基于連續(xù)化分析方法的高層結(jié)構(gòu)抗震分析及優(yōu)化研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速增長，城市建設(shè)亦以空前的規(guī)模和速度向前發(fā)展，高層建筑比比皆是，結(jié)構(gòu)體系的多樣化則是現(xiàn)代高層建筑的重要特點(diǎn)。這類建筑因造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，其抗震設(shè)計(jì)與分析在國內(nèi)外一直受到有關(guān)科研、設(shè)計(jì)人員的高度重視和廣泛研究。因而，高層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)亟待解決而又非常復(fù)雜的工程難題，不僅具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且對結(jié)構(gòu)受力的合理性以及新型結(jié)構(gòu)形式的研究和推廣都具有十分重要的科學(xué)意義。 目前，我國高層建筑以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

2、為主(本文所討論的高層建筑都屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的范圍)，高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先選用抗震及抗風(fēng)性能良好而經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系，各種結(jié)構(gòu)體系有不同的受力特點(diǎn)，然而對于同一個(gè)建筑來講，合理的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是唯一的。本文在連續(xù)化分析方法的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)的理論研究，把高層結(jié)構(gòu)統(tǒng)一比擬為豎立著的懸臂剪彎梁，然后運(yùn)用連續(xù)化分析方法，推導(dǎo)出高層結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的內(nèi)力和位移的函數(shù)表達(dá)式，據(jù)此提出了高層結(jié)構(gòu)最優(yōu)的抗側(cè)剛度，并利用國外著名的軟件Mathemat

3、ica編制高層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化計(jì)算程序，為結(jié)構(gòu)的合理選型提供了一個(gè)量化的指標(biāo)。論文的具體內(nèi)容如下： 1.本文根據(jù)高層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，把高層結(jié)構(gòu)簡單的看作一個(gè)豎直的懸臂剪彎梁，然后采用連續(xù)化方法和變分原理推導(dǎo)出高層結(jié)構(gòu)的控制方程。 2.水平荷載的靜力計(jì)算中，本文推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)沿豎向等剛度和變剛度兩種情況下的內(nèi)力和位移的計(jì)算公式，并通過實(shí)例分析和有限元軟件計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對比，兩者結(jié)果較為吻合，表明了本方法可靠且實(shí)用。 3.地震作用

4、下的動(dòng)力分析是高層結(jié)構(gòu)計(jì)算中的難點(diǎn)，目前這種結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算常用底部剪力法，但該方法忽略了高振型的影響，用第一振型的內(nèi)力作為結(jié)構(gòu)內(nèi)力。隨著結(jié)構(gòu)和高寬比的增大，該方法的誤差也增大。作者采用連續(xù)化方法，按振型分解反應(yīng)譜法基本原理，推導(dǎo)出高層結(jié)構(gòu)在地震作用下的內(nèi)力和位移的計(jì)算公式和表格。通過算例詳細(xì)分析了本方法的計(jì)算過程，為應(yīng)用方便，本文結(jié)合國外著名的軟件Mathematica，推導(dǎo)了計(jì)算過程常用的參數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明，本方法適于手算和電算，與實(shí)

5、際符合得更好，計(jì)算結(jié)果較精確。 4.通過本文的分析可知，高層結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度不是愈大愈好，而是有一個(gè)合適的剛度。在分析抗側(cè)剛度與地震作用相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了確定最優(yōu)剛度的數(shù)學(xué)模型，并編制了網(wǎng)格搜索法的Mathematica優(yōu)化程序。從優(yōu)化程序的結(jié)果中，可以方便地得到具體建筑物所需要的樓層剛度值，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中，布置構(gòu)件、選擇構(gòu)件截面尺寸做到心中有數(shù)。只要按照計(jì)算求得的剛度值進(jìn)行布置，其位移值必然滿足要求。最后，運(yùn)用有限元軟件