结构分析计算

结构分析计算（精选十篇）

结构分析计算 篇1

1 计算软件比较

Midas是韩国进军中国市场的结构分析软件,包括Midas/Civil,Midas/GEN,Midas/GTS等版本。Midas/Civil可以作为很好的桥梁结构计算分析专业软件,有很好的前处理和后处理功能,能够输出桥梁结构的弯矩、剪力、应力等内力数据图表结果,方便广大用户使用。SAP2000也是很好的结构分析软件,有着较强的前处理和后处理功能,同样能够输出结构的弯矩、剪力、应力等内力数据图表结果[2]。ANSYS是国内外公认的权威的有限元通用软件,功能强大,计算结果精度高,有着很好的APDL编程功能,方便用户输入运行[3]。

1.1 Midas与SAP2000

Midas运用起来较为流畅方便,运算也比较快速简捷。其中的各项表格功能,可以与Excel表格直接进行数据交换,操作编辑方便,可相当程度地替代命令流编程功能。

SAP2000虽然操作起来也很快捷简单,但比起Midas来稍微慢一些;而其运算速度也非常快速简捷,通常运算一座简单的梁桥只要几秒钟。SAP2000也有表格编辑功能,但比Midas操作的方便性弱一些。

Midas几乎拥有SAP2000的全部功能,还在不断地完善和进化。较高版本的Midas不仅有中国规范,还可兼容低版本的SAP2000文件,而SAP2000中无此功能,其规范要与中国规范正确对接才行。Midas中对于车道的定义较为方便,而SAP2000相对比较繁琐。

另外,Midas还具备截面特性计算,分网建模,面荷载分配等许多附加功能,大大方便了广大用户的使用。其中的桥梁截面类型功能比SAP2000的要好很多,几乎可以输进各种各样的截面形式。SAP2000的桥梁截面形式相对较少,许多具体实际中的桥梁截面要进行截面特性的等效换算才可正确输入。Midas桥梁建模助手中的许多现成的桥梁模型,门类也比SAP2000的更加齐全完美。

1.2 Midas与ANSYS

ANSYS的菜单操作不太灵便,但其APDL命令流方式编程输入运行非常方便快速,只是占用的内存空间和运算量很大,运算速度相对较慢。运用ANSYS应该熟悉编程操作,如果能够熟悉操练Fortran等计算机语言和Matlab等数学程序,学习操作ANSYS相对简单方便。

较低版本的Midas,计算精度也许有些误差,截面特性对于扭矩的计算有误。而高版本的Midas,计算精度甚至可以和ANSYS互相媲美。ANSYS计算精度高,可以校验结果正确与否。其计算功能之强大涉及到土木工程的方方面面,Midas则相对比较专业。

Midas中的三维实体建模功能较弱,ANSYS实体建模功能强大,可以创建复杂的实体模型,进行复杂的计算分析。Midas也有MCT命令流编程功能,但比起ANSYS的APDL编程功能要弱一些,也较难掌握。

ANSYS可以对结构元素、荷载工况等分门别类,定义成不同的组,Midas中也可以,都非常方便。

1.3 小结

总的来说,SAP2000和ANSYS是国外成熟的结构分析软件。SAP2000较为简单,可以作为计算软件学习入门的工具,既适合于桥梁结构分析,也适合于其他类型的结构分析,脱胎于SAP2000的ETABS更适合于中国用户的使用。

ANSYS的运用范围广泛,既可以分析复杂庞大的结构模型,也可以进行结构的细部分析,只是操作运算有点难度。

Midas功能越来越齐全,而且还在不断地改进和完善。Midas/Civil可以作为桥梁结构计算分析的专业软件,使用非常方便。

2 运用多种软件分析桥梁

2.1 桥梁简介

后海大桥位于深圳市西部通道后海湾填海区沙河西路。长236 m,五跨连续钢箱梁,梁高2.31 m。桥面双幅对称,每幅单向三车道,按城—A级荷载设计,人群3.5 kN/m2。为验算其承载能力是否符合要求,广州广大工程检测咨询有限公司承担了该项桥梁检测项目[4],桥梁立面图见图1。

2.2 承载能力和工况加载分析

1)模型建立。

取单幅桥跨进行计算分析,设置DXF图层,以米为单位,在CAD中画好梁单元网格,图层输出也以米为单位。图形文件另存为DXF文件。

打开Midas窗口,设置基本单位为N和m。从CAD中导入DXF文件,选择DXF图层即可导入梁单元网格,空间梁格单元计算模型基本建成。共计833个节点,1 540个单元。如图2所示。

2)定义截面特性和材料。

CAD中只要将画好的截面定义成面域,即可进行简单的截面特性查询。但为求准确和详尽起见,可用Midas截面特性计算器进行查询。若仍担心计算有误,可用ANSYS建立截面模型进行验证。

同前面的步骤相似,先在CAD中画好截面,导入Midas截面特性计算器中进行计算,即可查询截面特性。打开文本文件,编写APDL命令流,复制粘贴到ANSYS命令窗口,即可用ANSYS验证截面特性。

可得,Midas中的Area=0.278 354,Ixx=0.256 639,Iyy=0.397 955,Ixy=0.002 362;ANSYS中的Area=0.277 074,Iyy=0.255 648,Izz=0.397 047,Iyz=0.002 358。由此可见两者计算结果非常相近,Midas的计算精度准确可靠。

用ANSYS命令流方式输入运行计算截面特性时,需要知道关键点的坐标位置。可先将截面导入Midas窗口,再用列表查询节点的坐标数据即为关键点的坐标位置。从MCT文件中还可以获得单元的连接方式和顺序,方便APDL编程。

材料的定义选取中国规范混凝土的一个标号即可。

3)定义车道和荷载工况。

Midas中的车道和荷载工况定义比较简单,荷载可用Excel进行编辑。先将Midas中的荷载列表复制到Excel中进行编辑,再复制粘贴回列表中,即可实现快速更改。

4)运行分析。

定义好计算分析类型后,即可运行分析。Midas中的后处理,可简单的实现荷载组合。该桥在城—A级和人群荷载组合作用下,单片主梁的跨中截面最大正弯矩为(3.82E+06)N·m;支点截面处最大负弯矩为(-3.69E+06)N·m,剪力为(8.49E+05)N。采用汽车对各跨和支点进行加载,加载效率达到90%以上。计算一阶自振频率为3.22 Hz。

2.3 测试结果与计算值对比

见表1和表2,实验实测结果和理论计算的比值基本在0.75以上,实测与计算比较接近,效果理想,满足规范《大跨径混凝土桥梁的试验方法》(试行)的要求。由于忽略铺装层等因素的影响,实测一阶自振频率为6.51 Hz,大于计算值。该桥实际刚度较大,振动响应较小,行车性能正常。

2.4 小结

从上面的简单实例可知,综合运用了多种计算软件(包括辅助工具)对桥梁进行计算分析,方便而快速简捷,使得实际工程项目得以顺利完成。

若能运用2种～3种计算软件,外加一些辅助工具,便可快速简捷地将桥梁结构的承载能力计算好,满足一般工程的精度要求,解决实际问题。

以上实例可以用SAP2000进行对比分析,但SAP2000的截面特性需要等效换算,而荷载工况诸如车道、扭矩等的添加存在一些小问题,故不再另外建模分析。复杂的模型可用ANSYS进行分析。

3 结语

运用各种计算软件计算分析桥梁或其他结构,取决于对该软件操作的熟练程度和对计算理论的掌握程度。操作越熟练,计算理论掌握得越透彻,越能考虑到方方面面的细节,抓住主要因素,忽略次要因素。

综合运用多种软件计算分析桥梁,融合各家之长,当能省时省力,快速有效地进行桥梁分析,解决实际工程中的计算问题。

参考文献

[1]罗淮安,康琦.桥梁结构CAD系统的历史及未来[J].山西建筑,2007,33(9):365-367.

[2]张洪俊.SAP2000桥梁结构分析应用方法与实例[M].北京:人民交通出版社,2005.

[3]郝文化.ANSYS土木工程运用实例[M].北京:中国水利水电出版社,2005.

钢结构人行天桥计算综合分析 篇2

用2个具有代表性的工程实例,对比分析了钢结构天桥不同的计算模式及其特点,同时对钢结构天桥配套的梯道、坡道进行了详细分析,得出了相关结论和建议.

作 者：兰辉萍 龙俊贤 蔡国记 Lan Huiping Long Junxian Cai Guoji  作者单位：兰辉萍,Lan Huiping(上海市政工程设计研究总院浙江分院,浙江,杭州,310004)

龙俊贤,Long Junxian(中铁二院武汉勘察设计研究院有限责任公司)

结构分析计算 篇3

底部结构设计中存在的问题

近来，笔者发现接触到的大部分自锁底纸箱在设计中都存在一个现象，即自锁底纸箱成型时会出现强行压挤纸箱箱体，造成纸箱箱体出现多余压线的现象。这不仅会影响纸箱的整体外观，而且会造成纸箱空箱抗压强度的衰减。

图1为FEFCO0700箱型自锁底纸箱结构图。纸箱底部结构处有几个角度值，其中∠AOC和∠AOD为45°，∠AOB和∠AOB’为10°，其中∠AOB和∠AOB’的角度值是常见的自锁底纸箱底部结构设计角度。结构图可以通过软件模拟出箱底部结构折叠成型的主要步骤，如图2～图5所示。

依据图1可以发现，尤其在图4与图5中的红蓝线所框部分，三角形红色线框部分已超出纸箱的箱体，形成了不应出现的纸板干涉现象。这种情况的出现表示自锁底纸箱在成型过程中纸板会伸出纸箱箱体外侧，而反应在实际情况中则是红色三角形线框部分会直接挤压箱体内部。

底部结构角度尺寸计算分析

通过上述分析可以看出，自锁底纸箱底部结构角度尺寸的设计应该更加严谨，以避免纸板干涉及纸板挤压箱体。下面，笔者从几何数学的角度来论证合理可行的自锁底纸箱底部结构角度尺寸。

使用软件模拟自锁底纸箱的折叠过程，而非实际产品折叠，因为实际折叠中发生的干涉部分，在软件模拟折叠过程中，纸板不会发生干涉弯曲，而是自然伸展状态。所以，利用软件模拟只能用以研究推算。

首先，假定自锁底纸箱底部正常自锁，箱底成型后的角度视图如图6所示。

其次，集中观察自锁底纸箱局部相邻两边纸板的不同角度折叠示意图，图7为纸箱仅折叠相邻两边，图8为纸箱折叠局部视图，图9为从顶面看折叠角度。其中，图9中黄色部分为未折叠展平状态，绿色部分为折叠过程中的箱底结构。

然后，将图9的视图效果定格在其底部结构的顶视图上，如图10所示，同时对相应的箱底进行几何线定义，并简化为图11。

接下来开始进行几何数学推演：

（1）定义简化图11中的结构形式为正方形，其边长为L，L为已知常数。

（2）投影面decg是底面dfjg沿着边cd往上折形成的，同时∠fdg也同步折成∠edg，在底面dfjg形成垂直投影。边dg不动，边fd移动成为边ed。

（3）三角形△cdg与三角形△cde分别是三角形△jdf与三角形△jdg往上折后的投影三角形。

（4）边de与边ce是边df与边fj旋转折叠后在面dfje上的投影，∠dfj为90°，则∠dec为90°，而∠dgc为90°，边dg=边de=L，共斜边dc；所以三角形△cdg与三角形△cde是完全相等的，三角形△cda与三角形△cdg又完全相等，所以三角形△cda与三角形△cde完全相等，可得到边ab与边eb相等。

之后推演计算公式：

（1）边长ab为纸板超出纸箱端面部分，需要去除，否则会形成纸板与箱体间的干涉，纸箱不能正常成型。

（2）设定边长ab=x，边长ad=y，边长bd=H，边长fd=dg=L。

（3）那么三角形△bad为直角三角形，其边长ed=边长dg=L。

由此可得：

x2+y2=H2 （公式1）

H=L-x （公式2）

（4）将公式2代入公式1可得：

x2+y2=（L-x）2→y2=L2-2Lx （公式3）

（5）当纸箱折叠平放时，公式3中y=0，那么x（x=L/2）为最大值，如果去掉L/2的距离，则可避免纸箱折叠过程出现干涉现象，如图12所示。

（6）进一步计算“L/2”，推算出自锁底纸箱底部结构角度约为26.7°，如图13所示。

案例验证

笔者又对两个不同角度的FEFCO0700箱型进行了实样成型验证。其中，样品A采用图13结构图制作而成，样品B采用图1结构图制作而成。图14为样品折叠过程对比图，图15为样品折叠成型后对比图。

从图14和图15中红色圆圈所指区域可明显看出，采用原结构图纸（图1）制成的样品B明显会出现纸板与箱体折叠干涉后的挤压压痕线；而样品A整个箱体都比较挺括，无任何额外压痕线。

事实证明将自锁底纸箱底部结构角度调整到26.7°，可有效避免纸板出现干涉现象。因此，应合理计算自锁底纸箱底部结构角度，不要一味沿用较小角度的结构设计，从而保证自锁底纸箱良好的外观及使用性能。

深基坑工程支撑结构计算分析 篇4

1 基坑工程计算方法简述

一般基坑支护结构均简化为受侧向土压力作用的受力结构, 根据多年的技术发展, 主要的基坑结构计算方法大致可以归纳为以下3种类型[5]。

1.1 经典方法

利用经典的理论土压力方法将围护结构简化为受侧向荷载的梁系。这种方法非常简单, 可以手算估测, 但是并不能分析结构位移, 也不能考虑施工对工程的影响。

1.2 弹性地基梁法

将水平支撑看成一个弹性支点, 侧边土体看成连续分布的土弹簧, 土压力计算则采用经典的土压力理论。

1.3 有限元法

把土和围护划分成单元, 确定边界条件, 土体根据其特性选用相应的本构模型模拟。早期二维模型较多, 为满足变形的空间效应, 三维模拟也很快发展起来。因为能由程序设定考虑工况和施工步骤, 倍受新学者青睐。但实际工作中由于本构模型参数不易确定, 程序本身较为复杂对模拟人员要求很高, 而且根据各方实践经验, 很多分析依然太过于理想, 与现实差距较大, 因此该方法并未在工程实践中得到普遍应用。而随着软件的发展和理论的充实, 越来越多的复杂工程必须依赖有限元计算, 有限元法必将成为以后工程设计分析的主流。

2 工程概况

拟建场地现为绿化地, 地势平坦。基坑东侧、南侧为高层居民住宅区, 桩基础、一层地下室, 基坑北侧、西侧为市政道路, 人行道与道路下埋设有雨水管道、给水管道、通讯管道、污水管道、电力管道。地下室外边线离东侧、南侧居民楼约6 m, 离北侧、西侧道路仅2 m~3 m, 场地用地条件非常紧张。

拟建安置房为一幢8层三产配套用房, 框架结构, 设2层地下室, 工程桩采用灌注桩。工程的北面和西面是城市交通干道, 东面和南面是已有小区住宅楼。

场地地表15 m深度范围内为透水性强的砂质粉土和粉砂, 深部为透水性差的淤泥质粉质粘土。本项目场地用地条件非常紧张, 紧邻民居和道路, 无放坡空间。综合考虑:采用钻孔灌注桩+一道钢筋混凝土支撑的支护方式, 坑外采用三轴搅拌桩止水, 同时坑外采用自流深井将坑外水位降低至地表以下4 m (勘察期间的地下水位) 。

地形、地下水条件为:拟建场地位于钱江南岸冲—海积平原, 上部以砂质粉土和粉砂为主。拟建场地表面为绿化地, 上部为填土层铺垫, 场地平坦, 地面高程6.6~6.9。孔隙潜水赋存于上部砂质粉土及粉砂层中, 地下水受大气降水及地表水补给, 地下水位受季节性及气候影响变化很大, 常年水位约为1.00 m~1.20 m, 雨季时可达地表, 受场地地势及邻近场地井点降水施工影响, 勘察期间测得地下水位埋深3.70 m~4.00 m。

要减少基坑对周边的影响水平支撑就显得相当重要, 本项目就对基坑支撑的各项数据进行了模拟分析, 水平支撑具体做法如下:如图1所示:冠梁截面尺寸1 000×700 (高) 、围檩截面尺寸1 000×800 (高) 、主支撑截面尺寸800×800 (高) 、次支撑截面尺寸600×800 (高) 。配筋见图2, 支撑混凝土强度等级均为C30;主筋为HRB400;钢立柱不在支撑范围内时须加挑梁或加大支撑节点捣角宽度, 挑梁做法同主支撑;未注明钢筋锚固长度均为35d;保护层厚度20 mm。

3 ANSYS计算分析

本论文仅根据设计分析支撑的受力及位移, 采用国际通用的商业有限元软件ANSYS建立支撑体系的空间分析模型。支撑受力计算模型见图3。

输入支撑结构的各项尺寸和材料数据, 根据剖面计算结果, 作用在冠梁的荷载强度为q=250 k N/m, 支撑变形和受力计算结果如下。

由图3分析得:支撑最大变形为16 mm, 位于基坑东南面的围檩中间。

如图4所示:冠梁支座处最大弯矩计算值2 190 k N·m, 跨中最大弯矩计算值1 800 k N·m。按跨中弯矩控制配筋, 围檩截面尺寸1 000 mm×800 mm, 对称配筋, 单侧需配12Ф25, 实配12Ф25。如图5所示:支撑最大轴力计算值为3 770 k N, 主撑截面800 mm×800 mm, 抗力为9 100 k N>3 770 k N。如图6所示:支撑自重最大弯矩计算值335 k N·m。支撑截面尺寸800 mm×800 mm, 对称配筋, 单侧需配4Ф22, 实配7Ф22。

4 结语

基坑支护技术涉及因素很多, 针对建筑基坑支护的问题, 本文简单介绍了常用的计算方法, 然后结合工程实际案例, 利用ANSYS有限元分析软件对支护结构的支撑部分进行分析, 计算出相应的受力情况、位移和弯矩等信息。在之后的工作中需要获取该工程施工过程中的相关信息, 用以验证有限元分析的科学性, 为今后的支护方案分析提供依据。

摘要：简述了几种基坑工程的计算方法, 结合实际工程案例, 利用ANSYS有限元分析软件, 对深基坑支护结构的支撑部分进行了分析计算, 为基坑工程的建设提供了越来越科学的计算依据。

关键词：基坑工程,支撑,计算,受力

参考文献

[1]刘建航, 侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997:1-5.

[2]徐希萍.深基坑支护技术的现状与发展趋势[J].福建建筑, 2008, 116 (2) :34-36.

[3]龚晓南, 高有潮.基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1998:3-11.

[4]高文华, 杨林德.软土深基坑围护结构变形的三维有限元分析[J].工程力学, 2000 (2) :124-140.

[5]杨光华.深基坑支护结构的实用计算方法及其应用[J].岩土力学, 2004, 25 (12) :1885-1896.

结构分析计算 篇5

一、课程介绍

“计算机系统结构”是综合计算机硬件,软件最新技术以提高计算机总体性能的重要学科，本课程的目的是使学生掌握计算机系统结构和组成的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法，了解以及掌握现代计算机系统结构的重要进展和今后的发展趋向。从而使学生能在一个更高的层面上从事今后的计算机专业工作。

二、课程分析

实际应用对计算机系统越来越高的要求（更快的计算能力、更大的存储容量以及更高的输入、输出吞吐能力），集成电路技术的迅速发展以及计算机软件技术的发展，加快了计算机系统结构的演变进程。新的系统结构技术不断涌现，内容更新很快，并且很快被应用到新的计算机产品中去。计算机系统结构发展的这一特征，使得对“计算机系统结构”这门课程的教学变得相当困难。作为一门专业基础课程，一方面要反映本领域基础性、普遍性的知识，保持内容的相对稳定性。另一方面，又需要跟踪科技的发展，及时地调整和更新内容。通过课程建设，可以把一些新的内容不断地充实到新的教案中，使学生学到的知识既具有科学性，又具有先进性。如已将微处理机中得到广泛应用的超标量、超流水线及超标量超流水线结合的系统结构，并行处理及其互连网络技术都陆续充实到了新的教案中。而为了使教案在增加了新的内容后不致增加课时，还要精简原有的内容，或通过采用一些现代化的教学手段在保证教学大纲的基础上来压缩课时。

通过本课程建设的实施，能将学生在校学习内容与行业最新发展技术结合起来。并充分调动学生的能动性，使学生在建立自身的知识和能力结构时更具有主动性。

本课程建设的完成，力求在内容上能及时反映当前最新发展水平的计算机系统结构，因而在取材上力求先进。考虑到RISC技术已成为指令系统设计风格的主流，因此今后将重点叙述RISC技术的计算机系统结构。

三、课程设计及一些建议

计算机系统结构是目前计算机专业本科学生必修的一门专业课，为了能让学生更好的理解和掌握课程内容，首先要对教学计划作一些改动。因为本门课程需要《计算机基础》、《计算机组成原理》、《汇编语言程序设计》等前驱课程作为基础，所以要在学生对以上前驱课程学习和掌握的基础上才能更好的学习和掌握。

从现在学生掌握的情况看也反映出一些问题，由于现在是一门选修课，所以从重视程序和学习态度上都有所放松，一些基本的思想和原理都没有很的掌握。

结构分析计算 篇6

【关键词】重庆马戏城；多层栅顶；有限元；受力分析；稳定性；模态特性

文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2015.10.011

Calculation and Analysis of the Multi Gate Top Steel Structure in Chongqing International Circus

YAO Guo-yang

（Zhejiang Dafeng Industry Co.， Ltd. （Hangzhou） Stage Design Institute， Hangzhou Zhejiang 310000， China）

【Abstract】Finite element analysis program Nx-ideas UGS is used to analyze the deformation， stress， support force and stability of multi - layer grid roof steel structure. At the same time， the dynamic characteristics of steel structure， vibration mode and vibration control are analyzed.

【Key Words】Chongqing circus； multi grid； finite element； stress analysis； stability； modal characteristics

1 概述

重庆国际马戏城是重庆市的十大公益项目之一，又是重庆市“两江四岸”的一个地标，其主体为直径90 m 的球形建筑，采用双层壳体结构。相对于一般剧场，马戏城内部舞台机械较为复杂，除了常规马道，舞台区上方还需设置与表演区和观众区大小相同的多层栅顶，以及表演需要的多处飞行器设备。

为满足杂技、马术、魔术等现场表演的各种要求，重庆国际马戏城舞台演出及马戏表演的支撑钢平台——多层栅顶（包括圆弧形马道）钢结构设计应运而生，成为舞台设计中的重要组成部分。多层栅顶跨度较大，栅顶各层需承受各种舞台设备（包括飞行器）的自重及活动载荷。因此，栅顶钢结构整体变形、最大应力、稳定性以及振型分析是否满足要求，多层栅顶与建筑屋顶、周边建筑支反力是否满足建筑要求等一系列问题，都需要一一解决。笔者通过对有限元分析方法进行多层栅顶变形、应力状况、稳定性以及模态分析，以求优化钢结构强度、刚度及稳定性，从而提高剧场中多层栅顶的安全性和使用寿命。其中所采用的有限元分析软件UGS Nx-ideas由simens Plm software 软件开发，是集CAD/CAE/CAM于一体的生命周期管理软件。设计后的舞台钢结构模型如图1所示。

2 有限元分析计算

2.1 结构简介及说明

重庆国际马戏城栅顶钢结构共有5层，分别为最上层（标高+29.00），第二层（标高+26.25），第三层（标高+24.00），第四层（马道层标高+21.80），第五层（马道层标高+18.00）。标高+29.00、标高+24.00和标高+18.00（局部） 通过拉杆分别与建筑屋顶的钢桁架连接，各层之间也通过拉杆进行相互连接，标高+21.80和标高+18.00的四周与建筑结构连接。文中的计算不包括与建筑桁架的连接拉杆，主要对多层栅顶钢结构进行分析计算，其结构如图2所示。

2.2 CAE计算标准选用

计算中涉及的相关标准如下：

（1）GB50017-2003 钢结构设计规范；

（2）GB3811-2008 起重机设计规范 ；

（3）GB50011-2010 建筑抗震设计规范；

（4）欧洲起重机械设计规范（FEM） 1987年第三版 1998年修订版。

2.3 材料及关键构件截面

舞台结构体系主要材料的性能如表1、表2所示。钢结构主要构件的截面如表3所示。

2.4 计算方法

重庆国际马戏城多层栅顶钢结构计算选用许用应力法（permissible stress design method）。

2.5 载荷取值及组合工况

2.5.1 计算载荷

计算载荷的各项目名称及内容见表4。

2.5.2 计算工况

本次计算主要对舞台多层栅顶钢结构进行计算分析，计算中主要考虑表5中的载荷工况组合。比较两种工况，取最恶劣工况组合（N2工况）计算。

2.5.3 约束工况

约束条件：按照多层栅顶钢结构5层分布情况，在标高+29.00及标高+24.00与建筑屋顶钢桁架连接位置结构方向自由度固定和施加反作用及力矩（其中Rx，Ry，Rz放松）；在标高+21.80及标高+18.00的马道层四周与建筑结构连接位置施加结构方向自由度固定和施加反作用力及力矩（其中Rx，Ry，Rz放松）。计算载荷及约束工况如图3、图4所示。

3 计算模型

结构模型中的桁架构件采用梁单元建模，栅顶及马道层铺设钢格栅表面采用shell单元建模，本结构均按照图纸中实际截面图建模。多层栅顶与建筑连接约束支座采用6向约束，各层之间连杆上下连接位置采用刚性连接模拟实际情况，主要考虑最恶劣的工况（N2工况）进行计算，得出合理性结论。

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在本次建模分析中，建模不考虑焊缝，计算不考虑焊缝残余应力。计算有限元模型见图5。

4 计算分析结果

4.1 位移分析结果

x、y、z三个方向的位移分析结果如图6～图8所示，最大变形为：x=1.68 mm；y=3.13 mm；z=0.94 mm。其值

4.2 应力分析结果

最大应力产生于多层栅顶最上层横梁上（第2道横梁靠近纵向马道内侧拉杆上方），其值为114 MPa< [σ]=157 MPa，满足强度要求。该工况下多层栅顶的工作应力均小于各自材料的许用应力，应力分布情况如图9所示。

4.3 稳定性校核

构件的稳定失效是一种非常危险的破坏形式，在钢结构的CAE计算时，构件本身强度虽满足设计规范要求，但稳定性未必满足要求，因此，构件稳定性校核非常必要。由图10可知，带序号的单元应力较大，故对其进行稳定性校核，见表6。

从以上计算结果可知，10号杆稳定性计算不过关，因此，要对此结构进行修改。本结构主要根据实际情况修改梁截面尺寸。计算前为槽钢18a，修改后改为槽钢20a，计算后应力结果为58.5 MPa，很显然满足稳定性要求。

4.4 模态分析

模态分析主要用来计算多层栅顶的固有频率和振型。根据振型叠加原理，一旦主要振型被激发出来，将严重影响结构的使用寿命。因此，本文对多层栅顶钢结构固有频率进行分析计算。结构频率的分析结果如图11所示，各阶频率数值如表7所示。

图12～图14是多层栅顶钢结构前3阶振型图，第一阶振型为在xy平面绕z轴摆动，第二阶振型为在yz平面绕x轴摆动，第三阶振型为在xz平面绕y轴扭转。这表明多层栅顶不仅有（x，y，z） 方向的振动，也有围绕y轴的扭转振动。

参照国内外舞台工程项目招标要求：“除非另有规定，在规定的活载条件下，构件的固有频率应大于7 Hz（如台中大都会大剧院）”。本例计算所得最低固有频率为7.74 Hz，可认为此多层栅顶平台在常规下满足安全需要。

5 结论

通过以上对多层栅顶钢结构的静力学分析、稳定性校核及模态分析，该设计结构能够满足较恶劣工况的载荷，并能够安全、可靠地承载。

多层栅顶钢结构是舞台机械台上设备安装承载的重要平台之一，其本身结构性能的优化及分析关系到舞台设备使用的安全性、可靠性、经济性，因此，对其进行的优化分析和振型研究都有积极的意义。

参考文献：

[1] 江见鲸，何放龙. 有限元法及其应用[M]. 北京：机械工业出版社，2012.

[2] 王新敏. Ansys工程结构数值分析[M]. 北京：人民交通出版社，2007.

[3] 朱慈勉，张伟平. 结构力学（第2版）[M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[4] 董达善. 起重机械金属结构[M]. 上海：上海交通大学出版社，2011.

[5] 韩庆华. 钢结构稳定性[M]. 武汉：武汉大学出版社，2014.

[6] 宋曼华. 钢结构设计与计算[M]. 北京：机械工业出版社，2003.

（编辑 薛云霞）

某高层建筑结构的计算分析 篇7

关键词：高层结构,计算分析,时程分析,构造加强

本工程为剪力墙结构,地下2层,地上24层。该工程立面不规则,平面扭转不规则。针对该结构,采用PKPM和YJK结构设计软件分别对该结构进行整体计算,并采用弹性时程分析法进行多遇荷载下的补充计算。通过计算,提高关键构件的抗震等级、采取必要的抗震构造措施,以提高关键部位和薄弱部位的抗震性能。

1 结构体系和布置

本工程为剪力墙结构,7度抗震设防,结构平面布置见图1。

本工程竖向构件收进位置收进大于25%(二层)。

2 结构计算分析

分析时,地震作用和风荷载按两个主轴方向作用,并分别在双向地震和偶然偏心下进行分析,振型数取21个。阻尼比取0.05,周期折减系数剪力墙结构取0.85,按模拟施工加荷方式三。

小震作用采用SATWE、YJK两种结构计算软件进行计算分析比较,控制整体结构处于弹性状态。相关指标按照规范要求控制。小震弹性计算,考虑抗震等级的内力调整系数,荷载取设计值,材料强度取设计值计算。

结果分析见以下内容。

2.1 小震作用下的主要计算结果

2.1.1 结构的自振周期

2.1.2结构计算结果

2.1.3 结果分析

两种程序计算下的结构周期,总重量基本接近。表示不同程序计算结果具有相似性,结构的计算结果比较可靠。

两种程序计算选取的振型数是足够的,振型的质量参与系数超过90%,振型数的选取是合适的。

两种程序计算结果均显示结构第一扭转周期和第一平动周期的比值均小于0.85,结构的抗扭刚度较好,结构布置是合适的。

本工程为剪力墙结构,两种程序计算的位移角结果均满足规范要求,说明结构的刚度合适,在小震作用下结构处于弹性状态。

通过计算分析,本工程平面扭转不规则,考虑偶然偏心下的扭转位移比大于1.2;且竖向构件收进位置收进大于25%(二层),因此需进行弹性时程分析法进行多遇荷载下的补充计算。

3 小震作用下弹性动力时程分析[1]

根据《建筑抗震设计规范》2008年版(GB50011-2001)要求,本工程弹性动力时程分析选用Art WaveRH1TG045,Tg(0.45),Art Wave-RH2TG045,Tg(0.45)两组人工地震波,TH4TG045,Tg(0.45)、ChiChi,Taiwan-05_NO_2960,Tg(0.45)、Imperial Valley-06_NO_161,Tg(0.45)、Gazli,USSR_NO_126,Tg(0.45)、TH2TG045,Tg(0.45)五组自然波。主分量峰值加速度为35cm/s2,次分量峰值加速度为29.75cm/s2,结构的阻尼比为0.05,步距0.02s,地震波的持续时间均大于结构基本周期的5倍。

3.1 主要计算结果数据比较

地震波产生基底(地上首层)剪力与CQC法基底剪力比较:

当前主方向:0.0度

当前主方向:90.0度

3.3 结果分析[2]

1)七条地震波进行时程分析结果显示,七条时程曲线计算所得结构底部剪力均大于振型分解反应谱法计算结果的65%。

2)七条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值大于振型分解反应谱法计算结果的80%。

3)通过对七条地震波进行时程分析所得底部剪力值进行分析,七条地震波的选择是合适的,振型分解反应谱法计算的地震作用大于时程分析计算结果,采用振型分解反应谱法作为结构设计依据是安全可靠的。

4)通过对楼层位移曲线和层间位移角曲线图形分析,除顶部因立面收进导致刚度急剧变小,使得位移变化较大外,其他楼层位移变化是平缓的,表明结构竖向刚度是相对均匀的。

5)时程分析所得结构层间位移角满足规范要求,表明整体结构的刚度合适。

6)从计算结果看,振型分解反应谱法的计算结果曲线基本包络七条地震选波的相应曲线。

分析结果表明,时程分析的地震波选取适合,结构的地震作用和位移满足规范要求,振型分解反应谱法计算结果作为设计依据可靠和安全。对于时程分析中的局部超出部分,进行局部的验算和加强。

4 设计对策[3]

顶部两层的地震剪力应乘以1.15的增大系数。单元分隔墙下2层上1层配筋加强,抗震等级由三级提高至二级。

在结构两端的横向剪力墙(Y向)墙体水平筋的配筋率为0.3%。

5 结语

通过对结构的整体计算分析,各项技术指标均能较好的满足结构规范要求;同时根据其结果采取必要的构造加强措施,提高结构整体的抗侧力、抗扭转性能,使得整个结构满足抗震要求。从分析的结果来看,本工程结构布置可以满足既定的抗震性能目标,结构设计方案切实可行。

参考文献

[1]杨志勇等.弹性与弹塑性动力时程分析方法中若干问题探讨[J].建筑结构学报.2009(S1)

[2]田慧婧等.青海某超限高层结构设计[J].山西建筑,2016(1)

大底盘结构设计与计算分析 篇8

关键词：大底盘结构,结构设计,结构计算

随着人们对生活水平的逐渐提高, 对于住宅配套工程的停车空间等需求原来越大, 在多栋高层建筑的底部为满足人们的需要通常会采用大底盘设计, 本文主要以具体工程为例, 结合结构特点, 分析大底盘结构设计与计算。

1 工程概述

本工程由两层地下室、裙楼和主楼组成, 属于商住两用的综合建筑, 总高度为96.6m, 总建筑面积设计为70540㎡, 地下室2层为人防地下室, 平时作为停车库, 总建筑面积为11260㎡, 地下室一层总建筑面积为11190㎡, 裙楼1~3层为商场, 4~5层为备用层, 5层以上为住宅层。本工程设计抗震防烈度等级为8度第一组, 建筑场地类别为III类。在主楼的设计中采用了筏板基础和灌注桩设计。

依照建筑的使用要求和规范要求, 主楼建筑结构采用的是现浇钢筋混凝土框架, 在平面设计中, 剪力墙设计在楼梯和电梯间, 楼盖梁采用的是宽扁梁设计。在地下室的平面设计中, 外墙采用钢筋混凝土, 停车场柱网设计为8.4m。在剪力墙的设计中, 车库楼梯、通风道等处设置了剪力墙保证高层建筑的抗震力。

2 大底盘结构计算

在本计算中采用的是SATWE软件, 考虑了逆转藕联, 整体结构的设计采用抗震分析计算, 结构的振型结构和自振周期见表1, 以扭转为主和以平动为主的第一周期相差0.82s, 设计要求符合JGJ3-1020中的规定。

每个振型的侧振成分和扭转成分之和均为1.0, 测针振型的异地周期和第二周期很接近。在常规的剪力墙结构的设计中, 自振周期一般设定为 (0.06~0.12) n, n代表建筑物的楼层数, 从表1中可以看出本工程属于一般的剪力墙结构设计。

从计算的振型图中, 可以得到以扭转为主的振型主要集中在在了前三个振型中, 这与结构平面以及机构整体刚度相关, 31层以上的机房质量和刚度最小, 顶层转角最大, 如图1所示。在裙楼高度内, 结构变形很少, 住宅的楼层越高位移逐渐加大, 说明在此设计中主楼结构的震动受到裙楼的设计影响, 在地震作用下在顶层X向出现最大位移角, 在第15层出现Y向最大位移角, 结构最大位移和位移角见表2。

在验算计算结果中, 采用了时程分析法计算弹性时程时程分析法与底部件立法最大的差别在于能够计算出每一时刻存在的地震应力。建筑物结构自振周期要比地震波的持续时间大3~4倍, 地震波的时间间隔取0.2s, 建筑物结构基本自振周期需要超过12s, 输入地震最大减速度为70cm/s2, 分析弹性时程结果, 每个计算结果都必须大于振型分解底部剪力的65%。

在桩基承载力计算中, 地下车库部分设计的人工挖孔桩直径0.9m, 桩端阻力特征值为1100k Pa, 要求桩端进图持力层至少2m, 若是取扩大头直径为2m, 依照设计要求, 单桩竖向承载力特征值为Quk=Qsk+Qpk=2746, 满足竖向承载力的要求, 桩身强度为0.65Fc A=3707, 满足要求, 式中A为桩身面积。

在地基变形验算中, 桩身刚度与地基相比认为是无限大, 桩底沉降部分包括群桩效应、桩身压缩变形等。在桩顶外荷载作用下, 桩底土的竖向应力较小, 在平面上的竖向压力为1.5D, 桩距若是大于1.5D, 群桩效应就很小, 可以不计, 在本工程中桩距全部大于1.5D, 因此在计算中不考虑群桩效应, 由于扩底桩桩长很短, 因此认为有摩擦造成的沉降很小, 不计算。桩顶沉降S=Sbl+Sc, Sb1指的是桩身的压缩变型, Sc指的是桩底土的压缩变型。计算结果见表3。

3 大底盘结构采取的措施

通过以上分析, 可以看出裙楼的刚度对于楼房的振型影响是非常大的, 尤其是底阶振型, 影响更加明显, 裙楼的设计将会直接影响主楼结构的震动, 主楼在裙楼高度范围内结构变形很小, 裙楼以上的高度结构变形就比较大。在此建筑的设计中, 由于结构整体刚度设计并不对称, 因此建筑结构会在水平向地震力的作用下出现扭转, 因此在设计中, 需要增加裙楼屋顶层屋面板的厚度, 保证地震力的传递。

针对本工程计算结果确定结构的最薄弱地方, 为提高抗震性能, 除去一些材料的质量因素之外, 在设计中采用以下措施。主楼6层以下的楼房设计, 框架柱设定了由附加纵向的芯柱, 附加截面积超过柱截面积的0.8%。主楼和裙楼的抗震等级都依照一级进行设计。在地下室的衔接中, 设沉降后浇带, 采用高标号的混凝土浇筑, 由于单桩荷载力较大, 因此在堆载中时间不能过长。针对大体积混凝土的使用, 需要保证混凝土使施工完成后大于设计强度的1.2倍。

主楼的设计核心筒 (主要是楼梯以及电梯) 、建筑1层、建筑4层所采用的楼板需要进行加厚处理, 在这里采用的是双层双向配筋, 严格控制主楼4楼以下剪力墙的轴压比, 加强31层以上的剪力墙配筋。

结语

综上所述, 本文主要以具体工程为例, 分析研究了大底盘结构设计与计算。当前的住宅建筑通常是钢筋混凝土结构体系, 因此需要正确对待超长结构的裂缝问题, 在各个独立单元的设计中需要合理布置结构形式, 为提高建筑的结构安全性和延展性, 可以设计沉降观察点等。

参考文献

[1]吴晟彦.大底盘结构设计与计算分析探讨[J].科技传播, 2011, 7 (15) :17-19.

[2]肖从真, 刘军进, 黄国辉, 等.部分弱连接大底盘塔楼偏置结构地震仿真分析及设计建议[J].建筑科学, 2013, 21 (05) :6-10.

[3]李正, 马玉虎, 马振庭, 等.某大底盘多塔框支剪力墙结构设计与分析[J].建筑结构, 2014, 4 (05) :57-61.

混凝土板-柱墙体结构计算分析 篇9

随着近年来我国房屋建设向环保、低碳、高效等方向的大步迈进,特别是针对现有新农村建设的热潮,本文所涉及的新型结构体系应运而生。该体系采用轻型钢结构作为主体,辅以工厂预制的外挂墙板、柱作为外围护结构,形成了基本的新型房屋体系。该房主体系主要适用于新型乡镇住宅需求,结构高度较低,建造方便,经济高效,未来前景广阔。

该板-柱-轻钢结构体系构造上是在钢筋混凝土地基梁上采用轻型H型钢搭建主体房屋结构,并通过密集布置的钢筋混凝土外挂柱与主体钢梁连接,连接处将混凝土挂柱两端嵌入预留的槽钢中,并采用螺栓限位。再通过挂柱挂耳与外挂墙板卡槽相扣,从而形成基本的结构体系及外围护结构。再将配套的隔音保温材料嵌入外挂柱与墙板之间,同时房屋内部分隔采用轻质隔墙,构成整体住宅房屋建筑轮廓。该体系应用及细节见图1。

2 构件分析

本文分析计算主要针对板柱轻钢结构体系的外围护结构,由挂柱、挂板、挂耳三部分组成。外挂柱、挂板及体系排布详见图2,3。

(1)挂柱:该维护体系挂柱为工字型钢筋混凝土柱,混凝土强度C30,截面尺寸100mm×100mm,详见图2,柱内配置两根直径8mm的HRB400级钢筋,在四个边角点设置四根直径5mm的CDW550级冷拔低碳钢丝;挂柱高同房屋层高,即为3m,布置间距为600mm,强轴垂直外墙立面方向。截面及材料参数见表1。

(2)挂耳:挂柱上设有挂耳,用于连接外挂板,挂耳与挂柱整体预制,材料同为C30混凝土,挂耳间距与挂板尺寸排布相配合,间距为165mm,挂耳不利截面高11mm,内置2mm直径的低碳钢丝。参数见表2。

(3)挂板:挂板为不规则矩形截面,材料为C20混凝土,截面尺寸约40mm×150mm,内设置2mm直径冷拔低碳钢丝网片,与挂柱挂耳向连接,沿挂柱高连续布置,可近似认为沿挂柱150mm间距一块。挂板长度与挂柱间距模数配合,长1 200mm。截面及材料参数见表3。

3 荷载分析

该体系主要适用于城乡住宅建筑,房屋高度普遍低矮,且作为外围护结构结构重要性一般,且使用年限不高。综合考虑现实建造使用情况与经济性,荷载以静力荷载和风荷载为主。

风荷载:

拟推广地区最大允许基本风压0.9kN/mm2,取角部体形系数-1.4,阵风系数取1.7,最不利情况下允许风荷载:

挂柱承担柱风荷载

挂板承担风荷载

恒载:

考虑允许附加恒载1.0kN/m2,其余何在效应均有构件自重产生。

单柱可挂板数量

允许附加恒载

挂柱线自重

单块挂板重量

恒载下柱总线自重:

按承载力极限状态考虑:

恒载作用效应

风荷载挂柱作用效应

风荷载挂板作用效应

4 计算分析

依据《冷拔低碳钢丝应用技术规程》(JGJ19-2010) 3.1.1条:冷拔低碳钢丝宜做构造钢筋使用,作为构件中纵向受力钢筋应采用钢丝焊接网。3.2.2条:直径小于5mm的钢丝焊接网不应作为混凝土结构中的受力钢筋使用。

因此仅将挂柱作为配筋构件计算,挂耳及挂板按素混凝土构件计算。

4.1 挂柱计算

挂柱假定为两端铰接构件,按钢筋混凝土压弯构件计算,采用截面游有限元软件XTRACT进行分析。

挂柱截面内力计算公式为:

截面弯矩

截面轴力

各截面内里如表4:

挂柱能力需求曲线如图4所示:

可见,挂柱承载能力满足设计要求。

4.2 挂板计算

挂板按两端为铰接梁跨连续梁考虑,单跨跨度600mm按不考虑钢筋作用的素混凝土受弯构件计算。

截面最不利截面弯矩:

跨中弯矩

支座弯矩

最不利剪力

依据《混规》D2.2:

依据《混规》7.2.4:

受弯承载力:

受剪承载力:

可见:

挂板承载能力满足设计要求。

4.3 挂耳计算

考虑挂耳的不利截面抗剪及正截面受拉。

不利截面处剪力:

正截面拉力:

受剪承载力:

受拉承载力:

可见:

挂耳承载能力满足设计要求。

5 总结

经计算验证,混凝土板-柱墙体结构可以满足设计要求,在最不利荷载作用下构件能够保持完好状态,满足将该高效、低碳、经济的结构形式大面积推广的前景。

摘要：针对混凝土板-柱墙体结构进行分析,分别针对挂柱、挂板、挂耳等维护构件进行包括有限元分析及手算校核。从而,验证该结构体系的安全可靠,为该结构的设计制造提供参考,完善产品体系的统一标准。

张弦梁结构实测和数值计算分析 篇10

这里以单榀张弦梁为研究对象, 利用ANSYS分析程序, 从结构的静力和动力方面分析, 考虑不同预应力取值对其受力和变形的影响, 从中找出该结构预应力的合理取值, 然后将它用于整体结构的地震响应分析中。

1工程概况

该工程是陕西某车站站台的雨棚, 结构形式为多榀张弦梁相连的钢排架, 纵向是钢框架结构, 并设置了伸缩缝, 将整个站台雨棚分为几个区域, 图1a) 为一个区域的平面图, 而图1b) 为单榀张弦梁的模型图。其跨度为54.98 m, 结构的上弦、拉索、撑杆和拱梁腹杆的截面分别为450×250×14, 109ϕ5, ϕ273×8和H450×250×8×12, 材料为Q235钢。张弦梁一端为固定铰支座, 另一端为滑动铰支座。

2现场实测

试验中, 在拉索中的五个节间布置了测点, 如图2所示。当支撑力从0变到20 kN时, 分别测得支撑力和位移, 得到支撑力—位移曲线, 图3为部分曲线。

3张弦梁索中预应力取值

3.1 静力分析

静力分析是结构的基本分析, 在该分析中, 着重模拟结构的初始状态, 即只考虑结构的自重和预张力。分别考虑不同预应力取值情况下, 计算结构特征点的最大位移、拱梁上的最大轴力和弯矩, 将其结果表示在图4～图6中。

1) 由图4可知, 位移曲线明显分为两个阶段, 当预张力小于350 kN时, 位移随预张力的增加成线性下降;当预张力大于350 kN时, 位移随预张力的增加成线性上升;当预张力等于350 kN时, 位移值接近于零。

2) 由图5可知, 拱梁上的最大弯矩—预张力曲线和位移的变化规律相同, 当预张力小于350 kN时, 弯矩随预张力的增加成线性下降;在预张力大于350 kN时, 拱梁反向弯曲, 其弯矩随预张力的增加成线性上升;只有当预张力等于350 kN时, 弯矩值最小。

3) 由图6可知, 结构的轴力随预张力的增加而增加, 但当预张力小于200 kN时, 结构的轴力随预张力的增加而缓慢增加, 而后增加的幅度加快, 表明当预张力较小时, 对结构轴力的影响也较小。

3.2 动力分析

这里选择了EI-centro波, 对该波按加速度70 cm/s2调幅后, 相当于该地区抗震设防烈度0.2g的多遇地震, 在计算中考虑了结构在自重和地震共同作用下的情况。分别取不同大小的预张力, 研究其对结构抗震性能的影响, 由研究结果可见, 结构的位移和内力响应随预张力的增加均成线性变化, 当预张力小于350 kN时, 其响应值随预张力的增加成线性下降;当预张力大于350 kN时, 响应随预张力的增加成线性上升;当预张力等于350 kN时, 地震响应最小。其结果充分表明拉索的预张力对结构地震响应的影响, 当预张力过小时, 对减小结构的位移和内力响应的作用不大;当预张力过大时, 此时结构的反拱位移起主导作用, 反而使响应随预张力的增加而增加;只有当预张力的取值在300 kN～400 kN之间, 其地震响应最小, 该结论与上述静力分析的结果相同。

故不论从静力或动力方面考虑, 该结构合理预张力取值在300 kN～400 kN之间。

4结语

通过上述对张弦梁的分析, 可得如下结论:1) 在张弦梁预应力施加过程中, 用实测方法监控拉索中预应力大小是非常必要的;2) 拉索中预应力的大小直接影响到结构的静力和地震响应, 过大和过小的预应力对结构均不适宜;3) 综合静力和动力方面的分析, 该结构的预应力合理值应在300 kN～400 kN之间。

摘要：采用实验和数值分析两种方法, 分别对实际张弦梁进行现场实测和理论研究, 在实测中, 主要是监控施工中张弦梁的预应力大小, 并测量结构在施加预应力前后的变形情况, 重点研究该结构的预应力合理取值, 并采用时程分析方法, 研究整体结构的地震响应。

关键词：张弦梁试验,结构,地震响应,数值计算

参考文献

[1]刘锡良, 白正仙.张弦梁受力性能分析[J].钢结构, 1998 (4) :27.

[2]孙文波.广州国际会展中心大跨度张弦梁的设计探讨[J].建筑结构, 2002, 32 (2) :59-60.