对钢 框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的自动设计功能。 本文主要讲述强度优化设计功能。 此例题的步骤如下: 1. 简要 2. 建立及分析模型 3. 设置设计条件 4. 钢构件截面验算及设计 5. 钢结构优化设计
1.简要 本例题介绍MIDAS//Gen的优化设计功能。例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。（该例 题数据仅供参考) 基本数据如下： >轴网尺寸：见图1 >柱：HW200x204x12/12 主梁：HM244x175x7/11 次梁：HW200x100x5.5/8 支撑：HWN125x60x6/8 ≥钢材：Q235 》层高：一层 4.5m 二~六层3.0m >设防烈度：8°(0.20g) >场地： II类 >设计地震分组：1组 >地面粗糙度：A >基本风压：0.35KN/m2: >荷载条件：1-5层楼面，恒荷载4.0KN/m2,活荷载2.0KN/m2: 6层屋面，恒荷载5.0KN/m,活荷载1.0KN/m: 1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m: 6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m: >分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用 3
3 1.简要 本例题介绍MIDAS/Gen的优化设计功能。例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。(该例 题数据仅供参考) 基本数据如下： 轴网尺寸：见图1 柱: HW 200x204x12/12 主梁：HM 244x175x7/11 次梁：HN 200x100x5.5/8 支撑：HN 125x60x6/8 钢材： Q235 层高：一层 4.5m 二～六层 3.0m 设防烈度：8º（0.20g） 场地： II类 设计地震分组：1组 地面粗糙度；A 基本风压：0.35KN/m 2； 荷载条件：1-5层楼面，恒荷载 4.0KN/m 2，活荷载2.0KN/m 2 ； 6层屋面，恒荷载 5.0KN/m 2，活荷载1.0KN/m 2； 1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m； 6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m； 分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用
Gen培训系列资料 例通钢E架结构分新及优化设计 图. 分析棋型 ① ⑧ ④ 2500 2500 2500 2500 2500 2500 ① ② ③ 图2 结构平面 4
例题 钢框架结构分析及优化设计 4 图1. 分析模型 图2. 结构平面图
图3①，③轴线立面图 图4①，④轴线立面图 5。®，©轴线立面园 6①，①轴线立面图 5
5 图3. ①，③轴线立面图 图4. ①，④轴线立面图 图5. ○B ，○C 轴线立面图 图6. ○A ，○D 轴线立面图
Gen培训系列资料 例题钢压架结构分折及优化设计 2.建立及分析模型 建立模型并进行分析运算。 1:主菜单选择模型>材料和截面特性>材料：添加 材料号：1：名称：Q235:规范：GB03(S): 数据库：Q235:材料类型：各向同性。 2:主菜单选择模型>材料和截面特性>截面： 添加：添加梁、柱截面尺寸。 3:主菜单选择模型>结构建模助手>框架：利用建模助手建立梁框架 输入：添加x坐标，距离2.5，重复6： 添加y坐标，距离4，重复3： 编辑：Beta角90度，材料选择Q235,截面选择主梁截面，生成框架： 插入：插入点，0,0,0：Alpha,-90。 4:运用选择及拖放操作，将次梁截面赋予模型。 5:主菜单选择模型>单元>扩展：建立框架柱 扩展类型：节点一>线单元： 单元类型：梁单元： 材料：Q235: 截面：柱裁面： 输入复制间距：dz=4.5: 选择生成柱的节点，建立框架柱。 6:主菜单选择模型>单元>建立：建立支撑 单元类型：桁架单元： 材料：Q235: 截面：支撑截面。 7: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： 6
例题 钢框架结构分析及优化设计 6 2.建立及分析模型 建立模型并进行分析运算。 1： 主菜单选择 模型>材料和截面特性>材料： 添加 材料号：1； 名称：Q235； 规范：GB03(S) ； 数据库：Q235； 材料类型：各向同性。 2： 主菜单选择 模型>材料和截面特性>截面： 添加：添加梁、柱截面尺寸。 3： 主菜单选择 模型>结构建模助手>框架: 利用建模助手建立梁框架 输入：添加x坐标，距离2.5，重复6； 添加y坐标，距离4，重复3； 编辑： Beta角90度，材料选择Q235，截面选择主梁截面，生成框架； 插入：插入点，0，0，0；Alpha，-90。 4： 运用选择及拖放操作，将次梁截面赋予模型。 5： 主菜单选择 模型>单元>扩展：建立框架柱 扩展类型：节点—>线单元； 单元类型 ：梁单元； 材料： Q235； 截面：柱截面； 输入复制间距：dz=-4.5； 选择生成柱的节点，建立框架柱。 6： 主菜单选择 模型>单元>建立：建立支撑 单元类型：桁架单元； 材料：Q235； 截面：支撑截面。 7： 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。 8:主菜单选择建筑物数据>生成层数据：点击生成层数据。 9:主菜单选择模型>边界条件>一般支承：定义边界条件 在模型窗口中选择柱底嵌固点。 10:主菜单选择荷载>静力荷载工况：建立荷载工况 DL:恒荷载：LL:活荷载： WX:风荷载：WY:风荷载。 11:主菜单选择荷载>自重：添加自重 荷载工况：DL:自重系数：Z=一I。 12:主菜单选择荷载>定义楼面荷载类型：定义楼面荷载 名称：楼面荷载：DL4.0,LL2.0,添加： 屋面荷载：DL5.0,LL1.0,添加。 13:主菜单选择荷载>分配楼面荷载： 楼面荷载类型：楼面荷载： 分配模式：双向： 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。 14: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： 向：整体坐标系Z: 数值：W=.4: 复制荷载：方向Z,距离4@3。 15:重复步骤13和14输入屋面荷载及梁单元荷载。 16:主菜单选择荷载>横向荷载风荷载：添加X方向风荷载 荷载工况：WX: 7
7 在模型窗口中选择要复制的单元。 8： 主菜单选择 建筑物数据>生成层数据: 点击生成层数据。 9： 主菜单选择 模型>边界条件>一般支承: 定义边界条件 在模型窗口中选择柱底嵌固点。 10： 主菜单选择 荷载>静力荷载工况: 建立荷载工况 DL：恒荷载；LL：活荷载； WX：风荷载；WY：风荷载。 11： 主菜单选择 荷载>自重：添加自重 荷载工况：DL；自重系数：Z=－1。 12： 主菜单选择 荷载>定义楼面荷载类型：定义楼面荷载 名称：楼面荷载：DL 4.0，LL 2.0，添加； 屋面荷载：DL 5.0，LL 1.0，添加。 13： 主菜单选择 荷载>分配楼面荷载： 楼面荷载类型：楼面荷载； 分配模式：双向； 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。 14： 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； 向：整体坐标系Z； 数值：W=-4； 复制荷载：方向Z，距离4@3。 15： 重复步骤13和14输入屋面荷载及梁单元荷载。 16： 主菜单选择 荷载>横向荷载>风荷载：添加X方向风荷载 荷载工况：WX；
Gen培训系列资料 例通钢压架结构分新及优化设计 风荷载设计标准：GB50009-2001: 基本风压：3.5： 阻尼比：0.02： 其它数据使用默认值： 风荷载方向系数：X轴方向系数1，Y轴方向系数0。 17: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。 18:主菜单选择荷载>反应谱分析数据>反应谱函数>：添加反应谱函数： 设计反应谱：GB50011-2001: 设计地震分组：1： 地震设防烈度：8°(0.20g): 场地类别：Ⅱ： 地震影响：多遇地震： 阻尼比：0.02。 19: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：0°(90) 20:主菜单选择模型>结构类型：定义结构类型 结构类型：3-D(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)。 21：主菜单选择模型>质量>将荷载转换成质量： 质量方向：X,Y: 荷载工况：DL(LL): 组合系数：1.0(0.5)。 22: 主菜单选择分析>运行分析：进行分析计算。 8
例题 钢框架结构分析及优化设计 8 风荷载设计标准： GB50009-2001； 基本风压：3.5； 阻尼比：0.02； 其它数据使用默认值； 风荷载方向系数：X轴方向系数1，Y轴方向系数 0。 17： 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。 18： 主菜单选择 荷载>反应谱分析数据>反应谱函数>：添加反应谱函数: 设计反应谱：GB50011-2001； 设计地震分组：1； 地震设防烈度：8º（0.20g）； 场地类别：Ⅱ； 地震影响：多遇地震； 阻尼比：0.02。 19： 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)。 20： 主菜单选择 模型>结构类型：定义结构类型 结构类型：3-D (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)。 21： 主菜单选择 模型>质量>将荷载转换成质量： 质量方向：X，Y； 荷载工况：DL (LL)； 组合系数：1.0 (0.5)。 22： 主菜单选择 分析>运行分析：进行分析计算
3.设置设计条件 按规范的要求进行设计。 1:主菜单选择结果>荷载组合：添加荷载组合 一般组合：用于查看内力变形等，一般组合中有包络组合： 钢结构设计：用于设计组合： 设计规范：GB50017-03: 点击自动生成。 2:主菜单选择设计〉一般设计参数>定义计算长度系数： 设计类型：三维： 由程序自动计算“计算长度系数”：若勾选则按GBJ17-88附录四的公式自 动计算，否则须由设计者直接输入计算长度系数。 定义计算长度系数 ☒ 定义框架移特性 -轴方问的门侧移 。无约束有侧移 C有约束无移 Y-轴方向的侧移 。无约束有格 一有约束无侧移 设计类型 。三雏 C”-2平面 C-2平面CX-I平面 厅由程琼自动汗算汗算长度系数（夜用于钢结利） 确认☐关闭 图7.定义计算长度系囊 3:主菜单选择设计>一般设计参数>指定构件： 分配类型：自动： 选择类型：全部： 当梁单元被其它节点分割成几部分时，需由程序指定构件来定义 梁单元在强轴作用平面内的自由长度。 4:主菜单选择设计>一般设计参数>编辑构件类型：定义框架梁、框架柱、支 9
9 3.设置设计条件 按规范的要求进行设计。 1： 主菜单选择 结果>荷载组合：添加荷载组合 一般组合：用于查看内力变形等，一般组合中有包络组合； 钢结构设计：用于设计组合； 设计规范：GB50017-03； 点击自动生成。 2： 主菜单选择 设计>一般设计参数>定义计算长度系数： 设计类型 ：三维； 由程序自动计算“计算长度系数” ：若勾选则按GBJ17-88附录四的公式自 动计算，否则须由设计者直接输入计算长度系数。 图7. 定义计算长度系数 3： 主菜单选择 设计>一般设计参数>指定构件： 分配类型：自动； 选择类型：全部； 当梁单元被其它节点分割成几部分时，需由程序指定构件来定义 梁单元在强轴作用平面内的自由长度。 4： 主菜单选择 设计>一般设计参数>编辑构件类型：定义框架梁、框架柱、支
Gen培训系列资料 例题钢压架结构分折及优化设计 撑。 选项：添加/替换： 构件类型：梁： 梁：框架梁： 同样方法定义柱和支撑构件。 5:主菜单选择设计>钢构件设计参数>设计标准： 设计标准：GB50017-一03： 勾选考虑抗震： 选择抗震设防烈度：8度。 钢结构设计标准 ☒ 设计标谁 GB50017-03 厂所有染都不考忘横尚庭曲 口考虑抗震 界限宽度/厚度 G构件类型 C构件内力 C不考虑 选择抗震设防烈度 C9度 8度 C7度 C6度 确认 关闭 图8.设计标准 6: 主菜单选择设计>钢构件设计参数>编辑钢材：编辑钢材规格等 10
例题 钢框架结构分析及优化设计 10 撑。 选项：添加/替换； 构件类型：梁； 梁：框架梁； 同样方法定义柱和支撑构件。 5： 主菜单选择 设计>钢构件设计参数>设计标准： 设计标准：GB50017－03； 勾选考虑抗震； 选择抗震设防烈度：8度。 图8. 设计标准 6： 主菜单选择 设计>钢构件设计参数>编辑钢材: 编辑钢材规格等