一榀框架的案例
【JY】基于OpenSees和SAP2000靜力動力計算案例分析
一、寫在文前
隨著我國經濟快速發展，全國各地的建筑迅速的拔地而起，魔都的上海環球金融中心是其著名標志性建筑，以樓高492米直穿云霄。面對復雜的建筑的設計，它是由無數的梁、柱、板、墻最基本的單元組成，其中最基本的結構是一榀門式框架，在我們對結構仿真中，軟件其實只是工具，真正對我們設計負責的還是對力學、結構變形機理的認識，這是我們最應該掌握的，這樣才能明白軟件是怎么算的，對我們的仿真結果才可以加以正確的判斷。
接
下來將以最簡單的一榀門式框架為例子，用不同軟件說明對門式框架模擬，并輔以手算過程。
二、 案例詳述—靜力計算
這是一個一榀門式框架，如圖1，左右兩側為柱，截面為A-A，寬高為均為5 feet (英尺)，柱高36 feet；上方為梁截面為B-B，寬高分別為5 feet，8 feet，梁長42 feet；梁受均布荷載，荷載總重為4000 kip (千磅力)；OpenSees軟件的建模示意圖，如圖2，右圖為桿件局部坐標系示意圖；
圖1 一榀門式框架
圖2 OpenSees軟件的建模示意圖
圖3給出了一榀門式框架部分的命令，具體代碼在附錄中；圖4給出了全局坐標系下，單元起始節點X向、Y向、MZ向的力和彎矩；圖5給出了全局坐標系下，單元起始節點X向、Y向、MZ向的彎矩和轉角，具體見附錄；圖5給出了OpenSees算出來的彎矩圖結果和SAP2000給的彎矩圖，從彎矩圖上看，OpenSees和SAP2000計算結果一致。
圖3 部分OpenSees命令
在Sap2000中進行建模分析，模型及荷載如圖所示，與OpenSees一樣，僅開啟3自由度(x/z/Roty)進行分析計算。
展開 【05】黏滯阻尼器不同安裝方式在ETABS中的模擬方法（含肘節型）
建模方法
建立一榀框架，層高和跨度均為4m，對框架施加水平正弦節點位移，位移取5mm。
斜撐式黏滯阻尼器安裝方式在ETABS中的建模：
肘節式黏滯阻尼器安裝方式在ETABS中的建模：
運動模式
斜撐式黏滯阻尼器在ETABS中的運動模式（參微信公眾號“防震技術）
肘節式黏滯阻尼器在ETABS中的運動模式（參微信公眾號“防震技術）
滯回曲線
斜撐式 黏滯阻尼器在ETABS中的滯回曲線：
針對斜撐式安裝方式，施加節點水平位移5mm， 阻尼器最大位移約為3.49mm 。
肘節式黏滯阻尼器在ETABS中的滯回曲線：
針對肘節式安裝方式，施加節點水平位移5mm， 阻尼器最大位移約為5.07mm 。
可見，合理的設計肘節式系統，對增加阻尼器的耗能能力有較大的改善。
備注：文中框架并非是剛性框架，因此本次分析考慮了框架和斜撐自身變形對黏滯阻尼器的影響
文中僅展示一個簡單案例，具體可參考文章：【04】黏滯阻尼器不同安裝方式的適用性及位移放大系數推導（第2篇）- 肘節型，根據實際項目設計合理設計肘節式系統，如需要模型，歡迎關注公眾號《防震技術》，后臺留言發送0314獲取。
往期相關內容
【03】黏滯阻尼器不同安裝方式的適用性及位移放大系數推導（第1篇）
【04】黏滯阻尼器不同安裝方式的適用性及位移放大系數推導（第2篇）- 肘節型
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展開 ANSYS各類型單元連接專題講解（四）之2D梁與2D實體單元剛接
前面文章主要講解了梁單元與其他類型單元鉸接的情況，從本篇文章開始，將主要講解梁單元與各類單元剛接的情況，而這也是我們日常工程中比較常見的一種連接方式。
首先從2D平面單元單元開始說起。
盡管現在的ANSYS版本已經摒棄了很古老的2D梁單元，改用Beam18x系列單元代替，但為究其連接方法，這類方面仍具有一定的講解價值，例如我們計算一榀框架的時候多數時候是采用2D平面單元的。
2D梁單元包括：beam3、beam23、beam54
2D實體單元：plane單元
一般來講，2D梁單元與2D實體單元剛接一般分為三種方法：
1）約束方程法；2）偽梁法；3）MPC法。
三種方法的連接原理無非是建立自由度之間的關系方程，但值得注意的是由于采用了局部區域的節點，因而在建立關系的局部區域內可能會有應力集中的情況，后處理當中應格外注意。
約束方程法后續講解3D梁單元連接時會詳細說明，此處簡單說下偽梁法與MPC法。
其實偽梁法與MPC法原理基本一樣，構造一個虛擬梁單元，使虛擬梁單元與外部梁單元剛接，虛擬梁單元與內部實體單元強制剛接，從而間接實現外部梁單元與實體單元的剛接效果。
使用偽梁法需注意的是，在建立虛擬梁單元時，虛擬梁單元應至少與實體單元的兩個節點相連，剛度可取為無窮大或者實際梁單元的10^5倍。
下面以一個小案例來演示。
如上圖所示，兩塊小鋼板中間靠一小鋼梁連接，小鋼梁上有均布荷載，尺寸如上所示，均以mm計，中間鋼梁所受均布荷載為10KN/m,采用ANSYS模擬該情況。
展開 石化控制室抗爆設計——多自由度動力彈塑性分析(簡支梁)
在上一篇文章《石化控制室抗爆設計——動力分析方法概況》中，我們介紹了三種動力分析的方法，分別是：等效靜力法、單自由度體系動力分析、有限元方法。
目前較常用的是方法二：基于單自由度體系的圖解法。該方法的局限性也比較強，只能用于那些能簡化為單自由度的構件或結構、不能考慮構件之間的耦合效應、不能得到構件反力時程、質量/剛度傳遞系數為近似值、不能考慮二階效應、抗力函數必須是理想彈塑性等。
在《Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities 》這本書中，作者將有限元方法看作是一種高級方法，可以避免以上單自由度方法的缺點。
接下來，我們看下在RFEM5中如何實現多自由度體系的動力彈塑性分析。為了與單自由度體系圖解法的結果形成對比，本篇文章先進行一個簡支梁的動力彈塑性分析，下一篇文章再對一個框架進行分析。
展開 
斜交抗側力構件和最大地震作用方向
一號模型：一個中規中矩的樓
地震作用最大的方向 = 89.966°
一號模型屬于非常乖的那種結構， 地震作用最大的方向 = 89.966°，也就是y軸方向，因為質量偏心的原因略有一點點偏差。
二號模型：一個殘缺的樓
地震作用最大的方向 = 85.060°
二號模型經受了大刀闊斧的改造，對角x軸各砍掉兩跨半，y軸砍掉一跨半，基本上已經完全歪過來了，饒是如此，它的角度也沒有非常明顯的改變， 地震作用最大的方向 = 85.060°。
一號和二號對比，可以看出來了，對于框架結構，直接砍柱造成的平面不規則并不會導致顯著的不利地震作用方向變化。
這樣的話我的項目平面不規則就不是問題的關鍵了，同時另一個問題來了，什么會導致框架體系最不利方向的改變？框架體系下，梁柱組成的一榀榀框架所在平面是其最強的抗側力方向，我猜如果有斜交布置的框架就可能導致最不利方向改變，于是三號模型誕生。
三號模型：一個被砍角的樓
地震作用最大的方向 = 70.929°
三號和一號的區別就在于砍掉一個小小的角，然后把對角的位置添加了框架梁，這樣形成了斜交框架，這兩榀斜交框架還真是給力， 地震作用最大的方向 = 70.929°，瞬間就掰過來20°，超過規范限值了。
展開 技術鄰周報Q16：CAE編程/Abaqus/傅里葉/Python/螺紋/NVH/結構/Fluent...
5、基于OpenSees和SAP2000靜力動力計算案例分析
作者：
建源之光
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1824247
面對復雜的建筑的設計，它是由無數的梁、柱、板、墻最基本的單元組成，其中最基本的結構是一榀門式框架，在我們對結構仿真中，軟件其實只是工具，真正對我們設計負責的還是對力學、結構變形機理的認識，這是我們最應該掌握的，這樣才能明白軟件是怎么算的，對我們的仿真結果才可以加以正確的判斷。
6、Abaqus預應力模態分析
作者：裴一鳴
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1824278
模態分析是一個線性攝動分析，只能進行線性求解。在動力學方程中，其載荷矩陣和阻尼矩陣為0，特征值的提取只取決于剛度矩陣和質量矩陣。而結構在外載荷的作用下剛度矩陣會發生變化，也就間接影響了結構的固有頻率。而預應力狀態下，我們不清楚剛度矩陣的變化對模態頻率的影響時，便需要進行預應力模態分析。
7、iSolver案例分享：波紋鋼腹板簡支梁受彎分析
作者：
Infinite_9882
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1824652
結構有限元求解器iSolver已發展到一定階段，現采用結構有限元軟件iSolver進行結構分析，iSolver可使用Abaqus作為前后處理工具，本帖以波紋鋼腹板簡支梁彎曲分析為例，將iSolver求解器和Abaqus計算結果進行對比，比對兩種有限元軟件的計算結果。
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基于abaqus的梁單元單跨3層鋼筋混凝土平面框架和單跨兩層平面
展開 結構工程師如何避開設計中的86個坑
此時框架柱可以考慮將部分墻體作為翼緣形成T型柱，進行計算。配筋與軸壓比等不會有太大變化。
06 地下室結構構件混凝土保護層厚度不對。應根據環境類別按照混凝土規范表9.2.1取用。對地下室外墻和底板頂板應考慮內外面保護層厚度的不同。特別容易忽略的是僅有一層地下室時，地下室頂板浮土的情況。構件計算時應根據不同的保護層厚度取用不同的構件有效高度。
07 抗浮計算應考慮一定的安全度。活載取零，恒載容重取小值且去掉可能沒有的部分。
上部結構 （31個坑）
01 十字交叉次梁剛度明顯不同，上部未設通長筋。由于支座條件、斷面和跨度的不同，雙向十字交叉次梁肯定剛度不同，從而形成事實上的主次梁關系，只不過是份量不同而已。如果二者剛度相差較大，剛度小的次梁在剛度大的次梁處有可能出現負彎矩，如果不配上部通長筋，上部鋼筋接頭正好位于支座處，容易開裂。必要的話可以調整斷面尺寸直接做成主次梁。
02 結構設置抗震縫時，按照最新抗震理念，除應符合規范規定的縫寬以外，尚應滿足中震下不碰撞的要求。即按照中震（基本上是提高1.5度）計算該點位移值的兩倍。
03 鋼筋砼結構體系布置應符合下面要求：
①住宅結構禁止采用平面和豎向同時不規則的超限結構體系。
②橫向框架在15m范圍內框架至少需拉通一榀，縱向框架至少需拉通2榀。
③電梯井、樓梯間禁止采用懸挑結構。
④高層建筑設置角窗或凸窗時，建筑物陽角的角點處必須設置豎向受力構件。
⑤劇場、體育館、會堂等大跨度、空曠的公共建筑不宜采用純框架結構體系。
04 框架—剪力墻結構，剪力墻承受的地震傾覆力矩應大于50%，未達到50%時，其框架部分的抗震等級應按框架結構采用，柱軸壓比限值宜按框架結構規定采用。
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