Как выполнить анализ прыжков в Ризе для высоких структур

Подготовка вашей модели для анализа прыжков в RISA

Точность в анализе пряжки начинается с хорошо построенной модели.В RISA-3D или RISA-Floor внимательно следуйте этим подготовительным шагам.

Определение геометрии и свойств материалов

Используйте стандартный интерфейс RISA для определения вашей структуры. Для высотных зданий включите все основные элементы, устойчивые к боковой нагрузке (рамы, ядра, сдвиговые стены и аутриггеры). Введите реалистичные свойства материала - эластичный модуль, соотношение Пуассона и прочность на выходе - из библиотеки материалов или пользовательских данных. Для стали используйте значение E 29 000 кси; для бетона используйте значение, которое отражает прочность конструкции (например, 3000-7 000 фунтов на квадратный дюйм). Неправильные значения жесткости могут значительно изменить режимы пряжки.

Свойства раздела и эффективные факторы длины

Назначьте правильные свойства поперечного сечения (область, моменты инерции, торсионная постоянная) каждому члену. RISA позволяет моделировать конические секции, натянутые формы и непразматические члены, которые являются общими в высоких структурах. Для столбцов эффективный коэффициент длины (]K имеет решающее значение в анализе пряжки. RISA может автоматически вычислять K-факторы для кадров с использованием метода выравнивания диаграммы, но вы также можете переопределить эти значения вручную. Например, столбец фиксированной базы в рамке скачка обычно имеет K между 1,2 и 1.5. Проверка K-факторы против таблицы AISC C-A-7.1 обеспечивает согласованность.

Граничные условия и поддержка

Высокие конструкции редко идеально фиксируются на основании. Гибкость фундамента может снизить эффективную нагрузку на пристегивание. В RISA модель базы поддерживает соответствующими значениями жесткости (вращательные и трансляционные пружины), если взаимодействие почвенной структуры важно. Для предварительного анализа работают зажатые или фиксированные опоры, но для детальной проверки учитывают весенние константы, полученные из геотехнических отчетов. Аналогично моделируют любые промежуточные опоры, такие как брекеты или галстуки-балки правильно — они изменяют длину пристегивания членов.

Загрузочные кейсы и комбинации

Анализ припряжки в RISA приводится в действие комбинациями нагрузки, которые вы указываете. Программное обеспечение вычисляет критический коэффициент нагрузки (CLF), с помощью которого прикладной набор нагрузки должен быть умножен, чтобы вызвать припряжку. Как правило, вы создаете комбинации нагрузки, которые включают мертвую нагрузку, живую нагрузку, уменьшенную живую нагрузку, ветровую нагрузку и сейсмическую нагрузку, используя соответствующие факторы из ASCE 7. Для припряжки комбинация худшего случая часто представляет собой комбинацию гравитационной нагрузки (1.2D + 1,6L) или комбинацию боковой нагрузки (1.2D + 1,0W + 0,5L). Вы также можете создавать комбинации оболочки для захвата самого высокого осевого сжатия в каждом элементе.

RISA позволяет выбрать, какие комбинации включить в анализ припряжки. Включите все соответствующие комбинации, но имейте в виду, что каждая дополнительная комбинация увеличивает время вычислений. Наилучшая практика - начать с комбинаций с преобладанием силы тяжести и позже проверить боковые доминантные.

Настройка анализа прыжков в RISA

После того, как модель готова, настройте параметры анализа в диалоге Настройки анализа .

Выбор типа анализа пряжки

В раскрывающемся списке Анализа выберите Buckling (линейное собственное значение). RISA также предлагает P-Delta] и комбинированный P-Delta + Buckling подход. Для высоких структур запустите анализ припряжки после решения P-Delta, чтобы гарантировать, что эффекты второго порядка включены в базовое состояние. В RISA-3D вы можете выполнить отдельный запряжённый забег или включить его в качестве дополнения.

Укажите количество режимов пряжки

Установите количество Режимы пристегивания для вычисления. Для высокого здания типично запрашивать от 10 до 20 режимов. Первые несколько режимов (наименьшее собственное значение) являются наиболее критичными. Однако более высокие режимы могут выявить локальное пристегивание в стройных элементах или в поведении вне плоскости пучков. Используйте по меньшей мере 10 режимов для захвата глобального колебания и первых нескольких локальных режимов.

Сетка и уточнение узлов

Анализ пристегивания чувствителен к дискретизации элементов. RISA использует элементы пучка и колонки с жесткозонными факторами и дискретизацией массы. Для кадров обычно достаточно автоматической сетки по умолчанию, но для пучков с высокой осевой нагрузкой и длинными пролетами вручную подразделяют элементы на 4-6 элементов для точного захвата жесткости изгиба. Для стенок сдвига, смоделированных как элементы пластины или оболочки, увеличивают плотность сетки вокруг отверстий и при соединениях стенки с рамой.

Для проверки сходимости сетки проведите анализ с двумя различными плотностями сетки и сравните пять лучших коэффициентов нагрузки при пристегнутых сетках. Если разница превышает 5%, уточните сетку.

Включая начальные несовершенства (факультативные)

В то время как линейный анализ пряжки предполагает идеальную геометрию, высокие структуры всегда имеют начальную невыпуклость, членскую камберу и остаточные напряжения. Для более реалистичной оценки RISA позволяет масштабировать формы режима пряжки и применять их в качестве начальных несовершенств перед запуском нелинейного инкрементного анализа. Это называется Геометрический анализ несовершенства . Особенно рекомендуется для проектирования высотных зданий с большими коэффициентами стройности (высота / ширина > 6). Вы можете установить величину несовершенства на основе допусков кода (например, L/500 для глобального дрейфа).

Проверка Buckling Analysis

После настройки настроек запустите анализ, нажав кнопку Solve. RISA выполняет извлечение собственных значений с использованием метода итерации подпространства или метода Lanczos (в зависимости от версии). Выход анализа включает в себя:

• Критический коэффициент нагрузки (CLF) для каждого режима. CLF менее 1,0 указывает на то, что конструкция пряжется под приложенной комбинацией нагрузки. CLF между 1,0 и 2.0 предполагает предельную безопасность, требующую усиления или крепления элемента.
• Формы режимов отображаются графически. Используйте Деформированная форма зрителя для анимации каждого режима пристегивания.
• Табульные результаты, в которых перечислены коэффициенты массы и эффективная длина для каждого режима.

Во время выполнения мониторят решатель на наличие предупреждений. Общие проблемы включают непоглощённые узлы, сингулярные матрицы жесткости (обычно из-за отсутствующих удерживающих устройств) или высокие эксцентриситеты. Эти проблемы часто проявляются как крайне низкие значения CLF (например, 0,001), не соответствующие физическому поведению. Исправляйте любые ошибки моделирования и повторный запуск.

Интерпретация результатов: от точных данных к пониманию дизайна

Понимание результатов анализа пристегнутости является основным навыком для инженера-строителя. Вот систематический подход к интерпретации результатов RISA для высоких структур.

Выявление наиболее критического режима

Сортировать режимы припряжки CLF в порядке возрастания. Режим с наименьшим CLF является основным механизмом отказа. Для высокого здания первый режим обычно является глобальным перекосом - либо в сторону первого режима (например, консоль), либо в комбинированном перекосе. Если первый режим показывает только локальное пристегивание члена (например, один столбец в середине здания), проверьте, правильно ли соседние члены разделяют нагрузку. Изолированный локальный режим с очень низким CLF часто указывает на недостаточную крепление или неправильно ограниченный узел.

Оценка форм режима

Изучите деформированную форму каждого критического режима. В RISA можно просмотреть форму режима в 3D и оживить его. Обратите внимание:

• Глобальные модели раскачивания: Приклоняется ли все здание в одну сторону? Скачок первого режима, типичный для кадра с моментом. Режим более высокого раскачивания может включать точку перегиба средней высоты.
• Торсионное поведение: Если здание значительно скручивается вокруг вертикальной оси, боковая сила-резистентная система может быть слишком гибкой в кручении. Добавление фиксации периметра или увеличение толщины стенки ядра может смягчить это.
• Локальное пристегивание: Проверка на наличие пристегивающихся колонок, брекетов или внеплановых веб-пристегиваний глубоких пучков. Они часто упускаются из виду в линейном анализе, но могут быть захвачены в режимах пристегивания.

Сравните факторы участия формы режима — RISA сообщает процент массы, участвующей в каждом режиме. Для симметричного здания первый режим должен иметь высокую массовую долю участия в одном направлении. Если малый, подумайте, что ваша комбинация нагрузки может быть не самым худшим случаем.

Оценка маржи безопасности

CLF 1,0 соответствует точному пряжке под применяемыми нагрузками. Коды требуют коэффициента безопасности. Например, раздел C2 AISC 360 требует, чтобы доступная прочность для предельных состояний пряжки определялась с использованием коэффициента сопротивления φ=0,90 для членов сжатия, но для глобальной стабильности более высокий фактор (например, 1,67 для ASD или 0,90 для LRFD) применяется к номинальной прочности. Безопасная конструкция обычно имеет CLF выше 1,5-2,0, в зависимости от комбинации нагрузки и важности конструкции. На практике для высотных зданий инженеры стремятся к CLF не менее 2,0 при факторизованных нагрузках для учета несовершенств и нелинейностей.

Использование результатов для руководства редизайном

Если CLF слишком низок, идентифицируйте элементы или подсистемы, которые вносят наибольший вклад в режим пристегивания. RISA может выводить распределение энергии напряжения элемента в каждом режиме. Члены с высокой энергией напряжения являются наиболее эффективными для модификации. Для режима сдвига, закаливание боковой системы (добавление крепления, увеличение размеров колонн или утолщение стенок сдвига) поднимет CLF. Для локального режима пристегивания усиливают конкретный элемент или уменьшают его непересекаемую длину.

Другой метод заключается в корректировке эффективных коэффициентов длины. Если RISA вычисляет K-факторы автоматически и они кажутся высокими для члена с промежуточными удерживающими устройствами, вручную уменьшайте их, чтобы отразить фактическое удерживающее устройство, обеспечиваемое соединениями. Однако это должно основываться на рациональном инженерном суждении, а не просто на соответствии коду.

Расширенные соображения для высоких структур

Высокие структуры требуют особого внимания, помимо стандартного анализа пристегнутости. Вот продвинутые темы, на которые может обратиться RISA.

Эффекты второго порядка (P-Delta)

Анализ припряжки в RISA можно комбинировать с анализом P-Delta. Эффект P-Delta усиливает боковые смещения из-за гравитационных нагрузок, действующих на деформированную форму. Это делает структуру эффективно более мягкой, уменьшая нагрузку при припряжке. Для выполнения реалистичного анализа сначала запустите статическое решение P-Delta для получения равновесного состояния под рабочими нагрузками, затем используйте это состояние в качестве основы для анализа припряжки собственного значения. RISA поддерживает этот двухэтапный процесс.

Геометрическая нелинейность и несовершенства

Линейное пристегивание часто переоценивает емкость стройных рам. Для высотных зданий целесообразно выполнить полный нелинейный анализ пристегивания с помощью большого смещения решателя (RISA-3D включает в себя нелинейный анализ двигателя). Применять начальное несовершенство в форме первого линейного режима пристегивания, масштабируемое до максимально допустимой внеподъемности (например, 1/500 высоты). Затем применять нагрузки постепенно и обнаруживать точку неустойчивости. Этот метод дает более точную критическую нагрузку.

Материалы и пряжки в композитных системах