ANSYS土木工程毕业设计计算书

目录

1.工程概况 (3)

2.分析依据 (3)

3荷载与计算工况 (3)

3.1荷载 (3)

3.2计算工况 (4)

4有限元模型的建立 (4)

4.1基本假定 (4)

4.2几何模型 (5)

4.3主要物理参数取值 (6)

4.4单元选取 (6)

4.5建模与分网 (6)

4.5.1建模思路 (6)

4.5.2分网 (7)

5空间结构模型分析 (8)

5.1刚度校核 (8)

5.1.1工况1可变荷载组合 (8)

5.1.2工况2水平地震力 (8)

5.2强度校核 (10)

5.2.1工况1可变荷载组合 (10)

5.2.2工况2水平地震力 (11)

6.平面结构模型分析 (12)

6.1刚度校核 (12)

6.1.1工况1可变荷载组合 (12)

6.1.2工况2水平地震力 (13)

6.2强度校核 (14)

6.2.1工况1可变荷载组合 (14)

1

6.2.2工况2水平地震力 (15)

6.2.3工况3重力荷载代表值组合 (18)

6.3抗震内力组合 (19)

6.3.1轴力组合 (19)

6.3.2弯矩组合 (19)

7.solid65单元建模 (20)

8.番外篇基于ANSYS、PKPM、手算的误差分析 (21)

8.1计算原理 (21)

8.2PKPM与ANSYS的优点与不足 (21)

2

3

RC 框架结构分析

1.工程概况

工程名称：西安某省技术研发中心办公楼结构设计

建设规模：总建筑面积约为4142.76m 2

，主体为六层框架结构体系（无地下室），结构层

高为21.2m，底层结构高度为4.7m，其它层层高3.3米。室内外高差0.45m。

抗震设防烈度：8度，场地类别为二类，特征周期0.35，周期折减系数0.75。建筑设计使用年限：50年。

2.分析依据

框架结构是由梁、柱、板以刚接或铰接相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁、柱、板已组成框架共同抵抗使用过程中的出现的水平荷载和竖直荷载。本设计报告用ANSYS 有限元软件分析。

根据框架结构体系特点，本结构分析主要依据以下规范。

［1］国家标准.建筑结构荷载规范（GB50009－2012北京：中国建筑工业出版社，2012［2］国家标准.建筑抗震设计规范（GB50011－2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010［3］国家标准.混凝土结构设计规范（GB50010－2010）.北京：中国建筑工业出版社，2011

3荷载与计算工况

3.1荷载

1）空间结构荷载

结构荷载标准值见附图一~附图二。楼面荷载输入恒载与活载的组合值。梁输入梁间荷载。2）平面结构荷载

表3.1a

ANSYS 建模组合荷载输入

荷载类型位置层数S Gk S Qk 1.2S Gk +1.4S Qk

S Gk +0.5S Qk

线荷载

AB 跨1-5层24941.4028.506层20.16936.7924.66BC 跨

1-6层9.24 5.2518.4411.87集中力P1

A 柱

1-5层18737.8277.32205.906层14537.8226.92163.90集中力P2B 柱

1-5层

21054327.60237.006层

165

54

273.60

192.00

4

表3.1b ANSYS 建模地震荷载输入

3.2计算工况

1）分析结构在可变荷载“1.2S Gk +1.4S Qk ”组合下的刚度、强度；2）分析结构在水平地震力S Ek 作用下的强度、刚度；

3）分析结构在抗震“1.2（S Gk +0.5S Qk ）+1.3S Ek ”内力组合下强度、刚度。

4有限元模型的建立

4.1基本假定

1）梁柱节点为假定刚接，底层柱与基础刚接，楼板与梁四边刚接。

2）假设混凝土材质均匀，忽略混凝土里配筋情况，能用梁单元分析结构。

层数

层间地震力单榀地震力

地震力S E （左震）单位：kN

1283.3535.422

437.9154.743622.5177.814789.9598.745970.27121.286

1189.22

148.65

5

4.2几何模型

1

X

Y

Z

LINES TYPE NUM

6

4.3主要物理参数取值

表4.3主要物理参数

层次混凝土等级弹性模量(N/mm 2)泊松比

板厚

柱（b ×h ）

横梁（b ×h ）

纵梁

次梁（b ×h ）

边跨梁

中跨梁

1C35 3.15×1010

0.2100

650×650

350×650300×450350×650250×500

2-3C30 3.0×10

10

600×6004-5C30550×5506

C30

500×500

4.4单元选取

分析框架结构时用beam188单元模拟梁、柱，shell181模拟楼板。当分析构件时，用solid65单元模拟混凝土。

4.5建模与分网4.

5.1建模思路

在结构设计前，我们先根据工程检验及相关规范初步拟定好结构截面尺寸、混凝土等级等参数，然后用PKPM 有限元软件电算，使结构位移、轴压比、配筋等指标得以满足。电算通过后再手算一榀平面框架结构。最后在给结构配筋时，要同时参照手算与电算结构。

然而，在给结构配筋之后，我们关心的是如何用ANSYS 软件精确的校核。PKPM 电算的是整个框架结构，是空间结构计算模型。手算的是一榀框架结构，是平面结构计算模型。为此，在用ANSYS 建模时可以按这两种模型建，最后做个分析比较。可是，在用ANSYS 建模时，如何选取单元？Beam188是基于Timoshenko 梁理论，这是个一阶剪切变形理论。人们经常用beam188分析厂房的型钢梁与柱，分析结果很接近精确解，这是因为钢材的材质比较均匀。可是混凝土材质并不均匀，含各种钢筋。混凝土在受力时，钢筋与混凝土间可能还存在粘结滑移。有学者用solid65单元来模拟混凝土的拉裂与压碎性能，用link180单元来模拟钢筋，并假设钢筋与混凝土没有位移。但学者用solid65单元仅仅模拟的是一个简单的混凝土构件，能否模拟结构未可知。

最后，根据上述分析，得出以下建模思路。

1）用beam188、shell 单元建立空间结构模型，与pkpm 比较。2）用beam188单元建立一榀平面结构模型，与手算做比较。

3）用solid65单元建立一榀平面结构模型，与beam188所建模型做比较。