基于連續(xù)化分析方法的高層結構抗震分析及優(yōu)化研究.pdf

1、隨著我國經濟建設的迅速增長，城市建設亦以空前的規(guī)模和速度向前發(fā)展，高層建筑比比皆是，結構體系的多樣化則是現(xiàn)代高層建筑的重要特點。這類建筑因造價昂貴，結構形式復雜，其抗震設計與分析在國內外一直受到有關科研、設計人員的高度重視和廣泛研究。因而，高層結構的優(yōu)化設計是一個亟待解決而又非常復雜的工程難題，不僅具有顯著的經濟效益，而且對結構受力的合理性以及新型結構形式的研究和推廣都具有十分重要的科學意義。 目前，我國高層建筑以鋼筋混凝土結構

2、為主(本文所討論的高層建筑都屬于鋼筋混凝土結構的范圍)，高層結構設計應優(yōu)先選用抗震及抗風性能良好而經濟合理的結構體系，各種結構體系有不同的受力特點，然而對于同一個建筑來講，合理的結構體系應該是唯一的。本文在連續(xù)化分析方法的基礎上，通過系統(tǒng)的理論研究，把高層結構統(tǒng)一比擬為豎立著的懸臂剪彎梁，然后運用連續(xù)化分析方法，推導出高層結構在水平荷載作用下的內力和位移的函數(shù)表達式，據(jù)此提出了高層結構最優(yōu)的抗側剛度，并利用國外著名的軟件Mathemat

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

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

5、際符合得更好，計算結果較精確。 4.通過本文的分析可知，高層結構的抗側剛度不是愈大愈好，而是有一個合適的剛度。在分析抗側剛度與地震作用相互關系的基礎上，建立了確定最優(yōu)剛度的數(shù)學模型，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，在結構設計設計中，布置構件、選擇構件截面尺寸做到心中有數(shù)。只要按照計算求得的剛度值進行布置，其位移值必然滿足要求。最后，運用有限元軟件