Sap2000索分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
也不断变化，运用有限元程序进行施工模拟以确定每步张拉力是必需的；随着张拉的进行， 结构反拱值不断增大，最终位移为 57mm，通过施工过程实时监测发现，每步位移实测值与
理论计算值误差在 10%以内，吻合较好。
4 结论
4.1 我院多个空间索结构项目的设计分析实践证明，采用 Sap2000 有限元程序进行预应力 空间结构分析是可行的，计算结果与其他通用有限元程序相比比较接近。
图 6 拉索编号
分级 1
应索号 1 2
计算结果
索力(kN) 位移（mm）
68
-8
57
1
3
48
10
预3
130
26
2
2
114
41
1
96
57
图 7 施工模拟部分计算结果
银 第 1 级张拉顺序为：
1#
2#
3#
第 2 级张拉顺序为：
3#
2#
1#
福预应力空间钢结构属于柔性结构，张拉过程中结构应力不断变化，因此每个张拉步索力
4.2 采用梁单元模拟预应力拉索时，定义拉索截面时要注意修正围绕 2 轴、3 轴的惯性矩，
将其赋予一个较小值，即折减框架单元的抗弯刚度； 4.3 在预应力荷载工况定义完毕后，建议在分析工况定义中将预应力工况修改为静力非线
性工况，并打开大变形和 P-△选项，并将 DEAD 工况的初始刚度定义为来自预应力工况，并 修改为静力非线性工况。
2 设计计算
图 2 六区屋盖结构布置图
以六区为例说明介绍设计计算过程，六区屋盖结构布置图如图 2 所示，张弦梁详图如图 3 所示：
许曙东，35 岁，工学硕士，高级工程师，一级注册结构工程师，电话 010-62410557，13910129892
2.1 设计依据
图 3 张弦梁详图
1.建筑结构安全等级：二级，结构设计使用年限 50 年。
预 在荷载组合 4 作用下，拉索仍保持受拉状态。经过反复的试算比较分析后，本工程最终确定
拉索规格为φ5×31，其抗拉强度为 1670Mpa，破断荷载为 1017Kn，拉索的初始预张力为
185KN。计算模型及部分计算结果如下：
银
组合 1 2 3 4
计算结果
位移（mm） 索力(kN)
57
96
20
179
0
本工程采用 Sap2000 有限元计算软件对屋盖预应力空间结构进行了整体分析。结构分析
力 考虑了以下 6 种静力荷载组合： 组合 1：1.0 自重+1.0 预应力，组合 2：1.0 恒载+1.0 预应力
组合 3：1.0 恒载+1.0 活载+1.0 预应力，组合 4：1.0 恒载+1.4 风吸力+1.0 预应力
Sap2000 软件在预应力空间索结构设计分析中的应用
许曙东 张开臣 摘要：南山金海湾会议中心共分六个场馆，各场馆屋顶结构形式均为预应力空间钢结构，其 中一至五区为贝壳形预应力双向张弦梁结构，六区为内、外双圆环形放射状预应力张弦梁结 构。本文结合此工程主要介绍预应力空间结构在 Sap2000 有限元计算软件中的分析方法和注 意事项,对应用 Sap2000 软件来分析此类结构有实际的参考价值。 关键词：预应力 空间结构 Sap2000
将其赋予一个较小值，即折减框架单元的抗弯刚度；
2）在预应力荷载工况定义完毕后，要在分析工况定义中将预应力工况修改为静力非线
性工况，并打开大变形选项，并将 DEAD 工况的初始刚度定义为来自预应力工况，并修改为
静力非线性工况； 3）预应力初张力通过降温法施加到结构上。
3 施工模拟
与预应力混凝土结构相比，预应力空间钢结构属于柔性结构，后批张拉的预应力索在结
2.地震烈度：抗震设防烈度为七度，设计基本加速度值为 0.15g，设计抗震第一组。
3.自然条件：基本风压 W0=0.6kN/㎡，地面粗糙度 A 类，基本雪压 S0=0.35kN/㎡。
4.主要设计使用荷载：恒荷载 1.0kN/㎡（玻璃幕墙屋面及外围护）， 活荷载：0.5KN/㎡（玻
璃幕墙屋面）
2.2 内力计算
组合 5：1.2 恒载+1.4 活载+1.0 预应力
应 组合 6：1.35 恒载+0.98 活载+1.0 预应力
初始预张力对张弦桁架的内力和初始变形影响较大，如何合理的确定初始预张力是结构
设计中的一项重要内容。本工程初始预张力的确定的基本原则是：1）在最不利荷载组合工
况下，拉索轴力应小于破断荷载的 30%；2）在荷载组合 3 作用下结构中心点变形为 0；3）
224
80
47
福5
-20
263
6
-25
275
图 4 Sap2000 三维பைடு நூலகம்算模型
图 5 主要计算结果
由图 5 可知，拉索最大拉力为 275kN<0.3×1017=305kN,在荷载组合 3 作用下变形为 0，在荷
载组合 4 作用下拉索轴力为 47kN，满足设计要求。
2.3 计算设置
1）拉索模拟采用梁单元模拟，定义拉索截面时要注意修正围绕 2 轴、3 轴的惯性矩，
The Application of Sap2000 in Prestressed Space Structure
力 Abstract: Nan shan jinhaiwan Convention Center involves six venues, the structure style of every
4.4 预应力初张力通过降温法施加到结构上。
力 应 预 银 福
venue's roof all uses steel structure for the pre-stressed space, one to five venues all use Pre-stressed bidirectional beam string structure, the sixth venue uses inside and outside double circular ring-like radiated pre-stressed beam string structure. This article combines this work to introduce pre-stressed spatial structure analysis method and the points for attention of computation
应 software for finite element in the Sap2000, it's a practical reference value that using Sap2000
software analyze the structure. Keywords: prestressed space structure Sap2000
1 工程概况
预 南山金海湾会议中心位于山东龙口，本工程共分六个场馆，各场馆屋顶结构形式均为预
应力空间钢结构，其中一至五区为贝壳形预应力双向张弦梁结构，六区为内、外双圆环形放 射状预应力张弦梁结构。结构分析设计采用 sap2000 结构有限元分析软件完成。工程全景效 果图如图 1 所示。
银
福图1 全景效果图
力 及结构变形，从而保证结构施工过程的安全可靠。张拉步骤一般分为 2 级或 3 级,本工程为
2 级，即：第 1 级张拉至设计力的 50%；第二级张拉到设计力的 100%；张拉顺序的选取时， 为了使结构受力合理，一般遵循对称张拉的原则，同时需要兼顾施工过程的方便，以避免来 回倒运张拉设备，耽误工期。施工模拟部分计算结果如下：
构中引起的应力重分布比较明显，由此引起的前一批张拉的预应力索的索力损失较大；在预
应力拉索张拉完成之前，结构整体刚度较差，张拉过程中结构应力、变形不宜过大。因此，
施工之前，必须应用有限元计算理论，通过有限元计算软件对整个结构进行施工仿真计算，
以确定张拉顺序、确定每一步张拉的索力值、严格控制张拉过程中钢结构应力、拉索应力以
理论计算值误差在 10%以内，吻合较好。
4 结论
4.1 我院多个空间索结构项目的设计分析实践证明，采用 Sap2000 有限元程序进行预应力 空间结构分析是可行的，计算结果与其他通用有限元程序相比比较接近。
图 6 拉索编号
分级 1
应索号 1 2
计算结果
索力(kN) 位移（mm）
68
-8
57
1
3
48
10
预3
130
26
2
2
114
41
1
96
57
图 7 施工模拟部分计算结果
银 第 1 级张拉顺序为：
1#
2#
3#
第 2 级张拉顺序为：
3#
2#
1#
福预应力空间钢结构属于柔性结构，张拉过程中结构应力不断变化，因此每个张拉步索力
4.2 采用梁单元模拟预应力拉索时，定义拉索截面时要注意修正围绕 2 轴、3 轴的惯性矩，
将其赋予一个较小值，即折减框架单元的抗弯刚度； 4.3 在预应力荷载工况定义完毕后，建议在分析工况定义中将预应力工况修改为静力非线
性工况，并打开大变形和 P-△选项，并将 DEAD 工况的初始刚度定义为来自预应力工况，并 修改为静力非线性工况。
2 设计计算
图 2 六区屋盖结构布置图
以六区为例说明介绍设计计算过程，六区屋盖结构布置图如图 2 所示，张弦梁详图如图 3 所示：
许曙东，35 岁，工学硕士，高级工程师，一级注册结构工程师，电话 010-62410557，13910129892
2.1 设计依据
图 3 张弦梁详图
1.建筑结构安全等级：二级，结构设计使用年限 50 年。
预 在荷载组合 4 作用下，拉索仍保持受拉状态。经过反复的试算比较分析后，本工程最终确定
拉索规格为φ5×31，其抗拉强度为 1670Mpa，破断荷载为 1017Kn，拉索的初始预张力为
185KN。计算模型及部分计算结果如下：
银
组合 1 2 3 4
计算结果
位移（mm） 索力(kN)
57
96
20
179
0
本工程采用 Sap2000 有限元计算软件对屋盖预应力空间结构进行了整体分析。结构分析
力 考虑了以下 6 种静力荷载组合： 组合 1：1.0 自重+1.0 预应力，组合 2：1.0 恒载+1.0 预应力
组合 3：1.0 恒载+1.0 活载+1.0 预应力，组合 4：1.0 恒载+1.4 风吸力+1.0 预应力
Sap2000 软件在预应力空间索结构设计分析中的应用
许曙东 张开臣 摘要：南山金海湾会议中心共分六个场馆，各场馆屋顶结构形式均为预应力空间钢结构，其 中一至五区为贝壳形预应力双向张弦梁结构，六区为内、外双圆环形放射状预应力张弦梁结 构。本文结合此工程主要介绍预应力空间结构在 Sap2000 有限元计算软件中的分析方法和注 意事项,对应用 Sap2000 软件来分析此类结构有实际的参考价值。 关键词：预应力 空间结构 Sap2000
将其赋予一个较小值，即折减框架单元的抗弯刚度；
2）在预应力荷载工况定义完毕后，要在分析工况定义中将预应力工况修改为静力非线
性工况，并打开大变形选项，并将 DEAD 工况的初始刚度定义为来自预应力工况，并修改为
静力非线性工况； 3）预应力初张力通过降温法施加到结构上。
3 施工模拟
与预应力混凝土结构相比，预应力空间钢结构属于柔性结构，后批张拉的预应力索在结
2.地震烈度：抗震设防烈度为七度，设计基本加速度值为 0.15g，设计抗震第一组。
3.自然条件：基本风压 W0=0.6kN/㎡，地面粗糙度 A 类，基本雪压 S0=0.35kN/㎡。
4.主要设计使用荷载：恒荷载 1.0kN/㎡（玻璃幕墙屋面及外围护）， 活荷载：0.5KN/㎡（玻
璃幕墙屋面）
2.2 内力计算
组合 5：1.2 恒载+1.4 活载+1.0 预应力
应 组合 6：1.35 恒载+0.98 活载+1.0 预应力
初始预张力对张弦桁架的内力和初始变形影响较大，如何合理的确定初始预张力是结构
设计中的一项重要内容。本工程初始预张力的确定的基本原则是：1）在最不利荷载组合工
况下，拉索轴力应小于破断荷载的 30%；2）在荷载组合 3 作用下结构中心点变形为 0；3）
224
80
47
福5
-20
263
6
-25
275
图 4 Sap2000 三维பைடு நூலகம்算模型
图 5 主要计算结果
由图 5 可知，拉索最大拉力为 275kN<0.3×1017=305kN,在荷载组合 3 作用下变形为 0，在荷
载组合 4 作用下拉索轴力为 47kN，满足设计要求。
2.3 计算设置
1）拉索模拟采用梁单元模拟，定义拉索截面时要注意修正围绕 2 轴、3 轴的惯性矩，
The Application of Sap2000 in Prestressed Space Structure
力 Abstract: Nan shan jinhaiwan Convention Center involves six venues, the structure style of every
4.4 预应力初张力通过降温法施加到结构上。
力 应 预 银 福
venue's roof all uses steel structure for the pre-stressed space, one to five venues all use Pre-stressed bidirectional beam string structure, the sixth venue uses inside and outside double circular ring-like radiated pre-stressed beam string structure. This article combines this work to introduce pre-stressed spatial structure analysis method and the points for attention of computation
应 software for finite element in the Sap2000, it's a practical reference value that using Sap2000
software analyze the structure. Keywords: prestressed space structure Sap2000
1 工程概况
预 南山金海湾会议中心位于山东龙口，本工程共分六个场馆，各场馆屋顶结构形式均为预
应力空间钢结构，其中一至五区为贝壳形预应力双向张弦梁结构，六区为内、外双圆环形放 射状预应力张弦梁结构。结构分析设计采用 sap2000 结构有限元分析软件完成。工程全景效 果图如图 1 所示。
银
福图1 全景效果图
力 及结构变形，从而保证结构施工过程的安全可靠。张拉步骤一般分为 2 级或 3 级,本工程为
2 级，即：第 1 级张拉至设计力的 50%；第二级张拉到设计力的 100%；张拉顺序的选取时， 为了使结构受力合理，一般遵循对称张拉的原则，同时需要兼顾施工过程的方便，以避免来 回倒运张拉设备，耽误工期。施工模拟部分计算结果如下：
构中引起的应力重分布比较明显，由此引起的前一批张拉的预应力索的索力损失较大；在预
应力拉索张拉完成之前，结构整体刚度较差，张拉过程中结构应力、变形不宜过大。因此，
施工之前，必须应用有限元计算理论，通过有限元计算软件对整个结构进行施工仿真计算，
以确定张拉顺序、确定每一步张拉的索力值、严格控制张拉过程中钢结构应力、拉索应力以