ansys在房屋建筑工程中的应用

2 ANSY S 在房屋建筑工程中的应用
2. 1 在复杂建筑设计中应用 随着社会经济的发展, 人们需要更大的覆盖空
间来满足生产与生活的需要, 最大自由空间及最小 内支撑干扰的结构, 如大型集会场所、体育馆、飞机 库、会展中心和工业厂房等越来越多地出现在人们 的视眼中。 对这些复杂的建筑结构进行力学的稳定 性、可靠性分析就显得非常重要, AN SYS 通过有限 元软件可以快速、方便地实现这些分析要求。 2. 2 在高层设计中的应用
0. 8 × 0. 32 × (z 450) 0. 6 × 770 - 0. 7 × 0. 32 × (z 450) 0. 6 × 770 w k = - 0. 6 × 0. 32 × (z 450) 0. 6 × 770 - 0. 5 × 0. 32 × (z 450) 0. 6 × 770 3. 2 有限元模拟求解结果 梁单元类型选择B EAM 188 单元模拟, 筒体、楼板 及外墙采用SH ELL 63 单元模拟。整个结构空间有限元 模型如图3 所示。表2 给出了结构的前4 阶模态信息描 述, 为节省篇幅图4 仅给出了结构的一阶振型。图5 给 出了结构的整体变形图, 图6 给出了投wenku.baidu.com在模型节点 1 - 70 上的x, y 向变形值沿高度变化的曲线。
1 ANSY S 的基本介绍
AN SYS 是世界上著名的大型有限元分析软 件, 它包括热、流体、电磁和结构等诸多模块, 具有完 备的前、后处理功能, 强大的求解器一极多种方便而 使用的二次开发技术, 被广泛用于核工业、铁道、石 油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防 军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、 水利、日用家电等一般工业及科学研究。
AN SYS 可以模拟各种高层建筑体系, 如高层 框架结构、剪力墙结构、框架2剪力墙结构和筒体结 构等。它可以实现对结构的整体分析, 任意设定载荷 工况, 并可完成复杂的载荷工况组合。在整体分析的 同时, 也可对感兴趣的细部加密网格, 得到较为精确 的细部结果。也可将感兴趣的工程细部单独建模, 形 成子模型, 将结构整体分析的结果引入子模型, 得到 更精确的计算结果。 2. 3 在建筑物基础设计中的应用
A i [B i ] + {R n (Φ) }
4 计算流程框图
力墙结构的状态方程和精细动力时程传递计算公 式, 为结构的线性和非线性动力分析提供了一种方 法和思路, 可用于结构的动力性能评估和抗震设计。 该方法比一般传统的积分方法计算工作量要小, 并 且可以考虑地震波沿不同方向的输入。
参考文献
[ 1 ] 容柏生. 高层住宅建筑中的短肢剪力墙结构体系 [J ]. 建筑结构学报, 1997, 18 (6) : 14219.
上部结构的重量和外部作用力, 并将其传至地基。 在 地震区, 基础直接将地震作用传到上部结构, 是抗震 的第一道防线, 所以基础设计在工程中占有举足轻重 的地位。 高层建筑的基础设计是一件比较复杂的工 作, 地质条件的不定因素很多, 结构受力特征不明显, 而且基础设计不仅在于基础设计本身、还包括对地基 土的处理, 以及它对上部结构的影响。AN SYS 可以 对高层建筑结构的各种基础做出仿真模拟。
地下建筑物等工程中得到了广泛的应用。 可以对这 些结构在各种外载荷条件下的受力、变形、稳定性及 各种动力特性做出全面分析, 从力学计算、组合分析 等方面提出了全面的解决方案, 为土木工程师提供 了功能强大其方便易用的分析手段。
程师带来了挑战, 人们需要通过日趋复杂、多样的分 析来保证建筑物的安全、合理性, 因而对功能强大、 灵活的分析工具有了越来越高的需求。AN SYS 对 于高层建筑、体育场馆等体型复杂建筑的静力、动
C 40
次梁
0. 3×0. 5
C 40
筒体墙肢
0. 3
C 40
楼屋板面
0. 2
C 30
外围墙体
0. 2
C 30
弹性模量 E M Pa
3. 25e10 3. 25e10 3. 25e10 3. 25e10 3. 25e10 3. 0e10 3. 0e10
图 3 结构有限元模型 图 4 结构一阶振型
图 2 体型系数取值
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T
∃t 2
(1-
Νi)
P
( tk +
∃t 2
(1+
Νi) )
+ {R n (Φ) }
令[B i ]=
T
∃t 2
(
1-
Νi)
P
tk +
∃t 2
(1+
Νi)
,则
n
∑ {V ( tk+ 1) } = [ T (∃ t) ]{V ( tk ) } + i= 1
自振频率 H z 1. 588 2. 566 3. 132 5. 422
振型描述
Y 向的平动 绕 Z 轴的转动 绕 Z 轴的转动 X 向的平动
图 6 变形沿高度变化曲线
4 结 语
利用AN SYS 可以实现建筑房屋结构的三维仿 真。AN SYS 中丰富的单元库及有效的建模手段可 以迅速、方便地满足工程设计人员对于特殊结构的 分析计算, 在房屋建筑工程中的应用具有巨大的前 景。
[ 2 ] 钟万勰. 结构动力方程的精细时程积分法[J ]. 大连理 工大学学报, 1994, 34 (2) : 1312136.
[ 3 ] 李青宁, 谢异同. 短肢剪力墙结构的力学模型及动力分 析[A ]. 土木工程与高新技术, 2002: 58263.
[ 4 ] 姚伟岸, 钟万勰. 辛弹性力学[M ]. 北京: 高等教育出版 社, 2002.
在国内, AN SYS 第一个通过了中国压力容器 标准化技术委员会认证并在国务院 17 个部委推广 使用, 是唯一被中国铁路机车车辆总公司选定为实 现“三上”目标的有限元分析软件。
力、线性和非线性等响应特征的分析具有强大的优 势, 可以很好地反映这些建筑物及其基础在各种复 杂因素作用下的力学特征, 为确保结构的安全、可靠 提出了科学的依据。
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ANSY S 在房屋建筑工程中的应用
李保洲1 李成江2
(1. 广东省建工设计公司; 2. 广东启源建筑工程设计院有限公司)
摘 要: 简要回顾了AN SYS 的发展历程及在国内外的应用情况, 具体针对房屋建筑工程介绍了AN SYS 在其中发
图 1 结构平面示意图
其主要承重构件的截面尺寸及混凝土强度标号 见表1。为简化计算, 钢筋混凝土的密度统一取, 弹性 模量按混凝土的弹性模量取值, 泊松比取 0. 2。
表 1 模型参数表
构件 截面尺寸 (m ×m ) 混凝土
框架柱
1. 1×1. 1
C 40
外环梁
0. 4×0. 6
C 40
内框架梁
0. 5×0. 8
图 2 计算流程框图
5 结 语
基于哈密顿原理和状态空间法, 建立了短肢剪
收稿日期: 200621029. 作者简介: 曲付国, 硕士生; 西安, 陕西西安市西安建筑科技 大学 (710055). 3 国家自然科学基金项目 (10572107).
(上接第 64 页)
阶数 1 2 3 4
表 2 模态分析结果
竖向载荷只考虑自重。 水平载荷只考虑风载荷 的作用, 取基本风压值为 700 N m 3, 对于高层建筑, 考虑50 年一遇, 基本风压取规范数值的1. 1 倍。风压 高 度变化系数按 D 类地貌取值, 即 Λz = 3. 12 (Z
图 5 结构整体变形图
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参考文献
[ 1 ] 郝文化. AN SYS 土木工程应用实例[M ]. 北京: 中国 水利水电出版社, 2005.
[ 2 ] 赵海峰, 蒋 迪. AN SYS8. 0 工程结构实例分析[M ]. 北京: 中国铁道出版社, 2004.
[ 3 ] 姜 勇, 张 波. AN SYS7. 0 实例精解[M ]. 北京: 清 华大学出版社, 2004.
AN SYS 提供了 100 种以上的单元类型, 用来模 拟工程中的各种结构和材料。 该软件有多种不同版 本 (目前已升级至 10. 0 版本) , 可以运行在从个人机 到大型机的多种 计 算 机 设 备 上, 如 PC、SG I、H P、 SU N 、IBM 等。
在世界范围内, AN SYS 软件已经成为土木建 筑行业CA E 仿真分析软件的主流。其在钢结构和钢 筋混凝土房屋建筑、体育场馆、桥梁、大坝、隧道以及
收稿日期: 2006209211. 作者简介: 李保洲, 助理工程师; 广州, 广州省建工设计公司 (510702).
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挥的巨大优势和贡献。 结合算例进一步肯定了运用AN SYS 处理实际房屋建筑工程中的精确性及实用性。
关键词: AN SYS; 房屋建筑; 高层设计; 建筑物基础
随着经济的快速发展, 我国的城市建设也有着 日新月异的变化, 民用建筑的高度不断增高, 建筑体 形日趋复杂, 建筑功能也更趋综合化。虽然建筑体型 复杂化给建筑师提供了创造美的空间, 却给结构工 程师的设计带来了不便。 当今的建设潮流给结构工
3 算例分析
3. 1 算例 某框架2筒体结构, 总高度为 54 m , 18 层, 层高
3 m , 结构平面图如图 1 所示。 求其模态响应及风荷 载作用下的静力分析。
450) 0. 6, 风载荷体形系数参照规范, 对于M 形平面, 取值如图 2 所示。 风振系数取 1. 0。
所以作用在建筑物表面单位面积上的风荷载可 表达为 4 种
基础是高层建筑结构的重要组成部分, 它承托着
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