设计高层建筑结构的论文

2021-06-13 论文

　　1基于常微分方程求解器的分析方法

　　我国当前主要通过常微分方程求解器对高层建筑结构力学进行分析。高层建筑结构力学常微分方程求解器功能强大，自适应求解效果非常好，可以有效满足对用户进行预先解答，提高解答的精度，降低解答指定的误差限。当前我国在高层建筑结构分析通过对常微分方程求解器的应用，有效实现了对高层建筑结构楼板变形时的动力计算、稳定计算和静力计算，实现对数据的整体分析和处理。建筑人员通过使用常微分方程求解器的分析，有效降低了在进行高层建筑结构分析时的处理量，降低了高层建筑结构分析中的方程组数，有效提高运算效果，从本质上实现了对建筑结构的优化。

　　在对高层建筑结构常微分方程求解器进行深入研究的过程中，清华大学教授包世华和袁驷有效提高了常微分方程求解器的应用，实现了对常微分方程求解器的深化研究。袁驷教授利用有限元技术，对偏微分方程的半离散化进行控制，有效实现了对常微分方程组的求解，提高了对结构线性函数的应用。通过常微分方程求解器的直接求解，对有限元线进行实际应用，有效对一般力学问题进行计算，在很大程度上提高了一般力学问题的计算效果。而包世华教授对半解析-微分方程求解器方法进行分析深化，有效将半解析-微分方程求解器方法应用到高层建筑结构结构静力、动力、稳定性的分析验证中，提高了对高层建筑结构力学分析的效果。

　　2高层建筑结构弹塑性动力分析方法

　　高层建筑结构弹塑性动力分析方法在高层建筑结构力学分析中又被称为时程法。高层建筑结构弹塑性动力分析方法主要是对地震波直接输入结构，完成结构的弹塑性性能分析。这种方法要求结构力学分析人员建立专门结构弹塑性恢复性动力方程，通过逐步积分法实现对地震过程中速度、加速度、位移等的时程变化，完成对建筑结构的描述。高层建筑结构弹塑性动力分析方法对建筑结构在强震的作用下弹性及非弹性阶段的内力变化进行深入研究，有效对高层建筑构件可能出现的损坏、开裂、屈服、倒塌进行分析，提高建筑结构力学的分析效果。当前在国内的高层建筑结构弹塑性动力分析方法主要输入地震波为随机人工地震波，结构模型的计算多采取层模型。除此之外，高层建筑结构弹塑性动力分析方法还加大了对楼板结构变形的分析，使用并列多质点计算模型进行计算，对高层建筑结构的基础转动和评议进行研究，有效提高了对土体、基础及上部结构耦合振动的模拟效果。

　　近年来我国还高层建筑结构弹塑性动力分析方法中对扭转振动进行分析，取得显著进展。高层建筑结构弹塑性动力分析方法能够有效对高层建筑结构中存在的薄弱环节进行分析，提高对结构延展性、变形的实际分析效果。高层建筑结构弹塑性动力分析方法预计的破坏形态与实际地震的破坏效果非常接近，有效对地震危害进行防护处理，提高了高层建筑结构的防震效果。但是当前对高层建筑结构弹塑性动力分析方法的整体看法不一。部分人员认为采取大型高速计算机对典型地震波进行分析；但是部分人员认为典型地震波本身不一定能代表真正的地震，因此在进行研究的过程中要对研究算法进行简化，对近似方法进行研究。随着高层建筑结构弹塑性动力分析方法的逐渐发展，越来越多国家在进行高层建筑结构力学分析的过程中开始对地震波根据实际情况进行选取，模拟效果大幅提高。

　　3基于最优化理论的结构分析方法

　　基于最优化理论的结构分析方法主要是通过数学上的最优化理论及计算机技术实现对高层建筑结构设计的一种新方法。基于最优化理论的结构分析方法有效实现了对结构设计的被动分析道主动设计的转变，提高了高层建筑结构设计的'灵活性，对设计具有非常好的促进效果。基于最优化理论的结构分析方法对空间的要求较为严格，设计过程中要保证以最小的质量产生最大的刚度。因此，设计人员要对框架剪力墙结构中的剪力墙进行充分分析，实现墙体的优化布置和数量选取，提高基于最优化理论的结构分力学析效果。基于最优化理论的结构分析方法中要求保证适度的刚度，对刚度要进行严格控制。尤其是在分析剪力墙与地震作用的时，要对剪力墙刚度进行优化设计，确保建立正确的最优化刚度模型，提高基于最优化理论的结构分析方法的模型实际应用效果。目前我国的基于最优化理论的结构分析方法发展还不全面，在进行单位建筑面积上剪力墙惯性矩度量指标设计的过程中还存在较多问题。我国的基于最优化理论的结构分析方法仍处於研究和发展阶段。高层建筑结构力学分析人员要对基于最优化理论的结构分析方法中的数学模型进行深入研究，对剪力墙最优刚度进行有效分析，从本质上提高数据分析处理效果，拓宽基于最优化理论的结构分析方法的应用前景。

　　4基于分区广义变分原理与分区混合有限元的分析方法

　　在进行分区的过程中，高层建筑结构力学分析人员要对有限元进行全面分型。有限元中杂交元和非协调元的发展在很大程度上促进了分区广义变分原理的发展，为分区广义变分原理奠定了坚实的理论基础。清华大学龙驭球教授对分区广义变分原理进行研究，实现了对分区广义变分原理的深化。龙驭球教授的分区混合有限元法将分区广义变分原理进行拓展，实现了继位移法、杂交元法之后的改革和完善。分区混合有限元法对弹性体分类，对势能区使用位移单元能量分析，将结点位移作为基本未知量。而余能区使用应力单元，将结构应力函数作为基本未知量，实现对能量项的交界面附加。分区混合有限元法在满足位移和力的基础上保证了位移的连续和收敛性，有效对总能量泛函驻值分区混合进行方程选取。分区混合有限元法适应性非常强，分区较为灵活，在很大程度上保证了函数的收敛性，对高层建筑结构力学的分析具有非常好的促进效果。

　　分区混合有限元法对计算框支剪力墙、框支剪力墙角区应力集中、托墙梁结构等方面具有非常好的计算效果，在高层建筑结构分析中具有非常好的应用前景。总结：当前我国的高层建筑结构力学的分析方法主要包括：基于常微分方程求解器的分析方法、基于有限条法和样条函数法的分析方法、基于分区广义变分原理与分区混合有限元的分析方法、高层建筑结构弹塑性动力分析方法、基于最优化理论的结构分析方法。高层建筑结构力学分析人员要对以上五种分析方法不断进行深入研究和合理应用，将高层建筑结构力学分析和高层建筑艺术进行完美结合，增强高层建筑结构力学分析的实用效果。要对高层建筑结构力学分析的方法不断进行完善，确保我国建筑飞速发展。

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