midas gen钢结构优化分析及设计

按
进行优化设计
3： 钢结构优化设计结果输出： 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。
¾ 主梁：HM 244x175x7/11
¾ 次梁：HN 200x100x5.5/8
¾ 支撑：HN 125x60x6/8
¾ 钢材： Q235
¾ 层高：一层
4.5m
二～六层 3.0m
¾ 设防烈度：8º（0.20g）
¾ 场地： II类
¾ 设计地震分组：1组
¾ 地面粗糙度；A ¾ 基本风压：0.35KN/m2； ¾ 荷载条件：1-5层楼面，恒荷载 4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2 ；
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 模型>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 模型>单元>建立：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 建筑物数据>复制层数据: 复制次数：5； 距离：3，添加；
例题
钢框架结构分析及优化设计
MIDAS/Gen
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例题 钢框൸结构ᐠᔡ࿔优ặ设计

例题2. 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在相应规范要求的强 度下，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。
的容许强度比）。
仅有轴力： 选择满足指定条件的构件，指定条件指轴力（必需的轴
向强度）在容许应力比范围内。 考虑柱轴向变形的影响，可以只对轴力进行优化。因为若选择按弯矩优 化，由于高层建筑各柱的弹性压缩量不同，与柱相连的梁构件会因柱弹性 压缩引起附加弯矩，随之柱端也会产生附加弯矩，将会出现越是上部柱构
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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>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>一般设计参数>定义计算长度系数： 设计类型 ：三维； 由程序自动计算“计算长度系数” ：若勾选则按GBJ17-88附录四的公式自 动计算，否则须由设计者直接输入计算长度系数。
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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。
荷载工况：WX；
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例题 钢框൸结构ᐠᔡ࿔优ặ设计

风荷载设计标准： GB50009-2001； 基本风压：3.5； 阻尼比：0.02； 其它数据使用默认值； 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。 18： 主菜单选择 荷载>反应谱分析数据>反应谱函数>：添加反应谱函数: 设计反应谱：GB50011-2001； 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。 19： 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； 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 模型>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 模型>质量>将荷载转换成质量： 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>运行分析：进行分析计算。
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>钢构件设计参数>设计标准： 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>钢构件设计参数>编辑钢材: 编辑钢材规格等
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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”
1： 主菜单选择 设计>钢构件截面验算：钢构件截面验算
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。
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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。
14： 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； 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>横向荷载>风荷载：添加X方向风荷载
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； ¾ 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
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例题 钢框൸结构ᐠᔡ࿔优ặ设计

图1. 分析模型
图2. 结构平面图
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11： 主菜单选择 荷载>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>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。
图14. 优化设计迭代次数
板厚数据：在使用“BUILT”据库时，焊接截面所使用的钢板厚度数据库在 此定义。
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柱截面设计：
源自文库
图15. 自定义截面所使用的板厚
轴力和弯矩：选择满足指定条件的构件，指定条件指轴力（必需的轴
向强度）和弯矩（必需的抗弯强度）产生的组合应力
（强度）在容许应力比范围内（在容许（图13）中设置
2： 主菜单选择 模型>材料和截面特性>截面： 添加：添加梁、柱截面尺寸。
3： 主菜单选择 模型>结构建模助手>框架: 利用建模助手建立梁框架 输入：添加x坐标，距离2.5，重复6； 添加y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。
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。
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。
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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
此处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。
图7. 定义计算长度系数
3： 主菜单选择 设计>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>一般设计参数>编辑构件类型：定义框架梁、框架柱、支
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例题 钢框൸结构ᐠᔡ࿔优ặ设计
此例题的步骤如下:
简要 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
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1.简要
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：
¾ 轴网尺寸：见图1
¾ 柱: HW 200x204x12/12



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
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例题 钢框൸结构ᐠᔡ࿔优ặ设计

2.建立及分析模型
建立模型并进行分析运算。
1： 主菜单选择 模型>材料和截面特性>材料： 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。
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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。



图9. 编辑钢材特性
7： 主菜单选择 设计>钢构件设计参数>编辑梁的等效弯矩系数： 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。
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例题 钢框൸结构ᐠᔡ࿔优ặ设计

4钢构件截面验算及设计
通过设计结果对杆件截面进行调整
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例题 钢框൸结构ᐠᔡ࿔优ặ设计

5.钢结构优化设计
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。
1： 主菜单选择 模型>材料和截面特性>截面:添加新的截面 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，并运用拖拉等 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。