MIDAS GEN 钢筋混凝土框架结构抗震分析及设计
基于MIDASGen的隔震钢框架结构抗震性能分析
广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2021年5月第28卷第5期MAY 2021Vol.28No.5DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2021.05.005作者简介：俆飞鸿（1962-），男，硕士研究生，教授，主要从事混凝土结构设计原理与结构试验技术的工作和研究。
E-mail ：****************0引言建筑隔震技术是最近四十年来抗震防灾工程领域最重大的创新技术之一，现阶段具有无可比拟的优越性，能降低地震力的50%~80%［1］。
隔震技术能使结构安全性成倍提高，并能保护内部设备仪器，在地震后不丧失使用功能，实现结构、生命、室内财产三保护［2］。
于是，科研人员开始逐渐将研究从建筑抗震转向建筑隔震上。
与此同时，钢材作为一种自重轻、强度高、抗震性能好、施工周期短、回收利用率高的建筑材料，且广泛适用于建造多高层建筑物、大跨度工业厂房、以及桥梁工程中［3］。
而我国又是一个地震多发的国家，如何减少地震中的损失，如何采用一种安全、有效、合理又经济的建筑隔震结构体系，将进一步推动钢结构在我国的发展，实现从建筑抗震到建筑隔震的平稳过渡［4-5］。
1工程概况本文选用1栋商用建筑进行数值模拟，建筑总高度为49.5m ，采用带八字斜撑的钢框架结构形式。
本建筑1~3层为裙房，每层层高设为4.5m ，4~10层用作办公区，层高均为3.0m ，自10层开始由于功能需要向中间缩进，每层层高为3.3m 。
框架柱网横向为10跨，纵向为6跨，且横向和纵向的柱间距均为6.0m 。
结构构件截面尺寸如下：柱为HW400×400×20×35，梁为HW350×350×10×16，斜撑为HW250×250×9×14。
结构荷载取值如表1所示。
结构的最底层平面布置如图1所示。
2MIDAS/Gen 建模采用MIDAS/Gen 软件建立模型如图2所示，MI⁃DAS/Gen 采用软件内置的“一般连接”边界条件来模拟隔震支座［6-7］。
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钢结构分析设计
根据厚度，有不 同的屈服强度。
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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
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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动力弹塑性分析
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例题 动力弹塑性分析
13.运行时程分析
主菜单选择 分析>运行分析
14.时程分析结果
1：主菜单选择 结果>时程分析结果>位移/速度/加速度: 可以查看在地震波作用下，各个时刻各节点的位移情况 荷载工况：SC1 步骤：11.16（可以任选某一时刻） 时间函数：Elcent－h 位移：任选一方向位移 若选择动画，可以以动画形式显示各时刻各节点的位移情况
4：主菜单选择 结果>时程分析结果>非弹性铰状态
时程荷载工况：SC1 步骤：12 （亦可以通过鼠标在地震波图形上点取） 时间函数：Elcent_h 结果类型：铰状态 成分： Ry
图33 非弹性铰状态
图34 非弹性铰图形显示
27Βιβλιοθήκη 注： 滞回模型说明 请参照帮助文 件
图22 定义梁铰特性值
计算卸载刚度的幂 阶，用来调整混凝土 开裂后刚度卸载
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定义柱铰 名称：colu，屈服强度（面）计算方法：自动计算，材料类型：钢筋混凝土 构件类型：柱，截面名称：2：300×300，特性值：勾选Fx,My，铰数量：5 滞回模型：Clough，特性值：自动计算
图13 分配楼面荷载
6：主菜单选择 结果>荷载组合： 自定义荷载组合“组合”，荷载工况系数：DL(ST)，1.0；LL(ST)，0.5
图14 自定义荷载组合
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7：主菜单选择 荷载>由荷载组合建立荷载工况:
图15 使用荷载工况建立荷载组合
8：主菜单选择 视图>激活>全部激活 视图>显示: 荷载 查看输入的荷载
在MIDASGen中如何实现中震设计
在MIDAS/Gen中如何实现中震设计？中震弹性设计就是在中震时结构的抗震承载力满足弹性设计要求，中震不屈服的设计就是地震作用下的内力按中震进行计算。
中震弹性设计与中震不屈服的设计在MIDAS中的实现一、中震弹性设计1、在MIDAS/Gen中定义中震反应谱主菜单》荷载》反应谱分析数据》反应谱函数：定义中震反应谱，即在定义相应的小震反应谱基础上输入放大系数β即可。
2、定义设计参数时，将抗震等级定为四级，即不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数。
3、其它设计参数的定义均同小震设计。
二、中震不屈服设计1、在MIDAS/Gen中定义中震反应谱。
内容同中震弹性设计。
2、定义设计参数时，将抗震等级定为四级，即不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数）。
内容同中震弹性设计。
3、定义荷载组合时将地震作用分项系数取为1.0。
4、将材料分项系数定义为1.0，即构件承载力验算时取用材料强度的标准植。
5、其它操作均同小震设计。
《抗规》中对中震设计的内容涉及很少，仅在总则中提到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，但没有给出中震设计的判断标准和设计要求，我国目前的抗震设计是以小震为设计基础的，中震和大震则是通过地震力的调整系数和各种抗震构造措施来保证的，但随着复杂结构、超高超限结构越来越多，对中震的设计要求也越来越多，目前工程界对于结构的中震设计有两种方法，第一种按照中震弹性设计，第二种是按照中震不屈服设计，而这两种设计方法在MIDAS/Gen中都可以实现，具体说明如下：一、中震弹性设计结构的抗震承载力满足弹性设计要求，最大地震影响系数α按表1取值，在中震作用下，设计时可不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数），但应采用作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数，构件的承载力计算时材料强度采用设计值。
表1 地震影响系数（β为相对于小震的放大系数）1、在MIDAS/Gen中定义中震反应谱主菜单》荷载》反应谱分析数据》反应谱函数：定义中震反应谱，即在定义相应的小震反应谱基础上输入放大系数β即可，β值按表1取用。
MIDASGen培训课程—钢筋混凝土结构抗震分析及设计
—钢筋混凝土结构抗震分析及设计目录简要 (1)设定操作环境及定义材料和截面 (2)建立轴网 (4)建立框架柱及剪力墙 (8)楼层复制及生成层数据文件 (10)定义边界条件 (11)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 (15)定义结构类型 (16)定义质量 (17)运行分析 (17)荷载组合 (18)查看反力及内力 (18)梁单元细部分析 (19)振型形状及各振型所对应的周期 (20)稳定验算 (20)周期 (21)层间位移 (21)层位移 (22)层剪重比 (22)层刚度比 (23)一般设计参数 (23)钢筋混凝土构件设计参数 (25)钢筋混凝土构件设计 (27)平面输出设计结果 (30)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：250x450，250x600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3030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304 : 主菜单选择 模型>材料和截面特性>截面： 添加：定义梁、柱截面尺寸定义梁、柱截面5 :主菜单选择 模型>材料和截面特性>厚度： 添加：定义剪力墙厚度定义剪力墙厚度30建立轴网1 : 主菜单选择 模型>栅格>定义轴线： 添加 ：定义X 、Y轴网间距定义轴网12 : 主菜单选择 模型>单元>建立: 建立梁单元，同时关闭栅格、轴网轴网1303 :主菜单选择 模型>用户坐标系>X-Y 平面: 激活UCS 平面保存当前UCS ，定义当前用户坐标系名称为“1”定义用户坐标系14 : 主菜单选择 模型>用户坐标系>X-Y 平面: 定义插入点 (即原点)旋转角度30º，准备插入另一个轴网。
midas Gen-组合结构分析
例题 组合结构分析分析
注： （1）对于需要定义 组阻尼比的边界（如 一般连接），需要同 时定义对应边界组。 （2）一般连接的定 义请参考用户培训 手册-边界非线性分 析。
图 11 定义边界时选择边界组
6. 定义组阻尼比
1. 主菜单选择 特性>塑性材料>组阻尼>组阻尼：应变能因子 未指定单元和边界的默认值中，组阻尼比：0.05，即输入了混凝土的阻尼比。 已指定单元和边界的默认值中，组类型：结构组 组名称：网壳 阻尼比：0.02，点击添加。
例题 5
组合结构分析
例题 组合结构分析分析
概要
例题五.组合结构分析
此例题介绍使 midas Gen 的反应谱分析功能来进行组合结构分析的方法。
此例题的步骤如下：
1. 简介 2. 建立混凝土框架模型 3. 建立网壳模型 4. 合并数据文件 5. 设定边界条件 6. 定义组阻尼比 7. 定义荷载 8. 输入反应谱数据 9. 定义结果类型 10. 定义质量 11. 运行分析 12. 荷载组合 13. 查看结果 14. 设计验算
例题 组合结构分析分析
1.简介
本例题介绍使 midas Gen 进行组合结构反应谱分析，采用了合并数据文件的建模方法， 并使用组阻尼比计算真实的振型阻尼比。本例题是一个混凝土框架-网壳组合结构。（本 例题数据仅供参考）
基本数据如下： 混凝土框架
柱 400mm×400 mm 主梁：200 mm×400 mm 次梁：150 mm×300 mm 混凝土：C30 层高：1F 4.0m 网壳 上弦：P165.2×4.5 下弦：P139.8×4.5 腹杆：P76.3×3.2 设防烈度：7°（0.10g） 场地：Ⅱ类
图 20 定义反应谱荷载工况
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。
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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。
midasGen-钢筋混凝土框架剪力墙动力弹塑性分析
例题动力弹塑性分析2 例题. 钢筋混凝土框架剪力墙动力弹塑性分析概要此例题将介绍利用 midas Gen做动力弹塑性分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。
此例题的步骤如下:1.简介2.设定操作环境及定义材料和截面3.用建模助手建立模型平面4.生成框架柱5.建立剪力墙6.楼层复制及生成层数据文件7.生成墙号8.定义边界条件9.输入楼面荷载10.定义结构类型11.定义质量12.定义配筋13.定义及分配铰特性值14.输入时程分析数据15.运行分析16.查看结果.1.简介本例题介绍使用 midas Gen 的动力弹塑性分析功能来进行抗震设计的方法。
例题模型为二层钢筋混凝土框架剪力墙结构。
(该例题数据仅供参考)基本数据如下：➢轴网尺寸：3m x3m➢柱: 300x300➢主梁： 200x300➢混凝土： C30➢层高：一～二层：3.0m➢地震波： El Centro➢分析时间： 12 秒图1 分析模型例题动力弹塑性分析4 2.设定操作环境及定义材料和截面在建立模型之前先设定环境及定义材料和截面1.主菜单选择文件>新项目2.主菜单选择文件>保存:输入文件名并保存3.主菜单选择工具>设置>单位系:长度 m, 力 kN图2 定义单位体系4.主菜单选择特性>材料>材料特性值：添加：定义C30混凝土材料号：1 名称：C30 规：GB10(RC)混凝土：C30 材料类型：各向同性5.主菜单选择特性>截面>截面特性值：添加：定义梁、柱截面尺寸；墙厚度注：也可以通过程序右下角随时更改单位。
.图3 定义材料图4 定义梁、柱截面及墙厚度例题动力弹塑性分析6 3.用建模助手建立模型主菜单选择结构>建模助手>基本结构>框架：输入：添加x坐标，距离3，重复2；添加z坐标，距离3，重复2；编辑： Beta角，90度；材料，C30；截面，200x300；生成框架；插入：插入点，0，0，0；Alpha，－90。
midasGen-钢筋混凝土框架剪力墙动力弹塑性分析
例题动力弹塑性分析2 例题. 钢筋混凝土框架剪力墙动力弹塑性分析概要此例题将介绍利用 midas Gen做动力弹塑性分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。
此例题的步骤如下:1.简介2.设定操作环境及定义材料和截面3.用建模助手建立模型平面4.生成框架柱5.建立剪力墙6.楼层复制及生成层数据文件7.生成墙号8.定义边界条件9.输入楼面荷载10.定义结构类型11.定义质量12.定义配筋13.定义及分配铰特性值14.输入时程分析数据15.运行分析16.查看结果.1.简介本例题介绍使用 midas Gen 的动力弹塑性分析功能来进行抗震设计的方法。
例题模型为二层钢筋混凝土框架剪力墙结构。
(该例题数据仅供参考)基本数据如下：➢轴网尺寸：3m x3m➢柱: 300x300➢主梁： 200x300➢混凝土： C30➢层高：一～二层：3.0m➢地震波： El Centro➢分析时间： 12 秒图1 分析模型例题动力弹塑性分析4 2.设定操作环境及定义材料和截面在建立模型之前先设定环境及定义材料和截面1.主菜单选择文件>新项目2.主菜单选择文件>保存:输入文件名并保存3.主菜单选择工具>设置>单位系:长度 m, 力 kN图2 定义单位体系4.主菜单选择特性>材料>材料特性值：添加：定义C30混凝土材料号：1 名称：C30 规：GB10(RC)混凝土：C30 材料类型：各向同性5.主菜单选择特性>截面>截面特性值：添加：定义梁、柱截面尺寸；墙厚度注：也可以通过程序右下角随时更改单位。
.图3 定义材料图4 定义梁、柱截面及墙厚度例题动力弹塑性分析6 3.用建模助手建立模型主菜单选择结构>建模助手>基本结构>框架：输入：添加x坐标，距离3，重复2；添加z坐标，距离3，重复2；编辑： Beta角，90度；材料，C30；截面，200x300；生成框架；插入：插入点，0，0，0；Alpha，－90。
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。
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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。
基于MIDAS-GEN的地下综合管廊抗震分析
其 中 ，》(Z)为 地 下 结 构 距 离 地 表 面 z 处 地 震 时 的 土 体 变 形 ，
第 一 段 :采 用 钢 筋 混 凝 土 结 构 形 式 ，结 构 尺 寸 如 图 2 所 示 。
为地表与基准面的 相 对 位 移 最 大 值 ，可 以 由 公 式 ^ 第二段:采用钢筋混凝土结构形式，结 构 尺 寸 如 图 3 所 示 。
2.2 工程地质条件
根 据 GB 50909—2014城市轨道交通结构抗震设计规范6. 3 .1 4 条 第 条 规 定 ，设计地震作用基准面应取地下结构底层以下剪切 波速不小于500 m /s 岩土层位置，且对于覆盖土层厚度小于70 m
(7)
第 四 步 ,通过各个节点的位移按照式（1 )计算各节点的弹簧 刚度：
r B = h - Sv - Ts - s=0. 5(r u + tb )
(9)
2) 土体相对位移。
2 工程概况
将地震作用下地下综合管廊周围土层的绝对位移沿着深度
本 项 目 为 我 国 西 南 地 区 某 地 下 综 合 管 廊 项 目 ，该 地 下 综 合 管
埋深;&为用反应位移法时设计水平烈度的基本值。
2) 惯性力。
F = mgK0
(5)
其中， 为结构惯性力为地下综合管廊结构质量。
1.5 土压力
地震作用时的土压力计算公式如式(6 )所示:
P (Z ) = k0 [ Ua(Z ) - Ua(Z B )]
(6)
地震作用时土的摩擦力：
tu = GhD - Sav - TTs - sm. n 2.H忍
(南华大学土木工程学院，湖 南 衡 阳 412000)
摘 要 :以 国 内 某 地 下 综 合 管 廊 为 背 景 ，基于反应位移法的基础上，利 用 MIDAS-GEN有限元软件研究地下管廊结构在多遇地震和
基于MIDAS_Gen的地下结构抗震设计分析
建模时将结构简化为二维梁柱体系，地下层 1 顶 部的左、右侧各 3 跨梁和底部梁 1000mm×600mm， 地 下层 2 底部梁截面尺寸为 1000mm×350mm，地下层 3 底 部 梁 截 面 为 1000mm×900mm ； 柱 简 化 为 750mm×750mm 的钢筋混凝土柱；地下层 1 顶部中间 4 跨为空心钢管混凝土板，简化为钢管混凝土组合截 面见图 3，外包混凝土截面尺寸为 1000mm×900mm， 空心钢管的尺寸为 φ600mm×10mm 。钢材型号为 Q390B，混凝土强度等级为 C35。
是土体对结构的横向抗力；a 为土层的厚度；bp 为桩 柱的宽度；z 为土层深度；xz 为结构在 z 处的位移（即 该 处 的土 的横 向位 移值 ） ； m 为地 基土 比例 系 数 /kN/m4，一般可根据试验测定，无实测数据时，可参 考相关资料选用，或者是向相关有经验的专家咨询[6]。 根据建设工程场地的工程地质条件，取 m=15MN/m4，bp=1 m，a 即各层细分单元的长度，根 据式（1）即可算出各节点处的 ks 。 3 反应谱荷载工况设计 3.1 抗震设计参数 工程抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度 值为 0.10g， 建筑场地类别为Ⅱ类， 设计地震分组为第 一组，抗震设防类别为 7 度设计，工程现浇钢筋混凝 土框架结构抗震等级为二级。 3.2 反应谱荷载工况 文中只考虑 X 方向的反应谱分析荷载工况，反应 谱按《建筑抗震设计规范》(GB50011—2008)，结合场 地条件确定[12]，如图 6 所示为地震反应谱曲线图。
analysis of underground structures [J]. Tunneling and Underground Space Technology, 2001, 16(4): 247-293. [5] ST.JOHN CM, ZAHRAH TF. A seismic design of underground structures[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 1987, 2(2): 165-197. [6] 蔡建,周靖,禹奇才. 建筑抗震设计理论研究进展. [J]. 广州大学学报, 2005, 4(1): 65-74. [7] 孙钧,候学渊.地下结构(上、下册 )[M].北京：科学出版社,1987. [8] 于翔, 陈启亮, 等. 地下结构抗震研究方法及现状[J]. 解放军理工大 学学报, 2000, 1(5): 63-69. [9] 周健 , 苏燕 , 童鹏 . 软土地层地铁及地下构筑物抗震动力分析研究 现状[J]. 地下空间, 2003, 23(2): 173-178. [10] 张建民 , 张嘎 . 土体与结构物动力相互作用研究进展 [J]. 岩石力学与 工程学报,20(S1):84-85. [11] 范立础. 桥梁抗震[M]. 上海: 同济大学出版社,1997. [12] GB50011 — 2008 建筑抗震设计规范 [S]. 北京 : 中国建筑工业出版 社,2008.
抗震分析设计在midas中的实现
中震分析设计
一、中震弹性设计 结构的抗震承载力满足弹性设计要求，最大地震影响系数α按表1取值， 在中震作用下，设计时可不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、 强剪弱弯调整系数），但应采用作用分项系数、材料分项系数和抗震承 载力调整系数，构件的承载力计算时材料强度采用设计值。
输出时程分析结果的 时间步骤数。将以(输 出步骤数 x 时间增量) 的间隔生成结果。
阻尼：程序提供
1.振型阻尼 2.质量和刚度因子（瑞利阻尼） 3.应变能因子
弹性时称分析
定义地面加速度
函数名称：从列表中选择要
使用的地面加速度。
系数：地面加速度的整系数。 到达时间：地面加速度开始
作用于结构上的时间。 注: 在"到达时间"之前的时间， 地面加速度的数据为零，对 结构不发生作用。定义到达 时间的目的是反映几个时程 荷载作用在同一结构上，且 各荷载发生作用的时间不同 时的结构反应。
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弹性时称分析
定义时程荷载工况-----持续时间
分析时间：时程分析的 总的时间长度 高规3.3.5规定如下：
地震波的持续时间不宜小于 建筑结构基本自振周期的 3～4倍，也不宜少于12s， 地震波的时间间距可取0.01 s或0.02s
混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范gb50010gb5001020022002建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范gb50011gb5001120012001钢结构设计规范钢结构设计规范gb50017gb500170303高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程jgj3jgj320022002建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范gb50009gb5000920012001型钢混凝土组合结构技术规程型钢混凝土组合结构技术规程jgj138jgj13820012001高层民用建筑钢结构技术规程高层民用建筑钢结构技术规程jgj99jgj999898钢管混凝土结构设计与施工规程钢管混凝土结构设计与施工规程cecs28
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例题钢筋混凝土结构 抗震分析及设计1例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计例题. 钢筋混凝土结构抗震分析及设计 概要本例题介绍使用MIDAS/Gen 的反应谱分析功能来进行抗震设计的方法。
此例题的步骤如下:1.简要2.设定操作环境及定义材料和截面3.利用建模助手建立梁框架4.建立框架柱及剪力墙5.楼层复制及生成层数据文件6.定义边界条件7.输入楼面及梁单元荷载8.输入反应谱分析数据9.定义结构类型10.定义质量11.运行分析12.荷载组合13.查看结果14.配筋设计2例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计1.简要本例题介绍使用MIDAS/Gen 的反应谱分析功能来进行抗震设计的方法。
(该例题数据仅供参考)例题模型为六层钢筋混凝土框－剪结构。
基本数据如下：¾轴网尺寸：见平面图¾主梁： 250x450，250x500¾次梁： 250x400¾连梁： 250x1000¾混凝土： C30¾剪力墙： 250¾层高：一层：4.5m 二~六层：3.0m¾设防烈度：7º（0.10g）¾场地：Ⅱ类3例题 钢筋混凝土结构抗震分析及设计2.设定操作环境及定义材料和截面在建立模型之前先设定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。
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4例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计4：主菜单选择模型>材料和截面特性>截面：添加：定义梁、柱截面尺寸定义梁、柱截面5：主菜单选择模型>材料和截面特性>厚度：添加：定义剪力墙厚度定义剪力墙厚度5例题 钢筋混凝土结构抗震分析及设计3.用建模助手建立模型1：主菜单选择 模型>结构建模助手>框架:输入：添加x 坐标，距离5，重复2；距离3.9，重复2；距离4.3，重复2； 添加z 坐标，距离5，重复3；编辑： Beta 角，90度；材料，C30；截面，250x450；生成框架； 插入：插入点，0，0，0；Alpha ，－90。
建立框架16例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计2： 主菜单选择模型>结构建模助手>框架：输入：添加x坐标，距离5，重复3；添加z坐标，距离5，重复3；编辑： Beta角，90度；材料，C30；截面，250x450；生成框架；插入：鼠标拾取点或输入点坐标值；Alpha，－90；Beta：0；Gamma，－60。
建立框架27例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计3：主菜单选择模型>单元>建立曲线并分割成线单元: 建立曲梁建立曲梁4：主菜单选择模型>单元>复制和移动:选择复制对象；输入复制间距1.75；在截面号增幅 2 (选择次梁截面)；在交叉分割项，将节点和单元都选上。
同时删除部分梁单元。
注：次梁截面修改也可以应用拖放的功能修改截面建立轴网8例题 钢筋混凝土结构抗震分析及设计4. 建立框架柱及剪力墙1：主菜单选择 模型>单元>扩展：扩展类型：节点——线单元 单元类型 ：梁单元 材料：C30 截面：500x500； 输入复制间距：dz=－4.5 在模型窗口中选择生成柱的节点。
注：对于不生成柱子的位置，可以用解除选择不生成柱子位生成框架柱2：主菜单选择 模型>单元>修改单元参数>参数类型:选择Beta 角，Beta=60º，在模型窗口选择框架2部分需要旋转的框架柱。
3：主菜单选择 模型>单元>扩展:扩展类型：线单元——平面单元 单元类型 ：墙单元 生成形式： 复制和移动 输入复制间距：dz=－4.5 在模型窗口选择生成墙的梁单元。
9例题 钢筋混凝土结构抗震分析及设计注：扩展时可以勾选目标> 删除选项，确认是否保留梁单元生成剪力墙4：主菜单选择 模型>单元>分割：单元类型：墙单元 任意间距： X=0,Z=1.9,1.2 在模型窗口选择要分割的墙单元，并按F2键或激活图标激活。
5： 菜单选择 模型>单元>删除： 在模型窗口选择被删除的墙单元注：x 、z 分别指单元坐标系的x 、z 方向。
墙单元被分割10例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计6：主菜单选择模型>单元>分割：单元类型：线单元被节点分割：在模型窗口选择要分割的单元及分割单元的节点分割线单元7：主菜单选择模型>单元>修改单元参数：参数类型：截面号形式：选择250x1000（连梁截面）模型窗口选择修改的梁单元注：亦可使用拖放功能；同时考虑在“结构类型”中是否点取“在图形显示中，将梁顶标高与楼面标高（X-Y墙洞口布置11例题 钢筋混凝土结构抗震分析及设计5.楼层复制及生成层数据文件1：主菜单选择 建筑物数据>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楼层复制2：主菜单选择 建筑物数据>定义层数据: 点击生成层数据：考虑5%偶然偏心考虑刚性楼板：若为弹性楼板选择不考虑地面高度：点击，若勾选使用地面高度，则程序认定此标高以下为地下室，勾选各构件承担的层间剪力注：程序自动计算风荷载时，程序将自动判别地面标高以下的楼层不考虑风荷载生成层数据12例题 钢筋混凝土结构抗震分析及设计3：主菜单选择 建筑物数据>自动生成墙号:避免设计时不同位置的墙单元编号相同，特别是在利用扩展单元功能时，一次生成多个墙单元时，这些墙单元的墙号相同，若这些墙单元不在直线上，X 向、Y 向都有时，程序则认为没有直线墙不给配筋设计。
6.定义边界条件主菜单选择模型>边界条件>一般支承: 在模型窗口中选择柱底及墙底嵌固点输入边界条件7. 输入楼面及梁单元荷载注：可以利用面选的功能对下部节点进行选择。
1: 主菜单选择 荷载>静力荷载工况:DL:恒荷载 LL ：活荷载 WX:风荷载 WY:风荷载13例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计定义荷载工况2: 主菜单选择荷载>自重:荷载工况：DL 自重系数：Z=－1定义自重14例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计3：菜单选择荷载>定义楼面荷载类型：定义各房间荷载：办公室、卫生间、屋面名称：OFFICE 荷载工况：DL（LL）楼面荷载：－4.3（－2.0）按按名称：BATHROOM 荷载工况：DL（LL）楼面荷载：－6（－2.0）定义楼面荷载4: 主菜单选择视图>激活>按属性激活：选择按层激活：激活2F层15例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计按层激活5：主菜单选择荷载>分配楼面荷载:楼面荷载类型：OFFICE 分配模式：双向（或长度）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同样方法输入BATHROOM 楼面荷载注：楼面荷载分配不上，可检查分配区域内是否有空节点、重复节点、重复单元。
分配楼面荷载16例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计6： 主菜单选择荷载>连续梁单元荷载：荷载工况：DL 选择：添加荷载类型：均布荷载荷载作用单元：两点间直线方向：整体坐标系Z 数值：W=－10 复制荷载：方向Z，距离4@3加载区间（两点）：选择加载梁单元。
输入梁单元荷载7：重复步骤5和6输入屋面荷载及梁单元荷载8: 主菜单选择视图>激活>全部激活视图>显示: 荷载查看输入的荷载17例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计显示荷载18例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计7.输入风荷载1： 主菜单选择荷载>横向荷载>风荷载>添加荷载工况：WX风荷载设计标准： GB50009－2001。
风荷载方向系数：X轴方向系数 1 Y轴方向系数 0注：程序只有刚性板假定层的风荷载。
风荷载输入19例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计2： 重复步骤1，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。
8. 输入反应谱分析数据1：主菜单选择荷载>反应谱分析数据>反应谱函数>添加:设计反应谱：GB50011－2001；设计地震分组：1；地震设防烈度：7º（0.10g）场地类别：Ⅱ；地震影响：多遇地震；阻尼比：0.05生成设计反应谱20例题 钢筋混凝土结构抗震分析及设计2：主菜单选择 荷载>反应谱分析数据>反应谱荷载工况: 特征值分析控制>频率数量（振型数）：6反应谱分析控制> 振型组合方法：CQC反应谱荷载工况名称：Rx (Ry)地震角度：0º( 90º) 周期折减系数：0.8反应谱荷载工况21例题 钢筋混凝土结构抗震分析及设计9.定义结构类型主菜单选择 模型>结构类型 结构类型：X －Z 平面(二维分析)将结构的自重转换为质量：转换到X、Y (地震作用方向)定义结构类型10. 定义质量主菜单选择 模型>质量>将荷载转换成质量： 质量方向：X ，Y 荷载工况：DL ( LL)注：此处转换得荷载不包括自重。
组合系数：1.0 ( 0.5)22例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计定义质量11.运行分析主菜单选择分析>运行分析23例题 钢筋混凝土结构抗震分析及设计12.荷载组合主菜单选择 结果>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 混凝土设计：用于结构设计部分组合 点击自动生成 设计规范：GB50010－02荷载组合13．查看结果1. 查看反力及内力注：1. 考虑双向地震勾选双向地震程序会在荷载组合中自动添加。
2.用户亦可自定义所需的荷载组合，先在左侧名称一栏定名称，在右侧选择荷载工24例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计1：主菜单选择结果>反力>反力：柱脚内力（轴力和弯矩）Z向与X向基底反力2：主菜单选择结果>反力>查看反力: 可以查看基底任意节点内力25例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计2.位移主菜单选择结果>位移>位移形状: 可以查看任意节点各方向位移>位移等值线: 可以查看任意节点各方向位移注意：位移非挠度，挠度应为相对位移>查看位移:查看每个节点位移情况水平力作用下各层侧移简图3.构件内力与应力图1：主菜单选择结果>内力>梁单元内力图:查看在各种工况组合下梁单元内力墙单元内力图:查看在各种工况组合下墙单元内力26例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计梁单元内力图墙单元内力图27例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计2：主菜单选择结果>应力>梁单元应力图:查看各种工况组合下梁单元应力3：主菜单选择结果>内力>构件内力图:查看在各种工况组合下构件的内力梁设计弯矩包络图4. 梁单元细部分析主菜单选择结果>梁单元细部分析:查看各个梁单元在各种工况作用下应力及内力图梁单元细部分析28例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计5. 振型形状及各振型所对应的周期主菜单选择结果>周期与振型:查看各种振型作用下的结构各向位移及自振周期振型形状及周期6.稳定验算主菜单选择结果>稳定验算: 刚重比验算结构类型：框—剪荷载工况：全选稳定验算29例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计7.周期主菜单选择结果>分析结果表格>振型与周期：输出各振型周期及有效质量参与系数周期8.层间位移主菜单选择结果>分析结果表格>层>层间位移角验算：输出各种工况下各层的层间位移角，并和层间位移角限值进行验算。