分析問(wèn)題為一3層3跨連續(xù)框架，層高3米，柱間距5.5米。所有柱腳固定，右側(cè)右側(cè)向支撐。柱頂受集中荷載，荷載值為外側(cè)柱75.5kN, 內(nèi)側(cè)柱151kN. 所有橫梁受均布荷載25.4kN/m。梁和柱均為標(biāo)準(zhǔn)工型截面，其尺寸如下：  
  高 寬 翼緣厚度 腹板厚度  
梁 0.3038 0.165 0.0102 0.0061  
柱 0.2062 0.2039 0.0125 0.0083  
假定底層左端一防火間發(fā)生火災(zāi)，該防火間內(nèi)溫度隨時(shí)間按標(biāo)準(zhǔn)火模型上升。分析結(jié)構(gòu)的變形。  
防火間具有防止火災(zāi)蔓延和隔絕熱量傳遞的作用。因此，僅防火間內(nèi)部的結(jié)構(gòu)構(gòu)件會(huì)有明顯的溫度上升。 ANSYS的梁?jiǎn)卧獌H能模擬沿截面線性溫度分布。為了能準(zhǔn)確模擬截面的非均勻溫度分布和捕捉局部屈曲等現(xiàn)象，構(gòu)成防火間的梁和柱將采用殼或體單元，其余部分采用梁?jiǎn)卧烧呓雍咸幉捎眉s束方程以保證變形協(xié)調(diào)。  
在進(jìn)行傳熱學(xué)分析時(shí)，假定梁和柱的構(gòu)造形式如下圖所示：柱的腹部有磚墻，因此，僅朝防火間的翼緣受到熱作用。梁上部托混凝土樓板，因此，除上翼緣上表面外的所有表面均受到熱作用（如圖中虛線所示為受熱邊界）。熱量以對(duì)流和輻射的形式從熱空氣傳遞到結(jié)構(gòu)表面，又以傳導(dǎo)的形式在結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳播。  
  
！首先進(jìn)行傳熱學(xué)分析  
/PREP7  
/TITLE,Part 1:heat transfer analysis  
ET,1,SOLID70 ！定義單元類型  
！-----------------------------------------------------------------  
！定義參數(shù)  
！-----------------------------------------------------------------  
W_col=0.2039 ！柱截面寬度  
H_col=0.2062 ！柱截面高度  
tf_col=0.0125 ！柱翼緣厚度  
tw_col=0.0083 ！柱腹板厚度  
B_col=(W_col-tw_col)/2 ！柱翼緣伸出長(zhǎng)度  
D_col=H_col-2*tf_col ！柱腹板凈高  
W_beam=0.165 ！梁截面寬度  
H_beam=0.3038 ！梁截面高度  
tf_beam=0.0102 ！梁翼緣厚度  
tw_beam=0.0061 ！梁腹板厚度  
B_beam=(W_beam-tw_beam)/2 ！梁翼緣伸出長(zhǎng)度  
D_beam=H_beam-2*tf_beam ！梁腹板凈高  
Dis_hor=5.5 ！框架水平跨間距  
Dis_ver=3.0 ！框架豎向?qū)痈? 
pp=(W_col-W_beam)/2  
！----------------------------------------------------------------------------------  
！定義熱分析材料特性  
！----------------------------------------------------------------------------------  
！熱分析需要定義的材料特性包括導(dǎo)熱性，比熱，密度等  
MPTEMP,,20,800,900,1000 ！定義隨溫度變化的鋼材的導(dǎo)熱性  
MPDATA,KXX,1,,53.334,27.36,27.36,27.36  
MPTEMP ！清除溫度場(chǎng)  
MPTEMP,,20,100,180,260,380 ！定義隨溫度變化的鋼材的比熱  
MPDATA,C,1,,439.8,487.62,522.33,550.75,596.52  
MPTEMP,,500,600,640,720,735  
MPDATA,C,1,,666.5,759.92,798.67,1388,5000  
MPTEMP,,750,830,900,1000  
MPDATA,C,1,,1483,725,650,650  
MP,DENS,1,7850 ！定義鋼材的密度  
！---------------------------------------------------------------------------------  
！建立分析模型  
！---------------------------------------------------------------------------------  
！采用直接生成節(jié)點(diǎn)和單元的辦法建立實(shí)體模型。框架除防火間以外的部分不參與傳熱  
！反應(yīng)。因此，僅建立防火間的分析模型  
！生成第一根柱  
N,1,-H_col/2,,-W_col/2 ！產(chǎn)生構(gòu)成柱截面的節(jié)點(diǎn)  
N,2,-H_col/2,,-W_col/2+pp  
NGEN,4,1,2,,,,,(B_col-pp)/3  
N,6,-H_col/2,,tw_col/2  
NGEN,4,1,6,,,,,(B_col-pp)/3  
N,10,-H_col/2,,W_col/2  
NGEN,2,10,1,10,1,tf_col  
NGEN,10,6,15,16,1,D_col/10  
NGEN,2,60,11,20,1,D_col  
NGEN,2,10,71,80,1,tf_col  
NGEN,2,100,all,,,,(Dis_ver-H_beam/2)/60 ！將已生成的節(jié)點(diǎn)沿y方向偏移  
！(Dis_ver-H_beam/2)/60拷貝一層  
！節(jié)點(diǎn)號(hào)加100  
E,1,2,12,11,101,102,112,111 ！生成第一層單元  
EGEN,9,1,1  
E,15,16,22,21,115,116,122,121  
EGEN,10,6,10  
E,71,72,82,81,171,172,182,181  
EGEN,9,1,20  
EGEN,60,100,1,28,1,,,,,,0,(Dis_ver-H_beam/2)/60 ！將第一層單元沿y方向拷貝60層  
！生成第一根柱  
！將柱的模型繼續(xù)向上延伸梁的截面高度，生成梁柱節(jié)點(diǎn)。  
！節(jié)點(diǎn)處單元尺寸盡量與梁的截面單元尺寸一致。  
NSEL,S,NODE,,6001,6090,1 ！沿梁的翼緣厚度生成一層單元  
NGEN,2,100,ALL,,,,tf_beam  
EGEN,2,100,1653,1680,1  
NSEL,ALL  
NSEL,S,NODE,,6101,6190 ！沿梁的腹板高度生成10層單元  
NGEN,11,100,ALL,,,,D_beam/10  
EGEN,11,100,1681,1708,1  
NSEL,ALL  
NSEL,S,NODE,,7101,7190 ！繼續(xù)沿梁的翼緣厚度生成一層單元  
NGEN,2,100,ALL,,,,tf_beam  
EGEN,2,100,1961,1988,1  
NSEL,ALL  
！將實(shí)體模型的柱向上延伸H_beam的高度，避免梁?jiǎn)卧蛯?shí)體單元在  
！梁柱節(jié)點(diǎn)處切換  
NSEL,S,NODE,,7201,7290 ！生成6層單元，每層高H_beam/6  
NGEN,7,100,ALL,,,,H_beam/6  
EGEN,7,100,1989,2016,1  
NSEL,ALL  
！第一根實(shí)體模型柱完成。  
！共計(jì)：節(jié)點(diǎn)79層，每層編號(hào)1-90， 逐層加100，頂層編號(hào)7801-7890  
！單元78層，自動(dòng)編號(hào)。每層28個(gè)，共28*78=2184個(gè)  
  
！生成第二根柱及梁柱節(jié)點(diǎn)  
NGEN,2,10000,ALL,,,Dis_hor ！從第一根柱拷貝所有的節(jié)點(diǎn)  
                                                            ！節(jié)點(diǎn)號(hào)加10000  
EGEN,2,10000,1,2184,1 ！從第一根柱拷貝所有的單元  
  
！生成梁  
！梁被夾在兩根柱之間，實(shí)際長(zhǎng)度為Dis_hor-H_col  
N,20001,H_col/2,Dis_ver-H_beam/2,-W_beam/2  
！生成梁的截面的所有節(jié)點(diǎn)  
！梁的節(jié)點(diǎn)編號(hào)從20001開始  
NGEN,4,1,20001,,,,,B_beam/3  
N,20005,H_col/2,Dis_ver-H_beam/2,tw_beam/2  
NGEN,4,1,20005,,,,,B_beam/3  
NGEN,2,10,20001,20008,1,,tf_beam  
NGEN,10,6,20014,20015,1,,D_beam/10  
NGEN,2,60,20011,20018,1,,D_beam  
NGEN,2,10,20071,20078,1,,tf_beam  
NGEN,2,100,20001,20090,,(Dis_hor-H_col)/100 ！沿x方向偏移(Dis_hor-H_col)/100  
！拷貝一層節(jié)點(diǎn)  
E,20001,20002,20012,20011,20101,20102,20112,20111 ！生成梁的第一層截面單元  
！兩根柱單元總數(shù)為4368  
！故梁的單元編號(hào)從4369開始  
EGEN,7,1,4369  
E,20014,20015,20021,20020,20114,20115,20121,20120  
EGEN,10,6,4376  
E,20071,20072,20082,20081,20171,20172,20182,20181  
EGEN,7,1,4386  
EGEN,100,100,4369,4392,1,,,,,,(Dis_hor-H_col)/100 ！沿x方向拷貝100層生成整根梁  
！梁的實(shí)體模型完成  
！總計(jì)：梁的節(jié)點(diǎn)為101層，每層編號(hào)1-88。從20001開始，逐層加100  
！左端截面的節(jié)點(diǎn)為20001-20088； 右端截面的節(jié)點(diǎn)為30001-30088  
！每層單元數(shù)為24個(gè)，總計(jì)24*100=2400個(gè)。單元編號(hào)為4369-6768  
  
！-------------------------------------------------------------------------------  
！建立梁和柱連接處的耦合關(guān)系  
！-------------------------------------------------------------------------------  
！自動(dòng)耦合所有節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)重合的節(jié)點(diǎn)。梁翼緣的節(jié)點(diǎn)和柱的側(cè)面完全重合，可以自動(dòng)耦合。  
！梁腹板的節(jié)點(diǎn)距離柱側(cè)面相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的距離為(tw_col-tw_beam)/2=0.0011  
！因此，設(shè)置耦合誤差為0.002時(shí)，也能自動(dòng)耦合。  
CPINTF,all,0.002  
FINISH  
！--------------------------------------------------------------------------------  
！定義邊界條件，并求解  
！--------------------------------------------------------------------------------  
/SOLU  
ANTYPE,TRANS ！定義分析類型  
TUNIF,20 ！定義初始溫度  
AUTOTS,ON ！打開自動(dòng)步長(zhǎng)控制  
DELTIM,20 ！定義初始時(shí)間步長(zhǎng)  
STEF,5.6696E-8 ！定義  
TOFFST,273 ！定義絕對(duì)溫度偏差  
！定義受到火的熱作用的邊界  
NSEL,S,NODE,,71,6071,100 ！選擇第一根柱右側(cè)翼緣的節(jié)點(diǎn)，  
                                             ！定義為HTbound1  
*DO,i,80,90,1  
NSEL,A,NODE,,i,6000+i,100  
*ENDDO  
CM,HTbound1,NODE  
NSEL,S,NODE,,10020,16020,100 ！選擇第二根柱左側(cè)翼緣的節(jié)點(diǎn)，  
                                                            ！定義為HTbound2  
*DO,i,10001,10011,1  
NSEL,A,NODE,,i,6000+i,100  
*ENDDO  
CM,HTbound2,NODE  
NSEL,S,NODE,,20001,30090,100 ！選擇梁除上翼緣上表面外所有的面  
                                                             ！定義為HTbound3  
*DO,i,20081,20090,1  
NSEL,U,NODE,,i,10000+i,100  
*ENDDO  
CM,HTbound3,NODE  
！施加熱邊界條件并求解  
*DO,tm,60,180,60 ！定義時(shí)間參數(shù)tm從60到600（秒）  
Time,tm ！當(dāng)前時(shí)間為tm  
Temp=20+345*LOG10(8*tm/60+1) ！計(jì)算環(huán)境空氣溫度  
SF,HTbound1,CONV,25,Temp ！對(duì)邊界HTbound1施加對(duì)流作用  
SF,HTbound2,CONV,25,Temp ！對(duì)邊界HTbound2施加對(duì)流作用  
SF,HTbound3,CONV,25,Temp ！對(duì)邊界HTbound3施加對(duì)流作用  
SF,HTbound1,RDSF,0.9,1 ！定義HTbound1為第一個(gè)熱輻射場(chǎng)  
SF,HTbound2,RDSF,0.9,2 ！定義HTbound2為第二個(gè)熱輻射場(chǎng)  
SF,HTbound3,RDSF,0.9,3 ！定義HTbound3為第三個(gè)熱輻射場(chǎng)  
SPCTEMP,1,Temp ！定義第一個(gè)熱輻射場(chǎng)的環(huán)境溫度  
SPCTEMP,1,Temp ！定義第二個(gè)熱輻射場(chǎng)的環(huán)境溫度  
SPCTEMP,1,Temp ！定義第三個(gè)熱輻射場(chǎng)的環(huán)境溫度  
SOLVE ！求解  
*ENDDO  
FINISH  
/POST1  
PLNSOL,TEMP,,0,  
FINISH  
  
！--------------------------------------------------------------------------------------  
！結(jié)構(gòu)分析  
！--------------------------------------------------------------------------------------  
/PREP7  
/TITLE,Part 2: structural analysis  
ET,1,SOLID45,1,1 ！對(duì)應(yīng)于SOLID70的結(jié)構(gòu)單元  
！為SOLID45  
ET,2,BEAM188 ！單元類型2  
！------------------------------------------------------------------------------  
！定義結(jié)構(gòu)分析材料特性  
！------------------------------------------------------------------------------  
fy=275E+6 ！常溫下屈服應(yīng)力  
exx=2.1E+11 ！常溫下楊氏模量  
MPTEMP ！清楚原來(lái)的溫度場(chǎng)  
MPTEMP,,20,100,200,300,400 ！定義隨溫度變化的楊氏模量  
MPDATA,EX,1,,exx,0.9*exx,0.8*exx,0.7*exx  
MPTEMP,,500,600,700,800,900  
MPDATA,EX,1,,0.6*exx,0.31*exx,0.13*exx,0.09*exx,0.0675*exx  
MP,NUXY,1,0.3 ！定義泊松比  
MP,ALPX,1,1.4E-5 ！定義熱膨脹系數(shù)  
!  
TB,MISO,1,10,3 ！定義隨溫度變化的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系  
TBTEMP,20 ！20度時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系  
TBPT,,fy/exx,fy  
TBPT,,0.02,fy  
TBPT,,0.15,fy  
!  
TBTEMP,100 ！100度時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系  
TBPT,,fy/exx,fy  
TBPT,,0.02,fy  
TBPT,,0.15,fy  
!  
TBTEMP,200 ！200度時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系  
TBPT,,0.807*fy/(0.9*exx),0.807*fy  
TBPT,,0.02,fy  
TBPT,,0.15,fy  
!  
TBTEMP,300 ！300度時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系  
TBPT,,0.613*fy/(0.8*exx),0.613*fy  
TBPT,,0.02,fy