1、GSNAP 功能概述深圳市广厦软件有限公司1第 1 章 GSNAP 功能概述1 GSNAP 简介自 1993 年算起，广厦建筑结构 CAD 系列软件已经历了近二十年的开发和应用，现已形成一个面向民用和工业建筑结构设计、功能包括前处理、结构分析、后处理和基础 CAD 在内的集成化和智能化的多高层结构 CAD，适用于多高层混凝土结构、多高层钢结构、钢-混凝土混合结构、混凝土-砖混合结构、空间钢构架、网架、网壳、无梁楼盖、加固结构、厂房、体育馆、多塔、错层、连体、转换层、厚板转换、斜撑、坡屋面、弹性楼板和局部刚性楼板等结构。到目前为止已被国内外 7000 多家设计单位正式采用，已成为国内两大主要的建
2、筑结构 CAD 之一。建筑结构弹塑性静力和动力分析软件 GSNAP 充分考虑建筑结构的特点，采用了通用计算和大量智能化技术，让不同层次的结构设计人员无论工程规模大小都能计算得到稳定可靠的弹塑性分析结果，从计算技术上保证了弹塑性分析手段可在建筑结构设计中广泛应用，减少了对国外计算软件的依赖，国外计算软件滞后的技术支持一直是弹塑性计算在我国广泛应用的障碍。建筑结构弹塑性静力和动力分析软件 GSNAP 是在建筑结构通用分析与设计软件GSSAP 基础上，为满足设计单位弹塑性分析的要求而扩展开发的分析核心，它是一个力学计算部分采用通用有限元架构，同时又和结构设计规范紧密结合的建筑结构弹塑性分析软件。在程
3、序结构的组织上采用了通用有限元技术，使其在分析上具备通用性，梁柱采用纤维束模型，墙采用弹塑性壳模型，可以适用于任何结构形式。GSNAP 与国内广泛应用的广厦建筑结构 CAD 相接，接力弹性分析 GSSAP，完成了弹塑性分析和结果显示整个过程。目前建筑结构抗震设计仍主要基于小震下弹性分析结果，不能真实反映结构在“三个水准”下的结构抗震性能。准确的抗震性能计算应该增加基于弹塑性分析软件进行分析，才能真实模拟结构在大震下变形、屈服(损伤)、破坏、倒塌的过程，有针对性加强结构薄弱部位。同时，准确的抗震计算也有助于结构的优化设计，避免为了增加安全储备，不合理地加大截面，造成资源浪费。对于罕遇地震作用下的
4、结构弹塑性变形验算的方法，抗震规范 5.5.3 条给出了明确规定：对于不超过 1 2 层且刚度无突变的钢筋混凝土框架结构、单层钢筋混凝土柱厂房可采用简化分析方法，除此以外的其他建筑结构，均可采用弹塑性静力推覆分析方法或弹塑性动力时程分析方法。针对这样的要求，结合广东省建筑设计研究院多年大量超高超限工程的弹塑性分析经验，把弹性通用计算 GSSAP 扩展成弹塑性通用计算 GSNAP，GSNAP 软件提供了两种空间模型弹塑性分析方法，一种是弹塑性静力推覆分析方法(ElastoPlastic PushOver Analysis)，另一种是弹塑性动力时程分析方法(ElastoPlastic Dynami
5、c Analysis)。常规结构都可采用静力推覆分析，原因如下：1) 适用 150m 以下以第 1 振型破坏为主的结构；2) 计算目标可控：顶点位移荷载曲线对错容易判定；GSNAP 功能概述广东省建筑设计研究院23) 软件成熟：设计人员很方便复核计算结果。大型、复杂结构和隔震消能结构可采用弹塑性动力时程分析，原因如下：1) 能反映高阶振型的破坏；2) 可根据场地选择合适的地震波。用户所选天然波要满足规范相关要求。2 GSNAP 在设计中的应用指导弹塑性分析的目的是了解结构的抗震性能，得到结构在罕遇地震下的抗倒塌能力，设计中有如下 5 种用途：1) 弹塑性最大层间位移角是否满足规范要求；2) 确
6、定结构的薄弱层；3) 确定薄弱构件；4) 隔震计算；5) 消能计算。我国现行规范中规定的弹塑性阶段设计主要是指弹塑性阶段的变形验算，也就是说需要将 GSNAP 计算得到的结构在罕遇地震作用下最大层间位移角与规范所规定的层间位移角限值进行比较，满足限值要求则通过弹塑性阶段的变形验算。2.1 弹塑性最大层间位移角是否满足规范要求GSNAP 弹塑性动力时程分析得到罕遇地震作用下最大层间位移角的步骤如下：1) 选择多条天然地震波或人工地震波；2) 通过 GSNAP 计算得到每条地震波作用下各个结构楼层的最大层间位移角，进而得到多条地震波的平均层间位移角；3) 通过平均最大层间位移角确定结构的薄弱楼层；
7、4) 将薄弱楼层的平均层间位移角与规范限值进行比较，确定是否满足规范要求。建筑抗震设计规范中对于弹塑性时程分析的地震波选择原则并没有明确规定，设计人员可参考抗规 5.1.2 条的规定选取弹塑性时程分析的地震波：“应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线，其中实际强震记录的数量不应少于总数的 2/3，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。”对于一些结构的弹塑性反应明显较小的地震波应该剔除。GSNAP 弹塑性静力推覆分析得到罕遇地震作用下最大层间位移角的步骤如下：1) 选择侧推荷载类型，进行静力推覆分析；2)
8、 在“图形方式”查看静力推覆的抗倒塌验算结果，得到性能点最大层间位移角；3) 将性能点最大层间位移角与规范限值进行比较，确定是否满足规范要求。2.2 确定结构的薄弱层薄弱层可能一个也可能多个，可采用如下的一些原则来确定薄弱层：GSNAP 功能概述深圳市广厦软件有限公司31) 最大层间位移角和最大有害层间位移角所在的楼层；2) 层间位移角或有害层间位移角超过规范限值的楼层；3) 损失刚度超过 70%的墙、柱、梁比较多的部位。2.3 确定薄弱构件“图形方式”中可以查看墙、柱、梁的塑性铰显示(刚度损失 70%以上)和剪力墙的裂缝状况，可以清楚的了解到结构构件在地震波作用过程中或静力推覆分析过程中结构
9、的弹塑性发展情况，有选择的加强原结构设计：增大构件尺寸或增大实配钢筋。2.4 隔震计算隔震设计指在房屋基础、底部或下部结构与上部结构之间设置由橡胶隔震支座和阻尼装置等部件组成具有整体复位功能的隔震层，以延长整个结构体系的自振周期，减少输入上部结构的水平地震作用，达到预期防震要求。隔震计算分为：上部结构(隔震层以上结构)计算和隔震层计算。2.4.1 上部结构的计算：主要求水平向减震系数1) 在录入中增加第 1 标准层墙柱，删除所有梁，层高为橡胶隔震器高度，未布置隔震装置；2) 采用 GSSAP 弹性计算后，在 GSNAP 中选择同样的天然地震波或人工地震波，输入设计基本加速度，采用 GSNAP
10、的弹塑性动力时程分析，在“图形方式-弹塑时程-弹塑性动力时程计算结果总信息” 中查看二层和二层以上最大剪力和弯矩，求得多条地震波二层和二层以上的平均最大剪力和最大弯矩；3) 把工程目录复制一个新的目录，第 1 标准层墙柱下布置隔震装置；4) 采用 GSSAP 弹性计算后，在 GSNAP 中选择同样的天然地震波或人工地震波，输入设计基本加速度，采用 GSNAP 的弹塑性动力时程分析，在“图形方式-弹塑时程-弹塑性动力时程计算结果总信息” 中查看二层和二层以上最大的剪力和弯矩，求得多条地震波二层和二层以上的平均最大剪力和最大弯矩；5) 求水平向减震系数，多层时水平向减震系数等于隔震和非隔震平均最大
11、剪力比值的最大值，高层时还应与隔震和非隔震平均最大弯矩比值的最大值取大值；6) 根据抗规 12.2.5 求隔震后的最大水平地震影响系数；7) 在录入 GSSAP 地震信息中输入隔震后的最大水平地震影响系数，采用 GSSAP进行弹性反应谱分析。2.4.2 隔震层的计算1) 隔震支座竖向承载力验算，在“图形方式-墙柱内力”查看有隔震的墙柱下恒载和活载轴力，隔震支座在“恒载+0.5 活载”组合的竖向压应力不应超过下GSNAP 功能概述广东省建筑设计研究院4表的限值。橡胶隔震支座平均压应力限值建筑类别 甲类建筑 乙类建筑 丙类建筑压应力(MPa) 10 12 152) 罕遇地震下隔震支座水平位移验算在
12、“图形方式-弹塑时程-弹塑性动力时程计算结果总信息” 中查看一层的最大位移，满足抗规 12.2.6 的要求。若要得到某个隔震器的最大水平位移，可在“图形方式-弹塑时程-节点时程响应”中鼠标右键选择一层柱上端查看位移时程得到。2.5 消能计算消能减震设计指在房屋结构中设置阻尼器，通过阻尼器的相对变形和相对速度提供附加阻尼，以消耗输入结构的地震能量，达到预期防震减震要求。主要计算布置了阻尼器的结构层间位移角和总阻尼比（结构阻尼比与阻尼器附加给结构的有效阻尼比之和）。计算步骤如下：1) 在录入中布置阻尼器；2) 采用 GSSAP 进行弹性计算；3) 在 GSNAP 中选择同样的天然地震波或人工地震波
13、，采用 GSNAP 的弹塑性动力时程分析，在“图形方式-弹塑时程-楼层最大响应曲线” 中查看各层中最大的层间位移角，求得多条地震波的平均最大层间位移角；4) 手工计算总阻尼比，在“文本方式-周期和地震作用”的地震反应谱分析结果中查看阻尼器布置方向的地震剪力换算的水平力 Fi，在“文本方式-结构位移”查看给定 CQC 地震剪力换算的水平力并考虑偶然偏心下的位移，+ex 和-ex 层平均位移相加为地震作用对应的位移 ui（若地震信息中质量偏心改为 0.0，取其中一个位移即可），求得总应变能 Ws=(1/2) Fiui；在“文本方式-结构位移”查看给定 CQC地震剪力换算的水平力并考虑偶然偏心下的位
14、移，+ex 和-ex 层平均层间位移相加为地震作用对应的平均层间位移即每个阻尼器两端水平位移差 uj，再根据阻尼器厂家提供的材料求总的耗散能量 Wc= Wcj；求得阻尼器附加给结构的有效阻尼比 Wc/Ws，与原结构阻尼比相加得到总阻尼比；5) 在录入 GSSAP 地震信息中输入总阻尼比，采用 GSSAP 进行弹性计算。3 计算规模计算层数 500每层梁数 30000GSNAP 功能概述深圳市广厦软件有限公司5每层柱数 30000每层桁杆数 30000每层墙数 30000每层楼板块数 30000模拟施工最大数 30000结构的节点数、单元数和自由度数不限，动态分配内存。GSNAP 分 8 层、1
15、5 层、30 层和不限层版本，只限制层数，计算功能完全相同。4 GSNAP 安装和运行GSNAP 是广厦建筑结构 CAD 系统的系列产品，与之配套使用，计算完 GSSAP 之后，接力运行，在“图形方式”中显示和打印计算结果。用户在成功安装广厦 CAD 版本的同时已安装了 GSNAP，GSNAP 与其它广厦软件共用一个软件狗，合法用户还要取得广厦软件有限公司的正式授权。同整个广厦建筑结构 CAD 软件一样，GSNAP 对 3 层和 3 层以下结构计算没有加密，设计人员可以用于结构设计。在主控菜单上设有“通用计算 GSNAP”按钮。双击此按钮进入 GSNAP 计算。硬件配置要求：机型：IBM PC
16、 及其兼容机硬盘：不小于 3G内存：不小于 128 兆输入设备：键盘和鼠标输出设备：支持的各种打印机和绘图机 最佳配置：奔 IV 或更高档次微机、40G 或更大硬盘、512 兆或更大内存32 位的 Windows 系统只能管理 1.5G 内存和虚拟内存（硬盘作为内存），工程越大，自由度数越多，所需的内存和虚拟内存也就越大，为了提高速度，希望用户把微机的内存配置得越大越好，测试经验表明，内存扩大一倍，运行速度提高 35 倍左右，若采用虚拟内存计算将大大减慢计算速度。工程所需内存由分解后总刚矩阵大小决定，计算所需内存和虚拟内存总量大约等于总节点数*总节点数*0.15。Windows 系统本身占用
17、200M。层数 每层节点数 总节点数 内存和虚拟内存普通结构 5 200 1000 0.15M高层结构 30 300 9000 12.15M大型结构 60 500 30000 135M特大型结构 100 500 50000 375M5 GSNAP 文件管理安装完成后，在系统目录 GSCAD 下有 GSNAP 的执行程序文件名：GSNAP.EXE。在通用计算 GSSAP 计算完成后，在工程目录下有 GSNAP 入口数据：工程名.GSP（也是GSSAP 入口数据）和工程名_层?构件截面计算结果.txt(GSSAP 计算的构件结果，？代表结GSNAP 功能概述广东省建筑设计研究院6构层号)。GSNA
18、P 的弹塑性静力推覆分析总体信息和弹塑性动力时程分析总体信息存于: 工程名.NSP。GSNAP 计算完成后，在工程目录下有：（1）弹塑性静力推覆分析结果：文件名 内容工程名_推覆计算结果总信息.TXT 输出静力推覆分析总体信息、各加载方向的总荷载、各荷载步的荷载因子、等效切线刚度、切线周期、各荷载步的楼层位移和层间位移角。工程名_?度推覆_构件端点位移.TMP输出?度方向构件端点位移的位移。工程名_ ?度推覆_单元破坏程度. TMP输出?度方向单元破坏程度。（2）弹塑性动力时程分析结果：文件名 内容工程名_弹塑性动力时程计算结果总信息.TXT输出动力时程分析总体信息和动力时程分析总体结果。工程
19、名_波名 _？度弹塑性时程_层平均位移时程.TXT输出?度方向层平均位移时程。工程名_波名 _？度弹塑性时程_层平均层间位移角时程.TXT输出?度方向层平均层间位移角时程。工程名_波名 _？度弹塑性时程_层平均速度时程.TXT输出?度方向层平均速度时程。工程名_波名 _？度弹塑性时程_层平均加速度时程.TXT输出?度方向层平均加速度时程。工程名_波名 _？度弹塑性时程_层平均地震力时程.TXT输出?度方向层平均地震力时程。工程名_波名 _？度弹塑性时程_层平均地震剪力时程.TXT输出?度方向层平均地震剪力时程。工程名_波名 _？度弹塑性时程_层平均地震弯矩时程.TXT输出?度方向层平均地震弯矩时程。工程名_波名 _？度弹塑性时程_层平均层间有害位移角时程.TXT输出?度方向层平均层间有害位移角时程。工程名_波名 _？度弹塑性时程_构件端点位移.TMP输出?度方向构件端点位移。工程名_波名 _？度弹塑性时程_构件端点速度.TMP输出?度方向构件端点速度。GSNAP 功能概述深圳市广厦软件有限公司7工程名_波名 _？度弹塑性时程_构件端点加速度.TMP输出?度方向构件端点加速度。工程名_波名 _？度弹塑性时程_单元破坏程度.TMP输出?度方向单元破坏程度。
