基于ANSYS的框架结构风荷载分析
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2021/2/21
§1.1高层建筑体系发展
三、高层建筑结构体系 1.框架结构体系
常用于钢结构和钢筋混凝土结构中,由横梁和柱通 过节点构成承载结构,如图1.1所示。 2.剪力墙结构体系
常用于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平 作用和竖向荷载，如图1.2所示。 3.框剪结构体系
是把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成 的结构体系。
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2021/2/21
图1.1 框架结构体系
图1.2 剪力墙结构体系
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2021/2/21
§1.1高层建筑体系发展
4.筒体结构体系 剪力墙在平面内围合成箱形,形成一个竖向布置的
空间刚度很大的薄壁筒体;也可加密框架的柱距,并加 强梁的刚度，形成空间整体受力的框筒等，从而形成 具有很好的抗风和抗震性能的筒体结构体系，如图 1.4所示。
3. SATWE软件
三、本文应用软件ANSYS特点
➢ 适用范围广泛
对于土木工程领域,几乎所有的结构和荷载工况都
可以用来建模和分析并进行大规模的计算。
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2021/2/21
§1.3高层建筑结构的分析软件
➢ 功能齐全 ➢ 建模方法简便
ANSYS软件主要有三种建模方法:实体建模法、直 接生成法和利用CAD系统创建模型。 ➢ 结构开放
11
从静力计算到动力计算，从弹性问题到弹塑性问题， 几乎在所有的连续介质和场问题中都得到了应用。
2021/2/21
§1.5钢筋混凝土有限元分析
一、钢筋混凝土有限元分析的意义 钢筋混凝土结构是现代工程建设中,应用最广泛的
结构之一。长期以来,钢筋混凝土结构的分析主要依 靠试验和经验公式，而且主要是针对杆件结构。对于 复杂的混凝土结构主要采用模型试验，或弹性理论进 行分析，对某些结构则用极限平衡理论求的其极限承 载能力。 二、主要用途 ➢ 用于重大结构，如核电站的安全壳、海上采油平台等。 既可以检验设计，又可以优化设计;既具有经济价值， 又具有研究价值。 ➢ 用于结构或构件的全过程分析，对结构或构件的性能 及其实际的极限荷载有更深入、正确的了解，能揭示 出结构的薄弱环节，能对其可靠性做出正确的评价。
从单一到复杂的发展阶段。1977年广州白云宾馆的建
造，使我国高层建筑的高度突破了100m（33层），此
后广州花园酒店、北京饭店、南京金陵饭店以及广州
白天鹅宾馆等相继出现。深圳、珠海特区的建设，从
一开始就给人们以全新的概念和面貌，高层建筑在这
些新兴城市几乎成了主调，深圳国贸中心大厦的建设
（50层、160m）是它的代表作。直到现今，世界各地
ANSYS通过模块与CAD等系统直接相连,模块使用 均采用人机对话方式,使用方便。 ➢ 图形功能强大 ➢ 算法先进
针对不同有限元模型的大小和特点，ANSYS软件提 供不同的解方程方法，以供使用者选择。
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2021/2/21
§1.4有限单元法理论
有限元法是随着电子计算机的发展而发展起来的一种 有效的数值方法,它的创立和应用在工程分析中具有 重要的意义。在国外,有限元法在}o年代中起源于航 空工程中飞机结构的矩阵分析，60年代初，许多数学 和力学工作者参加了有限元法的研究，搞清了它的理 论基础，使有限元法得到了很大的发展，被推广用来 求解弹性力学的平面应力问题。在我国，60年代初， 著名数学家冯康教授和他的研究组提出了一种以变分 原理为基础的三角形剖分的近似法，为偏微分方程求 得了近似解，并在严密的数学基础上证明了它的收敛 性、稳定性和误差估计。这个方法就是人们熟知的有 限元法 。有限元法的出现，是数值分析方法研究领域 内重大突破性的进展，从结构分析发展到非结构分析，
高层，超高层层出不穷，例如:中国台北101大楼，
2004年建成，共101层，楼高509米。马来西亚吉隆坡
双子塔，高452米，88层，1998年完工，是目前世界上
最高的双子楼。
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2பைடு நூலகம்21/2/21
§1.1高层建筑体系发展
二、现代高层建筑给我们的思考
今天随着用地面积的高度缩减,多层、小高层、高层、超 高层,一定是未来城市建筑的一个可持续性发展方向。 随着自然生态环境的复杂变迁、和寰球气候条件的不 断改变，不可预知的突发事件也时有发生，这些不可 抗力的外来因素，就建筑的安全性而言，它将是建筑 科学技术今天要解决和必将面对的问题。今天我们的 高层建筑，大多数是难以应对突发事件和自然灾害的。 当然我的这一说法一定会引起官方和业内人士的非议， 但是;我说的并不是建筑技术的问题，而是建筑安全的 技术干预、和建筑安全的预警机制。建筑安全问题， 不是简单一个技术问题，一个没有公共安全意识的社 会是不会和谐的，是不会应对灾难的，也不会有发展 前途的!
基于ANSYS的框架结构风荷载分析
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绪论
高层建筑体系的发展 结构计算方法的发展 高层建筑结构的分析软件 有限单元法理论 钢筋混凝土有限元分析 本论文主要内容
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§1.1高层建筑体系发展
2021/2/21
一、高层建筑发展概况
我国高层建筑的发展与国外类似,经过一段从低到高,
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§1.6本论文的主要内容
Beam4单元特点:
1.两单元长度和横截面积均不能为零。如果没有大的剪切变形 ,它的惯性矩可以为零。
2.在梁单元中,对于惯性矩的计算，横截面可以是任意形状。 但是，应力计算时取界面低端到中性轴的距离为相对应的 界面高度的一半。单元高度仅仅在弯曲计算和热应力分析 时才会使用
单元、墙、板元和杆元的组合结构,组成未知数更多的
大型方程求解,从而得到更细致更精确的应力分布。
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§1.3高层建筑结构的分析软件
2021/2/21
一、高层建筑结构的通用软件
1. SAP程序系统
2. ADINA程序
3. FEM程序
二、高层建筑结构分析的专用软件
1. STABS软件系列
2. TBSA程序系统
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图1.4 筒体结构体系
§1.2结构计算方法的发展
2021/2/21
一、手工计算
框架结构体系、剪力墙结构体系、框剪结构体系均
有不同的计算方法。
二、矩阵位移法
包括协同工作分、空间结构分析两种。
三、弹力方法解微分方程
解析解方法方程和半解析解法方程两种。
四、多种单元组合的有限单元法
基本原理:将高层建筑结构离散弹性力学的平面
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§1.1高层建筑体系发展
三、高层建筑结构体系 1.框架结构体系
常用于钢结构和钢筋混凝土结构中,由横梁和柱通 过节点构成承载结构,如图1.1所示。 2.剪力墙结构体系
常用于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平 作用和竖向荷载，如图1.2所示。 3.框剪结构体系
是把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成 的结构体系。
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图1.1 框架结构体系
图1.2 剪力墙结构体系
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§1.1高层建筑体系发展
4.筒体结构体系 剪力墙在平面内围合成箱形,形成一个竖向布置的
空间刚度很大的薄壁筒体;也可加密框架的柱距,并加 强梁的刚度，形成空间整体受力的框筒等，从而形成 具有很好的抗风和抗震性能的筒体结构体系，如图 1.4所示。
3. SATWE软件
三、本文应用软件ANSYS特点
➢ 适用范围广泛
对于土木工程领域,几乎所有的结构和荷载工况都
可以用来建模和分析并进行大规模的计算。
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2021/2/21
§1.3高层建筑结构的分析软件
➢ 功能齐全 ➢ 建模方法简便
ANSYS软件主要有三种建模方法:实体建模法、直 接生成法和利用CAD系统创建模型。 ➢ 结构开放
11
从静力计算到动力计算，从弹性问题到弹塑性问题， 几乎在所有的连续介质和场问题中都得到了应用。
2021/2/21
§1.5钢筋混凝土有限元分析
一、钢筋混凝土有限元分析的意义 钢筋混凝土结构是现代工程建设中,应用最广泛的
结构之一。长期以来,钢筋混凝土结构的分析主要依 靠试验和经验公式，而且主要是针对杆件结构。对于 复杂的混凝土结构主要采用模型试验，或弹性理论进 行分析，对某些结构则用极限平衡理论求的其极限承 载能力。 二、主要用途 ➢ 用于重大结构，如核电站的安全壳、海上采油平台等。 既可以检验设计，又可以优化设计;既具有经济价值， 又具有研究价值。 ➢ 用于结构或构件的全过程分析，对结构或构件的性能 及其实际的极限荷载有更深入、正确的了解，能揭示 出结构的薄弱环节，能对其可靠性做出正确的评价。
从单一到复杂的发展阶段。1977年广州白云宾馆的建
造，使我国高层建筑的高度突破了100m（33层），此
后广州花园酒店、北京饭店、南京金陵饭店以及广州
白天鹅宾馆等相继出现。深圳、珠海特区的建设，从
一开始就给人们以全新的概念和面貌，高层建筑在这
些新兴城市几乎成了主调，深圳国贸中心大厦的建设
（50层、160m）是它的代表作。直到现今，世界各地
ANSYS通过模块与CAD等系统直接相连,模块使用 均采用人机对话方式,使用方便。 ➢ 图形功能强大 ➢ 算法先进
针对不同有限元模型的大小和特点，ANSYS软件提 供不同的解方程方法，以供使用者选择。
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2021/2/21
§1.4有限单元法理论
有限元法是随着电子计算机的发展而发展起来的一种 有效的数值方法,它的创立和应用在工程分析中具有 重要的意义。在国外,有限元法在}o年代中起源于航 空工程中飞机结构的矩阵分析，60年代初，许多数学 和力学工作者参加了有限元法的研究，搞清了它的理 论基础，使有限元法得到了很大的发展，被推广用来 求解弹性力学的平面应力问题。在我国，60年代初， 著名数学家冯康教授和他的研究组提出了一种以变分 原理为基础的三角形剖分的近似法，为偏微分方程求 得了近似解，并在严密的数学基础上证明了它的收敛 性、稳定性和误差估计。这个方法就是人们熟知的有 限元法 。有限元法的出现，是数值分析方法研究领域 内重大突破性的进展，从结构分析发展到非结构分析，
高层，超高层层出不穷，例如:中国台北101大楼，
2004年建成，共101层，楼高509米。马来西亚吉隆坡
双子塔，高452米，88层，1998年完工，是目前世界上
最高的双子楼。
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2பைடு நூலகம்21/2/21
§1.1高层建筑体系发展
二、现代高层建筑给我们的思考
今天随着用地面积的高度缩减,多层、小高层、高层、超 高层,一定是未来城市建筑的一个可持续性发展方向。 随着自然生态环境的复杂变迁、和寰球气候条件的不 断改变，不可预知的突发事件也时有发生，这些不可 抗力的外来因素，就建筑的安全性而言，它将是建筑 科学技术今天要解决和必将面对的问题。今天我们的 高层建筑，大多数是难以应对突发事件和自然灾害的。 当然我的这一说法一定会引起官方和业内人士的非议， 但是;我说的并不是建筑技术的问题，而是建筑安全的 技术干预、和建筑安全的预警机制。建筑安全问题， 不是简单一个技术问题，一个没有公共安全意识的社 会是不会和谐的，是不会应对灾难的，也不会有发展 前途的!
基于ANSYS的框架结构风荷载分析
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绪论
高层建筑体系的发展 结构计算方法的发展 高层建筑结构的分析软件 有限单元法理论 钢筋混凝土有限元分析 本论文主要内容
2021/2/21
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§1.1高层建筑体系发展
2021/2/21
一、高层建筑发展概况
我国高层建筑的发展与国外类似,经过一段从低到高,
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2021/2/21
§1.6本论文的主要内容
Beam4单元特点:
1.两单元长度和横截面积均不能为零。如果没有大的剪切变形 ,它的惯性矩可以为零。
2.在梁单元中,对于惯性矩的计算，横截面可以是任意形状。 但是，应力计算时取界面低端到中性轴的距离为相对应的 界面高度的一半。单元高度仅仅在弯曲计算和热应力分析 时才会使用
单元、墙、板元和杆元的组合结构,组成未知数更多的
大型方程求解,从而得到更细致更精确的应力分布。
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§1.3高层建筑结构的分析软件
2021/2/21
一、高层建筑结构的通用软件
1. SAP程序系统
2. ADINA程序
3. FEM程序
二、高层建筑结构分析的专用软件
1. STABS软件系列
2. TBSA程序系统
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图1.4 筒体结构体系
§1.2结构计算方法的发展
2021/2/21
一、手工计算
框架结构体系、剪力墙结构体系、框剪结构体系均
有不同的计算方法。
二、矩阵位移法
包括协同工作分、空间结构分析两种。
三、弹力方法解微分方程
解析解方法方程和半解析解法方程两种。
四、多种单元组合的有限单元法
基本原理:将高层建筑结构离散弹性力学的平面