1、 线性静力、动力问题线性静力、动力问题 非线性静力、动力问题非线性静力、动力问题 稳态、瞬态温度问题稳态、瞬态温度问题 MIDAS/Civil 土木结构专用结构分析以及优化设土木结构专用结构分析以及优化设 MIDAS/Gen 土木、建筑部门通用结构分析以及优化设计土木、建筑部门通用结构分析以及优化设计 MIDAS/FEmodeler 迅速建模以及自动生成有限元网格的软件迅速建模以及自动生成有限元网格的软件 MIDAS/BDS 建筑物专用结构分析以及优化设计建筑物专用结构分析以及优化设计 MIDAS/SDS 楼板、筏式基础的结构分析以及优化设计楼板、筏式基础的结构分析以及优化设计 MIDAS/S
2、ET 单体结构设计软件单体结构设计软件 MIDAS/ADS 剪力墙结构住宅楼的分析以及优化设计系统剪力墙结构住宅楼的分析以及优化设计系统 静力分析静力分析 屈曲分析屈曲分析 动力学分析动力学分析 非线性分析非线性分析 热传导分析热传导分析 空气动力弹性及颤振分析空气动力弹性及颤振分析 流流-固耦合分析固耦合分析 等等 线性线性/非线性静力分析非线性静力分析 模态分析模态分析 简谐响应分析简谐响应分析 频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静/动动 力接触、屈曲力接触、屈曲/失稳、失效和破坏分析等失稳、失效和破坏分析等 3D3S TSBA是分析
3、多层和高层钢筋混凝土结构的专用程序。是分析多层和高层钢筋混凝土结构的专用程序。 采用空间杆薄壁杆系模型模拟高层建筑结构的各种构件，采用空间杆薄壁杆系模型模拟高层建筑结构的各种构件， 楼板采用面内无限刚性的假定，震动分析采用空间多质点楼板采用面内无限刚性的假定，震动分析采用空间多质点 串模型。串模型。 TAT不但可以计算钢筋混凝土，而且针对高层钢结构特不但可以计算钢筋混凝土，而且针对高层钢结构特 点，对水平支撑、垂直支撑、斜柱以及节点域的剪切变形点，对水平支撑、垂直支撑、斜柱以及节点域的剪切变形 等均作了考虑。可以直接进行动力时程分析和几何非线性等均作了考虑。可以直接进行动力时程分析和几何非线性
4、 分析。分析。 ETABS程序是高层建筑结构空间计算的专用程序，是在程序是高层建筑结构空间计算的专用程序，是在 TABS程序的基础上，增加了求解空间框架和剪力墙的功程序的基础上，增加了求解空间框架和剪力墙的功 能，能在静载和地震荷载作用下对高层建筑做弹性计算的能，能在静载和地震荷载作用下对高层建筑做弹性计算的 程序。但是有明显的缺陷，比如没有考虑程序。但是有明显的缺陷，比如没有考虑P效应，也效应，也 不能将计算结构的总反应量的输出，但是这些缺陷在不能将计算结构的总反应量的输出，但是这些缺陷在 ETABS的微机版的微机版SuperETABS上得以改进。上得以改进。 工程名工程概况设计单位程序 兰
5、州国贸中心 地下3层地上40层的主塔楼和地下一 层半，地上九层半的群房组成。上部 结构是三十二层的钢筋混凝土核心筒 外框架结构体系，总高度109.8m 兰州铁道 学院土木 建筑学院 NLDYA 陕西信息大厦 52层，地下1层，总高度189.4m，大 厦总面积为96800米2。 8度抗震，近 震，III类场地。钢筋混凝土组合筒体 结构。核心筒、角筒为钢混结构，外 筒为型钢混凝土结构。 中国建筑 西北建筑 研究院 CANNY99 大连新世纪大 厦 地上39层，总建筑面积5.96万m2，框 筒组合结构。 清华大学 土木工程 系 TAT 中国国家大剧 院 建筑面积为149520m2，主体结构为钢 筋混
6、凝土剪力墙为主，局部辅以钢管 混凝土柱和预应力梁组成的框架结构 北京市建 筑设计院 ANSYS 大连远洋大厦 51层，地下4层，总高200.80m，大厦A座建筑 面积74048m2，6层以下为钢骨混凝土柱与钢 筋混凝土梁组成的外框架，内筒为钢砼剪力墙 。第75l层为钢结构外框、钢砼剪力墙核心 筒。第7层为过渡层。 大连建筑设计 研究院冶金部 建筑研究总院 设计 NBFA 武汉国际贸易中心 50层，地下2层，高192.6m，主体为钢筋混凝 土筒中筒结构。 武汉市建筑设 计院；清华结 构工程研究所 NTAMS 中国金融大厦 42层，地下2层。主体结构高138m，钢筋混凝 土框筒结构。第20、35、
7、36层为刚性层。7度 抗震，IV类场地。 上海第九设计 院 ADINA 厦门武夷花园大厦 29层，地下1层，高度94米，裙房3层，总建筑 面积26000m2。采用钢筋混凝土框剪结构型式 ，中心为落地核心筒，四周有落地剪力墙。7 度抗震，I类场地。 福建省建筑设 计院设计 TBSA 吉林市建业大厦 28层，地下1层，高度100.2m， (包括旋转厅) ，建筑面积15862m2，框架剪力墙结构体系， 7度近震区，II类场地土。 吉林市建筑设 计院 EPDA 广州天王中心大厦 46层，地下4层，结构总高179.25m。主结构 为钢筋混凝土巨型框架，次结构为框架结构。 巨梁设于地下2层、地上8层、21
8、层、34层。 广东省建筑设 计院 NTAMS 兰州基隆大厦 写字楼24层，出屋面小塔楼2层，主体高 82.6m；商住楼地上21层，出屋面小塔楼2层 ，主体高69.0m。总建筑面积44436m2。写字 楼和商住楼下部由5层商场将两高层连成一体 甘肃省建筑设 计研究院 TBDYN A 工程概况： 武汉国际证券大厦是武汉香利房地产开发公司投资开发 的超高层钢结构综合建筑, 为武汉第一高楼, 是华中地区首 家钢结构大楼, 也是武汉的标志性建筑。 结构主体高度为281.3 m, 建筑顶部设置50 m 高的通讯 天线, 建筑最大高度为331.3 m。结构地下3层, 地上68 层, 高宽比为5.9。建筑面积
9、12 万平方米 建筑平面图 建筑剖面图 工程特点： 本工程原设计为48 层的钢筋混凝土筒中筒结构,混凝土 结构施工至第7 层时, 按业主要求, 调整为68 层的框架- 支 撑钢结构, 为满足高层钢结构设计原则, 对已经施工的混凝 土结构进行过渡处理, 8 层到12 层为过渡区域。12 层以上 为钢结构部分, 采用外框钢管混凝土柱, 内筒钢柱- 中心支 撑和偏心支撑体系, 楼板为压型钢板组合楼盖。 建筑的140 层为办公楼( 首层层高为10.8 m,标准层高 3.6 m) , 4167 层为酒店( 标准层高3.2 m) ,68 层为观光 层。在25、43、65 层设有水平加强层。 截面尺寸 抗震
10、设防烈度: 7 度。建筑抗震设防类别: 丙类。结构 安全等级一级。类场地; 场地土类型: 中软场地土。计算 假定如下: (1) 材料模型取理想弹塑性模型; (2) 考虑到地下室为箱型结构, 刚度大, 地基的嵌固作用也 较强, 所以视基础底面和三层地下室的周边为完全嵌固; (3) 钢管混凝土和钢骨混凝土按照刚度等效原则进行折算; (4) 加强层上下楼面按弹性楼板、薄壳单元来考虑, 其他简 化为平面内无限刚性。 单元选择 ANSYS 有限元建模采用beam4 单元( 梁柱) 、shell43 ( 楼板) 和mass21 ( 质量块) 模型规模 71294 个单元, 48741 个节点。 计算方法：
11、 (1)振型分解反应谱法 中国地震局地震研究所对武汉国际证券大厦建筑场地提供设 计反应谱, 阻尼比= 0.02 (2)时程分析方法 7 度抗震，根据场地条件, 分 别就El-Centro波, Taft 波和两条人 工波拟合地震波( 中国地震动研究 所提供) 进行单向输入计算。采用ANSYS 软件的瞬态结构分析 技术, 根据计算速度和对计算机硬件的需求, 取迭代求解方式为 PCG 方式。 结构底部剪力计算结果： SATWE 的计算结果, X 与Y 方向均以规范要求的最小剪重比 1.2% 为控制要求, 结构的基底剪力为20640.60 kN, 与ANSYS 比较, 计算结果吻合良好。 振型分解反应
12、谱法得出的结构在单向地震作用下的层间位移 ( 1) 结构的X 方向底部剪力和Y 方向底部剪力数值相差小, 表明结构 在两个水平主轴方向的刚度大致相同, 其相应的地震作用计算结果也 大致接近。 ( 2) 结构的基底剪力系数值在结构的正常范围内, 结构设计合理。 ( 3) 一维和二维地震作用下的计算结果相差42%, 而二维和三维地震 的结果相差9% , 可见竖向地震对结构的作用较小。 ( 4) 结构在7 度地震作用下, 最大层间位移为1/611, 侧向刚度满足抗 震规范的要求; ( 5) 在水平加强层的位置 , 结构刚度大, 水平位移明显减小; ( 6) 结构的下部7 层为钢筋混凝土筒中筒结构,除
13、首层层高大, 侧向位 移较大外, 结构呈现弯曲变形特性, 随着高度增大, 剪切变形成分加大; ( 7) 38 39 层区域, 是办公楼向酒店的过渡区域, 为结构的薄弱区, 该 位置层间位移角达到最大值。 计算El-Centor 波得到的基底剪力为9804.5 kN,是反应谱方法 得到的数值的一半, 结构安全, 由其他地震波可以计算得到相同 的结论。 弹性时程分析时, 在不同的地震波作用下, 楼层水平位移的包 络图响应曲线如下页图。 楼层水平加速度放大系数曲线 X 向地震波作用下时程分析结果 Y 向地震波作用下时程分析结果 (1) 结构的时程分析可以得到结构随着时间变化的楼层位移曲线。结 构在单
14、向地震波作用下的表现反映出地震波的随机性, 统计规律表明 X 方向的侧向位移要大于Y 方向的侧向位移。 ( 2)时程计算在整体特征方面, 与振型分解反应谱法接近, 且揭示了振 型分解反应谱法无法反映的局部地震反应特征, 如局部反应力的异常, 结构顶层的反应增大, 鞭梢作用明显。 ( 3) 在8 15 层的位置, 结构的加速度达到峰值, 这个位置是混凝土结 构和钢结构的过渡区域, 是结构的薄弱环节, 该位置需要采取构造措 施进行特别处理。 ( 4)使所采用的加速度时程曲线, 其加速度峰值相同, 但每条地震波均 有其特性的频谱, 按不同波形计算出的结构地震反应存在较大的差别, 应取多条地震波计算结
15、构的平均值。 (1)有限元软件ANSYS 可以用于超高层钢结构建筑的抗震性能分析, 相对于专业软件而言, 假设少, 适于科研, 为大型复杂结构的全面分析 提供了高效、可靠的计算平台。 (2)从结构的动力特性可以得到, 扭转效应对结构的影响不明显, 抗扭 刚度满足要求; 竖向振型表现不明显。 (3)振型分解反应谱法计算超高层建筑时, 需要考虑高阶振型的影响, 选择合适数量的振型。多维地震作用对结构的基底剪力及水平位移 都有较大的影响, 对于超高层钢结构, 为全面把握结构的抗震性 能, 考虑地震的多维作用效应是非常必要的。 (4) 时程分析方法可以观测结构地震响应的全过程曲线, 是反应谱方 法的有效补充。结构在不同地震波下响应差异较大, 对地震波的选取 以及选取的数量都必须予以重视。
