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(guó)當(dāng)前主要通過(guò)常微分方程求解器對(duì)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(mǎn)足對(duì)用戶(hù)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(guó)在高層建筑結(jié)構(gòu)分析通過(guò)對(duì)常微分方程求解器的應(yīng)用，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)樓板變形時(shí)的動(dòng)力計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算和靜力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的整體分析和處理。建筑人員通過(guò)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(shí)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(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。
在對(duì)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(guò)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(duì)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(duì)偏微分方程的半離散化進(jìn)行控制，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)常微分方程組的求解，提高了對(duì)結(jié)構(gòu)線(xiàn)性函數(shù)的應(yīng)用。通過(guò)常微分方程求解器的直接求解，對(duì)有限元線(xiàn)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，有效對(duì)一般力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算，在很大程度上提高了一般力學(xué)問(wèn)題的計(jì)算效果。而包世華教授對(duì)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(dòng)力、穩(wěn)定性的分析驗(yàn)證中，提高了對(duì)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(dòng)力分析方法
高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力分析方法在高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析中又被稱(chēng)為時(shí)程法。高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力分析方法主要是對(duì)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(zhuān)門(mén)結(jié)構(gòu)彈塑性恢復(fù)性動(dòng)力方程，通過(guò)逐步積分法實(shí)現(xiàn)對(duì)地震過(guò)程中速度、加速度、位移等的時(shí)程變化，完成對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的描述。高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力分析方法對(duì)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(duì)高層建筑構(gòu)件可能出現(xiàn)的損壞、開(kāi)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(guó)內(nèi)的高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)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(dòng)力分析方法還加大了對(duì)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(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)和評(píng)議進(jìn)行研究，有效提高了對(duì)土體、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)耦合振動(dòng)的模擬效果。
近年來(lái)我國(guó)還高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力分析方法中對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行分析，取得顯著進(jìn)展。高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力分析方法能夠有效對(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)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(duì)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(guò)程中要對(duì)研究算法進(jìn)行簡(jiǎn)化，對(duì)近似方法進(jìn)行研究。隨著高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力分析方法的逐漸發(fā)展，越來(lái)越多國(guó)家在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的過(guò)程中開(kāi)始對(duì)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(guò)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(duì)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(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的被動(dòng)分析道主動(dòng)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(duì)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(duì)空間的要求較為嚴(yán)格，設(shè)計(jì)過(guò)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(duì)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(duì)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(shí)，要對(duì)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(guó)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(guò)程中還存在較多問(wèn)題。我國(guó)的基于最優(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法仍處?kù)堆芯亢桶l(fā)展階段。高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析人員要對(duì)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(duì)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(guò)程中，高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析人員要對(duì)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(duì)分區(qū)廣義變分原理進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(duì)彈性體分類(lèi)，對(duì)勢(shì)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(duì)能量項(xiàng)的交界面附加。分區(qū)混合有限元法在滿(mǎn)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(duì)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(duì)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(duì)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(guó)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(dòng)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(duì)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(duì)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(guó)建筑飛速發(fā)展。
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