例题3 钢框架结构分析及优化设计
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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
例题钢框架结构分析及优化设计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
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例题钢框架结构分析及优化设计
4 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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例题钢框架结构分析及优化设计
6 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。
3.主菜单选择结构>建模助手>基本结构>框架:利用建模助手建立框架梁
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；
例题钢框架结构分析及优化设计
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
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，勾选D-ALL、R-ALL
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；
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例题钢框架结构分析及优化设计
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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
荷载工况：WX；
风荷载设计标准：GB50009-2012；
地面粗糙度：A；基本风压：0.35；
地形修正系数：1；阻尼比：0.02；
结构振型系数：查表法
其它数据使用默认值；
基本周期：自动计算（特征值分析后，输入结构真实周期）
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)。
