midasgen钢结构优化分析及设计

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1、Gen培训系列资料删r钢厲架箔构分析及优化设计例题 钢框架结构分析及优化设计例题2.钢框架结构分析及优化设计概要本例题通过某八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 松架结构,在强度优化设计曲提下,增加了以側向位移为約束条件的自动设计功能. 本文主耍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. 设芒设计条件4. 钢构件截面验算及设汁训结构优化设计#1简要本例题介绍MIDAS/G

2、en的优化设计功能。例题模熨为带斜撐的六层钢框架结构.(该例 題数据仅供参考)基木数据如下： 轴网尺寸：见图1 柱：HW200x201x12/12 主梁：HM244x175x7/11 次梁：HN200x100x5. 5/8 支撑：HN125x60x6/8 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il地蕊分组：1组 地向粗糙度：A 基木风压：0. 35KN/m2： 荷载条件：5层楼而，恒荷我4. OKN/m:.活荷载2. OKN/m:6层屋面，怛尙戟5. OKN/m:,活荷载l.OKN/m：】5层虽外圈主梁上线荷载1. OKN/m：6口垠

3、外圈主梁上线荷载1. OKN/m；分析计算考虑双向风荷孜，用反应i曹分析法來计知双向地蕊作用3Gen培训系列资料M钢厲架箱构分析及优化设计#Gen培训系列资料M钢厲架箱构分析及优化设计1三SS门II111I1 图2結构平面图5#/Np图5.，轴践立面图图6O轴钱立面图7#2. 建立及分析模型建立模型并进行分析运弼.1：主菜单选择模型材料和截面特件材料：添加材料U： 1： 名称：Q235：规范：GB03(S)：数据库：Q235：材料类型：各向同性。2： 卞菜单选择模些材料和截面特性栽廊：添加：添加梁、柱截而尺寸.3： 主菜单选择模樂结构建模助，框架：利用建模助F建立梁框架输入：添加x坐标,距离2

4、.5,重复6；添加yg标，距离4.讯复3：编辑：Beg角90度，材料选择Q235,截面选择匸梁截面，牛.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ihhM卩模型.5：上菜单选择模型单元扩展：建泄框架柱扩恥类型：卩点一线单元：单元类型：梁单元：材料：Q235；截面:柱截面:输入复制间距:dz-4.5：选择生成柱的卄点，建立框架柱。6： 卞菜单选择 模些单元建立：建立支撑单元类熨：桁架单元：材料：Q235：截面:支撑截面.7： 主菜单选抒建筑物数抵复制层数据：复制次数:5；距离：3,添加；任松型謝口中选择要父制的m元.8：上菜单选择 建筑物数据生成口数

5、据：点击生成层数据。9： 主菜单选择模熨边界条件一般支承：定义边界条件 在模型謝口中选择柱底嵌同点。10： 主菜小选抒荷叔静力荷载工况：建立荷我匸况DL：恒荷载；LL：活荷载：WX：风荷栽：WY：风荷载。11：上菜阻选择荷仅11巫：添加巫荷裁匸况：DL： 系数：Z1.12：主菜单选择荷枚定义楼啲的载类型：定义楼血荷戟名称：楼面荷载：DL 4.0, LL 2.0,添加：麗面荷载：DL 5.0, LL 1.0,添加。13： 主菜单选择荷裁分配楼浙荷载：楼曲荷载类型:楼面荷载:分配模式：双向：简载方向：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。14：主菜总选择荷裁连续

6、梁敢元荷载：荷裁匸况：DL：选择：添加：荷载类科：均布荷载：荷载作用弧元：两点间直线：向：整体坐标系Z：数值：W-4：复制荷载:方向乙距离4315：車父步骤13和14输入隔山i荷载及梁单元荷取。16：主菜单选择荷裟横向荷载凤荷载：添加X方向风荷裁荷找匸况：WX：9风荷我设讣标准：GB50009-2001:基本风压* 3.5：H1尼比:0.02：英它数据使用默认值：风荷载方向系数：X轴方向系数1, Y轴方向系数017：蛍复步骤1,输入Y向风荷载昵注总此时风荷戯方向系数X轴方向系数0Y轴方向系数118：主菜总选择荷取反应谱分析数据反应i普函数：添加反应i普函数：设计反应i普：GB50011-200

7、1：设计地爲分组：1:地鳶设防烈度：8 (0.20g):场地类别：II：地鳶影响：多遇地焦：阻尼比* 0.0219：上菜阻选择荷仅反应谱分析数据反应谱荷载匸况：特征值分析控制频率数疑(菽型数)：6：嫌型纽合方法：CQC：反应i普荷我匸况名称：Rx (Ry)：地鑫角度：0(90)o20：主菜单选择模型结构类型：定义结构类型结构类型：3-D (二维分析)：将结构的fl巫转换为质虽：转换到X、Y (地底作用方向)。21：卞菜单选择模些质戢将荷我转换成质厳：质量方向:X. Y：荷载匸况:DL (LL)：组合系数：1.0 (0.5)。22：主菜单选择分析运行分析：进行分析计更.3. 设置设计条件按规范的

8、耍求进行设讣.1： 上菜单选择结果荷载组合：添加荷载纽合一般组合:用丁査看内力变形等,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:GB5OO17-O3：点击门动生成。2： 卞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I动计算“计毎长度系数”：若勾选则按GBJ17-88附录四的公式| 动计算，否则须山设计者宜接输入计算长度系数。图7.定义计算长度系数3： 主菜脈选择设计般设计参数指定构件：分配类熨：门动：选抒类熨：全部：半梁小元被其它节点分割成几部分时.帝山程序指定构件來定义梁单元在强轴作用平而内的fl山长度.4： 上菜单选择设计-般设计参数编組构件类型：定义

9、框架梁、框架柱、支撑。选项：添加/替换：构件类型：梁：梁：框架梁:同样方法定义柱和支撐构件。5：卞菜单选择设计钢构件设计参数设计标准:设计标准:GB5OO17-O3：勾选再世抗倉：选择抗底设防烈度：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:编辑钢材规格等图9编辑钢材待性7： 主菜单选择设计钢构件设计参数编辑梁的等效弯矩系数：该系数用计算梁的整体稳定系数,可由程序计算。当有些特殊构件需宙设计者指泄时.血接输入梁的等效弯矩系数即町。154. 钢构件截面验算及设计通过设计结果对杆件截面进彳亍调滋1：上菜单选择设计钢构件截佃验算：钢构件截附验毎注：在“特征值” 排序下，“图 形结

10、果”和“详细结果” 中所显示的杆 件为本组特征 值中应力比最 大的.如果想 査看指定杆件 的结果，在排 序中选择“构 件”图io.簡构件验算在选择项勾选某个单元.再么选连接模型空间，在模熨空何町以看到被选 择的单元，点选“图形结果”以图形方式输出验算结果，点选“详细结 果”以文本文件输出详细结果.2：修改未通过验更的杆件在截面验算对话框中,选择未通过验算的截而（柱和支撑），点击“修 改”.弹出“修改钢材的材料特性和截浙”对话框.选择截面数据库及截 面形状，设玄规格限定条件（0为搜索所有规格，限定“极限验篦比”范 用，搜索合适的截面，在满足耍求的截mi中选样合适的截1亂C面号：| 6从a单使m打

11、廿HGB文件厂相同H厂相同aIg3-TB13 d0o-tw|uo-厂相同的B10|o厂相同tli。F厂相问B2|u厂相冋tfZF极隈验直比：从b 1 a jl搜索喳合截血條改钢材的材料特性和翟面注：有时放宽“极 限验算比”的 下限，可能会 搜索到令工稈 师更为满意的 截面.截而名称CHK选择| IBCOMSHXHB面积HW 344z348x0/16OK厂470. 3250. 0)20. 34400. 34800. 0146HX 390z300zl0/16OK厂470. 3970. 032C. 39000. 30000. 0136HW 300x305x15/15OKr470.4020. 0320

12、. 30000. 30500. 0135HN 50fix?0lx1l/l9OK厂470 8080 003o 5 neo0 201 00 0131HW 300x300x10/15OK厂470.4400. 0)20. 30000. 30000. 0120KW 294x302x12/12OKr470. 5130. 0)3C. 29400. 30200. 0108HW 250z255sl4/l-4OK厂470. 6220. 033C. 25000. 25500. 0105HM 340z250x9/14OKEEl470.6540. 0)30. 34000. 25000. 0102HW 250x250x9

13、/14OK470.6820. 0)3C. 25000. 25000. 0032打印全部特性從排序：15度MS面8?修改并关讯 | 关闭 | 修改S1L修改杆件面此处选择lili枳垠小的dilfllHW 250x250x9.14 （柱） HM 194x150x69 （支 撐），点击“修改”确定将要替换的截而，点击“关闭”回到“截面验 算对话框”，点击“更新”,弹出更新战面待性对话框。选择修改后的截面，点击勺更新模樂中的相关截而，并飛新进彳亍分析计算。如仍冇木通过验算的截面,则重纽步骤1、2直至所有截面均通过验算,满足强度和长细 比的要求.5. 钢结构优化设计注：1可在建模时 就进行详细的 截面划

14、分.2.截面分组 情况需由工程 师根据建筑要 求、杆件受力 情况，结构特 点尊多方面进 行考虔.显 然，杆件截面 分组越多，优 化设计带来的 收益越大.1： 上菜单选择模型材料和截曲持件截向:添加新的截啲程序提供的优化设il功能血对特征值一截ihlilLfj的，如需得到更为优化 的设计结果.需在进f亍钢结构优化设计（或位移优化设计）之帕对翌优化 的构件进行更为详细的截面分组。具体操作为添加新截面，并运用拖拉等 操作将杆件赋本例題综介考戏受力等悄况，做如卜划分：丄梁戴Mi分为阿组：15层的主梁为一组截面:6层屋顶的主梁为一组截面:柱截面分为四组:1层中间四根中柱划为一组截面:1层的边柱及角柱划为

15、一组截面:2 Y层中间四根中柱划为一组截1（11:26层的边柱及角柱划为一组截面:支撑截血分为二组：1层支撑划为一纽截山：23层支撐划为一组截面:46口支撑划为一组截面。17树形菜单a x菜单表格组工作|白工作+凶分析控制数摇+ ff结构-H特性值s B材科：i-X霰面：10I 1L5层主梁X 26层主粱X 31层中柱I 41层边柱11“ I 52&层中柱1 h H 62-6J8边柱 71层支撑I 83层支挥H g4-6支椁ItQ7 1图也杆件截面分姐2：匸菜单选择设计钢结构优化设计：进行钢构件截面优化设计SOW创祖 PPPPPPPPPPtaur”tfeijtNraSftttIHRITKfiA

16、itwmMZMES1O3I&许”砂mn仪1xKT ?44U7Wr/lle UG1 0CMhK00a0kx ：44Sirr/n xx 9 t nz2FK009a0EWl4 M WK40aW 冲W2A1WI4 UMI 0 HUdKe0a0r 2XKX4W14 vnv 9 t tor卜KV099-E WPM“4 l 4” 20miniai t rxdK00a0W l-Hil9V92 Q 6=FK009g t4ISQa*t Wc-rK0e00s/ ?nc e 创C3-”r00a0A |林M牙 USMMUMtfeU|戸疋乂够原19Gen培训系列资料删r钢厲架箔构分析及优化设计注：1. “BUILT” 为

17、使用程序自 动生成的截面 数据库，详见 帮组文件中“钢结构优 化”部分.2. D1、1）2 的 具体含义见帮 组文件.图a 优化设计釣束条件容许：杆件的容许应力比.数据库：选择型钢数据库.其中“BUILT”使用程序内置的焊接截面数据 库：“用八”便用用门“ “用户定义截面列表中定义的截而数 据席.（木例题使用“GB-YB”数抓薛）形状：同建模时输入的构件形状，也可修改截面形状.DI、D2、D3-：对截面尺寸进行限定.此处输入0,则搜索所有截面.勾选要优化的战而，或选杼所冇砂而进行优化.分析选项：输入反父计舜次数。图 14.优化设计送代次敷板厚数据：在使用“BUILT”据库时，焊接截1侨所使用的

18、钢板厚度数据库在此定义.#板厚单位:IB厚度A=10. OO&W20 0073Q 00&40 00950. 01060 0117Q 01280 01330. 014100 015110. 01&12o oi e130. 020140 0221501G0021#S15.自定义截面所使用的板厚柱截面设计:轴力和弯知X迭择满圮指定条件的构件，指定条件指轴力（必需的轴向强度）和弯矩（必需的抗弯强度）产生的组合应力（强度）在容许应力比范国内（在容许（图13）中设置 的容许强度比）。仅令轴力：选择满足指定条件的构件，指定条件指轴力（必需的轴向强度）在容许应力比范I料内.考虑柱轴向变形的影响可以只对轴力进行

19、优化。因为卄选择按弯矩优化，由r高层建筑各柱的弹性压缩量不同,与柱相连的梁构件会冈柱弹性 压缩引起附加弯矩.葩之柱端也会产生附加弯矩.将会出现越是匕部柱构件其截而越大的现彖.为了施正确反映乞柱的弹性压缩就的准界，选择按 轴力优化的方法，使乞柱的弾性压缩虽趙丁郴等施加的轴力和弯矩：选择轴力组介柱连接方法：选择外缘尺寸。图 16.柱优化设计的两条限定条件用户定义截面列表：当截而數据库选择“用户”时,在此定义用八数据 库，体格式详见帮助文件。按WWW，进行优化设计3：钢结构优化设计结果输出：可以通过文本格式及图形格式來査看杆件应力、杆件匝虽、结构整体車 童等数据在优化设计过程中的变化惜况及最后结果.

20、23注:优化设计是以 满足设计强度 为标准进行 的，所以在优 化设计之后应 该对优化后的 结果进行使用性能验算。包括绕度、风荷 載和地震作用 下的水平位 移、层间位移 验算等.具体 方法在其他技 术文档已有讲解，本文不在赘述.tl MMae 1 | Tiet 2 | Ti 3 | Tibb 4 | Ti 3 | 61 Tib T rTiSHTlLPPFFPFPPPP11 VBeM4i4 nXI1FU ooe an0oe WO0 IUM 0仍0 on “o euKV 29ta25Cs9/!4oo F3106X O20 Ml9 !MBOOe no0403 in1010 3n iTSiirswr ViiSUIooe bm0tl4 otte mia mlaxn1WootnQ WO0 M4MW 129121X 3/oo-9.- go0 WM lSldM 1/1Ulle we9 OfiW 4) *A)翻 10)負IAOL) gflK)Fmui rw Gr.nS wew .林 币宜 tTwrfnr rt f 乔”* V厂一，)MM* 乙 rw “#Gen培训系列资料删r啊厲架箔构分析及优化设计#Gen培训系列资料删r啊厲架箔构分析及优化设计S13.钢构件验算箔果平面输出#