設計高層建築結構的論文

1基於常微分方程求解器的分析方法

我國當前主要通過常微分方程求解器對高層建築結構力學進行分析。高層建築結構力學常微分方程求解器功能強大，自適應求解效果非常好，可以有效滿足對用户進行預先解答，提高解答的精度，降低解答指定的誤差限。當前我國在高層建築結構分析通過對常微分方程求解器的應用，有效實現了對高層建築結構樓板變形時的動力計算、穩定計算和靜力計算，實現對數據的整體分析和處理。建築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築結構分析時的處理量，降低了高層建築結構分析中的方程組數，有效提高運算效果，從本質上實現了對建築結構的優化。

在對高層建築結構常微分方程求解器進行深入研究的過程中，清華大學教授包世華和袁駟有效提高了常微分方程求解器的應用，實現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，對偏微分方程的半離散化進行控制，有效實現了對常微分方程組的求解，提高了對結構線性函數的應用。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用，有效對一般力學問題進行計算，在很大程度上提高了一般力學問題的.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用到高層建築結構結構靜力、動力、穩定性的分析驗證中，提高了對高層建築結構力學分析的效果。

2高層建築結構彈塑性動力分析方法

高層建築結構彈塑性動力分析方法在高層建築結構力學分析中又被稱為時程法。高層建築結構彈塑性動力分析方法主要是對地震波直接輸入結構，完成結構的彈塑性性能分析。這種方法要求結構力學分析人員建立專門結構彈塑性恢復性動力方程，通過逐步積分法實現對地震過程中速度、加速度、位移等的時程變化，完成對建築結構的描述。高層建築結構彈塑性動力分析方法對建築結構在強震的作用下彈性及非彈性階段的內力變化進行深入研究，有效對高層建築構件可能出現的損壞、開裂、屈服、倒塌進行分析，提高建築結構力學的分析效果。當前在國內的高層建築結構彈塑性動力分析方法主要輸入地震波為隨機人工地震波，結構模型的計算多采取層模型。除此之外，高層建築結構彈塑性動力分析方法還加大了對樓板結構變形的分析，使用並列多質點計算模型進行計算，對高層建築結構的基礎轉動和評議進行研究，有效提高了對土體、基礎及上部結構耦合振動的模擬效果。

近年來我國還高層建築結構彈塑性動力分析方法中對扭轉振動進行分析，取得顯著進展。高層建築結構彈塑性動力分析方法能夠有效對高層建築結構中存在的薄弱環節進行分析，提高對結構延展性、變形的實際分析效果。高層建築結構彈塑性動力分析方法預計的破壞形態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，提高了高層建築結構的防震效果。但是當前對高層建築結構彈塑性動力分析方法的整體看法不一。部分人員認為採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。隨着高層建築結構彈塑性動力分析方法的逐漸發展，越來越多國家在進行高層建築結構力學分析的過程中開始對地震波根據實際情況進行選取，模擬效果大幅提高。

3基於最優化理論的結構分析方法

基於最優化理論的結構分析方法主要是通過數學上的最優化理論及計算機技術實現對高層建築結構設計的一種新方法。基於最優化理論的結構分析方法有效實現了對結構設計的被動分析道主動設計的轉變，提高了高層建築結構設計的靈活性，對設計具有非常好的促進效果。基於最優化理論的結構分析方法對空間的要求較為嚴格，設計過程中要保證以最小的質量產生最大的剛度。因此，設計人員要對框架剪力牆結構中的剪力牆進行充分分析，實現牆體的優化佈置和數量選取，提高基於最優化理論的結構分力學析效果。基於最優化理論的結構分析方法中要求保證適度的剛度，對剛度要進行嚴格控制。尤其是在分析剪力牆與地震作用的時，要對剪力牆剛度進行優化設計，確保建立正確的最優化剛度模型，提高基於最優化理論的結構分析方法的模型實際應用效果。目前我國的基於最優化理論的結構分析方法發展還不全面，在進行單位建築面積上剪力牆慣性矩度量指標設計的過程中還存在較多問題。我國的基於最優化理論的結構分析方法仍處於研究和發展階段。高層建築結構力學分析人員要對基於最優化理論的結構分析方法中的數學模型進行深入研究，對剪力牆最優剛度進行有效分析，從本質上提高數據分析處理效果，拓寬基於最優化理論的結構分析方法的應用前景。

4基於分區廣義變分原理與分區混合有限元的分析方法

在進行分區的過程中，高層建築結構力學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調元的發展在很大程度上促進了分區廣義變分原理的發展，為分區廣義變分原理奠定了堅實的理論基礎。清華大學龍馭球教授對分區廣義變分原理進行研究，實現了對分區廣義變分原理的深化。龍馭球教授的分區混合有限元法將分區廣義變分原理進行拓展，實現了繼位移法、雜交元法之後的改革和完善。分區混合有限元法對彈性體分類，對勢能區使用位移單元能量分析，將結點位移作為基本未知量。而餘能區使用應力單元，將結構應力函數作為基本未知量，實現對能量項的交界面附加。分區混合有限元法在滿足位移和力的基礎上保證了位移的連續和收斂性，有效對總能量泛函駐值分區混合進行方程選取。分區混合有限元法適應性非常強，分區較為靈活，在很大程度上保證了函數的收斂性，對高層建築結構力學的分析具有非常好的促進效果。

分區混合有限元法對計算框支剪力牆、框支剪力牆角區應力集中、託牆樑結構等方面具有非常好的計算效果，在高層建築結構分析中具有非常好的應用前景。總結：當前我國的高層建築結構力學的分析方法主要包括：基於常微分方程求解器的分析方法、基於有限條法和樣條函數法的分析方法、基於分區廣義變分原理與分區混合有限元的分析方法、高層建築結構彈塑性動力分析方法、基於最優化理論的結構分析方法。高層建築結構力學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用，將高層建築結構力學分析和高層建築藝術進行完美結合，增強高層建築結構力學分析的實用效果。要對高層建築結構力學分析的方法不斷進行完善，確保我國建築飛速發展。