midas Gen-钢筋混凝土框架结构抗震分析及设计

1、例题 钢筋混凝土结构抗震分析及设计例题1 钢筋混凝土结构抗震分析及设计例题. 钢筋混凝土结构抗震分析及设计概要本例题介绍使用midas Gen 的反应谱分析功能来进行抗震设计的方法。此例题的步骤如下:1. 简介2. 设定操作环境及定义材料和截面3. 建立框架梁4. 建立框架柱及剪力墙5. 楼层复制及生成层数据文件6. 定义边界条件7. 输入楼面及梁单元荷载8. 输入风荷载9. 输入反应谱分析数据10. 定义结构类型11. 定义质量12. 运行分析13. 荷载组合14. 查看结果15. 配筋设计16. 计算书1 简介该例题通过建立一个六层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构模型，详细介绍了使用midas

2、 Gen建立结构模型、施加荷载和边界条件、查看分析结果及进行抗震设计的步骤和方法。初学者按照本章提示的步骤进行操作，可以在短时间内熟悉和掌握midas Gen的环境及使用方法。例题模型的基本数据如下：Ø 轴网尺寸：见平面图Ø 主梁： 250mmx450mm，250mmx500mmØ 次梁： 250mmx400mmØ 连梁： 250mmx1000mmØ 柱： 500mmx500mmØ 混凝土： C30Ø 剪力墙： 250Ø 层高： 一层：4.5m 二六层 ：3.0mØ 设防烈度： 7º（0.10g

3、）Ø 场地： 类图1 结构平面图2 设定操作环境及定义材料和截面在建立模型之前先设定环境及定义材料和截面 1.主菜单选择 文件 >新项目 文件 >保存: 输入文件名并保存注：也可以通过程序右下角随时更改单位。2.主菜单选择 工具>设置>单位系: 长度 m, 力 kN图2 定义单位体系3.主菜单选择 特性>材料>材料特性值： 添加：定义C30混凝土 材料号：1 名称：C30 规范：GB10(RC) 混凝土：C30 材料类型：各向同性 图3 定义材料 4.主菜单选择 特性>截面>截面特性值： 添加：定义梁、柱截面尺寸 图4 定义梁、柱截面5

4、.主菜单选择 特性>截面>厚度： 添加：定义剪力墙厚度 图5 定义剪力墙厚度3. 建立框架梁1.主菜单选择 节点/单元>节点>建立节点: 坐标：0, 0, 0； 复制次数：1次 距离（dx,dy,dz）：0，15，0 图6 建立节点2.主菜单选择 节点/单元>单元>建立单元: 截面名称：250x450；节点连接： 1，2； 图7 建立梁单元3.复制单元主菜单选择 节点/单元>单元>移动复制: 选择复制对象；形式：复制；任意间距：方向x；间距：25,23.9,24.3； 图8 复制梁单元4.主菜单选择 节点/单元>单元>建立单元: 注：

5、图标菜单可显示节点号。截面名称：250x450；节点连接：1，13；在“交叉分割”项，将节点和单元都选 上。 图9 建立梁单元5.复制单元主菜单选择 节点/单元>单元>移动复制: 形式：复制；利用选取刚建立的单元移动复制：任意间距：方向y，间距35；在交叉分割项，将节点和单元都选上。图10 复制梁单元6.定义用户坐标系主菜单选择 结构>坐标系/平面>UCS>X-Y平面: 坐标原点：26.4,15,0（直接输入数字或鼠标在模型窗口点选)；旋转角度:-60；保存当前UCS：输入名称“用户坐标1”（可自定义）图11 定义用户坐标系7.主菜单选择 节点/单元>单元&

6、gt;建立单元: 截面名称：250x450；选择节点：14；节点连接：采用相对坐标dx,dy,dz：15，0，0图12 建立梁单元8.复制单元主菜单选择 节点/单元>单元>移动复制: 形式：复制；利用选取刚建立的单元移动复制：任意间距：方向y，间距35；在交叉分割项，将节点和单元都选上。图13 复制梁单元9.主菜单选择节点/单元 >单元>建立单元: 截面名称：250x450；节点连接：29，35；在交叉分割项，将节点和单元都选上。图14 建立梁单元10.复制单元主菜单选择节点/单元>单元>移动复制: 利用选取刚建立的单元；形式：复制； 移动和复制：任意间距，

7、方向x，间距3-5；在交叉分割项，将节点单元都选上。图15 复制梁单元11.建立曲梁 主菜单选择 节点/单元>单元>建立曲线并分割成线单元: 建立曲梁。 注：回到整体坐标系 主菜单选择：视图>UCS/GCS 图16 建立曲梁12：建立次梁主菜单选择 节点/单元>单元>移动复制: 选择复制对象；输入复制间距1.75； 截面号增幅选2 (即选择次梁截面)；在交叉分割项，将节点和单元都选上。同时 删除部分梁单元，选择多余梁单元，按DEL键。 注：次梁截面修改也可以应用拖放的功能修改截面图17 建立次梁4. 建立框架柱及剪力墙1.主菜单选择 节点/单元>单元>

8、扩展：扩展类型：节点>线单元； 单元类型 ：梁单元； 材料：C30截面：500x500； 输入复制间距：dz=-4.5注：对于不生成柱子的位置，可以用 解除选择不生成柱子位置的节点。在模型窗口中选择生成柱的节点。2 图18 生成框架柱2.主菜单选择节点/单元>单元>修改参数>单元坐标轴方向: 选择Beta角，Beta=60º，在模型窗口选择框架2部分需要旋转的框架柱。3.主菜单选择节点/单元>单元>扩展:扩展类型：线单元>平面单元 单元类型 ：墙单元（板单元）生成形式： 复制和移动 输入复制间距：dz=-4.5在模型窗口选择生成墙的梁单元。

9、注：扩展时可以勾选目标> 删除选项，确认是否保留梁单元。 图19 生成剪力墙4.主菜单选择节点/单元>单元>剪力墙洞口：方向：i->j 距离： dx:1.9m dy:0m 洞口尺寸：w:1.2m h:3.5m勾选：分割框架单元 合并重复节点在模型窗口选择要分割的墙单元，并按F2键或主菜单选择 视图>激活>激活。注：根据洞口尺寸会自动生成连梁截面图20 剪力墙开洞5.楼层复制及生成层数据文件1.主菜单选择 结构>建筑>控制数据>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图21 楼层复制2.主菜单选择 结构>建

10、筑>控制数据>定义层数据: 点击生成层数据：考虑5%偶然偏心考虑刚性楼板：若为弹性楼板选择不考虑 地面高度：若勾选使用地面标高，则程序认定此标高以下为地下室，勾选层剪力比 注：程序自动计算风荷载时，程序将自动判别地面标高以下的楼层不考虑风荷载作用。 图22 生成层数据3.主菜单选择 结构>建筑>控制数据>自动生成墙号: 避免设计时（同一层）不同位置的墙单元编号相同，特别是在利用扩展单元功能时，一次生成多个墙单元时，这些墙单元的墙号相同，若这些墙单元不在（同一）直线上，X向、Y向都有时，程序则认为没有直线墙不给配筋设计。6.定义边界条件主菜单选择 边界>边界&

11、gt;一般支承:在模型窗口中选择柱底及墙底嵌固点 注：可以利用面选的功能对下部节点进行选择。 图23 输入边界条件7. 输入楼面及梁单元荷载1.主菜单选择 荷载>静力荷载>建立荷载工况>静力荷载工况: DL:恒荷载 LL：活荷载 WX:风荷载 WY:风荷载 图24 定义荷载工况2.主菜单选择 荷载>静力荷载>结构荷载/质量>自重: 荷载工况：DL 自重系数：Z=-1 图25 定义自重3.菜单选择 荷载>静力荷载>初始荷载/其他>分配楼面荷载>定义楼面荷载类型： 定义各房间荷载：办公室、卫生间、屋面名称：OFFICE 荷载工况：DL（L

12、L） 楼面荷载：-4.3（-2.0） 按名称：BATHROOM 荷载工况：DL（LL） 楼面荷载：-6（-2.0） 按名称：ROOF 荷载工况：DL（LL） 楼面荷载：-7（-0.5） 按 图26 定义楼面荷载4.主菜单选择 视图>激活>全部>按属性激活： 选择按层激活： 激活2F层 图27 按层激活5.主菜单选择荷载>静力荷载>初始荷载/其他>分配楼面荷载:楼面荷载类型：OFFICE 分配模式：双向（或长度）荷载方向：整体坐标系Z 复制楼面荷载：方向Z，距离43在模型窗口指定加载区域节点同样方法输入BATHROOM 楼面荷载注： 对于异形板，分配楼面荷载可

13、以采用多边形-长度或者多边形-面积的方法。注： 楼面荷载分配不上，可检查分配区域内是否有空节点、重复节点、重复单元。 图28 分配楼面荷载6.主菜单选择 荷载>静力荷载>梁荷载>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 方向：整体坐标系Z 数值：W= -10 复制荷载：方向Z，距离43 加载区间（两点）：选择加载梁单元。 图29 输入梁单元荷载7.重复步骤5和6输入屋面荷载及梁单元荷载8.主菜单选择 视图>激活>全部>全部激活 视图>显示: 荷载 查看输入的荷载 图30 显示荷载8. 输入风荷载1.主菜

14、单选择 荷载>静力荷载>横向荷载>风荷载> 添加荷载工况：WX 风荷载设计标准： GB50009-2012。基本周期：自动计算风荷载方向系数：X轴方向系数 1 Y轴方向系数 0 图31 风荷载输入2.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。9. 输入反应谱分析数据 1.主菜单选择 荷载>地震作用>反应谱分析数据>反应谱函数>添加:设计反应谱：GB50011-2010； 设计地震分组：1；地震设防烈度：7º（0.10g）； 场地类别：；地震影响：多遇地震； 阻尼比：0.05 图32 生成设计

15、反应谱2.主菜单选择 荷载>地震作用>反应谱数据>反应谱:特征值分析控制>频率数量（振型数）：6 反应谱分析控制> 振型组合方法：CQC 反应谱荷载工况名称：Rx (Ry)地震角度：0º( 90º) 周期折减系数：0.8 图33 反应谱荷载工况10. 定义结构类型主菜单选择 结构>类型>结构类型结构类型：3-D平面(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) 图34 定义结构类型11. 定义质量主菜单选择 荷载>静力荷载>结构荷载/质量>节点质量>将荷载转换成质量：质量方向：X，Y 注

16、：此处转换的荷载不包括自重。荷载工况：DL ( LL) 组合系数：1.0 ( 0.5) 图35 荷载转换成质量12. 运行分析 主菜单选择 分析>运行>运行分析13.荷载组合主菜单选择 结果>组合>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混凝土设计：用于结构设计部分组合 点击自动生成设计规范：GB50010-10 图36 荷载组合14查看结果1. 查看反力及内力 主菜单选择 结果>结果>反力>反力： 柱脚内力（轴力和弯矩） 图37 Z向与X向基底反力主菜单选择 结果>结果>反力>查看反力: 可以查看基底任意节点内

17、力 2.位移主菜单选择 结果>结果>变形>位移形状: 可以查看任意节点各方向位移 >位移等值线: 可以查看任意节点各方向位移注意：位移非挠度，挠度应为相对位移 >查看位移: 查看每个节点位移情况 图38 水平力作用下各层侧移简图3. 构件内力与应力图1.主菜单选择 结果>结果>内力>梁单元内力图: 查看在各种工况组合下梁单元内力 墙单元内力图: 查看在各种工况组合下墙单元内力 图39 梁单元内力图 图40 墙单元内力图2.主菜单选择 结果>结果>应力>梁单元应力图: 查看各种工况组合下梁单元应力 3.主菜单选择 结果>结果

18、>内力>构件内力图: 查看在各种工况组合下构件的内力 图41 构件内力图4. 梁单元细部分析主菜单选择 结果>详细>梁单元>梁单元细部分析: 查看各个梁单元在各种工况作用下应力及内力图 图42 梁单元细部分析5. 振型形状及各振型所对应的周期主菜单选择 结果>模态>振型>周期与振型: 查看各种振型作用下的结构各向位移及自振周期图43 振型形状及周期6. 稳定验算主菜单选择 结果>其它>稳定验算: 刚重比验算 结构类型： 框剪 荷载工况：全选注：高层建筑结构的整体稳定验算按照高层建筑混凝土结构技术规程最新规范中的第5.4.1条，5.4.

19、4条进行验算 图44 稳定验算7. 周期主菜单选择 结果>表格>结果表格>振型与周期：输出各振型周期及有效质量参与系数 图45 周期及质量参与系数表格8. 层间位移主菜单选择 结果>表格>结果表格>层>层间位移角验算：输出各种工况下各层的层间位移角，并和层间位移角限值进行验算。图46 层间位移验算表格9. 层位移主菜单选择 结果>表格>结果表格>层>层位移:输出水平作用下各层最大位移及平均位移图47 层位移验算表格10. 层剪重比主菜单选择 结果>表格>结果表格>层>层剪重比: 输出各层地震作用下各层的剪

20、力及剪重比 图48 层剪力及剪重比表格11. 层构件剪力比主菜单选择 结果>表格>结果表格>层>层构件剪力比： 查看各种工况下框架柱和剪力墙的地震剪力和比率。图49 层构件剪力比表格12. 倾覆弯矩主菜单选择 结果>表格>结果表格>层>倾覆弯矩： 查看各种工况下框架和剪力墙的倾覆弯矩。图50 倾覆弯矩表格13. 侧向刚度不规则验算主菜单选择 结果>表格>结果表格>层>侧向刚度不规则验算:输出各层的层刚度比，并判断侧向刚度是否规则。图51 层刚度比验算表格14. 薄弱层验算主菜单选择 结果>表格>结果表格>层>楼层承载力突变验算：输出各层抗剪承载力，本层与上一层的抗剪承载力之比，并判断各层强度是否规则。图52 楼层承载力突变验算15配筋设计1. 一般设计参数主菜单选择 设计>通用>一般设计参数>指定构件：自动指定构件自由长度。当梁单元中间被其它节点分割成几部分时，需由程序自动指定构件，定义梁单元在强轴作用平面内的自由长度。注