高层建筑结构力学分析的进展

2018-02-15吴少立

建材与装饰 2018年29期

吴少立

（陕西煤业化工国际物流有限责任公司舟山分公司陕西西安 710026）

前言

事实上，从20世纪70年代后期开始，涉及高层建筑结构弹塑性动力等分析工作就开始在我国大范围地布置拓展，其主张基于地震波和结构弹塑性恢复等特征进行完善的动力方程创建，随后借助逐步积分方式将地震期间结构位移、速率、加速度等时程变化予以精准化演算，保证全面性描述结构在强震状况下的弹性、非弹性内力变化规律基础上，客观性梳理不同类型结构部件开裂、损坏、倒塌的实际动态流程。尽管说这类方式保留可以准确分析结构变形和延性状况、及时锁定结构薄弱环节等优势，但是却不能全面收集到有关强震记录，并且高效率地完成拟建场地任务。为了确保日后及时筛选出既经济又安全可靠的结构体系，选择针对当下我国高层建筑结构力学分析进展状况予以细致性解析，显得十分的必要。

1 分区广义变分原理和分区混合有限元的分析

包括杂交元和非协调元等不同类型的有限元在内，对于分区广义变分原理深入性解析有着不可小觑的影响作用。如有关技术人员可以确保凭借分区混合广义变分原理进行分区混合有限元法创新性设计，之后依照位移和杂交元法等处理程序，将弹性体顺势划分出势能和余能两类结构区域。其中前者主要沿用位移单元，并利用结点位移作为基础性的未知量；而后者则主张配合应力单元，将应力函数转变成为基础性的未知量。随后向区交界面添加不同类型的能量项，保证迎合积分意义下的位移和力的连续性要求之后，彰显出必要的收敛性，最终顺利地将总能量泛函为驻值，并形成以分区混合有限元法为核心的基础性方程。这类处理方式对于以不同特征分区混合形成的结构问题来讲十分适用。如底层作为框架框支剪力墙问题，就属于构造分区行列当中，此时技术人员要保证针对应力梯度较大的区域匹配应力单元，在应力梯度较小的部分设置位移单元，保证它们彼此发挥各自的优势之后，配合较疏的网络获取更高的精度。

2 微分方程求解器方式的研究使用

在高层建筑结构设计期间，不单单要加大对离散方式的推广应用力度，同时还要同步开发高超的解析与半解析技法，主要原因就是离散方式通常需要经历繁琐的演算流程，而对于高层建筑的解析法我国已经做足了准备工作且拥有良好的适应基础。但是因为种种现实因素作用，包括微分方程解读困难、结构体系愈加繁琐等现象，使得计算模型也变得愈加复杂起来。截至至今，西方发达国家开始设计出一类实效性较强的常微分方程求解器，其拥有较强的自适应求解能力之外，更能够集中保障解答结果的精度。如技术人员选择在高层建筑结构分析活动中沿用上述技术方式之后，便很好地处理了楼板变形情况下的精力、动力、稳定性演算任务，须知这一系列问题倘若持续沿用传统的离散化方式进行解答，势必会产生大规模的计算量，而经过微分方程求解器融入之后，则能够令方程组数快速减少，顺势加快高层建筑结构分析工作的整体进展速度。

3 结构最优化理念的认证和推广

结构最优化设计，顾名思义，就是基于数学领域中的最优化理论和更加高端的计算机系统技术，进行高层建筑结构优化设计的一类创新式设计手法，其一改以往设计主体长期被动分析和检验的尴尬状况，相应地赋予他们更多的主动权开展相关设计活动，并且主张凭借最小重量来换取最大刚度，进一步高水准地开展高层建筑结构优化设计工作。在该类研究项目中，第一类课题内容便是框架剪力墙数量的合理确认和布置形式的妥善规划，毕竟剪力墙刚度并非越大越好，必须要做到适当，基于此，相关技术人员须集中性地解读剪力墙刚度和地震作用的关联特征前提下，创建剪力墙最优刚度的数学模型，并且将剪力墙惯性矩作为高层建筑不至于被破坏的全新度量指标。正因为这类理念可以牢牢把握问题的本质，合理确认剪力墙的数量，其应用前景也变得愈来愈广阔，许多技术人员开始基于此分析认证框架柱轴向变形、结构扭转变形、剪力墙自身基础转动等要素对剪力墙最优刚度的影响，相继获得一系列可信的结论。