MIDAS-Building在某超高层钢框架-支撑结构体系住宅设计中的应用

2011.12.15MidasBuilding徐风波广州容柏生建筑结构设计事务所深圳分所在某超高层钢框架－支撑结构体系住宅设计中的应用49+2E&M层数97247.5m2地上建筑面积188.51m结构高度78763.25m2地下建筑面积176010.76m2建筑面积主要建筑参数3#1#2#3#1#1项目简介2结构体系矩形钢管混凝土框架－钢支撑结构体系：利用钢支撑和组合钢板剪力墙作为主要抗侧力构件；偏心支撑和耗能梁段组成耗能装置；矩形钢管混凝土柱主要承担竖向荷载；框架梁采用热轧或焊接H型钢，钢管砼柱与钢梁节点采用刚性连接，主次梁节点为铰接；钢支撑与钢管连接节点构造按刚性连接；采用钢筋桁架楼板，次梁弹性分析时考虑楼板的组合效应。2.1受力体系标准层平面（3）标准层平面（1）标准层平面（2）标准层平面（4）2.2结构特点外框架梁采用双钢梁与柱相连，提高结构抗扭性能Midas/SPC只能定义封闭截面，双H型钢梁用双槽钢梁代替SAP2000/CSISD获得的截面特性MidasBLD获得的截面特性双H型钢与双槽钢截面特性比较关于2轴（y轴）的惯性矩偏小；2轴（y轴）正负方向截面外缘上的3轴（z轴）截面模数偏小；2轴（y轴）回转半径偏大。2.2结构特点耗能偏心支撑伸臂桁架加强层Ｘ向支撑体系中心支撑游泳池下加强桁架偏心支撑偏心支撑偏心支撑耗能梁Ｙ向支撑体系2.2结构特点游泳池下加强桁架中心支撑组合钢板剪力墙组合钢板剪力墙中心支撑钢板剪力墙耗能偏心支撑——允许进入塑性规范设计要求弹性其他构件昀早进入塑性允许进入塑性规范设计要求弹性框架梁昀早进入塑性允许进入塑性规范设计要求弹性耗能梁段可出现塑性铰，但不得出现破坏和严重强度损失不屈服弹性钢板剪力墙可出现塑性铰，但不得出现破坏和严重强度损失不屈服弹性中心支撑底部加强区形成塑性铰，控制层间位移角限值，截面剪应力底部加强区抗剪弹性，抗弯不屈服规范设计要求弹性钢管混凝土柱构件性能h/50——h/300层间位移角限值无倒塌可修复损坏不损坏性能水平定性描述3=罕遇地震（大震）2=设防烈度地震（中震）1=频遇地震（小震）抗震烈度（参考级别）3性能目标3.1抗震性能目标3.2抗风性能要求100年一遇风荷载作用下结构层间位移角1/400；按10年一遇的风荷载取值计算或风洞试验确定的47层顺风及横风昀大加速度不应超过0.15m/s23.3中震大震验算系数取值设计软件MIDASBuilding版本：2009对比/动力弹塑性SAP2000版本:14.1.0施工模拟MIDASGEN版本:7.804.计算分析弹性计算共运行了7个模型，计算模型列表如下：动力弹塑性时程分析0309大震mod6与mod1对比0219小震SAP2000mod5组合钢板剪力墙和支撑后安装施工模拟分析施工模拟MidasGENmod7大震验算TOWER3(大震)mod4中震验算TOWER3(中震)mod3弹性时程分析TOWER3(弹性时程)mod2刚性楼板假定，大开洞楼层弹性楼板，考虑5%偏心，双向地震TOWER3(小震)MidasBuildingmod1备注模型名程序序号4.1基本假定刚性楼板假定（开洞较大的楼层楼板设置为弹性板）顶部四层小塔楼进行剪力放大1.5倍嵌固层位于首层4.2计算参数结构阻尼比3%中震和大震取5%周期折减系数0.85中震和大震取1.0中梁刚度放大1.5中震和大震取1.0扭矩折减系数0.4活载质量折减0.5P－Delta效应考虑计算振型数30振型组合方法CQC建筑结构安全等级：二级结构重要性系数：1.0设计使用年限：50年抗震设防烈度：7度设计基本地震加速度：0.15g抗震设防类别：丙类设计地震分组：第一组建筑场地土类别：II类场地特征周期：Tg＝0.35s结构抗震等级：一级4.3参数设置小震4.4计算简图4.5线荷载简图4.6面荷载简图5.1振型周期5计算结果0.7560.74380.920.99T2/T10.8480.92Tt/T10.2200.488120.2540.529110.4470.600100.5640.69890.7950.83871.3021.32461.4041.38451.4281.4344扭转3.981扭转4.2883Y平动4.503Y平动4.5112X平动4.692X平动4.6501振型性质周期（s）振型性质周期（s）SAP2000MIDASBLD振型因双槽钢梁替代的双H型钢梁关于2轴（y轴）的惯性矩偏小，扭转周期较SAP2000计算值偏长。5.2地震作用下结构位移X向Y向5.3风荷载作用下结构位移从计算书结构位移取数值绘制，满足规范的1/400的要求01/20001/10001/6671/5001/40001020304050楼层X方向风荷载作用下层间位移角01/20001/10001/6671/5001/40001020304050楼层Y方向风荷载作用下层间位移角5.4楼层抗侧刚度比取计算书楼层侧向刚度验算绘制，楼层侧向刚度不小于相邻楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%；5.5受剪承载力比取楼层抗剪承载力突变验算绘制，楼层间抗侧力结构的受剪承载力不小于其上一层的80%，满足规范竖向规则性要求。5.6弹性时程分析选用一组人工模拟的加速度时程曲线和不少于两组的实际地震记录；其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。每条地震波产生的基底剪力均大于反应谱法基底剪力的65%，平均基底剪力大于反应谱法基底剪力的80%。a)地震波X方向作用b)地震波Y方向作用5.6弹性时程分析——楼层剪力a)地震波X方向作用5.6弹性时程分析——层间位移角S0334波X向层间位移角(52F昀大1/376)S735-1波X向层间位移角(52F昀大1/356)S0107波X向层间位移角(52F昀大1/366)b)地震波Y方向作用5.6弹性时程分析——层间位移角S0334波Y向层间位移角(52F昀大1/626)S0107波Y向层间位移角(52F昀大1/412)S735-1波Y向层间位移角(52F昀大1/578)5.7中震弹性验算满足底部加强区主要竖向承重构件在中震下满足弹性设计目标应力比小于1.05.8大震不屈服验算应力比小于1.05.9施工模拟考虑钢板剪力墙在此结构中的作用，即用于提高结构延性，抵抗地震荷载等，不宜承担过多的竖向静载。为了尽可能减小传递给钢板剪力墙的结构自重荷载，可对钢板剪力墙进行间隔后焊安装：5.9施工模拟X方向风荷载作用下钢板剪力墙应力图（N/mm2）Stage2Stage3Stage4Stage55.10动力弹塑性分析5.10动力弹塑性分析6.小结－设计流程建筑图MidasBLD模型小震指标分析MidasGEN施工模拟弹性中震、大震分析SAP2000对比模型SAP2000动力弹塑性分析施工图模型定稿结构施工图连接节点、构件计算不满足，调整截面/结构布置根据需要协商调整建筑方案BLD导入GENGEN－〉DXF－〉SAPOK！OK！OK！调整截面/结构布置OK！OK！不满足建模师OK！OK！OK！超限项目不满足不满足验算取内力谢谢！THANKYOU！