第七章-抗震軟件介紹課件

1、第七章 抗震軟件介紹第一節(jié) 前言 目前結(jié)構(gòu)抗震分析軟件主要是有限元程序軟件，它一般可分為通用有限元分析程序和結(jié)構(gòu)專用分析程序。前者單元類型多、適應(yīng)性強(qiáng)、功能強(qiáng)大，不足之處是不能像專用分析程序那樣針對(duì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)加入一些特殊的處理功能 。專用程序雖使用起來比較方便但不能像通用分析軟件那樣可以靈活地模擬各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)線性地震反應(yīng)分析的理論研究工作已發(fā)展的較為完善。無(wú)論多么復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，只要結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型簡(jiǎn)化的合理都能得到滿足一定工程精度要求的結(jié)果。 國(guó)外已開發(fā)了很多可用于抗震計(jì)算的軟件，具有代表性的軟件有SAP90、SAP2000、SAP91、SUPER-ETABS、ANSYS等， 第二

2、節(jié) 國(guó)外的軟件介紹一、SAP90和SAP2000上個(gè)世紀(jì)70年代初，Willson美國(guó)教授等人編制了結(jié)構(gòu)同用有限元分析程序SAP5，隨后該程序在國(guó)際上得到了極其廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，又推出微機(jī)版本。近二十幾年，在結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域沒有一個(gè)程序能代替SAP5或SAP80 。此后，Willson教授等人綜合了有關(guān)的新理論及新分析方法，又編制了一個(gè)全新的結(jié)構(gòu)有限元分析程序SAP90、SAP2000版本 。 其設(shè)計(jì)功能是將美國(guó)、加拿大和新西蘭等國(guó)的設(shè)計(jì)規(guī)范和常用的設(shè)計(jì)材料特性編入程序，根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，直接進(jìn)行下一步設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率。而且它不但可用于線性分析還可用于非線性分析。除此以外，它

3、還具有一個(gè)界面友好，功能強(qiáng)大的圖形界面，從建立模型，到計(jì)算分析，到結(jié)果整理顯示，直至結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可完全在這一圖形界面下進(jìn)行。 二、SAP91 SAP91是美國(guó)Algor公司發(fā)展的有限元通用分析程序，它可以進(jìn)行線性和非線性以及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有限元分析。 其線性分析程序一為SAP5藍(lán)本，將SAP5的格式輸入改為自由格式。該程序的主要特點(diǎn)是前后處理做的非常好，智能化很高，前處理采用圖形輸入大大節(jié)約了準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的工作量，后處理圖形顯示變形及應(yīng)力分布等，使計(jì)算結(jié)果的分析與處理極為簡(jiǎn)便。但其不便之處是不能輸出結(jié)構(gòu)整體反應(yīng)信息。三、SUPER-ETABS SUPER-ETABS是美國(guó)Berkeley地震工程研究中

4、心發(fā)展的高層建筑三維專用有限元分析程序，20世紀(jì)80年代中期至90年代，得到較廣泛的應(yīng)用。這一程序采用空間協(xié)同工作體系，是擬三維分析程序。其主要優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行編制，可以輸出結(jié)構(gòu)反應(yīng)的總體信息，如層間位移、剪力、基底剪力等，使用起來比較方便。不足之處是它并非完全三維空間分析程序，協(xié)同工作假定帶來一定誤差。 四、ANSYS ANSYS有限元軟件包是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)分析和設(shè)計(jì)軟件，可用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問題。它具有200左右個(gè)單元，可以模擬各種力學(xué)特性。ANSYS的使用有兩個(gè)模式,一是交互模式,另一是非交互模式 進(jìn)入ANSYS軟件后，逐一執(zhí)行命令完成分析工作，

5、包括建立模型、查看模型、修改模型、保存文件、打印圖形及分析結(jié)果 的獲得等，一般無(wú)特別原因，皆使用交互模式。 第三節(jié) 國(guó)內(nèi)的軟件介紹一、TBSA系列軟件TBSA系列軟件是我國(guó)建筑科學(xué)研究院發(fā)展的高層結(jié)構(gòu)專用程序。這一程序前后處理和程序主體均針對(duì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)編制，采用菜單操作，圖形化輸入幾何數(shù)據(jù)和荷載，除結(jié)構(gòu)反應(yīng)外，還可按現(xiàn)行規(guī)范給出結(jié)構(gòu)的參考配筋，因而在設(shè)計(jì)部門收到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。根據(jù)需要，建研院又發(fā)展了MTBSA，它采用樓板分塊剛性假定，從而可以計(jì)算多塔高層等特殊結(jié)構(gòu)。TBSA系列軟件對(duì)抗震墻的離散采用薄壁柱單元，這類單元的優(yōu)點(diǎn)是自由度較少，使用分析得到一定的簡(jiǎn)化，但又是難以滿足精度的要求。S

6、ATWE也是我國(guó)建研院發(fā)展的高層建筑專用三維空間有限元分析程序。其主要功能以及輸入方式與系列軟件相類似，不同之處在于以板殼單元和抗彎板單元迭合而成。因而即可以考慮平面內(nèi)剛度，又可考平面外剛度。單元內(nèi)的洞口采用自動(dòng)細(xì)分單元后通過靜力凝聚將內(nèi)部自由度凝聚掉，以保持有限出口自由度。板殼單元是目前模擬墻的最好單元，選用這一單元并對(duì)墻開洞作了自動(dòng)處理是該程序受到廣泛歡迎的重要原因之一。二、SATWE 它是由中國(guó)建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所開發(fā)，覆蓋建筑結(jié)構(gòu)CAD的各個(gè)部分，包含有：框、排架、框-剪、磚混及底框等各種工業(yè)與民用多、高層建筑的計(jì)算與繪圖模塊；鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算模塊；彈性地基梁與筏基、樁基與樁筏、箱基、獨(dú)立基

7、礎(chǔ)和條基等豐富配套的基礎(chǔ)CAD模塊；各類普通樓梯、螺旋樓梯、懸挑樓梯等簡(jiǎn)便快捷的樓梯CAD模塊。三、PKPM建筑結(jié)構(gòu)CAD系列軟件 九九年，PKPM軟件已全部升級(jí)至Windows 95/98/2000平臺(tái)，結(jié)構(gòu)部分軟件分為10多個(gè)模塊。1.率先推出集“概予算”、“建筑”、“結(jié)構(gòu)”、“設(shè)備”設(shè)計(jì)于一體的集成化CAD系統(tǒng)。(一)PKPM系列CAD系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 從建筑方案設(shè)計(jì)開始，建立建筑物整體的公用數(shù)據(jù)庫(kù)，平面布置、柱網(wǎng)軸線等全部數(shù)據(jù)可用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可自動(dòng)為上部結(jié)構(gòu)及各種基礎(chǔ)提供數(shù)據(jù)文件，可為設(shè)備軟件自動(dòng)生成設(shè)備條件圖。大大提高了工作效率，并做到各專業(yè)數(shù)據(jù)共享，協(xié)調(diào)一致。 1997年已推出概予算

8、軟件，可直接運(yùn)用本系統(tǒng)中建筑和結(jié)構(gòu)軟件形成的數(shù)據(jù)，自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地完成工程量統(tǒng)計(jì)，并按當(dāng)?shù)囟~作出概予算書。PKPM系列已成為大型綜合的建筑工程CAD系統(tǒng)2.建筑軟件APM可完成渲染動(dòng)畫等建筑方案及平、立、剖大樣的設(shè)計(jì)與施工圖 采用獨(dú)立開發(fā)的三維造型圖形環(huán)境，以更快更方便的手段和更豐富的色彩光影完成建筑方案造型、渲染、動(dòng)畫制作，備有常用圖庫(kù)及紋理材料庫(kù)。其成圖適用性強(qiáng)，有較高的自動(dòng)化程度。并可從不同高度和角度進(jìn)行透視及進(jìn)行建筑內(nèi)漫游觀察。 3.結(jié)構(gòu)軟件配備齊全，已完成數(shù)百萬(wàn)張施工圖。結(jié)構(gòu)類型包括框、排架，框-剪、磚混及底框上磚房等工業(yè)與民用、多層與高層建筑，以及鋼結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。4.備CA

9、D軟件（給排水、電氣、采暖、通風(fēng)空調(diào)）實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與繪圖一體化。5.全自主版權(quán)的操作平臺(tái)，獨(dú)特的人機(jī)交互輸入方式，簡(jiǎn)便易學(xué)。6.獨(dú)家推出該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)版，支持設(shè)計(jì)單位向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展（二） PK 軟件的功能簡(jiǎn)介1.鋼筋混凝土框架、框排架、連續(xù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算功能（1）適用于工業(yè)與民用建筑中各種規(guī)則和復(fù)雜類型的框架結(jié)構(gòu)、框排架結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)，剪力墻簡(jiǎn)化成的墻式的框架結(jié)構(gòu)及連續(xù)梁。規(guī)模在30層，20跨以內(nèi)?？商幚砹褐换蛐苯弧⒘哄e(cuò)層，抽梁抽柱，底層柱不等高，鉸接屋面梁等各種情況，可在任意位置設(shè)置挑梁、牛腿和次梁，可繪制十幾種截面形式的梁、可繪制折梁、加腋梁、變截面梁，矩形、工字梁、圓型柱或排架柱，且柱箍筋形式

10、具有多樣。（7）與三維分析軟件TAT、SATWE、和PMSAP接口，繪制100層以下高層建筑的梁柱圖。（2）按新規(guī)范要求作強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎、節(jié)點(diǎn)核心、柱軸壓比，柱體積配箍率的計(jì)算與驗(yàn)算，還進(jìn)行罕遇地震下薄弱層的彈塑性位移計(jì)算和堅(jiān)向地震力計(jì)算和框架梁裂縫寬度計(jì)算。（3）新規(guī)范和構(gòu)造手冊(cè)自動(dòng)完成構(gòu)造鋼筋的配置。（4）有很強(qiáng)的自動(dòng)選筋、布圖、設(shè)構(gòu)造筋的方式。（5）菜單提示下，可輸入豐富的計(jì)算簡(jiǎn)圖、結(jié)果圖形、模板圖及鋼筋材料表。（6）與“PMCAD”軟件連接，自動(dòng)導(dǎo)荷，并生成結(jié)構(gòu)計(jì)算所需的數(shù)據(jù)文件。2.排架繪圖功能及主要技術(shù)條件（1）適用于工業(yè)與民用建筑中各種規(guī)則和復(fù)雜類型框架結(jié)構(gòu)、框排架結(jié)構(gòu)、排結(jié)

11、構(gòu)。梁柱整體畫圖時(shí)的規(guī)模在20層以下20跨度以內(nèi)，梁柱各300根以內(nèi)；梁柱分開畫的規(guī)模在330根柱，300根梁，20層、20跨以內(nèi)。 梁柱正交或斜交，可以錯(cuò)層，同層各跨梁可有高差，底層或中層任意部位可抽梁抽柱，底層柱可不等高，頂層柱可鉸接屋面梁，可在框架任意位置設(shè)置挑梁或牛腿，框架梁上任意位置設(shè)次梁，可繪制十幾種截面形式的梁，且柱箍筋且有多樣性，還可繪制折梁或變截面梁 （2）提供三種框架出圖方式可按框架整體出圖，也可以按梁柱分開畫出圖，還可以按廣東地區(qū)梁表柱表格式出圖。框架整體出圖時(shí)，施工圖有框架立面圖、梁、柱剖面圖和鋼筋明細(xì)表組成，框架立面圖由梁柱整體組成，標(biāo)有柱、梁剖面索引，鋼筋索引與切斷

12、位置，箍筋位置，節(jié)點(diǎn)明細(xì)，各層標(biāo)高等。剖面圖示出剖面形狀、尺寸、鋼筋根數(shù)、排列與編號(hào)。鋼筋明細(xì)表列出每種鋼筋的形狀、尺寸、根數(shù)與重量。主材匯總表給出整榀框架的鋼筋與柱、梁混凝土用量。 （3）排架柱繪圖。1）單層排架的計(jì)算與排架柱的施工圖繪制。結(jié)構(gòu)計(jì)算仍由計(jì)算軟件PK主菜單二完成，施工圖由主菜單四完成。 2）施工圖紙的版面布置及分頁(yè)自動(dòng)進(jìn)行，每根排架柱布置在一張圖上，有排架柱的模板立面圖，配筋立面圖，柱與牛腿的剖面圖，鋼筋表組成。3）在排架與框排架結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，柱段總根數(shù)45根，有吊車荷載的跨數(shù)7跨。排架的跨數(shù)9跨，排架柱的柱段總數(shù)25根。 （3）歸類合并功能 將構(gòu)造相同的鋼筋歸為同一種鋼筋，將截

13、面形狀尺寸相同，且布筋相同的柱、梁剖面歸為同一類剖面，將柱、梁構(gòu)造與配筋完全相同的層歸并為同一層，構(gòu)造與配筋皆相同的層在框架立面圖上僅畫出一層，但用標(biāo)高和注釋表明其所包含表示的層數(shù) 。（4）提供給計(jì)算人員多種干預(yù)梁柱鋼筋直徑與根數(shù)的方式。（5）自動(dòng)布置圖紙版面3.主要操作步驟（1）計(jì)算機(jī)模型輸入；（2）結(jié)構(gòu)計(jì)算；（3）做施工圖設(shè)計(jì)。第四節(jié) 設(shè)計(jì)例題例一PKPM結(jié)算框架示例設(shè)計(jì)資料：某二跨三層框架如圖7-3所示，混凝土強(qiáng)度采用C30，受力鋼筋為HRB335，柱梁箍筋為HPB235，抗震等級(jí)三級(jí)，地震裂度7度，場(chǎng)地土為類。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖7-3所示，梁、柱載面尺寸為括號(hào)中所標(biāo)值，結(jié)構(gòu)受恒載、活載及

14、風(fēng)荷載分別如圖7-4、圖7-5 、 圖7-6。試用軟件解算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，并繪制框架梁、柱配筋施工圖。數(shù)據(jù)的輸入與檢驗(yàn)、點(diǎn)擊在windows桌面上的PKPM CAD文件夾圖標(biāo)，彈出下圖圖7-7 注意：一是檢查S-1軟件鎖是否插在USB口上，二是將機(jī)器中已裝載的金山毒霸，Realplay等軟件關(guān)閉，否則計(jì)算機(jī)可能出現(xiàn)系統(tǒng)錯(cuò)誤。、點(diǎn)擊圖7-8中PKPM主菜單的快捷方式圖標(biāo)，彈出圖7-9結(jié)構(gòu)平面計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)菜單。該菜單中左側(cè)有PMCAD、PK、TAT-8、SAT-8、TAT等可選項(xiàng)，單擊PK，彈出如圖7-10 菜單。圖7-8 PKPM CAD主菜單圖標(biāo)圖7-9圖7-10、圖7-10為框排架計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

15、菜單，其中部右側(cè)圖框中有PK數(shù)據(jù)交互輸入和數(shù)檢；框、排架結(jié)構(gòu)計(jì)算，框架繪圖等項(xiàng)可選命令；下部當(dāng)前工作目錄框內(nèi)可鍵入工作目錄，例如，鍵入：PKPMWORK設(shè)計(jì)；將來有關(guān)數(shù)據(jù)文件將被存貯于該目錄之中。、單擊數(shù)據(jù)交互輸入數(shù)檢命令，彈出7-11菜單。該菜單提供了新建文件、打開已有交互文件、打開已有數(shù)據(jù)文件、直接進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查及退出命令，對(duì)第一次計(jì)算應(yīng)選擇新建文件命令，單擊后彈出圖7-12所示平面桿系人機(jī)交互建模菜單。該菜單中有網(wǎng)格生成、柱布置、梁布置等個(gè)可選命令。圖7-11 圖7-12、單擊網(wǎng)格生成命令，出現(xiàn)7-13 菜單，該菜單含有回前菜單，兩點(diǎn)直線、平行直線、刪除圖素等13個(gè)命令可供選擇。由于本例框

16、架是規(guī)則框架，故可用快速建模來完成。圖7-13單擊快捷建模命令，彈出圖7-14，并單擊框架命令，彈出框架網(wǎng)線輸入導(dǎo)向菜單。按左側(cè)提示，分別輸入層高跨度值，右側(cè)便會(huì)顯示出計(jì)算簡(jiǎn)圖及總跨度、總高度的數(shù)值。 圖7-14單擊快捷建模命令，彈出圖7-14，并單擊框架命令，彈出框架網(wǎng)線輸入導(dǎo)向菜單。按左側(cè)提示，分別輸入層高跨度值，右側(cè)便會(huì)顯示出計(jì)算簡(jiǎn)圖及總跨度、總高度的數(shù)值。、回前菜單，退回到圖7-12狀態(tài)。選柱布置，彈出圖7-15畫面，按彈出的柱子截面數(shù)據(jù)子菜單提示便可定義柱子截面。退回前菜單，同理可定義梁的截面尺寸。 圖7-15 、單擊圖7-12中恒載輸入，彈出圖7-16所示畫面，點(diǎn)擊梁間荷載，出現(xiàn)梁

17、間荷載輸入子菜單，可輸入均布荷載、集中荷載，三角形、梯形分布荷載等多種形式，并在右側(cè)的荷載數(shù)據(jù)輸入中鍵入具體數(shù)值，（同一梁、柱可同時(shí)作用上述多荷載）。荷載確定后，鼠標(biāo)指向選定的梁?jiǎn)螕?，便可自?dòng)生成梁的恒載，同理可輸入柱的恒載、梁的活載、柱的活載。、輸入風(fēng)荷載，如圖7-17，點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)左風(fēng)命令，屏幕下部將提示“輸入節(jié)點(diǎn)水平風(fēng)力”的提示下，輸入風(fēng)荷載值，移動(dòng)鼠標(biāo)至框架受力節(jié)點(diǎn)，單擊左鍵便可在該點(diǎn)布置完成集中荷載；圖7-17 同理可布置柱間風(fēng)荷載。圖7-189、退回到14-10菜單，單擊參數(shù)輸入，彈出圖14-16畫面、總信息參數(shù)子菜單，輸入柱混凝土、梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)，柱梁主筋、箍筋級(jí)別，主筋保護(hù)層厚度

18、，支座彎矩調(diào)幅系數(shù)，梁慣性矩增大系數(shù)，結(jié)構(gòu)重及性系數(shù)。然后點(diǎn)擊子菜單的上部“地震計(jì)算參數(shù)”命令。出現(xiàn)圖7-19畫面。圖7-19 圖7-19 按提示依次輸入抗震等級(jí)、計(jì)算振型個(gè)數(shù)、地震烈度、場(chǎng)地土類別及計(jì)算周期折減系數(shù)、阻尼比等參數(shù)。單擊上部的“結(jié)構(gòu)類型”命令，彈出圖7-20畫面。圖7-20選擇結(jié)構(gòu)類型為“框架”。單擊上部的“分項(xiàng)及組合系數(shù)”命令，出現(xiàn)圖7-21畫面。圖7-21 可在7-21畫面圖框內(nèi)輸入荷載分項(xiàng)系數(shù)，荷載組合系數(shù)及地震作用組合時(shí)荷載組合系數(shù)。單擊上部“補(bǔ)充參數(shù)”命令。出現(xiàn)圖7-22畫面。圖7-2210、返回到圖7-12，單擊右側(cè)“補(bǔ)充數(shù)據(jù)”命令，出現(xiàn)圖7-23畫面，如基礎(chǔ)選用錐

19、形基礎(chǔ)，據(jù)左側(cè)提示可輸入附加墻重量、基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)高度等相關(guān)參數(shù)。輸入完畢，點(diǎn)擊確定鍵，建模結(jié)束。接下來出現(xiàn)圖7-24畫面，提示輸入文件名，如輸入“ZDQ28”，則計(jì)算機(jī)將自動(dòng)生成ZDQ28.SJ的文本文件,存貯建模信息。圖7-23 圖7-24 三、框架結(jié)構(gòu)計(jì)算 重新進(jìn)入到圖7-10畫面，單擊右框中的“框排架結(jié)構(gòu)計(jì)算”命令，出現(xiàn)圖7-25PK內(nèi)力計(jì)算結(jié)果圖形輸出菜單。 從此菜單中可獲取彎矩包絡(luò)圖、軸力包絡(luò)圖、恒載內(nèi)力圖、剪力包絡(luò)圖、配筋包絡(luò)圖等各種信息。如單擊“軸力包絡(luò)圖”命令可出現(xiàn)圖7-24畫面；單擊“彎矩包絡(luò)圖”，可彈出7-27畫面 。圖7-25 圖7-26 軸力包絡(luò)圖 圖7-27 彎矩包絡(luò)圖 圖7-28 配筋包絡(luò)圖四、施工圖的繪制返回到7-10， 單擊“框架繪圖”命令，出現(xiàn)圖7-30“PK鋼筋混凝土梁柱配筋施工圖主菜單”畫面。 該菜單有“采用前次繪圖文件已定義的參數(shù)”、“人機(jī)交互方式建立繪圖數(shù)據(jù)文件”、“直接輸入已建立繪圖數(shù)據(jù)庫(kù)文件”三種輸入方式，單擊“人機(jī)交互方式建立繪圖數(shù)據(jù)文件”命令，出現(xiàn)如圖7-31所示，選筋時(shí)的歸并放大系數(shù)”、“柱鋼筋放大系數(shù)”等輸入項(xiàng)，依次輸入后，單擊“繪圖參數(shù)”命令，出現(xiàn)圖7-32畫面，在此菜單中可以確定“輸出圖紙的圖號(hào)”、“比例”、“是否繪出梁鋼筋編號(hào)對(duì)應(yīng)的鋼