钢结构优化分析及设计

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。

此例题的步骤如下:

1.简要

2.建立及分析模型

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：

轴网尺寸：见图1

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

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例题钢框架结构分析及优化设计

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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

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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.建立及分析模型

建立模型并进行分析运算。

例题钢框架结构分析及优化设计

6 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:利用建模助手建立梁框架

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

例题钢框架结构分析及优化设计

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

10. 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

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例题钢框架结构分析及优化设计

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荷载工况：WX；

风荷载设计标准：GB50009-2012；

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)；