Midas在工业厂房设计中的应用

刘雨

摘 要：本文以工业厂房为例，利用有限元分析软件Midas Gen建立三维空间模型，通过进行模态、反应谱和弹塑性分析，得到地震影响、风荷载下的结构内力、位移、变形，以及结构动力响应，验证Midas可以合理满足工程设计所需，同時又能解决复杂结构设计软件的束缚。

关键词：有限元;Midas Gen;三维空间;工程设计

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

0 引言

自上世纪90年代起，计算机科学的飞速进步给众多行业的发展开辟了一条新的出路，工程建设亦是如此，计算机不仅成功替代了设计人，解决了繁琐的手算难题，并且让计算精度得到保障，随即国内涌现出pkpm、盈建科等优秀的结构设计软件，而随着国内外结构形式趋于多样化、建筑高度也一次次刷新人类记录，人们对工程建设中模型的要求也越来越苛刻，大规模、高精度和高效率成为摆在全世界工程设计人员面前的一道难题，由此，有限元分析技术应运而生并得到迅速壮大，有限元技术是否能真实准确的反应结构荷载下的振动响应，以及如何正确在工程实例中利用有限元技术成为所有软件开发团队和工程人员合作的焦点。

目前国内市场，基于pkpm推出时间最早（80年代），软件开发相对最为完善，操作简捷的优势，使其仍处于不可撼动的垄断地位，其不合理、不方便之处，将成为阻碍中国结构设计发展的一道鸿沟，为此，越来越多的设计部门利用etabs、sap2000或midas对pkpm的计算结果进行二次复核，本文就针对常见的工业厂房设计中pkpm二维pk建模的问题，利用midas三维建模进行比较。

1 工程概况

厂房檐沟位置高度：10m，屋脊位置高度：11.7m，单坡屋面，放坡9%，吊车梁位置高度：7.2m，沿厂房纵向通常布置，厂房纵向总长54m分9跨，柱距6m，横向跨度21m。

2 设计依据

《建筑工程抗震设防分类标准》（GB 50223-2008），《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012），《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010），《钢结构设计规范》（GB 50017-2003），《门式钢架轻型房屋钢结构技术规范》（GB 51022-2015）。

3 前处理

所有钢材均选用Q235B，钢柱HM588x300x12x20，H牛腿（变截面）600x300x6x10—250x300x6x10，两端H钢梁（变截面）600x300x10x14—400x300x10x14，中间段H钢梁400x300x10x14，吊车梁HM340x250x9x14，屋面水平支撑160x5钢管。对比pkpm可知，使用Midas可以将牛腿建在模型中，计算更贴合实际。

4 设计地震反应谱

结合厂房地勘报告，采用加速度反应谱法的抗震分析方法，严格依据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）制定出反应谱函数（图5）。阻尼比0.01，地震分组第1组，地震设防烈度6度（0.05g），场地类别Ⅱ 类，地震影响系数0.04，场地特征周期0.35s。由此可依据反应谱法计算得到结构的位移、变形情况（图6），与pkpm的satwe计算结果相比，可以整体显示结构的变形，且位移与变形可同时显示，便于用户做出判断。

5 结论

Midas Gen对工业厂房进行分析计算时，可以将PKPM的PK二维建模以三维的形式合理体现，同时，又能解决pkpm无法在satwe排架结构建模的弊端，尤其对特种结构具有普遍性。将所有影响因素放在一个模型里考虑，考察钢结构厂房多遇地震下弹性或弹塑性变形及振动响应，且计算结果与PKPM相差甚微。由此可见，Midas Gen虽进入中国时间不长，但凭借其丰富的功能性、计算的准确性、有好的界面，逐渐被国内工程设计人员所接纳，为复杂多样的工业设计带来安全可靠的帮助。