劉雨

摘 要：本文以工業(yè)廠房為例，利用有限元分析軟件Midas Gen建立三維空間模型，通過進行模態(tài)、反應譜和彈塑性分析，得到地震影響、風荷載下的結構內力、位移、變形，以及結構動力響應，驗證Midas可以合理滿足工程設計所需，同時又能解決復雜結構設計軟件的束縛。

關鍵詞：有限元;Midas Gen;三維空間;工程設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.106

0 引言

自上世紀90年代起，計算機科學的飛速進步給眾多行業(yè)的發(fā)展開辟了一條新的出路，工程建設亦是如此，計算機不僅成功替代了設計人，解決了繁瑣的手算難題，并且讓計算精度得到保障，隨即國內涌現出pkpm、盈建科等優(yōu)秀的結構設計軟件，而隨著國內外結構形式趨于多樣化、建筑高度也一次次刷新人類記錄，人們對工程建設中模型的要求也越來越苛刻，大規(guī)模、高精度和高效率成為擺在全世界工程設計人員面前的一道難題，由此，有限元分析技術應運而生并得到迅速壯大，有限元技術是否能真實準確的反應結構荷載下的振動響應，以及如何正確在工程實例中利用有限元技術成為所有軟件開發(fā)團隊和工程人員合作的焦點。

目前國內市場，基于pkpm推出時間最早（80年代），軟件開發(fā)相對最為完善，操作簡捷的優(yōu)勢，使其仍處于不可撼動的壟斷地位，其不合理、不方便之處，將成為阻礙中國結構設計發(fā)展的一道鴻溝，為此，越來越多的設計部門利用etabs、sap2000或midas對pkpm的計算結果進行二次復核，本文就針對常見的工業(yè)廠房設計中pkpm二維pk建模的問題，利用midas三維建模進行比較。

1 工程概況

廠房檐溝位置高度：10m，屋脊位置高度：11.7m，單坡屋面，放坡9%，吊車梁位置高度：7.2m，沿廠房縱向通常布置，廠房縱向總長54m分9跨，柱距6m，橫向跨度21m。

2 設計依據

《建筑工程抗震設防分類標準》（GB 50223-2008），《建筑結構荷載規(guī)范》（GB 50009-2012），《建筑抗震設計規(guī)范》（GB 50011-2010），《鋼結構設計規(guī)范》（GB 50017-2003），《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規(guī)范》（GB 51022-2015）。

3 前處理

所有鋼材均選用Q235B，鋼柱HM588x300x12x20，H牛腿（變截面）600x300x6x10—250x300x6x10，兩端H鋼梁（變截面）600x300x10x14—400x300x10x14，中間段H鋼梁400x300x10x14，吊車梁HM340x250x9x14，屋面水平支撐160x5鋼管。對比pkpm可知，使用Midas可以將牛腿建在模型中，計算更貼合實際。

4 設計地震反應譜

結合廠房地勘報告，采用加速度反應譜法的抗震分析方法，嚴格依據《建筑抗震設計規(guī)范》（GB 50011-2010）制定出反應譜函數（圖5）。阻尼比0.01，地震分組第1組，地震設防烈度6度（0.05g），場地類別Ⅱ 類，地震影響系數0.04，場地特征周期0.35s。由此可依據反應譜法計算得到結構的位移、變形情況（圖6），與pkpm的satwe計算結果相比，可以整體顯示結構的變形，且位移與變形可同時顯示，便于用戶做出判斷。

5 結論

Midas Gen對工業(yè)廠房進行分析計算時，可以將PKPM的PK二維建模以三維的形式合理體現，同時，又能解決pkpm無法在satwe排架結構建模的弊端，尤其對特種結構具有普遍性。將所有影響因素放在一個模型里考慮，考察鋼結構廠房多遇地震下彈性或彈塑性變形及振動響應，且計算結果與PKPM相差甚微。由此可見，Midas Gen雖進入中國時間不長，但憑借其豐富的功能性、計算的準確性、有好的界面，逐漸被國內工程設計人員所接納，為復雜多樣的工業(yè)設計帶來安全可靠的幫助。