設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)的論文

　　1基于常微分方程求解器的分析方法

　　我國當(dāng)前主要通過常微分方程求解器對高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)行分析。高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)常微分方程求解器功能強(qiáng)大，自適應(yīng)求解效果非常好，可以有效滿足對用戶進(jìn)行預(yù)先解答，提高解答的精度，降低解答指定的誤差限。當(dāng)前我國在高層建筑結(jié)構(gòu)分析通過對常微分方程求解器的應(yīng)用，有效實(shí)現(xiàn)了對高層建筑結(jié)構(gòu)樓板變形時的動力計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算和靜力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的整體分析和處理。建筑人員通過使用常微分方程求解器的分析，有效降低了在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)分析時的處理量，降低了高層建筑結(jié)構(gòu)分析中的方程組數(shù)，有效提高運(yùn)算效果，從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

　　在對高層建筑結(jié)構(gòu)常微分方程求解器進(jìn)行深入研究的過程中，清華大學(xué)教授包世華和袁駟有效提高了常微分方程求解器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對常微分方程求解器的深化研究。袁駟教授利用有限元技術(shù)，對偏微分方程的半離散化進(jìn)行控制，有效實(shí)現(xiàn)了對常微分方程組的求解，提高了對結(jié)構(gòu)線性函數(shù)的應(yīng)用。通過常微分方程求解器的直接求解，對有限元線進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，有效對一般力學(xué)問題進(jìn)行計(jì)算，在很大程度上提高了一般力學(xué)問題的計(jì)算效果。而包世華教授對半解析-微分方程求解器方法進(jìn)行分析深化，有效將半解析-微分方程求解器方法應(yīng)用到高層建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)靜力、動力、穩(wěn)定性的分析驗(yàn)證中，提高了對高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的效果。

　　2高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法

　　高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法在高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析中又被稱為時程法。高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法主要是對地震波直接輸入結(jié)構(gòu)，完成結(jié)構(gòu)的彈塑性性能分析。這種方法要求結(jié)構(gòu)力學(xué)分析人員建立專門結(jié)構(gòu)彈塑性恢復(fù)性動力方程，通過逐步積分法實(shí)現(xiàn)對地震過程中速度、加速度、位移等的時程變化，完成對建筑結(jié)構(gòu)的描述。高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法對建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震的作用下彈性及非彈性階段的內(nèi)力變化進(jìn)行深入研究，有效對高層建筑構(gòu)件可能出現(xiàn)的損壞、開裂、屈服、倒塌進(jìn)行分析，提高建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析效果。當(dāng)前在國內(nèi)的高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法主要輸入地震波為隨機(jī)人工地震波，結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算多采取層模型。除此之外，高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法還加大了對樓板結(jié)構(gòu)變形的分析，使用并列多質(zhì)點(diǎn)計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算，對高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動和評議進(jìn)行研究，有效提高了對土體、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)耦合振動的模擬效果。

　　近年來我國還高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法中對扭轉(zhuǎn)振動進(jìn)行分析，取得顯著進(jìn)展。高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法能夠有效對高層建筑結(jié)構(gòu)中存在的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，提高對結(jié)構(gòu)延展性、變形的實(shí)際分析效果。高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法預(yù)計(jì)的破壞形態(tài)與實(shí)際地震的破壞效果非常接近，有效對地震危害進(jìn)行防護(hù)處理，提高了高層建筑結(jié)構(gòu)的防震效果。但是當(dāng)前對高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法的整體看法不一。部分人員認(rèn)為采取大型高速計(jì)算機(jī)對典型地震波進(jìn)行分析；但是部分人員認(rèn)為典型地震波本身不一定能代表真正的地震，因此在進(jìn)行研究的過程中要對研究算法進(jìn)行簡化，對近似方法進(jìn)行研究。隨著高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法的逐漸發(fā)展，越來越多國家在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的過程中開始對地震波根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選取，模擬效果大幅提高。

　　3基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法

　　基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法主要是通過數(shù)學(xué)上的最優(yōu)化理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種新方法。基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法有效實(shí)現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的被動分析道主動設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，提高了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性，對設(shè)計(jì)具有非常好的促進(jìn)效果。基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法對空間的要求較為嚴(yán)格，設(shè)計(jì)過程中要保證以最小的質(zhì)量產(chǎn)生最大的剛度。因此，設(shè)計(jì)人員要對框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻進(jìn)行充分分析，實(shí)現(xiàn)墻體的`優(yōu)化布置和數(shù)量選取，提高基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分力學(xué)析效果。基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法中要求保證適度的剛度，對剛度要進(jìn)行嚴(yán)格控制。尤其是在分析剪力墻與地震作用的時，要對剪力墻剛度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保建立正確的最優(yōu)化剛度模型，提高基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法的模型實(shí)際應(yīng)用效果。目前我國的基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法發(fā)展還不全面，在進(jìn)行單位建筑面積上剪力墻慣性矩度量指標(biāo)設(shè)計(jì)的過程中還存在較多問題。我國的基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法仍處於研究和發(fā)展階段。高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析人員要對基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法中的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行深入研究，對剪力墻最優(yōu)剛度進(jìn)行有效分析，從本質(zhì)上提高數(shù)據(jù)分析處理效果，拓寬基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法的應(yīng)用前景。

　　4基于分區(qū)廣義變分原理與分區(qū)混合有限元的分析方法

　　在進(jìn)行分區(qū)的過程中，高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析人員要對有限元進(jìn)行全面分型。有限元中雜交元和非協(xié)調(diào)元的發(fā)展在很大程度上促進(jìn)了分區(qū)廣義變分原理的發(fā)展，為分區(qū)廣義變分原理奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。清華大學(xué)龍馭球教授對分區(qū)廣義變分原理進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了對分區(qū)廣義變分原理的深化。龍馭球教授的分區(qū)混合有限元法將分區(qū)廣義變分原理進(jìn)行拓展，實(shí)現(xiàn)了繼位移法、雜交元法之后的改革和完善。分區(qū)混合有限元法對彈性體分類，對勢能區(qū)使用位移單元能量分析，將結(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量。而余能區(qū)使用應(yīng)力單元，將結(jié)構(gòu)應(yīng)力函數(shù)作為基本未知量，實(shí)現(xiàn)對能量項(xiàng)的交界面附加。分區(qū)混合有限元法在滿足位移和力的基礎(chǔ)上保證了位移的連續(xù)和收斂性，有效對總能量泛函駐值分區(qū)混合進(jìn)行方程選取。分區(qū)混合有限元法適應(yīng)性非常強(qiáng)，分區(qū)較為靈活，在很大程度上保證了函數(shù)的收斂性，對高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析具有非常好的促進(jìn)效果。

　　分區(qū)混合有限元法對計(jì)算框支剪力墻、框支剪力墻角區(qū)應(yīng)力集中、托墻梁結(jié)構(gòu)等方面具有非常好的計(jì)算效果，在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中具有非常好的應(yīng)用前景。總結(jié)：當(dāng)前我國的高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析方法主要包括：基于常微分方程求解器的分析方法、基于有限條法和樣條函數(shù)法的分析方法、基于分區(qū)廣義變分原理與分區(qū)混合有限元的分析方法、高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法、基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法。高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析人員要對以上五種分析方法不斷進(jìn)行深入研究和合理應(yīng)用，將高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析和高層建筑藝術(shù)進(jìn)行完美結(jié)合，增強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的實(shí)用效果。要對高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的方法不斷進(jìn)行完善，確保我國建筑飛速發(fā)展。

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