Midas在工業(yè)廠房設(shè)計中的應(yīng)用

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(yīng)譜和彈塑性分析，得到地震影響、風(fēng)荷載下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移、變形，以及結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)，驗證Midas可以合理滿足工程設(shè)計所需，同時又能解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的束縛。

關(guān)鍵詞：有限元;Midas Gen;三維空間;工程設(shè)計

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

0 引言

自上世紀(jì)90年代起，計算機科學(xué)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(shè)亦是如此，計算機不僅成功替代了設(shè)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(nèi)涌現(xiàn)出pkpm、盈建科等優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，而隨著國內(nèi)外結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)計人員面前的一道難題，由此，有限元分析技術(shù)應(yīng)運而生并得到迅速壯大，有限元技術(shù)是否能真實準(zhǔn)確的反應(yīng)結(jié)構(gòu)荷載下的振動響應(yīng)，以及如何正確在工程實例中利用有限元技術(shù)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(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展的一道鴻溝，為此，越來越多的設(shè)計部門利用etabs、sap2000或midas對pkpm的計算結(jié)果進行二次復(fù)核，本文就針對常見的工業(yè)廠房設(shè)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(shè)計依據(jù)

《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50223-2008），《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012），《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011-2010），《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50017-2003），《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)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(shè)計地震反應(yīng)譜

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

5 結(jié)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(xiàn)，同時，又能解決pkpm無法在satwe排架結(jié)構(gòu)建模的弊端，尤其對特種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)廠房多遇地震下彈性或彈塑性變形及振動響應(yīng)，且計算結(jié)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(zhǔn)確性、有好的界面，逐漸被國內(nèi)工程設(shè)計人員所接納，為復(fù)雜多樣的工業(yè)設(shè)計帶來安全可靠的幫助。