高層3-高層鋼結構分析(3)-計算軟件及實例分析(修改后)_332303153

1、 線性靜力、動力問題線性靜力、動力問題非線性靜力、動力問題非線性靜力、動力問題穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)溫度問題穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)溫度問題 MIDAS/Civil 土木結構專用結構分析以及優(yōu)化設土木結構專用結構分析以及優(yōu)化設MIDAS/Gen 土木、建筑部門通用結構分析以及優(yōu)化設計土木、建筑部門通用結構分析以及優(yōu)化設計MIDAS/FEmodeler 迅速建模以及自動生成有限元網(wǎng)格的軟件迅速建模以及自動生成有限元網(wǎng)格的軟件MIDAS/BDS 建筑物專用結構分析以及優(yōu)化設計建筑物專用結構分析以及優(yōu)化設計MIDAS/SDS 樓板、筏式基礎的結構分析以及優(yōu)化設計樓板、筏式基礎的結構分析以及優(yōu)化設計MIDAS/SET 單體結構

2、設計軟件單體結構設計軟件MIDAS/ADS 剪力墻結構住宅樓的分析以及優(yōu)化設計系統(tǒng)剪力墻結構住宅樓的分析以及優(yōu)化設計系統(tǒng) 靜力分析靜力分析 屈曲分析屈曲分析 動力學分析動力學分析 非線性分析非線性分析 熱傳導分析熱傳導分析 空氣動力彈性及顫振分析空氣動力彈性及顫振分析 流流-固耦合分析固耦合分析 等等 線性線性/非線性靜力分析非線性靜力分析模態(tài)分析模態(tài)分析簡諧響應分析簡諧響應分析頻譜分析、隨機振動分析、動力響應分析、自動的靜頻譜分析、隨機振動分析、動力響應分析、自動的靜/動動力接觸、屈曲力接觸、屈曲/失穩(wěn)、失效和破壞分析等失穩(wěn)、失效和破壞分析等 3D3S TSBA是分析多層和高層鋼筋混凝土結構

3、的專用程序。是分析多層和高層鋼筋混凝土結構的專用程序。采用空間桿薄壁桿系模型模擬高層建筑結構的各種構件，采用空間桿薄壁桿系模型模擬高層建筑結構的各種構件，樓板采用面內(nèi)無限剛性的假定，震動分析采用空間多質點樓板采用面內(nèi)無限剛性的假定，震動分析采用空間多質點串模型。串模型。 TAT不但可以計算鋼筋混凝土，而且針對高層鋼結構特不但可以計算鋼筋混凝土，而且針對高層鋼結構特點，對水平支撐、垂直支撐、斜柱以及節(jié)點域的剪切變形點，對水平支撐、垂直支撐、斜柱以及節(jié)點域的剪切變形等均作了考慮。可以直接進行動力時程分析和幾何非線性等均作了考慮。可以直接進行動力時程分析和幾何非線性分析。分析。 ETABS程序是高層

4、建筑結構空間計算的專用程序，是在程序是高層建筑結構空間計算的專用程序，是在TABS程序的基礎上，增加了求解空間框架和剪力墻的功程序的基礎上，增加了求解空間框架和剪力墻的功能，能在靜載和地震荷載作用下對高層建筑做彈性計算的能，能在靜載和地震荷載作用下對高層建筑做彈性計算的程序。但是有明顯的缺陷，比如沒有考慮程序。但是有明顯的缺陷，比如沒有考慮P效應，也效應，也不能將計算結構的總反應量的輸出，但是這些缺陷在不能將計算結構的總反應量的輸出，但是這些缺陷在ETABS的微機版的微機版SuperETABS上得以改進。上得以改進。 工程名工程概況設計單位程序蘭州國貿(mào)中心地下3層地上40層的主塔樓和地下一層半

5、，地上九層半的群房組成。上部結構是三十二層的鋼筋混凝土核心筒外框架結構體系，總高度109.8m蘭州鐵道學院土木建筑學院NLDYA陜西信息大廈52層，地下1層，總高度189.4m，大廈總面積為96800米2。 8度抗震，近震，III類場地。鋼筋混凝土組合筒體結構。核心筒、角筒為鋼混結構，外筒為型鋼混凝土結構。中國建筑西北建筑研究院CANNY99大連新世紀大廈地上39層，總建筑面積5.96萬m2，框筒組合結構。清華大學土木工程系TAT中國國家大劇院建筑面積為149520m2，主體結構為鋼筋混凝土剪力墻為主，局部輔以鋼管混凝土柱和預應力梁組成的框架結構北京市建筑設計院ANSYS大連遠洋大廈51層，地

6、下4層，總高200.80m，大廈A座建筑面積74048m2，6層以下為鋼骨混凝土柱與鋼筋混凝土梁組成的外框架，內(nèi)筒為鋼砼剪力墻。第75l層為鋼結構外框、鋼砼剪力墻核心筒。第7層為過渡層。大連建筑設計研究院冶金部建筑研究總院設計NBFA武漢國際貿(mào)易中心50層，地下2層，高192.6m，主體為鋼筋混凝土筒中筒結構。武漢市建筑設計院；清華結構工程研究所NTAMS中國金融大廈42層，地下2層。主體結構高138m，鋼筋混凝土框筒結構。第20、35、36層為剛性層。7度抗震，IV類場地。上海第九設計院ADINA廈門武夷花園大廈29層，地下1層，高度94米，裙房3層，總建筑面積26000m2。采用鋼筋混凝土

7、框剪結構型式，中心為落地核心筒，四周有落地剪力墻。7度抗震，I類場地。福建省建筑設計院設計TBSA吉林市建業(yè)大廈28層，地下1層，高度100.2m， (包括旋轉廳)，建筑面積15862m2，框架剪力墻結構體系，7度近震區(qū)，II類場地土。吉林市建筑設計院EPDA廣州天王中心大廈46層，地下4層，結構總高179.25m。主結構為鋼筋混凝土巨型框架，次結構為框架結構。巨梁設于地下2層、地上8層、21層、34層。廣東省建筑設計院NTAMS蘭州基隆大廈寫字樓24層，出屋面小塔樓2層，主體高82.6m；商住樓地上21層，出屋面小塔樓2層，主體高69.0m。總建筑面積44436m2。寫字樓和商住樓下部由5層

8、商場將兩高層連成一體甘肅省建筑設計研究院TBDYNA 工程概況： 武漢國際證券大廈是武漢香利房地產(chǎn)開發(fā)公司投資開發(fā)的超高層鋼結構綜合建筑, 為武漢第一高樓, 是華中地區(qū)首家鋼結構大樓, 也是武漢的標志性建筑。 結構主體高度為281.3 m, 建筑頂部設置50 m 高的通訊天線, 建筑最大高度為331.3 m。結構地下3層, 地上68 層, 高寬比為5.9。建筑面積12 萬平方米 建筑平面圖建筑剖面圖工程特點： 本工程原設計為48 層的鋼筋混凝土筒中筒結構,混凝土結構施工至第7 層時, 按業(yè)主要求, 調(diào)整為68 層的框架- 支撐鋼結構, 為滿足高層鋼結構設計原則, 對已經(jīng)施工的混凝土結構進行過渡

9、處理, 8 層到12 層為過渡區(qū)域。12 層以上為鋼結構部分, 采用外框鋼管混凝土柱, 內(nèi)筒鋼柱- 中心支撐和偏心支撐體系, 樓板為壓型鋼板組合樓蓋。 建筑的140 層為辦公樓( 首層層高為10.8 m,標準層高3.6 m) , 4167 層為酒店( 標準層高3.2 m) ,68 層為觀光層。在25、43、65 層設有水平加強層。截面尺寸 抗震設防烈度: 7 度。建筑抗震設防類別: 丙類。結構安全等級一級。類場地; 場地土類型: 中軟場地土。計算假定如下:(1) 材料模型取理想彈塑性模型;(2) 考慮到地下室為箱型結構, 剛度大, 地基的嵌固作用也較強, 所以視基礎底面和三層地下室的周邊為完全

10、嵌固;(3) 鋼管混凝土和鋼骨混凝土按照剛度等效原則進行折算;(4) 加強層上下樓面按彈性樓板、薄殼單元來考慮, 其他簡化為平面內(nèi)無限剛性。單元選擇 ANSYS 有限元建模采用beam4 單元( 梁柱) 、shell43 ( 樓板) 和mass21 ( 質量塊) 模型規(guī)模 71294 個單元, 48741 個節(jié)點。計算方法：(1)振型分解反應譜法 中國地震局地震研究所對武漢國際證券大廈建筑場地提供設計反應譜, 阻尼比= 0.02(2)時程分析方法 7 度抗震，根據(jù)場地條件, 分別就El-Centro波, Taft 波和兩條人工波擬合地震波( 中國地震動研究所提供) 進行單向輸入計算。采用ANS

11、YS 軟件的瞬態(tài)結構分析技術, 根據(jù)計算速度和對計算機硬件的需求, 取迭代求解方式為PCG 方式。結構底部剪力計算結果： SATWE 的計算結果, X 與Y 方向均以規(guī)范要求的最小剪重比1.2% 為控制要求, 結構的基底剪力為20640.60 kN, 與ANSYS 比較, 計算結果吻合良好。振型分解反應譜法得出的結構在單向地震作用下的層間位移( 1) 結構的X 方向底部剪力和Y 方向底部剪力數(shù)值相差小, 表明結構在兩個水平主軸方向的剛度大致相同, 其相應的地震作用計算結果也大致接近。( 2) 結構的基底剪力系數(shù)值在結構的正常范圍內(nèi), 結構設計合理。( 3) 一維和二維地震作用下的計算結果相差4

12、2%, 而二維和三維地震的結果相差9% , 可見豎向地震對結構的作用較小。( 4) 結構在7 度地震作用下, 最大層間位移為1/611, 側向剛度滿足抗震規(guī)范的要求;( 5) 在水平加強層的位置 , 結構剛度大, 水平位移明顯減小;( 6) 結構的下部7 層為鋼筋混凝土筒中筒結構,除首層層高大, 側向位移較大外, 結構呈現(xiàn)彎曲變形特性, 隨著高度增大, 剪切變形成分加大;( 7) 38 39 層區(qū)域, 是辦公樓向酒店的過渡區(qū)域, 為結構的薄弱區(qū), 該位置層間位移角達到最大值。 計算El-Centor 波得到的基底剪力為9804.5 kN,是反應譜方法得到的數(shù)值的一半, 結構安全, 由其他地震波

13、可以計算得到相同的結論。 彈性時程分析時, 在不同的地震波作用下, 樓層水平位移的包絡圖響應曲線如下頁圖。樓層水平加速度放大系數(shù)曲線X 向地震波作用下時程分析結果Y 向地震波作用下時程分析結果(1) 結構的時程分析可以得到結構隨著時間變化的樓層位移曲線。結構在單向地震波作用下的表現(xiàn)反映出地震波的隨機性, 統(tǒng)計規(guī)律表明X 方向的側向位移要大于Y 方向的側向位移。( 2)時程計算在整體特征方面, 與振型分解反應譜法接近, 且揭示了振型分解反應譜法無法反映的局部地震反應特征, 如局部反應力的異常, 結構頂層的反應增大, 鞭梢作用明顯。( 3) 在8 15 層的位置, 結構的加速度達到峰值, 這個位置是混凝土結構和鋼結構的過渡區(qū)域, 是結構的薄弱環(huán)節(jié), 該位置需要采取構造措施進行特別處理。( 4)使所采用的加速度時程曲線, 其加速度峰值相同, 但每條地震波均有其特性的頻譜, 按不同波形計算出的結構地震反應存在較大的差別, 應取多條地震波計算結構的平均值。(1)有限元軟件ANSYS 可以用于超高層鋼結構建筑的抗震性能分析, 相對于專業(yè)軟件而言, 假設少, 適于科研, 為大型復雜結構的全面分析提供了高效、可靠的計算平臺。(2)從結構的動力特性可以得到, 扭轉效應對結構的影響不