结构软件SAP2000学习实例概要
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钢筋混凝土结构非线性动力反应分析 1 一、问题描述
已知结构为一栋七层框架结构。结构尺寸如下图所示，混凝土强度等级为：1～5层采用C40；6、7层采用C30，恒载按实际梁、板、柱实际重量计算，不考虑装饰荷载，活荷载按2KN/m2考虑，不考虑风荷载。对El Centro波（1942，NS分量，峰值341.7cm/s2）进行调整，满足七级的地震的加速度幅值。求结构在小震和罕遇地震作用下的时程反应性能（包括层位移、层间位移、层间位移角、基底剪力及结构的出铰情况和破坏机制）。
七层框架结构图 梁配筋图 柱配筋图 （HPB235全部换成HPB300） 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析 2 二、模型建立
2.1建立初步模型 打开sap2000，把系统单位设置为，创建新模型，选择三维框架，在对应空格如下填写模型基本数据：
勾选（使用定制轴网间距和原点定位），编辑轴网，按题目模型要求设置，并指定底层节点约束为固端。 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
3 2.2定义材料
选择定义—》材料—》快速添加材料，添加C30、C40混凝土和HRB335、HPB300钢筋，由于方法类似，这里只给出HRB335图片：
2.3 框架截面的定义、指定、剖分 这里的截面包括不同尺寸，不同配筋，不同混凝土强度，不同位置的各种截面。根据一到五层的混凝土强度等级不同，边梁和主梁的楼板加强作用不同，主梁和次梁的截面尺寸不同，总共可以划分为以下八种不同截面： （1）一到五层的中间主梁（B-300X500-D-C） （2）六到七层的中间主梁（B-300X500-G-C） （3）一到五层的中间次梁（B-300X450-D-C） （4）六到七层的中间次梁（B-300X450-G-C） （5）一到五层的边次梁（B-300X450-D-S） （6）六到七层的边次梁（B-300X450-G-S） （7）一到五层的柱子（C-D） （8）六到七层的柱子（C-G） 例如：选择定义—》截面属性—》框架属性—》添加新属性—》concrete—》矩形：把截面名称改为B-300X500-D-C： 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
4 选择属性修正，把中梁的绕3轴惯性矩修正为2： 选择配筋混凝土，给梁配上钢筋：同样的方法设置好柱的截面和配筋： 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
5 定义好框架截面属性后把各个截面类型指定给其对应的构件，并指定自动剖分。 2.4楼板的定义、绘制、剖分
由于楼板的跨度相对比较大，板厚为120mm，剪切作用不是很明显，这里选用薄壳模型。选择定义—》截面属性—》面截面—》shell： 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
6 点击快速绘制面单元按钮 出现如下图框，选择正确的截面画在对应的楼层： 三维视图中全部选中，编辑—》编辑面—》分割面—》基于面周边上点分割面：
三维视图中全部选中，指定—》面—》自动面网格剖分—》按数目剖分： 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
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2.5指定节点束缚、线单元插入点 三维视图中全部选中，指定—》节点—》束缚—》Diaphragm—》添加新束缚：
对已有模型构件指定插入点，实现了构件的偏心，构件的几何位置并不改变，模型中的节点位置并没有改变，而力的传递作用位置发生了变化。SAP2000中默认的插入点的偏移值为零，而钢筋混凝土结构非线性动力反应分析 8 且结构的方位基准点在楼层高程处，故为了保证梁的表面与楼层高程平齐，框架
梁的控制点要改为8 Top Center。 选择—》属性—》框架截面，选中所有梁截面： 指定—》框架—》插入点：
得到模型如下： 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
9 2.6指定线对象的刚域
刚域系数表示指定了端部偏移的刚域部分，在弯曲和剪切变形时刚域程度。在刚域系数一栏可输入0到1之间的一个系数，表示刚域的刚性程度从完全柔性到完全刚性。完全柔性表示刚域的弯曲和剪切刚度由线性单元的实际刚度确定；完全刚性即刚域内部没有弯曲和剪切变形。这里取为0.7。 三维图中全部选中，指定—》框架—》端部长度偏移：
2.7 定义荷载模式 这里定义两种荷载模式DEAD和LIVE。自重系数表示软件将自动计算结构中所有构件的的自重，将自重乘以这个自重系数施加在结构上。 定义—》荷载模式： 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
10 2.8对结构施加荷载
填充墙厚度200mm，加气混凝土填充墙重度取7.5KN/m3，主梁上高度2.5m，次梁上高度2.55m。 计算主梁下的填充墙的线荷载：
17.50.22.53.75/qKNm 计算次梁下的填充墙的线荷载：
27.50.22.553.825/qKNm 依次选择次梁和主梁，指定—》框架荷载—》分布： 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
11 选择板，指定—》面荷载—》均布：活荷载2KN/M2
指定荷载后框架图形
2.9定义质量源 为了满足抗震规范重力荷载代表值的相关要求，这里选用“来自荷载“这一项。按抗震规范的5.1.3条规定，自重，附加恒载的系数为1.0，活荷载的系数取为0.5. 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析 12 定义—》质量源—》来自荷载：
2.10定义时程分析函数 定义—》函数—》时程—》From File—》添加新函数： 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
13 2.11定义荷载工况
在已知期望的荷载水平，且结构可以承受此荷载时，应该采用力控制。即在自重，填充墙恒载和活载的工况中均选择力控制。为了反映实际情况，活荷载比例系数选为0.5。 定义—》荷载工况—》添加新荷载工况，输入名称LIVE：
模态分析： 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
14 计算出的第一振型周期为0.91208s，第二振型周期为0.88211s。 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
15 定义—》荷载工况—》添加新荷载工况，输入名称Combine：（此工况可以用来
计算各构件的轴力设计值，以确定塑性铰轴力参数
振型分解法分析小震，参数设置如下： 反应谱参数设置 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
16 时程分析采用的数值积分方法是Hiber-Hughes-Taylor法，结构阻尼采用瑞丽阻尼，整体阻尼矩阵是由质量矩阵和刚度矩阵按比例组合构造而成的。瑞利阻尼C = α[M] + β[K] 其中 C 是阻尼矩阵， M 是质量矩阵， K 是刚度矩阵。 参数 Alpha 系数： 设置与质量成比例的系数 α。 Beta 系数： 设定与刚度成比例的系数 β。 在SAP2000软件里α与β可通过结构第一自振周期T1和第二自振周期T2 计算而来，如图所示：
根据8度地震要求修改大震的比例系数为400/341.7=1.1706，单位为M，故比例系数填为0.0117。 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析 17 最后得到的所有荷载工况如下： 钢筋混凝土结构非线性动力反应分析
18 三、有关铰的相关计算
3.1 梁铰计算 因为地震荷载只在U1方向，所以只有主梁才有可能出铰，次梁不会出铰。根据梁的位置，截面大小，混凝土强度和配筋多少可以分为以下几种： （1）主梁，1-5层 （2）主梁，6-7层 混凝土的保护层厚度c=25mm，混凝土强度和钢筋强度都取为标准值，即： 2302402335 N/mm,23.4 N/mm,26.8 N/mmIIyccfff
2302402200000N/mm,30000N/mm,32500N/mmIIsccEEE
3.1.1 计算不同情况下的屈服弯矩和极限弯矩
（1）主梁，1-5层 60.90.994133546510131.926ytyMadKNm
6()941335(46535)10135.551utysMadaKNm
（2）主梁，6-7层 60.90.994133546510131.926ytyMadKNm
6()941335(46535)10135.551utysMadaKNm
3.1.2计算不同情况下的屈服曲率和极限曲率 根据规范规定受均布荷载的梁剪跨比为： /1.5aD。 配筋率： 29415000.006736t
另外：/0.93dD 下面为曲率的计算表格（单位：KN， m） 分类 t
n
0K 2K y yM uM y u
主梁-D 0.0067455 6.1538 101563 101.6 0.0682 131.93 135.55 0.019053 0.054747 主梁-G 0.0067455 6.6667 93750 93.75 0.0731 131.93 135.55 0.019254 0.057923
