設(shè)計高層建筑結(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大，自適應(yīng)求解效果非常好，可以有效滿足對用戶進行預(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，有效實現(xiàn)了對高層建筑結(jié)構(gòu)樓板變形時的動力計算、穩(wěn)定計算和靜力計算，實現(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)，有效提高運算效果，從本質(zhì)上實現(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行控制，有效實現(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，對有限元線進行實際應(yīng)用，有效對一般力學(xué)問題進行計算，在很大程度上提高了一般力學(xué)問題的計算效果。而包世華教授對半解析-微分方程求解器方法進行分析深化，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)在強震的作用下彈性及非彈性階段的內(nèi)力變化進行深入研究，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人工地震波，結(jié)構(gòu)模型的計算多采取層模型。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)點計算模型進行計算，對高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動和評議進行研究，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)振動進行分析，取得顯著進展。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)進行分析，提高對結(jié)構(gòu)延展性、變形的實際分析效果。高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析方法預(yù)計的破壞形態(tài)與實際地震的破壞效果非常接近，有效對地震危害進行防護處理，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)為采取大型高速計算機對典型地震波進行分析；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，因此在進行研究的過程中要對研究算法進行簡化，對近似方法進行研究。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)實際情況進行選取，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)化理論及計算機技術(shù)實現(xiàn)對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種新方法�；谧顑�(yōu)化理論的結(jié)構(gòu)分析方法有效實現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)設(shè)計的被動分析道主動設(shè)計的轉(zhuǎn)變，提高了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈活性，對設(shè)計具有非常好的促進效果�；谧顑�(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)計人員要對框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻進行充分分析，實現(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，要對剪力墻剛度進行優(yōu)化設(shè)計，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，在進行單位建筑面積上剪力墻慣性矩度量指標(biāo)設(shè)計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)模型進行深入研究，對剪力墻最優(yōu)剛度進行有效分析，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實的理論基礎(chǔ)。清華大學(xué)龍馭球教授對分區(qū)廣義變分原理進行研究，實現(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)廣義變分原理進行拓展，實現(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，實現(xiàn)對能量項的交界面附加。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)混合進行方程選取。分區(qū)混合有限元法適應(yīng)性非常強，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效果。
分區(qū)混合有限元法對計算框支剪力墻、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)進行完美結(jié)合，增強高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的實用效果。要對高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的方法不斷進行完善，確保我國建筑飛速發(fā)展。
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