运用midasBuilding进行超限分析基本流程指导书

进展超限分析根本流程指导书 基准方中建筑设计事务所构造专业 *导*书初稿：王明校对：李法冰卫江华审定：陈德良〔2023.12版〕10/3011/30目 录\l“_TOC_250015“进展超限分析根本流程简介 3\l“_TOC_250014“反响谱分析、设计根本流程及要点 4\l“_TOC_250013“概述 4\l“_TOC_250012“根本流程 4\l“_TOC_250011“反响谱分析要点及留意事项 5\l“_TOC_250010“弹性时程分析根本流程及要点 10\l“_TOC_250009“3.1概述 10\l“_TOC_250008“3.2根本操作及要点 10\l“_TOC_250007“静力/动力弹塑性时程分析根本流程及要点 15\l“_TOC_250006“4.1概述 15\l“_TOC_250005“弹塑性分析根本流程 16\l“_TOC_250004“静力弹塑性分析要点 16\l“_TOC_250003“动力弹塑性分析要点 20\l“_TOC_250002“相关补充分析与计算 21\l“_TOC_250001“温差工况分析 21\l“_TOC_250000“楼板具体分析 23转换构造分析 24舒适度分析 25工程量统计 26主要附件一览表 29主要参考文献 30 进展超限分析根本流程指导书 基准方中建筑设计事务所构造专业 进展超限分析根本流程简介midasbuilding/Gen在超限分析流程中应用的主要环节可见如下示意图1.1。确定需要超限审查文献确定需要超限审查文献[1]~[7]性能目标确定文献[1]~[2]调整小震中震反响谱分析线弹性时程分析反响谱分析时程分析包络设计其他具体分析承载力量(塑性铰属性等)推覆力施加或地震波输入(大开洞楼板具体分析、超长分析等)静力/动力弹塑性时程分析大震未到达性能目标计算结果分析与判别 经济性评估经济性评估完成完成1.1超限分析根本流程示意图注：1.图中黄色框选内容为可运用midasBuilding/Gen进展分析主要内容。反响谱分析、设计根本流程及要点概述等综合因素供给了设计反响谱函数。根本流程PKPM1midas模型PKPM1midas模型32分析2.2.1运用midasBuilding进展反响谱分析根本流程图注：实际工程中根本以PKPM导入为主，已进展过的数十个分析显示：模型中构件与荷载能够完全准确导入，但全部参数需要重定义，具体导入过程详见[附件一ETABS模型，出错较多，可尝试通过广厦或盈建科二次转换；假设仅进展反响谱阶段分析，则无需进展设计〔铺张时间；本过程参数调整阶段根本流程见以下图2.2.2。构造标准层与楼层构造构造标准层与楼层构造楼层材料构造模型掌握分析设计自动生成分析设计掌握信息分析设计自动生成分析设计掌握信息荷载荷载掌握分析设计分析设计分析设计分析设计2.2.2参数调整根本流程图反响谱分析要点及留意事项[1构造→标准层与楼层]进展“设计”阶段时，需定义为“弹性板弹性膜或弹性板〔主要区分为是否考虑整体计算得出的板边界位移参与分析。[1构造→标准层与楼层→定义材料]GBGB方可修改按需定义容重计得以提高。2.3.1材料属性定义[1构造→标准层与楼层→地下室信息]全自由2.3.2全自由模拟边界条件，其刚度K值与PKPM地下室信息所填m的换算关系详见[附件二]。[1构造→楼层材料]点取生成列表可以通过“构件信息列表”手动修改。点取生成列表[1构造→模型主控]

2.3.3猎取构件列表方式可细化转换梁或其上所抬剪力墙的网格尺寸也需要在此进展细化〔留意区分于墙元纤维划分。2.3.4网格尺寸定义[1构造→模型主控→对墙洞口连梁的处理]〔杆单元或墙元〔。[2构架→楼梯板]

2.3.5强弱连梁跨高比界限定义〔PKPM中梯板以宽扁梁进展计算，计算结果根本失真超筋〕。[3荷载→荷载掌握]生成温度作用工补充分析。荷载掌握与生成温度作用工补充分析。2.3.6荷载掌握参数设置[2分析设计→掌握信息→特征值分析]可定义质量参与系数，程序自动选取振型数。考虑竖向地震作用；特征值分析是分析构造固有振动特性的分析方法可定义质量参与系数，程序自动选取振型数。考虑竖向地震作用；2.3.7特征值分析参数设置[2分析设计→掌握信息→调整信息]可以对构造整体或分类构件设置实配钢筋/计算配筋参数，主要影响：计算梁、板构件的挠度和裂缝宽度〔文献[15]7.1节、7.2节〕；对于9端弯矩和剪力的调整系数的计算〔文献[1]6.22]6.2节〕；弹塑性分析时，计算塑性铰特性值；后续含钢量统计。2.3.8超配系数系数设置弹性时程分析根本流程及要点概述5.1.2-]1所列高度范围的高层建筑，应承受时程分析法进展多遇地震下的补充分析，地震波选取内容〔略；5.1.2-]〔内容略〕《高规》4.3.4-3[2]：7~9度抗震设防的高层建筑，以下状况应承受弹性时程分析法进展多遇地震下的补充分析：甲类高层建筑构造；表4.3.4所列的乙、丙类高层建筑构造；不满足本规程第3.5.2~3.5.6条〔竖向不规章〕规定的高层建筑构造；10章规定的简单高层建筑构造。根本操作及要点弹性时程分析根本流程见以下图3.2.1。1荷载1荷载-2 分析分析和设计掌握-分析分析和设计掌握-弹性时程分析工况定义3.2.1弹性时程分析根本流程图注：1详见其次章内容；2详见技术要点。[1-地震波选取]弹性时程分析作补充计算时，时程曲线的根本要求见下表3.2.1。此处“补充计算”指对“主要计算“的补充，着重是对底部剪力、楼层剪力和层间位移角的比较，当时程分析法〔实际工程中可进展包络设计〕[12]。包络设计方法：目前，构造设计软件〔Setwe、midasBuilding等〕根本不具备弹性时程分析〔三条计算结果的包络值条时程曲线计算结果的平均值〕大于振型分解反响谱法的计算结果〔但不大于120%〕可将振型分解反响谱法计算乘以相应的放大系〔/振型分解反响谱值，使[12]。3.2.1时程曲线的根本要求〔弹性时程分析〕序号工程具体要求1曲线数量要求实际强震记录的数量不应少于总数的2/3构造主方向底部总剪力〔留意：不要求构造主、次两个2每条曲线计算结果方向的底部剪力同时满足[16]〕不应小于振型分解反响谱65%〔135%〕3多条曲线计算结果底部剪力平均值不应小于振型分解反响谱法的80%〔也120%〕统计意义上相符所用的地震影响系数曲线相比，在对应于构造主要振型20%。计算值，应重核查，避开由于局部振动造成振型数的缺乏[12]。利用[荷载→地震波]可以格外便利选择较为适宜的地震波〔即满足频谱特性、加速度峰值和持续时间。利用[构造→线弹性时程分析结果→检查地震荷载数据]可以格外便利进展设计谱与标准谱的比较。注：PKPMEtabs/midasBuilding地震波格式处理、地震波处理小工具详见[附件三]。第一次到达0.1GPA最终一次到达0.1GPAPGA第一次到达0.1GPA最终一次到达0.1GPAPGA注：PGA为地震波峰值加速度值，EPA为有效峰值加速度值，具体等效计算过程详见文献[10]、[17]。PGA代换所需加速度3.2.3PGA代换所需加速度生成比照数据，撰写报告格外便利3.2.4设计谱与标准谱比照图生成比照数据，撰写报告格外便利3.2.5世贸工程所选设计波反响谱与标准谱吻合较好一般为平面正交两向，峰值加速度之比为1:0.85，依需要，可设置三向，其峰值加速度之比为1:0.85:0.65一般选取一般为平面正交两向，峰值加速度之比为1:0.85，依需要，可设置三向，其峰值加速度之比为1:0.85:0.65一般选取按比例调整线性组合可按地震波步长倍数调整各振型阻尼比3.2.4弹性时程分析工况定义分析方法中振型分解法和直接积分法性的动力弹塑性问题和包含消能减震装置的动力问题接积分法可以解刚度和阻尼的非线性问题，但是随着分析步骤的增加，分析时间会较长。〔构造的质量矩阵和刚度矩阵的线性组合〕择质量因子和刚度因子的阻尼时，可自行输入各振型的阻尼比[3]。[3-结果查看]反响谱分析结果时程分析平均值，以下图为世贸工程6号楼反响谱分析与时程分析X向层剪力比照图反响谱分析结果时程分析平均值/动力弹塑性时程分析根本流程及要点概述依据《高层建筑混凝土构造技术规程〔JGJ3-2023〕3.11.4、5.1.13条应对各类超限高层进展弹塑性分析。4依据高度超过>300m的构造4依据高度超过>300m的构造应由两个独立的计算进展校核《高层建筑混凝土构造技术规程〔JGJ3-2023〕3.11.4条序号高度范围选取原则1高度≤150m时可承受静力弹塑性分析方法2高度>200m时应承受弹塑性时程分析法3150～200m时可视构造不规章程度选择简洁，理论概念清楚。静力与动力弹塑性分析根本区分见下表4.1.2。4.1.2静力与动力弹塑性分析根本区分比照内容所施加的荷载加载方向加载制度材料特性

静力弹塑性分析横向静力荷载单向单向递增单折线、双折线、FEMA

动力弹塑性分析地震波单向/双向/三向往复加载滞回模型进展弹塑性分析的主要目的：通过对构造、构件的承载力量和延性的推断进展性能设计(调整线弹性设计结果)；通过小震、中震、大震分析结果的比较推断构造、构件的承载力量和延性；通过弹塑性层间位移角验算构造大震下的位移是否满足标准要求；通过出铰挨次推断“强柱弱梁”、通过铰类型推断“强剪弱弯”。与大型通用有限元软件〔Abaqus等〕相比，midasGen/Building省去了大量的建模工作量〔三维几何模型的建立、钢筋的等效处理、接触关系的建立等，实配钢筋便于修改〔绘图师模块，并且其后处理功能强大〔文本数据齐全、图片界面友好等。弹塑性分析根本流程反响谱分析与设计荷载-地震波选取与输入反响谱分析与设计荷载-地震波选取与输入分析构造调整或绘图师调整配筋生成荷载工况及铰数据参数设置4.2.1弹性时程分析根本流程图静力弹塑性分析要点初始荷载施加同施工阶段分析，多步骤分层加载1挠曲二阶效应或P-Delta同施工阶段分析，多步骤分层加载1挠曲二阶效应或P-Delta23[1]〔或前1DL+0.5LL〔中层建筑混凝土构造技术规程〔JGJ3-2023〕3.11.4条-2：简单构造应进展施工模拟分析，拟计算不同时，应重调整响应计算。My=Vy-Px弯矩图不考虑P-Delta效果的状况考虑P-Delta效果的状况变形前变形后[2]My=Vy-Px弯矩图不考虑P-Delta效果的状况考虑P-Delta效果的状况变形前变形后4.3.2构架挠曲二阶效应示意图[说明3]：侧向推覆力的施加方式在整个静力弹塑性分析过程中的不转变，因此，对于推覆力形式的选择至关重要，2023年之前，程序根本同CSI程序〔SAP200等〕一般进展振型加载模式〔根本以第一振型模式加载〕，对于以第一振型为主的构造，能够得到较为牢靠的计为真实反响地震力分布状况。推覆力示意图振型加载模式 (b)等速度加载模式 (c)静力加载模式

4.3.3传统推覆力加载示意图1Level11Level1就23最大位移掌握条件4[说明1]-位移曲线知，构造进入极限承载力量〔〕后，只能通过位移增量进展分析，故一般承受位移掌握。[2]：Level1、Level2、Level350、100、200。[3]：依据《建筑构造抗震设计标准》GB50011-20235.5.5可知标准掌握的各类构造1/20，当分析过程中层间位移角超过输入值时，自动停顿计算。说明4〔剩余力〕，敛标准范数〔位移、内力、能量〕相关内容及公式详见文献[3]、[11]、[17]。4.3.2材料与构件属性定义使用绘图师生成的实配钢筋数据1考虑计算柱屈服面时柱失稳状况是对每个墙单元的分使用绘图师生成的实配钢筋数据1考虑计算柱屈服面时柱失稳状况是对每个墙单元的分应力—应变曲2割，以计算剪力墙的轴向和弯曲变形，而剪力墙构件的网格划分在构造→模型掌握。[说明1]：对于每一个自由度，定义一个用来给出屈服值和屈服后塑性变形的力—位移〔弯矩—转角〕曲线，一般承受FEMA，其承受五个掌握点将力—位移〔弯矩—转角〕曲线分为弹性段、强化段、卸载段、塑性端。详见文献[3]、[11]、[17]。弹性状态屈服点屈服后状态极限状态[2弹性状态屈服点屈服后状态极限状态4.3.6应变等级设定动力弹塑性分析要点〔地震波选取及静力弹塑性分析参数设置要点。注：程序暂不能生成型钢混凝土构件的塑性铰属性，可以同在midasGen内生成后，手动输入。相关补充分析与计算温差工况分析文献[14]与文献[19]。温差内力影响因素a、徐变应力松弛温差内力来源于温差变形受到约束。对于因变形受到约束产生的应力，对于钢筋混凝土构造考虑了徐变应力松弛特性。按一般混凝土构造浇注20d后已经成熟，可产生约束变形。为简化计算，将按弹性计算的温差内力乘以徐变应力松弛系数0.3，作为实际温差内力标准进展设计。b、刚度折减高层钢筋混凝土构造在垂直、水平荷载及温差效应作用下，考虑构件截面裂缝影响，梁0.85予以折减。温差非荷载组合参考国外标准，应取温差非荷载效应与重力荷载效应组合如下式：S

CGG G

CTT T T K式中：S——温差非荷载效应组合的设计值； 、——重力荷载、温差效应作用的分项系数，一般状况： =1.25，=1.2；G T G TC、CG G 、TK

——重力荷载、温差效应作用的分项系数；——重力荷载、温差效应作用的分项系数； ——温差效益的组合值系数；取 =0.8。T T该荷载工况下，构造整体及各构件应满足承载力要求。临界条件：高层建筑应有一个相应的判别其不计竖向温差影响的临界条件建议取标准规定的承载力设计值的10文献[19。临界条件一般表达式为：

F0.1FTFT——实际温差内力设计值；F——构造构件承载力量设计值。分析程序与参数设置midasBuildingGB50010-2023〕第4.1.81105/0C〔GB50017-2023〕3.4.31.2105/0C。依据成都气候条件，整体温差近似的取为：T

=10℃升降温：T =10℃降温差：TT +T升 降

=20℃分析结果举例〔世贸工程-2号楼群房与主楼间设缝前温差工况分析〕经计算可得：a1249.66kN，位于群房外侧两面墙交接处底部〔5.1.1所示。考虑应力松弛及刚度折减后的柱最大附加压力为：F柱max=1249.66×0.3×0.85=318.66kNF该柱(截面700mm×700mmF柱f

=14978.7kN则：F /F柱max 柱f

318.66/14978.7=2.13%故可不考虑温度效应下柱底附加轴力的影响。b111.735kN，位于群房外侧两面墙交接处〔见以下图5.1.2所示。考虑应力松弛及刚度折减后的梁端最大附加弯矩为：M梁max=111.735×0.3×0.85=28.49kNmkNkNm该梁梁端受弯承载力为：梁f=396.00则：M /M 28.49/396.00=7.19%梁max 梁f2.13%，温度效应下的梁端最大附加弯矩约占其最大受弯承载力的7.19%，均小于10%，故可不考虑温度效应下附加作用力的影响。图5.1.1升温工况下柱最大轴力 图5.1.2升温工况下梁最大弯矩楼板具体分析定需具体分析楼板[1] 行具体楼板分析《建筑抗震设计标准〔GB50011-2023〕第3.4.3-1条〔楼板局部不连续50%，或开洞面积大于该楼层楼面面积的30%，或较大的楼层错层。关键操作执行流程：模型建立〔常常通过PKPM进展模型转换〕→参数设置→整体分析〔不必设计〕→楼板具体分析模块。假设需进展温差荷载工况下的楼板响应，则需在“荷载主控信息→一般→温度作用”中设置升温或降温温差。勾选考虑长期挠度。即为考虑开裂后刚度折减计算出的挠度。〔高斯点最大值〔高斯点平均值显示含义见以下图5.2.1。板单元板单元〔a〕单元〔Max{四高斯点应力值}〕 〔b〕节点平均〔Average{四高斯点应力值}〕

5.2.1网格交点应力值含义龙湖北城天街工程32号楼〔转换构造〕转换层楼板具体具体分析；世茂集团猛追湾工程2号楼〔超限工程〕群房顶标高处楼板具体分析；龙湖晋阳工程大开间变板厚楼板具体分析；转换构造分析PKPM截面相当没有参与工作[14]。此时通过刚度放大系数来调整转换梁的刚度，再进展分析和设计，但是此时，增大的刚度往往造成所吸取的地震力增大，其相关参数统计〔刚度、抗剪承载力等〕存在较大误差。midasBuilding对转换梁依据板单元进展建模，此时不存在变形协调问题，并且以梁单元的形式予以输出计算结果，较为友好[3]。关键操作模型主控数据→构造体系(简单高层构造/原构造类型)。依据文献[5]、[7]、[8]判定为一般/局部转换。构造→标准层和楼层→指定转换层楼板为弹性板，并勾选转换层。将转换层楼板设置为弹性板，假设为刚性板，则得不到转换梁轴力；指定转换层后，程序则依据《高规》附录E计算侧向刚度比。【程序执行标准链接，见下文】中标准指定构件内力放大要求。模型主控数据→转换梁分析方法/网格划分。依据工程需要自主确定网格尺寸。程序执行标准链接〔GB50011-2023〕3.4.4-8条：竖向抗侧力构件不连续时，该构1.25~2.0的增大系数。《高层建筑混凝土构造技术规程〔JGJ3-2023〕10.2.16-8条：当框支梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进展应力分析，按应力校核配筋，并加强构造措施。(3)《高层建筑混凝土构造技术规程〔JGJ3-2023〕10.2.4条：转换构造构件可承受转换6度抗震设计时可承受厚板，7、81.9、1.6、1.34.3.2条规定考虑竖向地震作用。相关工程案例转换梁龙湖北城天街工程32号楼分析〔三维数值模型见以下图5.3.。转换梁〔a〕midasBuilding模型5.3.1三维数值模型

〔b〕PKPM模型舒适度分析整体水平向1竖向2依据标准精神，随着建筑设计、施工技术的进展以及材料性能的改善，刚度强多样化，应留意以下舒适度分析。整体水平向1竖向2局部长悬挑自振频率3局部长悬挑自振频率35.4.1舒适度分析示意图[1]：当前，各类软件已供给风振舒适度计算功能，可利用附件四Excel进展计算书统计；[说明2]：假设进展大开间楼板的简化计算，可利用附件四所供给工具箱进展计算〔含主要国家标准的阅历公式〕〔如midasGEN〕，通过输入步行荷载包括日本建筑学会钢筋混凝土构造设计标准附录中供给的荷载以及Allen和Rainer提出的跳动冲击荷载〕进展时程分析。[3]：参考《城市人行天桥与地道技术规程〔CJJ69-95〕2.5.4条：为了避开共振，较少行人担忧全感，天桥上部构造竖向自振频率3HZ。工程量统计本着经济化、节约化的原则，通过多方案比照〔尤其超限高层，选择出经济指标〔钢梁、剪力墙折算厚度等〕合理抑或到达开发商允许、满足的方案。关键操作执行流程：模型建立〔常常通过PKPM进展模型转换〕→参数设置→整体分析〔不必设计〕→生成绘图师数据(mbn考附件五。分析设计→掌握信息→调整信息→超配系数〔/计算配筋。可整体放，但一般可依据构件类型分别放大。正确性可依据所生成施工图予以证明。绘图师计算的面积为楼板净面积，小于实际建筑面积，因此会使计算的每平米含钢量和混凝土量偏大。由于未考虑楼梯、柱墩，且梁长取净长，混凝土量可能会偏小。9m时搭接，柱和墙竖向钢筋一层一搭接。主筋考虑了锚固长度和搭接长度。箍筋考虑了弯钩长度，考虑了加密区和非加密区根数的区分。降低含钢量的主要方法必选构造楼板体系元的配筋进展比较。承受轻质隔墙材料削减梁、柱、根底配筋及混凝土用量效果格外明显，隔墙荷载数值也会下降不少抗震设计时因提高框架周期折减系数也削减框架梁柱配筋济。梁跨中钢筋1/3〔或焊接方法也可降低含钢量〔在绘图师中可修改配筋。对于抗震等级为三、四级的框架梁也可承受同样的方法配筋。程序统计时，设置较小的归并系数，可削减含钢量，一般为0.1。(5)掌握较为适宜的配筋率范围〔一般认为0.7%~1.6%〔梁〕，0.7%~1.0%〔竖向构件〕较为合理〕。5.5.1配筋率范围掌握选择适宜的周期折减系数，计算适宜的地震作用，得到合理的配筋量。留意设置活荷载折减。考虑梁柱重叠局部为刚域，使得进展配筋设计的弯矩位于两端，而非节点中心。考虑楼板塑性设计或考虑调幅的弹性设计，详见《全国民用建筑工程设计技术措施》〔2023标准版〕3.2.1节及文献[4]、文献[5]。柱配筋设计方法承受双偏压计算可适当减小柱配筋。相关工程案例龙湖东区音乐公园工程钢筋级别比选。构件4.1选筋方案列表方案一方案二梁主筋HRB400HRB500梁箍筋HRB400HRB400柱主筋HRB400HRB500柱箍筋HRB400HRB400墙竖向钢筋HRB400HRB500墙水平分布筋HRB400HRB500楼板HPB300HPB3000.1图4.1三维数值模型 图4.2方案二含钢量统一主要附件一览表【附件一PKPM导入midasbuilding；【附件二PKPM中m〔CSImidasAbaqus等通用软件〕抗侧刚度换算；【附件三PKPM地震波格式转换成Etabs/midsBuilding地震波格式处理、地震波处理小