有限元分析报告

西安市新城区某公司科研办公楼结构设计

有限元分析报告

撰写人：王平

班级：工程力学1203

学号：*********

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2016年6月15日

目录

1 工程概况 (2)

2 分析依据 (3)

3 荷载与计算工况 (4)

3.1荷载简化及荷载组合 (4)

3.2 边界条件 (4)

3.3 工况 (5)

4 有限元模型 (5)

4.1 基本假定 (5)

4.2 力学模型 (6)

4.3 主要物理参数取值 (6)

4.4单元选取 (7)

4.5分网与有限元模型 (8)

5 静力分析 (9)

5.1模态结果 (9)

5.2静力分析结果 (12)

5.3 强度校核 (15)

6基于ANSYS、PKPM、手算的误差分析 (17)

6.1计算原理的不同 (17)

6.2 研究对象的复杂性 (18)

1 工程概况

工程名称：西安市新城区某公司科研办公楼；

建筑所在地：西安市；

建设规模：总建筑面积约4700m2，主体结构6层，无地下室。结构总高度22.5m，底层结构高度4.5m，其余层结构高度为3.6m，几何模型图如图1所示；

抗震设防烈度：抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值0.2g,第一组。场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s。周期折减系数为0.75。

建筑设计使用年限：50年。

结构重要性等级：二级。

图1 框架几何模型图

2 分析依据

框架结构是由梁、板、柱以刚接相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁、板、柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖直荷载。本设计报告采用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国家规范：

[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.2010；

[4]建筑、勘察等技术文件。

3 荷载与计算工况

3.1荷载简化及荷载组合

1）恒载：含柱、梁、板自重；

2）梁间活载以换算线荷载施加（含墙、门、窗等），如图2所示；

3

3.2 边界条件

1）柱底固结；

2）板四周与梁固结，如图3所示。

X

Y

Z

-9800

-7866.67

-5933.33

-4000

-2066.67

-133.333

1800

3733.33

5666.67

7600

JUN 14 2016

18:35:44 PRES-NORM

图3 框架结构板边界示意图

3.3 工况

工况一：模态分析；

工况一：分析结构可变荷载组合Qk Gk S S 4.12.1 下的刚度与强度；（注:由于

永久荷载组合与可变荷载组合相比较小，故在此不进行校核）

工况二：对结构在水平地震力和恒载组合作用下进行分析。

3.3.1模态分析

给模型加约束之后，进行前6阶模态分析。

3.3.2 静力分析

在可变荷载效应控制的荷载作用下，对框架进行刚度、强度校核。

4 有限元模型

4.1 基本假定

1）假设混凝土为线弹性材料；

2）钢筋混凝土取整体分析，计钢筋贡献；

3）节点假定为刚接，底层柱与基础刚接，楼板与梁四边刚接。

4.2 力学模型

1）主要受力构件为柱、梁、板；

2）抗侧力构件为柱；

3）水平联系构件为框架梁（考虑板的贡献）；

4）柱为压弯构件，框架梁含弯曲、轴向变形、扭转变形。

4.3 主要物理参数取值

表1 主要物理参数

楼层混凝土

等级

弹性模量

（N/m2）

泊松

比

板厚

（mm）

柱

（b×h）

（mm）

横梁(b×h)

纵梁

(b×h)

（mm）

次梁

（b×h）

（mm）

边跨梁

（b×h）

（mm）

中跨梁

（b×h）

（mm）

1

C303×10100.2 100

600×600

300×600 300×400 300×600 250×500

2~5

500×500

6 120

查阅相关资料得：钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、组合式、整体式。

分离式模型把钢筋和混凝土作为不同的单元处理，即混凝土和钢筋各自被划分为足够小的单元。考虑到钢筋是一细长材料，通常可以忽略其抗剪，一般钢筋可作为线单元来处理。混凝土则作为实体单元来处理。分离式模型中在钢筋和混凝土之间可以插入连接单元来模拟钢筋与混凝土的粘结和滑移。

当钢筋和混凝土粘结较好，可以认为两者无滑移时，采用组合式模型。组合式模型中最常用两种方式第一种是分层式，即在横截面上分成许多混凝土层和若干钢筋层，并对截面的应变做出某些假定，主要适用于杆件系统的分层组合式；另一种组合方式是采用等参数单元，使用带钢筋膜的单元来进行模拟，主要适用于二维或三维结构的带膜组合式或带钢筋的组合式。

整体式模型也是在考虑钢筋与混凝土之间无滑移的情况下使用的。假定钢筋弥散于整个单元中，并把单元视为连续均匀材料，由此求出的是综合了混凝土与钢筋两种材料的单元刚度矩阵。

在ANSYS中可以考虑的钢筋混凝土模型一般是两种，即分离式模型和整体式模型。分离式模型虽然在理论上可行，但在进行复杂结构的分析时，对计算机