建筑钢结构辅助设计软件MTS应用实例介绍

简介： MTS软件辅助您全面解决厂房与多高层钢结构的辅助设计问题！可用于钢框架结构、钢框撑结构、混凝土-钢组合结构、门式刚架结构、钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构、混凝土框架结构及剪力墙结构的全面设计。为工程设计人员的分析设计与绘图及计算书整理提供了强有力的工具。
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　　1 概述
　　MTS建筑钢结构设计系统是中国建筑钢结构辅助设计软件领域中近年来的一支生力军，在同济大学李国强教授领导下，由MTS开发组经过几年的努力开发，现在MTS软件可帮助用户全面解决厂房与多高层钢结构的辅助设计问题！可用于钢框架结构、钢框撑结构、混凝土-钢组合结构、门式刚架结构、钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构、混凝土框架结构及剪力墙结构的全面设计。为工程设计人员的分析设计提供了强有力的工具。
　　MTS集建模、分析、验算、设计出图于一体，不仅是一个功能强大、适用面广的钢结构分析软件，而且还是一个验算和设计工具，可以根据结构规范对构件进行验算、设计以及出图，而且针对最新的结构设计规范及时扩充、完善。MTS中已有的规范与规程包括：
《钢结构设计规范》 GB50017-2003 中华人民共和国国家标准
《混凝土结构设计规范》 GB50010-2002 中华人民共和国国家标准
《建筑抗震设计规范》 GB50011-2002 中华人民共和国国家标准
《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001 中华人民共和国国家标准
《建筑地基基础设计规范》 GB50007-2002 中华人民共和国国家标准
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 GB50018-2002 中华人民共和国国家标准
《高层民用建筑钢结构技术规程》 JGJ99-98 中华人民共和国行业标准
《门式刚架轻型房层钢结构设计技术规程》 CECS102:2002 中国工程建设标准化协会标准
《钢管混凝土结构设计与施工规程》 CECS28:90 中国工程建设标准化协会标准
《型钢混凝土组合结构技术程规程》 JGJ138-2001 中华人民共和国行业标准
《钢-混凝土组合结构设计规程》 DL/T5085-1999 中华人民共和国电力
　　MTS分为前处理、计算、多高层后处理、厂房后处理、节点设计、自动出图、基础设计等七个模块，模块按工程设计习惯组织，基本满足了建筑钢结构的设计分析需求。
　　2 高层钢结构实例-廖创兴金融中心大厦
　　廖创兴金融中心大厦位于上海南京西路、新昌路口，为高层办公楼。建设方为廖创兴房地产有限公司，结构形式为型钢混凝土—筒体结构，地下五层，地上42层，下部设有裙房，建筑面积7万平方米，结构总高度185.4米，属B类高度建筑。
　　
　　图1　结构模型全图
　　结构底层裙房平面布置（图2）较为复杂，建筑周边为弧形轮廓并存在斜向轴线。
　　外框部分柱距一个方向8.4米，另一方向7米，仅周边有柱，中间抽柱形成大开间，因此中间部分梁跨度达到16.8米和14米，采用间距较密的钢梁。
　　　
　　图2 结构底层裙房平面图　　　　　　　　　　　图3 结构标准层平面图
　　一般来此类高度建筑的柱可采用钢柱或型钢柱，考虑到钢框架—核心筒结构震害较严重，应用较少，不宜用于高层建筑，加之业主提出防火要求等综合考虑后，采用型钢混凝土—筒体结构，即柱子采用SRC柱，而梁则采用工字型钢梁，结构中主要的SRC柱及钢梁构件的截面见下表：
截面类型 材料 位置
柱 十字形钢骨1200*1200 + 900*600*36*45+2*(432*600*36*45) C50+Q345 1-8层柱
柱 十字形钢骨1100*1100 + 800*500*36*40+2*(382*500*36*40) C50+Q345 9-21层柱
柱 十字形钢骨1000*1000 + 730*450*30*36+2*(350*450*30*36) C50+Q345 22-26层柱
柱 十字形钢骨 900*900 + 630*400*30*30+2*(300*400*30*30) C50+Q345 27-36层柱
柱 十字形钢骨 800*800 + 500*400*25*25+2*(238*400*25*25) C50+Q345 37-42层柱
梁 H型钢800*350*16*30 Q345 柱距8.4m方向
梁 H型钢800*350*14*22 Q345 柱距7m方向
梁 H型钢650*450*16*40 Q345 内部主要次梁
　　结构采用MTS软件进行了分析，其振型、周期及层间位移统计结果如下表，同侧为SATWE的计算结果，两者对比结果如下：
MTS SATWE
结构总质量 92232（t） 94712（t）
结构周期 T1=4.2036 平1.0 T1=4.3172 平1.0
扭0.0 扭0.0
T2=3.1666 平0.98 T1=3.3229 平0.99
扭0.02 扭0.02
T3=1.6954 平0.03 T1=1.7374 平0.03
扭0.97 扭0.97
X向地震最大层间位移 1/1029 1/965
Y向地震最大层间位移 1/1012 1/889
　　由以上结果可见，MTS计算分析结果准确可靠，结构单元类型丰富，内置结构规范较多，可用于多高层钢结构及钢—混凝土组合结构设计。
　　3 轻型门式刚架实例-强生钢结构厂房
　　强生钢结构厂房位于南通如东县北康路侧，建设方为南通强生轻纺科技有限公司，是一个手套制作厂房。结构形式采用三连跨轻型门式刚架，建筑面积13,500m2，为较典型的轻钢厂房结构（图4）。
　　
　　图4 结构立面简图
　　结构三跨每跨跨度30m，檐口标高8m，不设吊车，柱脚为外露式铰接。
　　结构承受的荷载信息为：屋面恒载0.25kN/m2，活载0.3 kN/m2，雪载0.25kN/m2，基本风压0.45 kN/m2。同时按基本抗震烈度6度的设防要求考虑地震荷载作用。
　　结构中梁采用三段分段式变截面，柱采用变截面，截面规格见下表，单榀用钢量为5.75t.
截面类型 材料 位置
柱 变截面300（860）*200*6*10 Q345 边柱
柱 变截面300（450）*200*5*10 Q345 中柱
梁 变截面500（860）*200*6*8 Q345 梁变截面段
梁 变截面500（960）*200*6*8 Q345 梁变截面段
梁 工字钢 500*160*5*8 Q345 梁等截面段
　　结构同时采用了MTS软件中的节点设计功能，方便快捷地完成了梁柱节点、梁梁连接节点及柱脚节点的设计，见下图：
　　
　　梁-边柱节点　　　　　梁-中柱节点　　　　　　梁-梁节点　　　　　柱脚节点
　　由以上可见，MTS在分析计算轻型门式刚架结构时，建模分析方便灵活，节点设计准确详尽，能满足工程设计及出图的需要。
　　四、结束语
　　通过以上一些多高层及门式刚架结构实例，可以看出MTS软件在对于钢结构的建模和分析中具有如下特点及优势：
　　在荷载导算方面，MTS不仅能自动生成恒、活荷载及风荷载，更是具有支持多跨吊车的导算功能，极大方便了对于多跨多吊车厂房结构的分析验算。
　　在程序建模与回显方面，MTS提供了多种结构的快捷输入，用户可以充分利用轴线、弧形网格等辅助工具，实现复杂结构的快速建模，另外可以实现多层框架上插入平面门式刚架建模，实现空间门式刚架分析，这样可以比较好的解决复杂夹层门式刚架的设计。
　　在设计验算方面，支持钢框架、钢框撑及混凝土-钢组合结构的钢构件、圆钢管混凝土柱、方钢管混凝土柱、钢骨混凝土梁柱、混凝土剪力墙、梁柱的全面规范验算与设计、构件截面调整及优选；支持格构截面构件的分析验算，同时也支持缀条缀板的设计验算。支持构件类型广泛，对各种结构适应能力强。
　　在设计图形与文档输出方面，可以自动生成结构平立面图、节点设计详图、构件设计详图、楼板布板及配筋图、混凝土构件配筋简图，支持任意屏幕视图的打印输出与DXF导出（便于电子文档备份），对于门式刚架结构可以全面出图。可以生成所有准备、分析、设计及经济统计结果的文档，并可以提供图文并茂的WORD文档，输出计算书详尽。
　　简言之，MTS软件是为全面解决底层钢结构厂房与多高层钢结构的辅助设计问题而开发的结构设计与绘图软件，能将现行的各类钢结构规范全面溶入软件的设计与计算中，同时也在从建模到计算分析到结果输出的全过程中充分考虑了相应结构的特点，想用户之所想，尽量做到便捷与准确的完美结合，以便供工程设计人员使用。