计算机模拟建筑抗震模块设计

闫金迎

摘 要 计算机模拟技术在建筑抗震分析中的应用是通过对计算机仿真模拟技术研究，以及对防振建筑物基本原理和设计过程的研究，从而利用计算机仿真技术来模拟建筑物的构造过程。所制作的计算机模拟仿真环境，要实现根据建筑物所提供的数据来构造建筑物的雏形，并连接相关的工程造价软件，对所设计的建筑物进行预算评价，从中计算出合理的预算价格。系统通过模拟震动环境，把已经构造好的建筑物放到模仿真实地震的环境中，通过对建筑物材料、结构等多方面的数据测算，来实现检查所设计的建筑物是否能满足设计的要求。

关键词 计算机模拟技术 抗震设防系数 DirectDraw技术

中图分类号：TP3 文献标识码：A

随着计算机辅助设计技术的发展普及，国内外在计算机建筑设计包括模拟计算、图纸绘制和资料管理等方面的研究和开发有了较大进展。由于社会发展对建筑设计的效率和质量要求的不断提高，近十年来逐渐提出集成化建筑设计系统（IBDS）的概念。各种高性能计算机正以其强大的运算能力被广泛应用于各种领域，其中对自然界的物理现象和自然规律进行仿真是主要应用之一。

建筑施工要考虑的因素很多，其中就包括水波对建筑物的影响。所以对水波在计算机中进行事先的模拟技术十分重要，它可以大大提高建筑安全设计的效率。笔者希望通过对真实水波的产生、扩散、衰减以及多个水波的交迭过程的计算机模拟为例，介绍此类程序的设计思路与解决方法。在程序的实现过程中，为了使仿真的效果更加逼真、处理数据显示的速度更快，使用了DirectX中的DirectDraw技术利用硬件加速器对数据的显示进行加速。通过对计算机仿真模拟技术研究，以及对防振建筑物基本原理和设计过程的研究，从而利用计算机仿真技术来模拟建筑物的构造过程。所制作的计算机模拟仿真环境，要实现根据建筑物所提供的数据来构造建筑物的雏形，并连接相关的工程造价软件，对所设计的建筑物进行预算评价，從中计算出合理的预算价格。系统通过模拟震动环境，把已经构造好的建筑物放到模仿真实地震的环境中，通过对建筑物材料、结构等多方面的数据测算，来实现检查所设计的建筑物是否能满足设计的要求。

在计算机模拟所应具备如下几个模块：

首先，光折射模拟，虽然模拟了对波的传播过程，但如不考虑起伏的水波对光的折射也是不逼真的。根据光学有关知识，将水下的景物存在的偏移程度同水波的斜率、水的折射率和水的深度进行精确的模拟，做线性的近似处理。我们可以近似地用水面上某点的前后、左右两点的波幅之差来代表所看到的水底景物的偏移量：通过循环来计算每次产生数据的偏移量

xoff = buf1[k-1]-buf1[k+1]；

yoff = buf1[k-BACKWIDTH]-buf1[k+BACKWIDTH]；

int pos1， pos2； pos1=ddsd1.

lPitch*（i+yoff）+ depth*（j+xoff）；

pos2=ddsd2.lPitch*i+ depth*j；

其次，生成波源，在无外力影响的情况下，水平面是不会自发产生水波的，必须对水平面施加某种波源才能引起震动波的扩散。扩散的速度与范围同波源的能量大小与受力范围有关。通过在程序中修改振幅缓冲区buf，来模拟外力的加入。在着力点产生一个负的“尖脉冲”，即让buf[x，y]=-n。当系数n的取值范围在32至128之间对建筑物的影响较小。受力半径是以着力点为圆心，圆里所有的点产生一个负的“尖脉冲”。

利用if （（x+stonesize）>BACKWIDTH ||y+stonesize）>BACKHEIGHT||（x-stonesiz

e）<0||（y-stonesize）<0）语句判断着力点的方位以做出不同波源对建筑物所产生的作用，从而对所设计的建筑物以及构筑物等做出相应的修改。

第三，震动波模拟，这种用数据缓冲区对图像进行处理的方法其最大的好处就是：程序运算和显示的速度与水波的复杂程度无关，用类似的方法完全可以对其他一些物理和自然现象。

第四，结构模块单元开裂处理模拟设计，判断开裂的出现通常有两个准则：最大拉应力准则，认为当最大拉应力超过某一极限时裂缝出现：最大拉应变准则，认为当最大拉应变超过某一极限时出现裂缝。Kupfer等人的实验表明，最大拉应力准则比较接近实验结果，因此一般的工程计算中，可采用最大拉应力准则。

混凝土的裂缝模式主要有：离散裂缝模式（Discrete cracking model）和分布裂缝模式（Smeared cracking model）。裂缝模式的选择应根据分析研究的目的来确定，如果只需要了解结构构件总的荷载一位移性能时，选择分布裂缝模式比较好，如果要了解构件实际的裂缝形态和详细的局部性能，则采用离散裂缝模式比较好。

最后，加速显示模块设计，由于动画对处理速度要求比较严格，所以要竭尽所能来提高数据的处理速度。采用DirectX中的DirectDraw技术来对图形进行加速处理，它在提供直接访问显示设备的同时，与GDI相兼容，提供了一种与设备无关的途径，以访问特定的显示设备的某些高级特性。

通过实验得出的仿真结果可以得知，当材料采用低强度钢筋混凝土结构时，建筑结构体系的抗震系数就会很低，直接影响建筑物的安全性能。还有当结构支撑节点所受到外部荷载很大时，结构的安全系数也会随之降低或减弱。所以应在关键部位做特殊处理，如选用高强度的抗震材料，或提高结构应力受力面积等，从而减少其节点偏心位移，提前验证并修改所设计的建筑构筑物中存在的不安全节点，大大减少不必要的损失及降低有效成本。

参考文献

[1] 郭九苓.模拟仿真关键技术研究[J].中国远程教育，2005（9）.

[2] 陈华.建筑抗震系统研究[D].上海：华东师范大学教育信息技术学系，2006.