midasGen钢结构优化分析及设计
midas-Gen-钢结构优化分析及设计
例题3 钢框架结构分析及优化设计例题.钢框架结构分析及优化设计概要本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍midas Gen的优化设计功能。
midasGen提供了强度优化和位移优化两种优化方法。
强度优化是指在满足相应规范的强度要求条件下，求出最小构件截面，即以结构重量为目标函数的优化功能。
位移优化是针对钢框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的自动设计功能。
本文主要讲述强度优化设计功能。
此例题的步骤如下:1.简介2.建立模型并运行分析3.设置设计条件4.钢构件截面验算及设计5.钢结构优化设计1.简介本例题介绍midas Gen的优化设计功能。
例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。
(该例题数据仅供参考)基本数据如下：➢轴网尺寸：见图2➢柱: HW 200x204x12/12➢主梁：HM 244x175x7/11➢次梁：HN 200x100x5.5/8➢支撑：HN 125x60x6/8➢钢材：Q235➢层高：一层 4.5m二～六层 3.0m➢设防烈度：8º（0.20g）➢场地：II类➢设计地震分组：1组➢地面粗糙度；A➢基本风压：0.35KN/m2；➢荷载条件：1-5层楼面，恒荷载4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2；6层屋面，恒荷载5.0KN/m2，活荷载1.0KN/m2；1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m；6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m；➢分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用图1 分析模型图2 结构平面图图3 ①，③轴线立面图图4 ①，④轴线立面图图5 ○B，○C轴线立面图图6 ○A，○D轴线立面图2.建立模型并运行分析建立模型并进行分析运算。
1.主菜单选择特性>材料>材料特性值：添加材料号：1；名称：Q235；规范：GB03(S) ；数据库：Q235；材料类型：各向同性。
2.主菜单选择特性>截面>截面特性值：添加：添加梁、柱截面尺寸。
Midas Gen系列培训资料
图 1 例题—框剪结构推覆分析
要点关注
图 2 某超高层推覆分析
位移控制
图 3 某体育场馆推覆分析
结果列举
性能控制点
设定荷载增幅次数 和迭代次数
静力弹塑性分析控制
静力弹塑性分析荷载工况
提供多折线类型和 FEMA 类型，亦可由 用户自定义
用户也可自定义铰 特性值的有关参数
类型
可对剪力墙直接分 配墙单元塑性铰 FEMA 类型，亦可自
图 3 某穹顶组合结构
结果列举
将荷载类 型分为可 变与不变
屈曲分析控制数据
最低阶模态屈曲向量
使用位移控制法
失稳临 界点
临界荷载系数
图 4 屈曲模态
图 5 临界荷载系数
稳定系数
非线性分析控制数据
荷载－位移全过程曲线
钢结构节点细部分析
背景 为精确分析开口部位的应力状态，使用板单元进行细部建模和分析，利用刚性连 接功能将采用板单元建立的开口部位模型和采用梁单元建立的其他部分的模型 连为一体，查看板单元开口部位细部分析的结果。
目录
一 钢筋混凝土框剪结构抗震分析及设计 二 钢结构分析及优化设计 三 单层网壳屈曲分析 四 钢结构节点细部分析 五 组合结构分析 六 钢筋混凝土结构施工阶段分析 七 转换结构细部分析 八 钢筋混凝土静力弹塑性推覆分析 九 筒仓的建模分析 十 索单元的应用 十一 边界非线性分析 十二 动力弹塑性分析 十三 大体积混凝土水化热分析 十四 弹性地基梁分析 十五 超长板温度应力分析 十六 错层框剪结构分析及设计
梁单元
板单元
实体单元
图 1 例题—转换深粱结构（梁、板、实体）图 2 某转换粱结构来自图 3 某多塔转换结构
要点关注
Midas Gen钢筋混凝土结构设计分析
MIDAS/Gen培训课程（一）—钢筋混凝土结构抗震分析及设计北京市海淀区中关村南大街乙56号方圆大厦1307室Phone : 010-5165-9908 Fax : 010-5165-9909E-mail : Beijing@M odeling, I ntegrated D esign & A nalysis S oftware目录简要 (1)设定操作环境及定义材料和截面 (2)利用建模助手建立梁框架 (3)建立框架柱及剪力墙 (7)楼层复制及生成层数据文件 (9)定义边界条件 (10)输入楼面及梁单元荷载 (11)输入风荷载 (15)输入反映谱分析数据 (16)定义结构类型 (18)定义质量 (19)运行分析 (19)荷载组合 (20)查看反力及内力 (21)位移 (21)构件内力与应力图 (22)梁单元细部分析 (24)振型形状及各振型所对应的周期 (24)稳定验算 (25)周期 (26)层间位移 (26)层位移 (27)层剪重比 (27)层构件剪力比 (28)倾覆弯矩 (28)侧向刚度不规则验算 (28)扭转不规则验算 (29)薄弱层验算 (29)一般设计参数 (30)钢筋混凝土构件设计参数 (31)钢筋混凝土构件设计 (33)平面输出设计结果 (35)简要本例题介绍使用Midas/Gen 的反映谱分析功能来进行抗震设计的方法。
例题模型为六层钢筋混凝土框-剪结构。
基本数据如下：轴网尺寸：见平面图柱: 500x500主梁：250x450，250x500次梁：250x400连梁：250x1000混凝土：C30剪力墙：250层高：一层：4.5m 二~六层：3.0m设防烈度：7º（0.10g）场地：Ⅱ类设定操作环境及定义材料和截面1：主菜单选择 文件>新项目文件>保存: 输入文件名并保存2：主菜单选择 工具>单位体系: 长度 m, 力 kN定义单位体系3：主菜单选择 模型>材料和截面特性>材料：添加：定义C30混凝土材料号：1 名称：C30 规范：GB(RC) 混凝土：C30 材料类型：各向同性定义材料注：也可以通过程序右下角随时更改单位。
Gen在钢结构中的应用
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Gen在钢结构项目中的应用 Nastran FX: Easy, Accurate and Practical Solution for True Analysis-driven Design
主要讲解内容 钢结构项目介绍
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4、吊车荷载的输入
主菜单选择：荷载》吊车荷载分析数据》定义吊车荷载
吊车车道 用节点建立吊车车道
点取：在模型窗口中直接点取节点建立；
节点号：直接输入节点编号建立；
宽度：输入跨度方向距离。方向遵从右手法则。
吊车荷载组合 参与组合的吊车荷载数量； 其值≤2；
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一、钢结构项目介绍
Nastran FX: Easy, Accurate and Practical Solution for True Analysis-driven Design
Gen 项目展示
A. B. C. D.
绍兴市游泳中心（网架屋面）——华汇建筑咨询有限公司
主菜单中选择：模型》材料和截面特性》截面》添加》 变截面，如右图所示：
变截面分割单元时，需要人为指定变截面组 模型》材料和截面特性》变截面组
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midas Gen在地下结构分析中的应用
在地下结构分析中的应用北京迈达斯技术有限公司某地铁车站整体分析设计广州地铁某车站钢结构抗震分析某地铁车站盾构井分析设计某地铁车站结构分析设计某地铁车站出入口实体细部分析某地铁4号线明挖施工分析某地铁车站端部分析设计丰富的单元类型及塑性本构midas Gen提供了除常规的梁单元、板单元外还提供用于模拟土体的平面应变单元、实体单元方便用于模拟土体材料。
当考虑塑性模拟时，midas Gen提供了摩尔-库伦、德鲁克-普拉格等本构。
方便的土体约束施加方法可采用软件内置的“连接”边界条件，用与土体等刚度的弹性边界元（俗称土弹簧）来模拟结构周边的土体，并与结构共同作用，可进行地下结构的反应谱分析和动力时程分析。
Excel与模型联动在施加土体强制位移及按照有限元法确定土体弹簧时，利用Excel与软件表格功能实现快速处理模型。
Excel粘贴土弹簧自动考虑单元尺寸修正midas Gen在定义土体弹性边界时，仅需定义土体的基床系数及弹簧方向，软件自动考虑单元尺寸确定土体弹簧刚度，且能考虑土体的仅受压性质。
荷载施加方便除了与excel联动方便施加土体强制位移，对梁及板还可以方便的施加如土压力、水压力等均布或者三角形、梯形荷载。
丰富的结果输出midas Gen提供了丰富后处理结果。
包含位移、内力、应力及局部方向内力合力等结果。
方便进行配筋设计及生成报告。
输出钢筋混凝土平法配筋简图、配筋率简图、面积简图输出满足国内外规范要求的中英文构件计算书平法配筋输出和中英文构件程序内包含有钢结构、钢筋砼、钢骨混凝土设计功能可对钢管混凝土构件、型钢混凝土构件进行设计和验算单体构件设计和验算结果专业的技术支持分公司技术支持、总公司技术部、开发部共同参与官方技术支持论坛：/bbs 常见问题月刊：“结构帮”及时倾听和解决客户问题，用户满意度高完善的技术服务1.超长混凝土地下结构组合应力弹塑性时程分析-中国建筑科学研究院建筑结构研究所目录①组合结构弹塑性时程分析②地下结构温度裂缝分析③地铁抗震分析④地下结构抗震分析⑤地下贮液池抗震分析⑥深基坑围护结构优化分析⑦桥头堡桩基设计⑧地铁站主体结构设计⑨车站施工阶段分析⑩地铁车站梁柱节点设计地下结构后浇带布置超长混凝土地下结构整体模型1.超长混凝土地下结构组合应力弹塑性时程分析-中国建筑科学研究院建筑结构研究所目录①组合结构弹塑性时程分析②地下结构温度裂缝分析③地铁抗震分析④地下结构抗震分析⑤地下贮液池抗震分析⑥深基坑围护结构优化分析⑦桥头堡桩基设计⑧地铁站主体结构设计⑨车站施工阶段分析⑩地铁车站梁柱节点设计1.超长混凝土地下结构组合应力弹塑性时程分析-中国建筑科学研究院建筑结构研究所目录①组合结构弹塑性时程分析②地下结构温度裂缝分析③地铁抗震分析④地下结构抗震分析⑤地下贮液池抗震分析⑥深基坑围护结构优化分析⑦桥头堡桩基设计⑧地铁站主体结构设计⑨车站施工阶段分析⑩地铁车站梁柱节点设计1.超长混凝土地下结构组合应力弹塑性时程分析-中国建筑科学研究院建筑结构研究所目录①组合结构弹塑性时程分析②地下结构温度裂缝分析③地铁抗震分析④地下结构抗震分析⑤地下贮液池抗震分析⑥深基坑围护结构优化分析⑦桥头堡桩基设计⑧地铁站主体结构设计⑨车站施工阶段分析⑩地铁车站梁柱节点设计结论：组合应力弹塑性时程分析时，假定在各计算时段内，混凝土收缩变形、混凝土变形模量、重力荷载效应、各浇筑段边界约束条件为常量，在总计算时长内这些参数均为时间的函数。
MIDAS GEN的简介
(关联菜单) 为了尽可能多地减少鼠标移动的距离，Civil自动判断目前用户的操作内容，根据用户 的操作内容提供相应的右键菜单。
(模型窗口) 提供便利多样的模型处理功能和强大的选择及筛选功能，同时提供撤销键入和重复键 入功能，可以在短时间内成功完成建模工作。
(渲染视图) 利用尖端的隐线、隐面去除功能、明暗、照明和色彩分散功能，不仅可以对建立的几 何模型可以渲染处理，而且也可以对分析结果进行渲染处理。还为您提供与在建筑物 内部行走或者飞行的同时，具有与确认建筑物的输入状态及各种结果时相同的视觉效 果的透视图。
midas Gen
输入参数
输入参数
Framework & User Interface
操作界面
为了方便用户输入参数，提供如下多样的输入方式。
- 可以输入包含位置函数的公式，利用此功能可以很方便地输入随位置而变化的荷载，如水压荷载。
- 输入多个数据时，可以用逗号“，”隔开，也可以用空格“ ”隔开。
333,102,11 333 102 11
General structure design system
midas Gen
数据互换
数据互换
Framework & User Interface
操作界面
图形编辑及打印功能
MIDAS图形编辑器和MIDAS系列软件联动，它是基于Vector的图形编辑软件，可以便利地编辑 图形并打印。 利用图形编辑器可以自由编辑Gen中生成的BMP文件或者EMF(Enhanced MetaFile)文件，如添 加标题和各种说明信息等。
midas Gen
图形&表格
界面丰富的表格窗口
midas Gen的表格功能如下： - 以表格形式提供各种输入信息 - 以表格形式提供分析设计结果
midas gen钢结构分析设计
根据厚度，有不 同的屈服强度。
10/60
1.建模–材料
• 菜单：特性->材料->材料特性值
阻尼比（抗规8.2.2条） 1.多遇地震：
H≤50m: 0.04 50m<H<200m: 0.03 H≥200m: 0.02 2. 罕遇地震： 弹塑性分析：0.05
用于考虑不同材料 的阻尼比
则按照公式5.2.2计算。 如果丌勾选，则默认取值为
梁：1.0 柱：0.85
34/60
3.设计-设计规范
• 菜单：设计->钢构件设计->设计规范
选择是否考虑抗震
如果勾选“所有梁都丌考虑横向屈曲”，将丌对梁 （或桁架）作整体稳定性计算。
设置抗震设防烈度（此处针对整体） 若想单独指定，通过菜单：设计》一般设计参数》抗 震等级
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2.建模–截面
• 菜单：特性->截面->截面特性值 工字型截面：I字形钢，H型钢；
HW：宽翼缘；HM：中翼缘；HN：窄翼缘； HT：薄壁H型钢；LH：高频焊接H型钢； 角钢：等边不丌等边；单角钢和双角钢； 槽钢：热轧槽钢和冷弯槽钢；单槽钢和双槽钢； 箱形，管形和T形
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• 分析警告-结果异常
材料和截面信息有误
分析 – 奇异
• 分析警告-结果异常
荷载值过大 重复节点
分析 – 奇异
• 分析警告-边界约束不够
底部固接，弹性连接中约束的刚度不一致 导致其他方向无抵抗能力
分析 – 奇异
• 分析警告-边界奇异
底部1F考虑刚性楼板假定，程序自动解除该层从属节点自由度（DX,DY,RZ)
midas Gen混合结构及楼板详细分析
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
10.2.8 屋盖钢结构和下部支承结构协同分析时，阻尼比应符合下列规定：
当下部支承结构为钢结构或屋盖直接支承在地面时，阻尼比可取0.02。
2015/1/22 当下部支承结构为混凝土结构时，阻尼比可取0.025～0.035。
真实的模拟地震效应（反应谱荷载工程和时程荷载工况）
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混合结构分析
二. 阻尼比确定
midas Gen应变能因子 两个假定： ① 单元的阻尼与单元的刚度成比例。
② 结构的变形与振型形状成比例。
2015/1/22
北京迈达斯技术有限公司 技术中心
22
混合结构分析
二. 阻尼比确定
midas Gen应变能因子 结构的第i阶振型的阻尼比可以使用所有单元的第i阶振型的能量的和来计算。
2015/1/22
1
2014年迈达斯建筑大事件
2014.4.23 midas Building 2014 64位版发布（上一次2010年） 2014.7.12 提供更专业的技术服务（11个分公司、7个事业部）
2014.9.28 midas Gen 2014 64位版发布（近5年来最大版本升级）
2015/1/22
弹性连接与刚性连接区别？ 主要区别如下：1. 弹性连接可以各方向设置刚度，而刚性连接无各方向刚度设定；2. 弹性连
接刚度方向沿着单元坐标系，刚性连接方向沿着整体坐标系；3. 刚性连接可以设置多个从属节点 （主从关系），弹性连接只可设置两个节点；4. 弹性连接可以任意激活钝化，刚性连接只能激活 不能钝化。
2015/1/22
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混合结构分析
二. 阻尼比确定
midasGen钢结构施工阶段分析
④ 混合结构
11.3.3 竖向荷载作用计算时，宜考虑钢柱、型钢混凝土(钢管混凝土)柱与钢筋混凝土核心筒竖 向变形差异引起的结构附加内力，计算竖向变形差异时宜考虑混凝土收缩、徐变、沉降及施工调 整等因素的影响。
• 条文说明：外柱与内筒的竖向变形差异宜根据实际的施工工况进行计算。在施工阶段，宜 考虑施工过程中已对这些差异的逐层进行调整的有利因素，也可考虑采取外伸臂桁架延迟封 闭、楼面梁与外周柱及内筒体采用铰接等措施减小差异变形的影响。在伸臂桁架永久封闭以 后，后期的差异变形会对伸臂桁架或楼面梁产生附加内力，伸臂桁架及楼面梁的设计时应考 虑这些不利影响。
不均匀变形引起的附加应力
需要对结构进行加固处理
W
wL2
wL2
12
12
L
+
6EI
L2
6EI
L2
L
16 /13
有限元软件施工模拟的实现
1.2为什么要考虑施工阶段模拟？
施工模拟 实现方法
3D3S
有专门的施工 模拟模块
SAP2000
有专门的施工 模拟模块
优缺点
主要针对钢结构 后处理不够强大
后处理与中国 规范结合不好
4、施工阶段分析控制
最终施工阶段： 选择用哪个施工阶段的结果与其他荷载工况(如地震、风荷载等)进 行组合。 从施工阶段分析结果的恒荷载中分离出的荷载工况 施工阶段的分析结果，除收缩徐变和预应力松弛外，都保存在CS ：恒荷载下；在此将特定工况结果从CS：恒荷载中分离出来，保 存在CS：活荷载下； 荷载组合时，施工阶段活载采用与使用阶段活载相同的组合系数；
外伸桁架的上下弦构件和柱的连接
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拼装工程
① 拼装工程 通过拼装过程的模拟分析，分析构件应力和支座反力的变化。
2019年-MIDAS钢结构设计-PPT精选文档
自动优化设计
截面分组
---程序提供的优化设计功能是针对特征值— 截面进行的，如需得到更为优化的设计结 果，需在进行钢结构优化设计（或位移优 化设计）之前对要优化的构件进行更为详 细的截面分组。 ---截面分组情况需由工程师根据建筑要求、 杆件受力情况，结构特点等多方面进行考 虑。显然，杆件截面分组越多，优化设计
自动优化设计
更新分析模型
可以通过文本格式及图形格 式来查看杆件应力、杆件重 量、结构整体重量等数据在
优化设计过程中的变化情况
及最后结果。 点击“更新分析模型”即可 将优化设计所求得的杆件截
面赋给模型。再次进行分析
和验算，对个别不符合要求 的截面或者应力比过小的截 面单独进行调整。
自动优化设计
优化设计之后
优化设计是以满足设计强度为标准进行的，所以在优化 设计之后应该对优化后的结果进行使用性能验算。包括 绕度、风荷载和地震作用下的水平位移、层间位移验算 等。
பைடு நூலகம்
---在选择项勾选某个单元，再勾选连接模型空间，在模 型空间可以看到被选择的单元 ---“图形结果”以图形方式输出验算结果
---“详细结果”以文本文件输出详细结果
---“特征值”显示的杆件为本组特征值中应力比最大的 ---“构件”显示所有杆件的结果
手动优化设计
主菜单选择 设计>钢构件截面验算>修改
MIDAS/Gen 培训资料
钢框架结构分析及优化设计
分析目的
---钢框架结构整体分析 ---钢构件验算 ---钢结构优化设计
操作步骤
---建立及分析模型 ---设置设计条件 ---钢构件截面验算及设计 ---钢结构优化设计
MIDAS/Gen优化功能简介
midas Gen-钢结构优化分析及设计
例题3 钢框架结构分析及优化设计1例题钢框架结构分析及优化设计2 例题.钢框架结构分析及优化设计概要本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍midas Gen的优化设计功能。
midas Gen提供了强度优化和位移优化两种优化方法。
强度优化是指在满足相应规范的强度要求条件下，求出最小构件截面，即以结构重量为目标函数的优化功能。
位移优化是针对钢框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的自动设计功能。
本文主要讲述强度优化设计功能。
此例题的步骤如下:1.简介2.建立模型并运行分析3.设置设计条件4.钢构件截面验算及设计5.钢结构优化设计例题钢框架结构分析及优化设计1.简介本例题介绍midas Gen的优化设计功能。
例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。
(该例题数据仅供参考)基本数据如下：➢轴网尺寸：见图2➢柱: HW 200x204x12/12➢主梁：HM 244x175x7/11➢次梁：HN 200x100x5.5/8➢支撑：HN 125x60x6/8➢钢材： Q235➢层高：一层 4.5m二～六层 3.0m➢设防烈度：8º（0.20g）➢场地： II类➢设计地震分组：1组➢地面粗糙度；A➢基本风压：0.35KN/m2；➢荷载条件：1-5层楼面，恒荷载 4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2；6层屋面，恒荷载 5.0KN/m2，活荷载1.0KN/m2；1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m；6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m；➢分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用3例题钢框架结构分析及优化设计4 图1 分析模型图2 结构平面图例题钢框架结构分析及优化设计图3 ①，③轴线立面图图4 ①，④轴线立面图图5 ○B，○C轴线立面图图6 ○A，○D轴线立面图5例题钢框架结构分析及优化设计6 2.建立模型并运行分析建立模型并进行分析运算。
1.主菜单选择特性>材料>材料特性值：添加材料号：1；名称：Q235；规范：GB03(S) ；数据库：Q235；材料类型：各向同性。
midas gen钢结构优化分析及设计
12： 主菜单选择 荷载>定义楼面荷载类型：定义楼面荷载 名称：楼面荷载：DL 4.0，LL 2.0，添加； 屋面荷载：DL 5.0，LL 1.0，添加。
13： 主菜单选择 荷载>分配楼面荷载： 楼面荷载类型：楼面荷载； 分配模式：双向； 荷载方向：整体坐标系Z； 复制楼面荷载：方向Z，距离4@3； 在模型窗口指定加载区域节点。
6
在模型窗口中选择要复制的单元。
8： 主菜单选择 建筑物数据>生成层数据: 点击生成层数据。 9： 主菜单选择 模型>边界条件>一般支承: 定义边界条件
在模型窗口中选择柱底嵌固点。
10： 主菜单选择 荷载>静力荷载工况: 建立荷载工况 DL：恒荷载；LL：活荷载； WX：风荷载；WY：风荷载。
17
例题 钢框൸结构ᐠᔡ࿔优ặ设计
件其截面越大的现象。为了能正确反映各柱的弹性压缩量的差异，选择按 轴力优化的方法，使各柱的弹性压缩量趋于相等。 施加的轴力和弯矩：选择轴力组合柱连接方法：选择外缘尺寸。
图16. 柱优化设计的两条限定条件
用户定义截面列表：当截面数据库选择“用户”时，在此定义用户数据 库，具体格式详见帮助文件。
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图12. 杆件截面分组
2： 主菜单选择 设计>钢结构优化设计：进行钢构件截面优化设计
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例题 钢框൸结构ᐠᔡ࿔优ặ设计
注： 1 . “ B U I LT ” 为使用程序自 动生成的截面 数据库，详见 帮组文件中 “钢结构优 化”部分。 2.D1、D2…的 具体含义见帮 组文件。
Midas-Gen在通信塔桅结构设计中的应用分析
• 4•通信塔桅是属于一种具有极为明显高耸结构的典型信号塔，其也是实现通信工程中信号传输的重要基础组成部分。
通常通信塔桅的基站建设中土建部分较多，通信塔桅结构占整体基站土建部分的超过50%近60%，通信塔桅结构的稳定性是直接影响其覆盖区域内通信息号传输稳定的重要载体，如果通信塔桅的结构遭到破坏则必然会影响到通信信号传输的质量，影响用户的正常使用，为通信运营商带来很大的经济损失。
甚至会因整体结构的破坏而带来严重的人身安全威胁。
近年来，城市化建设规模不断扩大，而且对于通信的需求也越来越多，很多地区的城市现有的通信塔已经逐渐无法满足当前的通信需求。
因此在经济发展和城乡建设以及建设环境的转变推动下，通信塔的数量和通信技术以及覆盖范围等方面也在不断的升级，无论是原有的通信塔还是新通信塔的建设都需要在整体结构体系上进行细致的研究，尤其原有的通信系统要想改造就必须要添置一些现代的先进设和通信设施。
而原有的通信塔本身的塔桅结构已经无法提供更多的承载力来满足新设备要求的负载，因此需要对已有的通信塔进行升级改造，也需要进行新的通信塔桅结构设计。
这也是处于通信工程建设成本的有效节约考虑。
因此需要重新进行通信塔安全性评估，采用先进的评估方法和设计软件进行就旧塔材的结构加固改造和新通信塔结构在原设计图纸上进行优化，以此来促进经济成本的节约和避免材料成本的浪费。
文章将通过在通信塔桅结构设计上所采用的迈达斯有限元分析软件对旧塔身和原有设计图纸上的结构模型进行还原并在新的荷载标准要求下做出应力分析，进而得出通信塔桅结构设计和塔身材料安全稳定性以及如何进行塔身加固和结构合理性优化的方案。
1 关于Midas-Gen的概念和应用优势1.1 Midas-Gen概念Midas-Gen 有限元结构分析设计软件是一款能够提高和迅速完成结构上的分析与设计的现代化计算机软件。
目前在建筑行业尤其针对土木结构的建筑工程项目当中应用极为广泛，其能够针对结构模型的建立过程进行逐步的阶段性查看，并将最终的数据输出结果以文字的形式呈现。
midas Gen-钢结构优化分析及设计
例题3 钢框架结构分析及优化设计1例题钢框架结构分析及优化设计2 例题.钢框架结构分析及优化设计概要本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍midas Gen的优化设计功能。
midas Gen提供了强度优化和位移优化两种优化方法。
强度优化是指在满足相应规范的强度要求条件下，求出最小构件截面，即以结构重量为目标函数的优化功能。
位移优化是针对钢框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的自动设计功能。
本文主要讲述强度优化设计功能。
此例题的步骤如下:1.简介2.建立模型并运行分析3.设置设计条件4.钢构件截面验算及设计5.钢结构优化设计例题钢框架结构分析及优化设计1.简介本例题介绍midas Gen的优化设计功能。
例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。
(该例题数据仅供参考)基本数据如下：➢轴网尺寸：见图2➢柱: HW 200x204x12/12➢主梁：HM 244x175x7/11➢次梁：HN 200x100x5.5/8➢支撑：HN 125x60x6/8➢钢材： Q235➢层高：一层 4.5m二～六层 3.0m➢设防烈度：8º（0.20g）➢场地： II类➢设计地震分组：1组➢地面粗糙度；A➢基本风压：0.35KN/m2；➢荷载条件：1-5层楼面，恒荷载 4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2；6层屋面，恒荷载 5.0KN/m2，活荷载1.0KN/m2；1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m；6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m；➢分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用3例题钢框架结构分析及优化设计4 图1 分析模型图2 结构平面图例题钢框架结构分析及优化设计图3 ①，③轴线立面图图4 ①，④轴线立面图图5 ○B，○C轴线立面图图6 ○A，○D轴线立面图5例题钢框架结构分析及优化设计6 2.建立模型并运行分析建立模型并进行分析运算。
1.主菜单选择特性>材料>材料特性值：添加材料号：1；名称：Q235；规范：GB03(S) ；数据库：Q235；材料类型：各向同性。
MidasGen钢筋混凝土结构设计分析.docx
MIDAS/Gen 培训课程（一）—钢筋混凝土结构抗震分析及设计北京市海淀区中关村南大街乙56 号方圆大厦1307 室Phone : 0Fax : 0E-mail目录简要错误 !未定义书签。
设定操作环境及定义材料和截面错误 !未定义书签。
利用建模助手建立梁框架错误 ! 未定义书签。
建立框架柱及剪力墙错误 !未定义书签。
楼层复制及生成层数据文件错误 ! 未定义书签。
定义边界条件错误 ! 未定义书签。
输入楼面及梁单元荷载错误 !未定义书签。
输入风荷载错误 ! 未定义书签。
输入反映谱分析数据错误 !未定义书签。
定义结构类型错误 ! 未定义书签。
定义质量错误 !未定义书签。
运行分析错误 !未定义书签。
荷载组合错误 !未定义书签。
查看反力及内力错误 !未定义书签。
位移错误 !未定义书签。
构件内力与应力图错误 !未定义书签。
梁单元细部分析错误 !未定义书签。
振型形状及各振型所对应的周期错误 !未定义书签。
稳定验算错误 !未定义书签。
周期错误 !未定义书签。
层间位移错误 !未定义书签。
层位移错误 !未定义书签。
层剪重比错误 !未定义书签。
层构件剪力比错误 ! 未定义书签。
倾覆弯矩错误 !未定义书签。
侧向刚度不规则验算错误 !未定义书签。
扭转不规则验算错误 !未定义书签。
薄弱层验算错误 ! 未定义书签。
一般设计参数错误 ! 未定义书签。
钢筋混凝土构件设计参数错误 ! 未定义书签。
钢筋混凝土构件设计错误 !未定义书签。
平面输出设计结果错误 !未定义书签。
简要本例题介绍使用Midas/Gen 的反映谱分析功能来进行抗震设计的方法。
例题模型为六层钢筋混凝土框-剪结构。
基本数据如下：轴网尺寸：见平面图柱:500x500主梁：250x450 ， 250x500次梁：250x400连梁：250x1000混凝土：C30剪力墙：250层高：一层： 4.5m二 ~六层： 3.0m设防烈度： 7o（ 0.10g）场地：Ⅱ类设定操作环境及定义材料和截面1：主菜单选择文件 >新项目文件 >保存 :输入文件名并保存2：主菜单选择工具 >单位体系 :长度m,力kN注：也可以通过程序右下角随时更改单位。
MIDAS新手问题之GEN篇
MIDAS新手问题之GEN篇问1：midas采用弹性楼板时，能自动考虑梁翼缘的作用吗？即自动刚度放大！答：梁翼缘作用在分析时主要是反应在梁刚度放大上，在程序中可以通过“截面特性调整系数”这一选项进行修改边梁及中梁刚度。
另外在截面定义的时候也可以修改刚度值。
问2：midas建模是不是太复杂啊？可不可以先PKPM建模再调入计算分析！答：在midas中支持与其他软件的接口，例如pkpm、sap、staad及CAD等程序进行数据转换。
在pkpm中经过SATWE计算后的模型可以转换到midas中，其中需要有个转换的程序，这个是midas自带的。
转换后的模型中包括材料特性、模型特征、楼面荷载等信息。
如果熟悉程序的话midas建模也是相当快的，比画图也差不多了多少。
问3：请教面荷载的输入方法？我知道一个方法：一个个地点一个封闭平面的节点去选择一个面，然后输入荷载，还有其它快捷的方法吗？如像PKPM的面荷载输入？答：面荷载的输入分为2种情况：a 、一种是结构存在竖向面荷载——例如楼面荷载、屋面荷载，b、一种是横向面荷载——如风荷载，水压力或土压力。
在竖向荷载布置的时候，可以通过选择四个角点来布置已经定义的楼面荷载值或压力荷载（注意：只需要选择最外围的角点即可，不需要逐个房间点取）。
在不规则结构中无法形成刚性板因此无法由程序直接计算风荷载，此时需要在结构立面建立一个专为导荷载而用的“虚面”——即该板单元刚度和重量对结构的影响可以忽略不计。
在虚面上进行加载，可以形成实际的风荷载。
问4：若模型中有只拉单元，是不是还要加个非线性工况？怎么加？怎么组合？答：模型中的只受拉单元在一般计算时通常是等代为桁架单元来计算的，因此在非线性分析才显示出只受拉单元的特性。
做非线性的时候按照常规组合即可，读取内力、位移等数值时查看只受拉单元就OK. 至于你想做个自定义的工况的话，在形成荷载组合那个菜单里自己修改参数定义一下就行。
注意：该种情况用的不多，通常程序已经按照荷载规范中荷载组合方式进行组合了，先看看组合说明再做，别做无用功。
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例题.钢框架结构分析及优化设计概要本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍midas Gen的优化设计功能。
midas Gen提供了强度优化和位移优化两种优化方法。
强度优化是指在满足相应规范的强度要求条件下，求出最小构件截面，即以结构重量为目标函数的优化功能。
位移优化是针对钢框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的自动设计功能。
本文主要讲述强度优化设计功能。
此例题的步骤如下:1.简介2.建立模型并运行分析3.设置设计条件4.钢构件截面验算及设计5.钢结构优化设计1.简介本例题介绍midas Gen的优化设计功能。
例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。
(该例题数据仅供参考)基本数据如下：➢轴网尺寸：见图2➢柱: HW 200x204x12/12➢主梁：HM 244x175x7/11➢次梁：HN 200x100x5.5/8➢支撑：HN 125x60x6/8➢钢材： Q235➢层高：一层 4.5m二～六层 3.0m➢设防烈度：8º（0.20g）➢场地： II类➢设计地震分组：1组➢地面粗糙度；A➢基本风压：0.35KN/m2；➢荷载条件：1-5层楼面，恒荷载 4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2；6层屋面，恒荷载 5.0KN/m2，活荷载1.0KN/m2；1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m；6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m；➢分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用图1 分析模型图2 结构平面图图3 ①，③轴线立面图图4 ①，④轴线立面图图5 ○B，○C轴线立面图图6 ○A，○D轴线立面图2.建立模型并运行分析建立模型并进行分析运算。
1.主菜单选择特性>材料>材料特性值：添加材料号：1；名称：Q235；规范：GB03(S) ；数据库：Q235；材料类型：各向同性。
2.主菜单选择特性>截面>截面特性值：添加：添加梁、柱截面尺寸。
3.主菜单选择结构>建模助手>基本结构>框架:利用建模助手建立框架梁输入：添加x坐标，距离2.5，重复6；添加z坐标，距离4，重复3；编辑：Beta角90度，材料选择Q235，截面选择主梁截面，生成框架；插入：插入点，0，0，0；Alpha，-90。
4.运用选择及拖放操作，将次梁截面赋予模型。
5.主菜单选择节点/单元>单元>扩展：建立框架柱扩展类型：节点->线单元；单元类型：梁单元；材料：Q235；截面：柱截面；输入复制间距：dz=-4.5；选择生成柱的节点，建立框架柱。
6.主菜单选择节点/单元>单元>建立单元：建立支撑单元类型：桁架单元；材料：Q235；截面：支撑截面。
7.主菜单选择结构>建筑>控制数据>复制层数据:复制次数：5；距离：3，添加；在模型窗口中选择要复制的单元。
8.主菜单选择结构>建筑>控制数据>定义层数据>生成层数据: 点击生成层数据。
9.主菜单选择边界>边界>一般支承:定义边界条件在模型窗口中选择柱底边界节点，勾选D-ALL、R-ALL10. 主菜单选择荷载>静力荷载>建立荷载工况>静力荷载工况:DL：恒荷载；LL：活荷载；WX：风荷载；WY：风荷载。
11. 主菜单选择荷载>静力荷载>结构荷载/质量>自重：添加自重荷载工况：DL；自重系数：Z=-1。
12. 主菜单选择荷载>静力荷载>初始荷载/其它>分配楼面荷载>定义楼面荷载类型：定义楼面荷载名称：楼面荷载：DL -4.0，LL -2.0，添加；屋面荷载：DL -5.0，LL -1.0，添加。
13. 主菜单选择荷载>静力荷载>初始荷载/其它>分配楼面荷载>分配楼面荷载：楼面荷载类型：楼面荷载；分配模式：双向；荷载方向：整体坐标系Z；复制楼面荷载：方向Z，距离4@3；在模型窗口指定加载区域节点。
14. 主菜单选择荷载>静力荷载>梁荷载>连续：荷载工况：DL；选择：添加；荷载类型：均布荷载；荷载作用单元：两点间直线；向：整体坐标系Z；数值：W=-4；复制荷载：方向Z，距离4@3。
15. 重复步骤13和14输入屋面荷载及梁单元荷载。
16. 主菜单选择荷载>静力荷载>横向荷载>风荷载：添加X方向风荷载荷载工况：WX；风荷载设计标准：GB50009-2012；地面粗糙度：A；基本风压：0.35；地形修正系数：1；阻尼比：0.02；结构振型系数：查表法其它数据使用默认值；基本周期：自动计算（特征值分析后，输入结构真实周期）风荷载方向系数：X轴方向系数1，Y轴方向系数0。
17. 重复步骤16，输入Y向风荷载WY，注意此时风荷载方向系数X轴方向系数0，Y轴方向系数1。
18. 主菜单选择荷载>地震作用>反应谱数据>反应谱函数添加反应谱函数:设计反应谱：GB50011-2010；设计地震分组：1；地震设防烈度：8º（0.20g）；场地类别：Ⅱ；地震影响：多遇地震；阻尼比：0.02(本例取0.02)。
19. 主菜单选择荷载>地震作用>反应谱数据>反应谱：特征值分析控制>频率数量（振型数）：6；振型组合方法：CQC；反应谱荷载工况名称：Rx (Ry)；地震角度：0º(90º)。
20. 主菜单选择结构>类型>结构类型：定义结构类型结构类型：3-D (三维分析)；将结构的自重转换为质量：转换到X、Y (地震作用方向)。
21. 主菜单选择荷载>静力荷载>结构荷载/质量>节点质量>荷载转换成质量：质量方向：X，Y；荷载工况：DL (LL)；组合系数：1.0 (0.5)。
22. 主菜单选择分析>运行>运行分析：进行分析计算。
3.设置设计条件按规范的要求进行设计。
1. 主菜单选择结果>组合>荷载组合：添加荷载组合一般组合：用于查看内力变形等，一般组合中有包络组合；钢结构设计：用于设计组合；设计规范：GB50017-03；点击自动生成。
2. 主菜单选择设计>通用>一般设计参数>定义结构控制参数：设计类型：三维；由程序自动计算“计算长度系数”：若勾选则按GB50017-03附录D的公式自动计算，否则须由设计者手动输入计算长度系数。
图7 定义结构控制参数3. 主菜单选择设计>通用>一般设计参数>指定构件：分配类型：自动；选择类型：全部；当梁单元被其它节点分割成几部分时，需由程序指定构件来定义梁单元在强轴作用平面内的自由长度。
4. 主菜单选择设计>通用>一般设计参数>编辑构件类型：定义框架梁、框架柱、支撑。
选项：添加/替换；构件类型：梁；梁：框架梁；同样方法定义柱和支撑构件。
5. 主菜单选择设计>设计>钢构件设计>设计规范：设计标准：GB50017-03；勾选考虑抗震；选择抗震设防烈度：8度。
图8 设计标准6. 主菜单选择设计>设计>钢构件设计>编辑钢材:编辑钢材规格等图9 编辑钢材特性7. 主菜单选择设计>设计>钢构件设计>等效临界弯矩系数：该系数用于计算梁的整体稳定系数，可由程序计算。
当有些特殊构件需由设计者指定时，直接输入梁的等效弯矩系数即可。
4.钢构件截面验算及设计根据设计结果对杆件截面进行调整1. 主菜单选择设计>钢构件设计>钢构件验算>钢构件验算：钢构件截面验算注：在“特征值”排序下，“图形结果”和“详细结果”中所显示的杆件为本组特征值中应力比最大的。
如果想查看指定杆件的结果，在排序中选择“构件”图10 钢构件验算在选择项勾选某个单元，再勾选连接模型空间，在模型空间可以看到被选择的单元，点选“图形结果”以图形方式输出验算结果，点选“详细结果”以文本文件输出详细结果。
2. 修改未通过验算的杆件在截面验算对话框中，选择未通过验算的截面（柱和支撑），点击“修改”，弹出“修改钢材的材料特性和截面”对话框。
选择截面数据库及截面形状，设置规格限定条件（0为搜索所有规格），限定“极限验算比”范围，搜索合适的截面，在满足要求的截面中选择合适的截面。
注：有时放宽“极限验算比”的下限，可能会搜索到令工程师更为满意的截面。
图11 修改杆件截面通过“收索适合截面”选择面积最小的截面HW 250x250x9/14（柱），HM 194x150x6/9（支撑），点击“修改”确定将要替换的截面，点击“关闭”回到“截面验算对话框”，点击“更新”，弹出更新截面特性对话框。
选择修改后的截面，点击更新模型中的相关截面，并重新进行分析计 算。
如仍有未通过验算的截面，则重复步骤1、2直至所有截面均通过验算，满足强度和长细比的要求。
5.钢结构优化设计 1. 主菜单选择 特性>截面>截面特性值 定义新的截面 程序提供的优化设计功能是针对特征值—截面进行的，如需得到更为优化 的设计结果，需在进行钢结构优化设计（或位移优化设计）之前对要优化 的构件进行更为详细的截面分组。
具体操作为添加新截面，并运用拖放等 操作将杆件赋予截面。
本例题综合考虑受力等情况，做如下划分： 主梁截面分为两组： 1~5层的主梁为一组截面； 6层屋顶的主梁为一组截面； 柱截面分为四组： 1层中间四根中柱划为一组截面； 1层的边柱及角柱划为一组截面； 2~6层中间四根中柱划为一组截面； 2~6层的边柱及角柱划为一组截面； 支撑截面分为三组：1层支撑划为一组截面；2~3层支撑划为一组截面；4~6层支撑划为一组截面。
注：1.可在建模时就进行详细的截面划分。
2．截面分组情况需由工程师根据建筑要求、杆件受力情况，结构特点等多方面进行考虑。
显然，杆件截面分组越多，优化设计带来的收益越大。
（但分组太多也会导致优化时间增加，另外截面类型太多也不符合实际情况，因而截面分组应适当）图12 杆件截面分组2. 主菜单选择设计>钢结构设计>钢构件验算>钢结构优化设计：进行钢构件截面优化设计图13 优化设计约束条件： 容许：杆件的容许应力比。
数据库：选择型钢数据库。
其中“BUILT ”使用程序内置的焊接截面数据 库；“用户”使用用户在“用户定义截面列表”中定义的截面数 据库。
（本例题使用“GB-YB ”数据库）。
形状：同建模时输入的构件形状，也可修改截面形状。
D1、D2、D3…：对截面尺寸进行限定。
此处输入0，则搜索所有截面。
勾选要优化的截面，或选择所有截面进行优化。
分析选项：输入反复计算次数。
图14 优化设计迭代次数注：1.“BUILT ”为使用程序自动生成的截面数据库，详见帮组文件中“钢结构优化”部分。