实施结构软件SAP学习实例

《实施结构软件SAP学习实例》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实施结构软件SAP学习实例（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、实施结构软件 SAP 学习实例实施结构软件 SAP 学习实例 一、问题描述一、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： 15 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

2、 HPB300） 二、模型建立二、模型建立 2.1 建立初步模型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。 2.2 定义材料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

3、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

4、面名称改为 B-300X500-D-C： 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： 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： 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： 2.

5、5 指定节点束缚、线单元插入点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 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： 2.6 指定线对象的刚域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

6、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： 2.8 对结构施加荷载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

7、2.5m， 次梁上高度 2.55m。 计算主梁下的填充墙的线荷载： 计算次梁下的填充墙的线荷载： 依次选择次梁和主梁，指定框架荷载分布： 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. 定义质量源来自荷载： 2.10 定义时程分析函数2.10 定义时程分析函数 定义函数时程From File添加新函数： 2.11 定义荷载工况2.11 定义荷载工况 在已知期望的荷载水平，且

8、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： 计算出的第一振型周期为 0.91208s，第二振型周期为 0.88211s。 定义荷载工况添加新荷载工况，输入名称 bine：（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 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

9、阻 尼 C = M + 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 。 Beta 系数： 设定与刚度成比例的系数 。 在 SAP2000 软件里 与 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。 最后得到的所有荷载工况如下： 三、有关铰的相关计算三、有关铰的相关计算 3.1 梁铰计算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

10、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，混凝土强度和钢筋强度都取为标准值，即： 3.1.1 计算不同情况下的屈服弯矩和极限弯矩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 （2）主梁，6-7 层 3.1.2 计算不同情况下的屈服曲率和极限曲率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： 。 配筋率： 另外： 下面为曲率的计算表格（单位：KN， m） 分类n 主梁-D0.00674556.1538101563101.60.0682131.9313

11、5.550.0190530.054747 主梁-G0.00674556.66679375093.750.0731131.93135.550.0192540.057923 3.2 柱铰的计算3.2 柱铰的计算 3.2.1 轴力计算3.2.1 轴力计算 根据柱的位置不同，可以分为以下几种： （1）A-1 柱，这里称为 a 柱 （2）A-2 柱，这里称为 b 柱 （3）B-1 柱，这里称为 c 柱 （4）B-2 柱，这里称为 d 柱 运行 bine 工况，计算各个柱子的轴力如下：（单位：KN） 层数a 柱b 柱c 柱d 柱加权平均 11435.20 2181.33 1565.79 2505.08 1

12、898.831898.83 21230.55 1863.71 1418.35 2134.78 1623.121623.12 31028.36 1552.67 1183.26 1772.26 1352.661352.66 4824.03 1242.64 946.28 1414.88 1082.221082.22 5618.89 932.82 708.32 1059.65 811.166811.166 6411.91 622.34 471.70 706.15 540.52540.52 7204.67 314.17 232.75 353.84 270.12270.12 加权系数1/31/31/61/

13、6 为了计算简便，对柱子的轴力归一化处理，用每层柱轴力的加权平均值作为 该层的代表值来计算铰属性。每层有 a 柱 4 根，b 柱 4 根，c 柱 2 根，d 柱 2 根， 得到各自的加权系数分别为 1/3、1/3、1/6、1/6。 3.2.2 计算柱的屈服弯矩和极限弯矩，屈服曲率和极限曲率3.2.2 计算柱的屈服弯矩和极限弯矩，屈服曲率和极限曲率 （1）1 层 （2）2 层 （3）3 层 （4）4 层 （5）5 层 （6）6 层 （7）7 层 屈服曲率和极限曲率 屈服曲率和极限曲率 根据规范当其反弯点在层高范围内时，可取为 Hn/(2h0),故可以得到底层柱 的剪跨比为 3，以上各层为 2.7

14、2.配筋率都为 0.004957。各层柱子对应的屈服弯 矩和极限弯矩对应的屈服曲率和极限曲率如下表：（单位：KN、m） 层 数 Nna/D 12135.49 6.15383169271 169 0.1324610.63 617.27 0.0272460.0272460.0665360.066536 21810.28 6.15382.7174169271 169 0.11987542.33 548.97 0.0267280.0267280.0660180.066018 31488.60 6.15382.7174169271 169 0.1085476.91 483.55 0.0259670.02

15、59670.0652570.065257 41166.92 6.15382.7174169271 169 0.09713412.49 419.13 0.0250890.0250890.0643790.064379 5845.23 6.15382.7174169271 169 0.08575349.07 356.71 0.0240490.0240490.0692560.069256 6523.56 6.66672.7174156250 156 0.08408292.65 300.29 0.0222760.0222760.071250.07125 7201.88 6.66672.717415625

16、0 156 0.06891260.23 260.87 0.0241690.0241690.0682710.068271 3.2.3 计算屈服面上的特殊点3.2.3 计算屈服面上的特殊点 为了定义屈服面，这里还需要计算屈服面上的特征点。 对于柱的轴心受拉，只考虑钢筋的抗拉作用： 轴心受压考虑钢筋混凝土共同作用，一到五层： 六到七层： 计算大小偏心临界处的轴力和弯矩。有混凝土设计规范6.2.7 条，计算可得 界限受压区高度。根据轴力平衡可得轴力（一到五层） （六到七层） 对应的弯矩分别为 1191.39KNm 和 931.74KNm。 通过前面 bine 工况计算的最大的轴压力为 2505KN2505KN，远远小于大小偏心界限 处的轴压力，在整个运动过程中也没有出现受拉的情况，即不会出现大偏心受拉 和小偏心受拉。说明柱子在整个地震波的作用下，一直处于大偏心状态。那么上 边计算的弯矩曲率关系是适用的。而对于小偏心受压，大偏心受拉，小偏心受拉 并