高层建筑结构施工的力学分析
现代高层建筑结构力学分析方法
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限单元法相 比, 的位移模式曲线拟合度好 、 它 连 但是 目前对采用 时程法仍有不 同看法, 要 续性及通用性强, 系数矩阵稀疏、 计算量小, 且具 采用大型高速计算机, 典型地震波本身不一定 有紧凑 、 收敛, 和稳定等方面 完备 代表 要发生 的真正地震, 因此在研究时程法 同 特征。 因此, 计算结果与试验结果吻合 良好, 不失 时, 简化 的近似方法也应加以进一步研究 。 一些 为一种较好的方法, 在高层建筑中得 到了应用 , 不管怎样, 当今的趋势, 国在抗 震规 范修订本 各 以三 次 B样 条子域法为 例分析开 洞剪力墙, 先 或修订 草案 中,正越来越多要 求作直接动力分 将该结 构分为 n 个子域, 作子域分 析, 建立子域 析。 除了 日本和美 国外, 印度和加拿大规范, 在设 刚度矩 阵和荷载列阵, 然后对结构进行整体分 计超 高层建筑时, 要求选 择适当 的地震 波, 进行 析, 获得样 条结点参数, 进而求 出结构的位移 和 直接动力分析。 内力。 5 基于最优化理论的结构分析方法 3 基于分 区广义变分原理与分 区混合有 限 结构 最优化设计 是把数学 上最优 化理论 元的分析 方法 结合计算机技术应用于结构设计 的一种新型设 有限元, 特别是杂交元和非 协调元 的发展 , 计方法 。它 的出现, 使设计者能从被动的分析 、 促进 了分区广义变分原理的研究。清华大学龙 检验, 而进入主动“ 设计” 因而对于一定 的空间 。 驭球教授在分区混合广义变分原理 基础上提 出 要求,高层建筑结构的优化设 计应以最小重量 了分区混合有限元法 。基于分区广义变分原理 产生最 大刚度, 框架剪力墙结构中剪力墙的最 的分区混合有 限元法是继位移法、杂交元法之 优数量和最优布置是优化设计在高层建筑结构 后的新方法, 它将弹性体分成 势能区和余能 区, 中应用 的第一个课题 。 势能区采用位移单元, 以结点位移为基本未知 有学者认 为, 在框架剪力墙 高层建 筑中. 剪 量; 区采 用应力单元, 余能 以应力 函数作为基本 力墙 刚度不是愈大愈好, 而是 有一个合适的刚 未知量, 而区交界面通 过引入附加的能量项在 度, 观点现在被愈来 愈多的人所接受 : 这个 该文 积分意义下满足位移和力的连续条件, 从而保 是在分析剪力墙 刚度与地震作 用相互 内在关系 证 了收敛性, 最后通过取总能量泛函为驻值建 的基础上, 把确定框架 剪力墙 高层建筑结构在 立分区混合有 限元法基本方程。 地震作用下剪力墙合适刚度问题归结为结构优 用 分区混合有限元法&s 适应性强 、分 区 化设计 问题, t g 建立了确定剪力 墙最优剐度的数 灵活, 能保证 收敛 性, 用于计算框 支剪 力墙和托 学模型: 第一次提出了与 日 人不同的度量指 本 墙梁结构,以及框支剪力墙角 区应力集 中这个 标。 出了以单位建筑面积上剪力墙惯性矩作 提 工程计算中感到棘手的问题, 可见分 区混合有 为高层房屋不致破坏的度量指标, 由于这种观 限元法在高层建筑结构分析中有着 广泛应用 的 点能够 紧紧抓住问题的本质, 目前仍处于研 用 前景。 究和 开发阶段 的建筑结 构优化设 计进行研究 , 4高层建筑结构弹塑性动力分析方法 从理论上 比较严谨地解决了这个问题, 建立的 从 17 年 以来, 建筑 结构弹塑性动力 确定剪 力墙 最优刚度 的数学模型是 合理 的, 98 高层 得 分析( 亦称 时程法) 的研究 和应 用在我 国迅速发 到剪力墙数量是最省的,证明了该方法有广阔 展。 这种方法是将地震波记录直接输入结构, 考 的应用前景。 虑结构的弹塑性性能, 依据结构弹塑性恢复特 结束语 性建立动力方程 用逐 步积分法直接求出地震 目前, 高层建筑结构力学分析还是停 留在 过程中位移 、 速度和加速度的时程变化, 从而能 利用 现有的计算理论 进行被动设 计的阶段, 不 够描述结构在强震作用下, 在弹性和非弹性 阶 能从根本上满足未来高层建筑朝着技术功能先 段的 内力变 化, 结构构件逐 步开裂 、 以及 屈服 、 进和艺术完美相结合的方向发展 。 因此, 对高层 损坏直至倒 塌的全过程 。 建筑 的结构力学分析 需要实践来 改进和 发展 , 从理论上讲, 这种方 法有不少优 点, 如能够 并 以此促进高层建筑结构的不断完善。 发现结构的薄弱环节, 对结构 的变形 、 延性 的分 析 比较符合实际, 预计 的破坏形态与实际震 害 比较接近等.但这种方法的前提条件 与实 际较 难符合, 需要拟建场地实 际强震 记录, 如 实际上 很难收集到。最近, 国内外研究人工随机地震波 作为输入地震 波取得很大进展 。结构的计算模 型, 用的更多是层模型 。 在考虑楼板变形影 响, 现 采用并 列多质 点计 算模型 的方法也在 研究 中, 也有一些研究考虑 了基础 的平移和转动, 土 将 体 、基础和上部结构共 同考虑 的耦合振动也取 得成果 。 近年来考虑扭转 振动, 向输人双向地 斜 震波 的动力分析法也取得 了进展。
高层建筑结构设计难点分析
![高层建筑结构设计难点分析](https://img.taocdn.com/s3/m/7a5e342e571252d380eb6294dd88d0d233d43cad.png)
高层建筑结构设计难点分析高层建筑作为城市的地标和象征,其结构设计一直是建筑领域的一个重要课题。
随着城市化进程的不断加快,高层建筑的数量和高度也在不断增加,因此高层建筑结构设计的难点也逐渐凸显出来。
本文将对高层建筑结构设计的难点进行分析,并探讨如何克服这些难点。
一、受力分析复杂高层建筑由于其高度较大,受力分析通常会比较复杂。
在高层建筑的结构设计中,受力分析是基础和关键,只有深入研究高层建筑所承受的荷载和受力状况,才能有效地解决高层建筑结构设计中的难题。
在受力分析方面,高层建筑在不同楼层和不同构件上所受的荷载和力的分布都会有所不同,需要对整个建筑结构进行全方位的受力分析,确保每一个构件都能满足受力要求。
高层建筑的结构设计还需要考虑各种不同作用下的受力情况,包括静载荷、动载荷、风荷载等,这些都增加了受力分析的复杂性。
针对受力分析复杂的难点,结构设计师需要运用先进的受力分析方法和工具,如有限元分析、结构动力学分析等,对高层建筑的受力状况进行准确的模拟和计算,为结构设计提供科学的依据。
二、抗震设计要求高高层建筑所处的地理位置和环境不同,其抗震设计要求也会有所不同。
一般来说,地震是高层建筑面临的最大威胁之一,因此抗震设计是高层建筑结构设计中的一个重要难点。
高层建筑的抗震设计要求通常比较严格,需要考虑地震波的作用、建筑结构的受力状态、结构的位移要求等多个方面。
抗震设计需要考虑建筑结构在地震作用下的变形和破坏情况,要求建筑结构在地震发生时能够安全稳定地承受地震力的作用,减小地震对建筑结构的影响。
对于高层建筑抗震设计的难点,结构设计师需要根据建筑所处地区的地震烈度和其他地质条件,结合抗震设计规范,进行合理的抗震设计方案设计和结构计算。
还需要采用高性能材料和先进技术,提高建筑结构的抗震能力,确保建筑在地震发生时能够安全稳定地运行。
三、构造系统选择和优化高层建筑的构造系统选择和优化也是结构设计的难点之一。
构造系统的选择直接影响到建筑的结构性能和经济性,因此需要根据建筑的形式、功能和受力特点,合理选择和优化构造系统。
对建筑结构进行受力分析
![对建筑结构进行受力分析](https://img.taocdn.com/s3/m/cce8d9bfed3a87c24028915f804d2b160a4e8671.png)
对建筑结构进行受力分析建筑结构是建筑的骨架,承载整座建筑的重量及各种力的作用,具备很高的稳定性和可靠性。
建筑结构的设计和分析是建筑工程中的重要组成部分,它直接关系到建筑的安全、经济和实用性。
因此,对建筑结构进行受力分析是非常必要的。
建筑结构的受力分析可以分为两个阶段:静力分析和动力分析。
静力分析是指在建筑结构所受的力已知的情况下,通过静力平衡原理及力学公式计算出结构内部的应力及变形情况。
静力分析是建筑结构设计和检验中的基础,通过计算分析可以得出建筑结构的受力状况,指导设计及施工过程。
动力分析是指在建筑结构所受外力作用下,通过数学模型分析结构反应,研究结构的动力特性,如振动、应力、变形等。
动力分析主要应用于高层、大跨度、振动敏感的建筑物,如高层建筑、大桥、大型工艺场所等,动态荷载可能是地震、风、水等。
静力分析的设计思路主要是以力的平衡为基础,分析结构受力情况。
其中,受力的主要因素包括受力点、荷载、支座类型、构件截面、支撑条件等。
同时,对于不同类型的荷载有不同的计算方法,如静力荷载、动力荷载、暴雨、雪重等。
静力分析的主要流程包括:分析结构所受全部荷载以及荷载分布情况;分析结构受力状态,即利用内力图计算出构件的应力状态和变形状态;评估结构是否满足设计要求,如稳定性、安全性等。
这样,我们才能得出结论,确定施工方案和各种条件限制。
动力分析涉及到结构的振动及其引起的应力变形,其设计思路主要是通过建立合适的数学模型求解结构的振动响应。
动力分析的主要内容有:分析动力荷载的作用及其影响因素,如地震波、风荷载、汽车行驶的振动等;建立结构的数学模型,确定求解问题所需的动力荷载和结构特性;利用计算机技术,分析结构的动力响应,包括结构的振动响应、应力和变形情况。
总而言之,建筑结构的受力分析是建筑工程的关键环节。
静力分析和动力分析在不同情况下有不同的应用,都是非常重要的技术手段。
通过合理的受力分析,可以保证建筑物的安全和稳定性,同时也能够提高建筑物的经济性和可靠性。
高层建筑钢筋混凝土结构设计要点解析
![高层建筑钢筋混凝土结构设计要点解析](https://img.taocdn.com/s3/m/388b9ceab04e852458fb770bf78a6529647d35c9.png)
高层建筑钢筋混凝土结构设计要点解析高层建筑钢筋混凝土结构设计是一项综合性的工程设计,需要考虑到建筑安全、结构性能、施工方便等多个方面。
以下是高层建筑钢筋混凝土结构设计的要点解析:1. 结构布局:高层建筑的结构布局应尽量选择简单合理的形式,比如常用的平面形状为矩形或正方形。
要根据建筑的用途和功能进行合理的结构划分,保证结构的稳定性和承载力。
2. 施工方法:高层建筑的施工方法一般采用自上而下的顺序进行,即先建立高层的楼板和柱子,然后逐层向下建造。
这样可以减小对周围环境的影响,并提高施工效率。
3. 承载力计算:高层建筑的结构承载力计算是设计的重要环节。
需要根据建筑的用途和荷载要求,分析和计算结构的承载能力。
通常采用有限元方法进行结构计算,保证结构的安全可靠。
4. 钢筋混凝土构件设计:高层建筑的钢筋混凝土构件设计需要具备一定的抗震性能和承载能力。
在构件的设计中,要考虑到构件的长期变形和荷载的作用,保证构件的稳定性和耐久性。
5. 钢筋混凝土柱的设计:高层建筑的柱子是承载结构重力和侧向荷载的主要构件,需要具备良好的抗震性能和承载能力。
柱子的设计需要根据荷载要求和结构形式进行,选取合适的钢筋型号和纵筋配筋率。
8. 抗震设计:高层建筑是抗震设计的重点对象,需要满足相应的抗震要求和抗震性能。
抗震设计包括结构的抗侧向位移能力、刚度控制等方面,需要采用适当的结构措施和材料选用。
9. 构件连接设计:高层建筑的构件连接是保证整体结构稳定和安全的关键。
构件连接设计需要满足结构力学性能和施工方便的要求,采用适当的连接方式和材料。
10. 施工工艺:高层建筑的施工工艺是设计的重要环节之一。
需要根据结构设计的要求,确定每个施工阶段的具体工艺要求和施工方法,保证结构的质量和安全。
高层建筑的钢筋混凝土结构设计是一项复杂而重要的工作,需要综合考虑多个因素,并采用合理的设计和施工方法,以确保结构的安全和可靠。
工程力学中的受力结构的力学分析
![工程力学中的受力结构的力学分析](https://img.taocdn.com/s3/m/b87c34e7b1717fd5360cba1aa8114431b90d8e98.png)
工程力学中的受力结构的力学分析受力结构是工程力学中的重要概念,它涉及到力学分析和结构设计等领域。
本文将从受力结构的定义、力学分析的方法和实际应用方面进行探讨。
一、受力结构的定义受力结构指的是在外力作用下,物体或结构体内部各部分之间相互传递力量的系统。
这些力量可以是拉力、压力、弯矩等形式。
受力结构在实际工程中广泛应用,例如桥梁、建筑物、机械设备等。
二、力学分析方法1.静力学分析静力学是受力结构力学分析的基础。
通过应用平衡条件,可以计算结构体上各点的受力情况。
常用的方法有叠加法、切片法和力法等。
这些方法基于力的平衡和力的传递原理,可以精确计算受力结构的受力状态。
2.力矩平衡法力矩平衡法是分析受力结构弯矩分布的重要方法。
通过引入力矩平衡方程,可以求解出结构体上各点的弯矩。
这对于设计梁、柱等构件的截面尺寸和材料选择至关重要。
3.有限元方法有限元方法是现代工程力学分析中的重要工具。
它将结构体离散成有限个单元,通过数值计算方法求解结构的受力情况。
有限元方法能够应对复杂结构的力学分析,例如悬索桥、高层建筑等。
三、受力结构的实际应用受力结构的力学分析在实际工程中有广泛的应用。
以下是几个具体例子:1.桥梁设计在桥梁设计中,需要分析桥梁的受力状况,包括主梁的受力分布、桥墩的受力情况等。
通过力学分析,可以确定合适的梁高、梁宽和桥墩的尺寸,保证桥梁的安全性和承载力。
2.建筑物结构设计在建筑物结构设计中,需要分析墙体、梁柱等构件的受力情况。
通过力学分析,可以确定构件的截面尺寸和材料的选择,保证建筑物的稳定性和安全性。
3.机械设备的受力分析在机械设备设计中,需要分析各个零件的受力情况,确保设备的稳定运行。
通过力学分析,可以确定零件的强度和刚度,并对其进行合理设计。
综上所述,受力结构的力学分析是工程力学中重要的研究内容。
静力学分析、力矩平衡法和有限元方法等是常用的力学分析方法。
通过力学分析,可以为桥梁设计、建筑物结构设计和机械设备的受力分析提供理论支持,确保工程的安全性和稳定性。
建筑设计中的流体力学分析
![建筑设计中的流体力学分析](https://img.taocdn.com/s3/m/016351b4f71fb7360b4c2e3f5727a5e9856a27b4.png)
建筑设计中的流体力学分析在建筑设计中,流体力学分析是一项重要的工作。
它可以帮助设计师理解流体在建筑中的运动和行为,从而优化建筑的设计和功能。
本文将探讨建筑设计中的流体力学分析,以及其在建筑设计中的应用。
一、什么是流体力学分析流体力学是研究流体运动和力学行为的学科。
在建筑设计中,流体力学分析是指利用数值模拟和实验方法,对建筑中涉及到流体运动的问题进行分析和研究。
例如,建筑中的空气流动、水流动以及热传导等都可以通过流体力学分析来研究。
二、流体力学分析在建筑设计中的应用1. 空气流动分析在建筑设计中,空气流动分析可以帮助设计师优化建筑的通风和空调系统。
通过流体力学分析,可以确定最佳的通风口位置和大小,以提供舒适的室内环境。
此外,还可以分析空气流动对建筑附近环境的影响,如气候条件和周围建筑物的遮挡。
这些分析结果可以指导建筑的外立面设计和布局规划。
2. 水流动分析水流动分析在建筑设计中起着重要的作用,特别是在设计涉及到水的建筑项目时。
例如,水流动分析可以用于设计大型水族馆的水流系统和水族箱的布局。
通过模拟水流动的路径和速度,可以确保水中的生物得到充分的氧气供应和适宜的环境。
此外,水流动分析还可以应用于瀑布景观、喷泉和水塔等建筑设计中。
3. 热传导分析在建筑的能源效益和舒适性方面,热传导分析是至关重要的。
通过流体力学分析,可以模拟热量在建筑材料中的传导过程,并评估建筑的热阻性能。
这有助于设计师选择合适的隔热材料和调整建筑的能源利用方式,从而降低能源消耗和改善室内舒适度。
4. 风压分析在高层建筑和桥梁设计中,风压分析是非常重要的一环。
通过流体力学分析,可以预测建筑物表面所受到的风压力,从而设计合适的结构和防护措施。
此外,风压分析还可以评估建筑物的风险性,以确保其具有足够的抗风能力和安全性。
三、流体力学分析的工具和技术进行流体力学分析时,有许多工具和技术可供选择。
常用的方法包括数值模拟和实验室试验。
数值模拟通常使用计算流体力学(CFD)软件来模拟和预测流体运动。
超高层建筑结构整体稳定性分析方法探讨
![超高层建筑结构整体稳定性分析方法探讨](https://img.taocdn.com/s3/m/8d4710511fb91a37f111f18583d049649b660e13.png)
超高层建筑结构整体稳定性分析方法探讨随着城市化进程的加快和人口的不断增长,超高层建筑在现代城市中扮演着越来越重要的角色。
然而,超高层建筑的特殊性质使得其结构整体稳定性成为设计和施工过程中的一个重要考虑因素。
本文将从理论和实践两个角度,探讨超高层建筑结构整体稳定性分析的方法。
一、理论探讨1.框架分析法框架分析法是一种经典的结构稳定性分析方法,适用于刚性结构或刚性连续体。
其基本思想是将结构离散化为框架元素,并在各个节点上施加不同的荷载和边界条件,以求解结构的位移和力的分布情况。
在超高层建筑中,可以通过分析主要的竖向和水平位移来评估结构的稳定性。
2.非线性分析法传统的结构分析方法往往基于线性弹性理论,忽略了结构的非线性效应。
然而,对于超高层建筑这样的大跨度和大变形结构,非线性效应往往是不可忽略的。
非线性分析法可以通过考虑结构的材料非线性、几何非线性和接触非线性等因素,更真实地模拟结构的实际力学行为,从而提供更准确的稳定性评估。
3.动力分析法超高层建筑常常面临地震、风荷载等外部环境的作用,对结构稳定性提出了更高的要求。
动力分析法可以将结构的动力响应纳入考虑,通过模拟结构对地震或风荷载的反应,评估结构的整体稳定性。
常见的动力分析方法包括模态分析、时程分析和随机振动分析等。
二、实践探讨1.典型案例分析超高层建筑的结构稳定性问题在实践中得到了广泛关注。
以中国的上海中心大厦为例,该建筑高度632米,结构复杂,面临着强烈的风荷载和地震荷载。
在设计过程中,采用了基于非线性分析方法的协调模态组合法来评估结构的稳定性,并进行了全面的风洞试验验证。
该案例表明,结合理论和实践相结合的方法能够有效地解决超高层建筑的结构稳定性问题。
2.在建筑材料和结构设计中的应用在超高层建筑的材料选择和结构设计中,结构整体稳定性是一个关键的考虑因素。
例如,在混凝土结构中,可以采用高性能混凝土和纤维增强材料来提高结构的整体稳定性。
在钢结构中,可以通过合理的结构布局和剪力墙的设计来增强结构的整体稳定性。
施工中的结构设计与强度分析
![施工中的结构设计与强度分析](https://img.taocdn.com/s3/m/dfb1180db207e87101f69e3143323968011cf488.png)
施工中的结构设计与强度分析随着城市建设的不断发展,施工工程在我们的日常生活中占据了重要地位。
而结构设计与强度分析作为施工过程中不可或缺的一部分,对于确保工程的安全与可靠性至关重要。
本文将就施工中的结构设计与强度分析进行探讨,以便更好地理解其在建筑领域中的重要性。
一、结构设计的意义结构设计是指在施工工程中,根据工程设计要求和各项规范,合理选择和布置建筑材料和构件,确定各构件的截面尺寸、型式和连接方式,并确定其相互作用,以满足工程的强度、刚度以及稳定性等要求的过程。
结构设计的意义主要体现在以下几个方面:1. 确保工程的安全性:结构设计的核心目标是确保工程的安全性,合理选材、布置和构造可以有效减少工程事故的发生概率,保障人身安全。
2. 提高工程的可靠性:结构设计的合理性直接影响到工程的可靠性,提高结构的稳定性和承载力,使工程在使用寿命内不发生过度变形和破坏,从而延长工程使用寿命。
3. 节约资源:通过科学的结构设计,可以合理选材和布置,减少浪费,降低施工成本,实现资源的最优利用。
二、结构设计过程结构设计是一个复杂而系统的过程,主要包括以下几个步骤:1. 工程现场勘测和资料收集:在进行结构设计之前,需要对工程现场进行详细勘测,收集相关数据和资料,包括地质地形环境、设计要求、各项规范和标准等。
2. 力学分析:通过对工程所受外力的分析,计算出结构所承受的力的大小和方向,包括静力学分析、动力学分析等。
3. 结构选型:依据力学分析的结果,结合材料的力学性能和使用要求,选择合适的结构类型和构件尺寸。
4. 结构计算:根据结构选型,进行详细的结构计算,包括截面验算、构件验算和整体结构的校核。
5. 结构布置和构造设计:根据结构计算的结果,确定结构各构件的布置和连接方式,编制详细的结构施工图纸。
三、强度分析的重要性强度分析是对结构在受到外力作用下的抗力性能进行评估的过程。
通过强度分析,可以预测结构在施工和使用阶段的强度表现,为工程的安全和可靠性提供依据。
高层建筑受力分析
![高层建筑受力分析](https://img.taocdn.com/s3/m/dc27865ca9114431b90d6c85ec3a87c240288a23.png)
高层建筑受力分析高层建筑是现代城市发展的重要标志,然而,由于其高度和结构的复杂性,受力分析成为设计和施工的关键问题。
本文将对高层建筑的受力特点、受力分析方法以及常见的受力问题进行探讨。
一、高层建筑的受力特点高层建筑由于自身重量的影响,以及外界风力、地震力等因素的作用,存在着复杂的受力情况。
为了确保高层建筑的结构稳定和安全性,需要对其受力特点进行全面分析。
1. 自重受力:高层建筑的自重主要由建筑材料的重量构成,包括楼板、墙体、柱子等。
自重受力是高层建筑最基本也是最直接的受力形式。
2. 垂直荷载受力:除了自重外,高层建筑还需要承受来自人们活动、家具设备以及各种设施的垂直荷载。
在设计和施工过程中,需要对这些荷载进行准确合理的估计和计算。
3. 风荷载受力:高层建筑由于其外形特殊,容易受到风的作用,尤其是靠近沿海或者山区的高层建筑更容易受到强风的影响。
设计和施工过程中,需要预先估计风荷载并进行合理的受力分析。
4. 地震荷载受力:地震是高层建筑最大的威胁之一,特别是在地震多发地区。
鉴于地震的不确定性,设计者需要合理地预测地震的荷载,并采取相应的防护措施。
二、高层建筑的受力分析方法为了对高层建筑的受力情况进行准确的分析和计算,工程师们采用了各种分析方法,包括静力分析、弹性分析和有限元分析等。
1. 静力分析:静力分析是最常见的高层建筑受力分析方法之一。
通过假设结构和外界荷载静止不变,采用力学平衡原理对结构进行受力分析。
这种方法适用于受力简单、结构稳定的情况。
2. 弹性分析:弹性分析是一种更为精确的分析方法,通过考虑结构的变形和刚度的影响,在分析过程中考虑结构的弹性变形。
这种方法适用于受力复杂、结构刚度较大的情况。
3. 有限元分析:有限元分析是一种更加综合和精确的受力分析方法,可用于高层建筑的复杂受力情况。
通过将结构分割成有限个小单元,将结构的受力和变形问题转化为求解各个单元的受力和变形问题。
三、高层建筑的常见受力问题在高层建筑的设计和施工过程中,存在一些常见的受力问题,需要进行仔细的分析和解决。
建筑结构设计方法
![建筑结构设计方法](https://img.taocdn.com/s3/m/32f73e000812a21614791711cc7931b765ce7b80.png)
建筑结构设计方法建筑结构设计是建筑行业中至关重要的一环,它涉及到建筑物的安全性、稳定性和耐久性等方面。
在设计过程中,工程师需要综合考虑建筑物的功能需求、材料特性和环境条件等因素,以确保建筑物能够承受各种力的作用并保持稳定。
本文将探讨几种常见的建筑结构设计方法。
一、力学分析法力学分析法是建筑结构设计中最基础的方法之一。
它基于牛顿力学定律,通过对建筑物所受力的分析,确定结构的受力状态和应力分布。
在力学分析法中,工程师会考虑建筑物的自重、荷载、温度变化等因素,并使用数学模型和计算方法来预测结构的行为。
通过力学分析法,可以确定建筑物的结构形式、尺寸和材料等参数。
二、有限元分析法有限元分析法是一种数值计算方法,它将建筑结构划分为许多小的有限元单元,通过对这些单元的力学行为进行分析,得出整个结构的应力和变形情况。
有限元分析法具有较高的精度和灵活性,可以模拟各种复杂的结构行为,如非线性、动力学和热力学等。
该方法广泛应用于大型和特殊结构的设计中,如高层建筑、桥梁和隧道等。
三、试验方法试验方法是建筑结构设计中不可或缺的一部分。
通过在实验室或现场进行物理试验,可以验证和修正理论计算结果,并获取结构的实际性能。
试验方法可以用于评估材料的强度和刚度,以及结构的承载能力和振动特性等。
在试验方法中,工程师需要选择适当的试验装置和测量设备,并进行数据分析和结果解释。
四、结构优化方法结构优化方法是一种通过调整结构形式和参数,以达到最优设计目标的方法。
在结构优化中,工程师需要明确设计目标,例如最小重量、最小变形或最大刚度等,并使用数学模型和优化算法来搜索最佳解。
结构优化方法可以帮助工程师在设计中找到最经济和最有效的方案,提高结构的性能和可靠性。
综上所述,建筑结构设计方法是建筑行业中必不可少的一部分。
在设计过程中,工程师需要综合运用力学分析法、有限元分析法、试验方法和结构优化方法等多种方法,以确保建筑物的安全性和稳定性。
随着科学技术的不断发展,建筑结构设计方法也在不断演进和创新,为建筑行业的发展提供了强有力的支撑。
高层建筑结构设计要点
![高层建筑结构设计要点](https://img.taocdn.com/s3/m/a0abbca4112de2bd960590c69ec3d5bbfd0adab6.png)
高层建筑结构设计要点高层建筑结构设计是一项关键性工作,需要考虑多个因素,以确保建筑物的安全性、稳定性和持久性。
以下是高层建筑结构设计的一些要点:1. 应力和荷载分析:在进行高层建筑结构设计时,必须进行详尽的应力和荷载分析。
这包括考虑建筑物所承受的静态和动态荷载,如重力荷载、风荷载、地震荷载等。
通过准确分析,可以确定建筑物所需的结构强度和刚度。
2. 结构系统选择:选择适当的结构系统对于高层建筑的稳定性至关重要。
常见的高层建筑结构系统包括框架结构、剪力墙结构和桩基承台结构等。
根据建筑物的高度、用途以及周围环境条件,结构工程师需要综合考虑各个因素,选择最合适的结构系统。
3. 抗震设计:高层建筑需要具备良好的抗震性能,以保证在地震发生时的安全性。
抗震设计包括选择适当的抗震措施,如设置剪力墙、使用抗震橡胶支座、增加结构横向刚度等。
此外,还需要进行地震动力学分析,评估建筑物在地震下受力情况,以确保结构的可靠性。
4. 稳定性设计:由于高层建筑的高度较大,结构稳定性的设计至关重要。
结构工程师需要考虑侧向位移、风荷载、周围环境的影响等因素,采取相应的稳定设计措施,如增加抗侧刚度、设置抗侧支撑等。
5. 灌浆加固:为增加高层建筑的承载能力和抗震性能,常常需要进行灌浆加固。
通过在结构中注入高强度灌浆材料,可以增加结构的强度和刚度,提高整体稳定性。
6. 纵横向连接:高层建筑的纵横向连接起着重要的作用,确保建筑物各个部分的协调运作。
适当的纵横向连接可以增加结构的整体刚度和稳定性,减小结构变形,提高抗震性能。
7. 总体均衡设计:高层建筑的总体均衡是设计的关键目标之一。
结构工程师需要在考虑各种因素的同时,保持建筑物的整体均衡,以避免结构出现明显的缺陷或不稳定。
8. 施工监控:高层建筑结构设计的可行性和稳定性需要在施工过程中得到有效监控。
施工监控包括对建筑物各个节点和构件质量的监测,确保结构的合理施工和安全性。
综上所述,高层建筑结构设计需要综合考虑应力和荷载分析、结构系统选择、抗震设计、稳定性设计、灌浆加固、纵横向连接、总体均衡设计以及施工监控等因素。
高层建筑结构设计难点分析
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高层建筑结构设计难点分析
高层建筑是如今城市中常见的建筑形式,其不仅可以提供更多的空间,同时也是城市
发展的标志。
由于高层建筑的结构设计需要考虑的因素较多,所以其设计难度也相对较大。
本文将从地基承载、风荷载、地震作用等方面分析高层建筑结构设计的难点。
一、地基承载
地基承载是高层建筑结构设计中的一大难点。
在选择地基承载方式时,需要考虑建筑
物的自重、荷载、地基土壤的承载力等因素。
地基土壤的承载力对地基承载能力起着至关
重要的作用。
不同地基土壤的承载力不同,所以需要根据实际情况进行地基土壤勘察,以
确定地基承载方式和地基基础结构。
高层建筑地基承载还需要考虑地铁、地下管线等因素
的影响,这些都会对地基承载产生一定的影响,需要结构设计师进行合理的考虑和设计。
二、风荷载
风荷载是高层建筑结构设计中的另一大难点。
由于高层建筑受到风力的作用,所以需
要考虑风荷载对建筑物的影响。
通常情况下,高层建筑结构设计中会对建筑物采取一些措
施来减小风荷载的影响,比如采用空气动力学设计、采用减震措施等。
高层建筑结构设计
中还会考虑到建筑的稳定性和抗风性能,这些也是结构设计中需要进行综合考虑的因素。
所以,在高层建筑结构设计中,风荷载是需要进行综合分析和设计的一大难点。
地基承载、风荷载、地震作用等因素都是高层建筑结构设计中的难点。
尽管如此,随
着科技的发展和建筑技术的不断进步,相信这些难点在未来会得到更好的解决。
相信在不
久的将来,高层建筑的结构设计将更加完善,也将为城市的发展和规划带来更多的可能。
高层建筑钢结构的非均匀受力与稳定性分析
![高层建筑钢结构的非均匀受力与稳定性分析](https://img.taocdn.com/s3/m/351573d38662caaedd3383c4bb4cf7ec4afeb6a2.png)
高层建筑钢结构的非均匀受力与稳定性分析高层建筑钢结构在现代城市建设中扮演着重要的角色,其承载着庞大的重力和环境荷载。
为确保高层建筑的结构安全,设计师和工程师需要进行对其非均匀受力与稳定性的全面分析。
在高层建筑中,钢结构通常被用于承受重力荷载和抵抗自然灾害等外部力的影响。
不同部位所受的受力情况有所差异,例如,底部通常承受较大的垂直荷载,而侧面则承受侧向荷载。
因此,进行非均匀受力分析是确保高层建筑结构安全的重要步骤之一。
进行非均匀受力分析时,首先需要考虑建筑的荷载特性。
这包括静态荷载(例如自重、建筑物和人员的活动荷载)、动态荷载(例如风荷载、地震荷载)以及临时荷载(例如施工装备的荷载)。
这些荷载会在建筑结构中产生不同的应力和变形情况,因此需要进行准确的力学分析。
钢结构的非均匀受力分析可以通过使用各种计算方法和工具来实现。
有限元分析是一种常见的方法,通过将结构分为许多小的离散元素来近似建筑结构。
这种方法可以计算出每个元素所受的力和位移,进而得到整个结构的受力情况。
此外,还可以使用其他数值模拟方法或经验公式进行非均匀受力分析。
在进行非均匀受力分析时,需要考虑钢材的材料特性。
钢材具有较高的强度和刚度,但也存在一些局限性。
例如,钢材在受到压力时容易出现局部屈曲,这可能会导致结构的不稳定。
因此,在进行非均匀受力分析时,需要对钢材的荷载-位移曲线、材料破坏特性等进行准确的建模。
高层建筑的结构稳定性也是设计中不可忽视的重要方面。
结构稳定性主要指的是结构在荷载作用下保持平衡、不发生塌陷或失稳。
钢结构的稳定性分析需要考虑结构的几何形状、截面尺寸、荷载分布等因素。
通过进行稳定性分析,可以确定结构在不同荷载情况下的稳定性,并设计出适当的支撑和加强措施。
为了确保高层建筑的钢结构具有足够的非均匀受力能力和稳定性,设计者还需要考虑以下几个方面:1. 合理设计结构:根据不同部位受力情况进行合理的结构设计,包括选择适当的材料、断面形状、连接方式等。
广州珠江城超高层大厦施工过程力学分析
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收 稿 日期 : 0 1—1 0 21 1— 6
根据 各次 所 采 集 得 到 的频 率 , 考 虑 构 件 处 当 于线 弹性 变形 时 , 用 下 面 公 式 的 计 算 转 化 为 应 运 变和 应力增 量 :
现场测次 测量 日期 施工位置 安装测点编号
A ( - e= A)× 1 k,o= × k × 2A - △ E
上延 伸 添加 构 件 自重 加 载 、 工 活 荷 载 以及 材 料 施
核心 筒东西 两侧 安装 风 力 发 电机 , 环保 又美 观 . 既 由于这个 独特 的设 计 , 个 结 构 的传 力 方 式 在 这 整 两个 部位 有较 大 的变 化 , 平 面布 置 如 图 1 b 所 其 ()
力变 化具 有 较 大震 荡 性 , 议 施 工 期 间对 于关 键 建
MP 、 . a 因此 必须 考虑结 构施 工 中 的力 学状 a 6 5MP . 态, 以免发 生施 工事 故. 于大 型 结构 工 程 建议 在 对
位置 的 临时支 撑体 系不要 过 早撤 除. 尽管 曲线 具 有 较 大 的 震荡 性 , 也 能 发 现其 但 共 同的变 化趋 势 : 力 增 量 在 前 4次 监 测逐 渐增 应
从 图 4中可 以发 现 , 撑 承受 压 力作 用 , 且 斜 并
这 4对 曲线 变 化 步 调 基 本 相 同 , 可 以从 两 带 状 这 桁 架 的类 对 称 性 来 解 释 , 过来 也 证 明 了现 场 测 反
建筑结构的力学性能
![建筑结构的力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/010e56a8541810a6f524ccbff121dd36a32dc413.png)
建筑结构的力学性能建筑结构的力学性能是指建筑结构在受到外力作用时的力学响应和性能表现。
它是评估建筑结构安全性、可靠性和耐久性的重要指标,对于建筑物的设计、施工和使用具有重要意义。
本文将从材料强度、结构稳定性和振动控制三个方面探讨建筑结构的力学性能。
一、材料强度对建筑结构的影响材料强度是建筑结构力学性能的基础。
建筑结构所用的材料包括钢筋混凝土、钢材、木材等,在受力过程中要具备足够的强度来承受负荷。
钢筋混凝土结构的强度取决于混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度。
合理选择和配置材料,确保其满足强度的要求,是保障建筑结构安全的关键。
此外,材料的劣化和老化也会降低其强度,需要及时检测和维修,以保持结构的可靠性。
二、结构稳定性与建筑结构安全结构稳定性是指建筑结构在受到外力作用时能保持稳定的能力。
当建筑结构受到风荷载、地震作用等外力时,如果结构的稳定性不足,就会导致结构的倒塌。
因此,在设计建筑结构时,要充分考虑结构的稳定性,采取相应的措施来增强其稳定性。
例如,在高层建筑中,采用剪力墙、楼板横向约束等手段来提高结构的整体稳定性,确保建筑结构在极端工况下的安全可靠性。
三、振动控制提高建筑结构的舒适性和安全性建筑结构会在受到外力激励时发生振动,特别是在地震或风荷载作用下。
如果结构的振动频率与外力激励的频率接近或共振,就会引起结构的破坏或损失。
因此,振动控制是提高建筑结构舒适性和安全性的重要考虑因素。
常见的振动控制措施包括加装阻尼器、调整结构刚度、改善结构的动力性能等。
通过合理设计和施工,可以降低结构的振动响应,保证建筑物在使用过程中的舒适性和稳定性。
综上所述,建筑结构的力学性能对于建筑物的安全、可靠和耐久具有重要意义。
通过合理选择和配置材料、提升结构稳定性以及采取振动控制措施,可以有效提高建筑结构的力学性能,确保建筑物的正常使用和长久运行。
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高层建筑结构设计-剪力墙结构
![高层建筑结构设计-剪力墙结构](https://img.taocdn.com/s3/m/18368f251fd9ad51f01dc281e53a580216fc5012.png)
向悬臂构件
高层建筑结构设计- 剪力墙结构分析与设计
3.剪力墙结构的分类
整体小开口墙 洞口面积超过墙体面积的16%。 洞口至墙边净距>洞孔长边尺寸时,
可忽略对墙体影响 受力特点: 水平荷载下,由于洞口的存在,墙肢已
出现局部弯曲,其截面应力可认为由 墙体的整体弯曲和局部弯曲两者叠加 组成,截面变形仍然接近于整截面墙。
高层建筑结构设计- 剪力墙结构分析与设计
混凝土剪力墙
高层建筑结构设计- 剪力墙结构分析与设计
3.剪力墙结构的分类
联肢剪力墙 剪力墙沿竖向开一列或多列较大洞口。 由于洞口较大,剪力墙整体性已破坏。 剪力墙由连梁和联肢组成,也称双肢
墙
连梁
受力特点: 连梁对墙肢有一定的约束作用,墙肢局
部弯矩较大,整个截面正应力已不再 呈直线分布
高层建筑结构设计- 剪力墙结构分析与设计
2.剪力墙结构的特点 – 优点和缺点(建筑 和结构两方面)
缺点: 1. 墙体较多,开间小:受楼板跨度限制(一般
为3-8m),剪力墙间距不能太大,建筑平面布 置不够灵活。 2. 刚度过大,重量大。导致地震作用大
高层建筑结构设计- 剪力墙结构分析与设计
3.剪力墙结构的分类
高层建筑结构设计- 剪力墙结构分析与设计
1.剪力墙结构的概念和力学机理
传统框架结构水平荷载与竖向荷载弯矩差别很大: 水平荷载:抗侧力刚度小,水平位移大
高层建筑结构设计- 剪力墙结构分析与设计
2.剪力墙结构的特点 – 优点和缺点(建筑 和结构两方面)
优点: 1. 房屋中没有梁柱,比较美观 2. 结构刚度大、顶部和层间位移均较小 3. 空间整体性好,抗震能力强 4. 较框架结构施工快,适用高度大于框架结构 5. 用钢量少,较经济
超高层建筑施工难点(一)
![超高层建筑施工难点(一)](https://img.taocdn.com/s3/m/2dc89bf31b37f111f18583d049649b6648d709bf.png)
超高层建筑施工难点(一)引言概述:超高层建筑施工是当代建筑领域的一个重要议题,不仅涉及到工程技术的挑战,还涉及到人员安全和施工效率的问题。
本文将从五个方面阐述超高层建筑施工的难点。
一、基坑施工难点:1. 地下水位高:超高层建筑基坑施工通常会遇到地下水位高的问题,需要采取排水措施来降低地下水位。
2. 土壤力学特性:在超高层建筑的基坑施工过程中,土壤力学特性的复杂性会对施工产生一定影响,需要合理选择施工方法和土方处理方案。
3. 地下管线:在基坑施工过程中,地下管线布置错综复杂,需要进行仔细的管线勘测和合理的管线保护措施。
二、结构施工难点:1. 抗风设计:超高层建筑由于高度较大,面对风力荷载时会面临更大的挑战,需要进行精确的抗风设计和结构加固。
2. 材料运输:超高层建筑结构施工需要大量材料的运输,如混凝土、钢材等,需要合理选择运输方式和保证材料的安全性。
3. 施工设备:超高层建筑施工所需的施工设备一般较大且复杂,对施工空间、施工效率和安全性提出了更高要求。
三、安全施工难点:1. 安全防护:超高层建筑施工过程中需要考虑到高处作业、防坠落、电气安全等多个方面的安全防护,确保工人的人身安全。
2. 建筑外观保护:超高层建筑施工过程中需要采取有效措施保护建筑外观,避免外墙破坏、污染等问题。
四、施工效率难点:1. 进度控制:超高层建筑施工往往涉及到复杂的工序和工期计划,需要进行合理的进度控制和配合。
2. 作业协调:超高层建筑施工需要多个工种之间的协同作业,对工人的技术水平和沟通协调能力提出更高要求。
五、环境保护难点:1. 垃圾处理:超高层建筑施工产生大量垃圾,需要制定垃圾分类和处理方案,确保环境的卫生和安全。
2. 噪音控制:超高层建筑施工现场噪音较大,需要采取措施减少噪音对周边居民的影响。
总结:超高层建筑施工难点主要涉及到基坑施工、结构施工、安全施工、施工效率和环境保护等方面。
在面对这些难点时,施工方需要进行合理规划和顶层设计,同时充分考虑技术、安全、环境等方面的因素,以确保超高层建筑的施工质量和工期的控制。
建筑工程中的结构强度分析方法
![建筑工程中的结构强度分析方法](https://img.taocdn.com/s3/m/eb9ba175b80d6c85ec3a87c24028915f804d849e.png)
建筑工程中的结构强度分析方法在建筑工程中,结构强度是一个至关重要的因素。
通过合理的分析方法,可以评估建筑物的结构强度,确保其在正常工作条件下的安全性和可靠性。
本文将介绍建筑工程中常用的结构强度分析方法,以及它们的应用。
一、材料力学性能测试材料力学性能测试是建筑工程中最基础的结构强度分析方法之一。
通过对材料样本进行拉伸、压缩、弯曲等试验,可以获取材料的强度、刚度和延展性等参数。
这些参数可以作为结构分析的输入数据,用于计算建筑物在荷载下的受力情况。
二、有限元分析有限元分析是一种广泛应用于建筑工程中的结构强度分析方法。
它将结构划分为有限个小的元素,并对每个元素进行数值计算。
通过求解数学模型,可以得到结构在不同荷载条件下的受力分布和变形情况。
有限元分析具有高精度和广泛适用性的优点,能够有效地提供结构强度分析的结果。
三、静力分析静力分析是建筑工程中常用的结构强度分析方法之一。
它基于静力平衡原理,通过对结构进行平衡方程的建立和求解,得到结构在静力荷载下的受力状态。
静力分析适用于分析不考虑结构动力响应和变形的情况,常用于静态荷载条件下的结构设计和评估。
四、动力分析动力分析是对建筑工程中结构强度进行综合评估的重要方法。
它考虑了结构在动力荷载下的响应和变形情况,能够评估结构在地震、风载等动力荷载作用下的安全性。
动力分析主要包括模态分析、响应谱分析等方法,可以为结构设计提供参考依据。
五、风洞试验风洞试验是一种直观而可靠的结构强度分析方法。
通过在风洞中模拟实际的风场环境,可以观测和测量结构在风载作用下的受力情况和变形情况。
风洞试验结果可用于验证理论计算和数值模拟的准确性,对于高层建筑、大跨度桥梁等结构的设计和评估具有重要意义。
六、耐久性试验耐久性试验是建筑工程中的另一项重要的结构强度分析方法。
它通过模拟建筑物在长期使用过程中所受到的环境条件,如潮湿、高温、寒冷等,对结构材料和构件进行试验。
通过观测和测量试验结束后的材料性能和结构性能变化,可以评估结构材料和构件的耐久性能,判断其在使用寿命内是否能够满足设计要求。
高层建筑结构稳定性
![高层建筑结构稳定性](https://img.taocdn.com/s3/m/a90d72c3d5d8d15abe23482fb4daa58da0111c03.png)
高层建筑结构稳定性高层建筑的结构稳定性是一个非常重要的问题,它关系到建筑的安全性和持久性。
在设计和建造过程中,需要充分考虑各种因素,以确保高层建筑的结构能够承受各种荷载和外力的作用,保证其在长期使用中不会发生倒塌或其他结构破坏的问题。
一、地基工程地基是高层建筑的重要基础,地基的质量和稳定性直接影响到整个建筑的结构稳定性。
在设计和施工过程中,需要充分了解地质情况,采取相应的措施来确保地基的承载能力和稳定性。
常见的地基工程包括地基处理、基坑开挖、地基加固等,这些工作都是为了提高地基的稳定性和承载能力。
二、结构设计高层建筑的结构设计应该遵循力学原理和结构力学的基本原则。
设计师需要根据建筑的用途、高度、荷载等因素,合理选择结构形式和材料,以确保结构的稳定性。
常见的高层建筑结构形式包括框架结构、剪力墙结构、筒体结构等,每种结构形式都有其适用的场合和优缺点。
三、材料选择高层建筑的结构材料要求具备足够的强度、刚度和抗震性能。
常见的材料包括混凝土、钢材、复合材料等。
在选择材料时,需要考虑其强度、耐久性、施工性能等因素,以确保结构的稳定和持久性。
四、抗震设计地震是高层建筑结构稳定性的重要考虑因素。
设计师需要通过合理的抗震设计,使建筑在地震时能够承受地震力的作用,并保证人员的安全。
抗震设计包括选择适当的抗震措施和增加结构的抗震能力等方面,需要充分考虑地震的影响,做出合理的决策。
五、监测和维护在高层建筑建成后,需要进行定期的监测和维护工作,以确保其结构的稳定性。
监测工作包括结构变形的监测、荷载的监测等,通过监测数据的分析,可以及时发现问题并采取相应的措施进行修复。
同时,定期进行维护工作,包括防水、防腐、装修等,以延长建筑的使用寿命。
总结高层建筑的结构稳定性是一个复杂而严肃的问题,需要在设计、施工、监测和维护等各个环节进行科学有效的管理和控制。
只有充分考虑各种因素,确保建筑的稳定性和安全性,才能使高层建筑成为人们安居乐业的场所。
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高层建筑结构施工的力学分析
摘要:随着城市经济不断发展,高层建筑物层出不穷,随之而带来的问题就是对高层建筑物的设计问题,本文将对高层建筑物结构施工中的力学问题进行分析,保障施工的合理安全。
关键词:高层建筑结构;施工力学;力学分析
通过对高层建筑结构施工的调查研究,我们发现随着高层建筑物的增加,越来越需要我们对高层建筑物的结构施工进行深入的研究,尤其是在施工力学的分析方面。
1 高层建筑结构施工力学简述
一般情况下,高层建筑在结构设计上的模型是采用建造好的结构,使其在使用的载荷下受力,以此作为计算模型的主要依据。
但在实际操作中,即使是相同的结构,它们在施工中也会在力学状态的作用下产生差异。
我们都知道,高层建筑结构具有层数高、规模大的特点,使得整个施工过程变得较为复杂。
在施工中,没有建设完整的建筑结构会受到来自不断变化的施工载荷的影响。
因此在对建筑结构进行分析时,以一个已经建设好的模型进行力学分析显然是不科学的。
我们来举个例子,在高层钢筋混凝土结构中,作为梁板系统,随着建设楼层高度的增加,新楼层中的新增加的支撑是在之前建造的底部楼层上,整个楼体结构的抗水平部分没有形成,还会发生材料刚度以及强度的变化,楼体负荷情况也在发生着变化,而这些变化都是由一个未形成的框架以及支撑进行,很容易发生危险。
这就需要施工力学对高层建筑结构进行分析,以先行的预算分析确保施工安全。
作为一门新兴起来的学科,施工力学有着它特有的特点,它与经典的力学不同,它所分析的对象,是随着时间改变而在不断变化的,因此,它所分析的对象(包括质量阵、刚度阵、阻尼阵)在结构方程上都为时间的函数。
它的目的主要在于反应高层建筑结构在施工工程中不断变化的实际力学的状态,以此来保障施工的安全。
在对建筑物进行施工力学的分析时,我们要按照建筑的实际施工顺序都其受力过程进行模拟分析,在分析的过程中及时发现问题,对实际的施工过程起到指导监督的作用。
同时,施工力学的分析也包括了对建筑物的拆除工作,按照合理的顺序进行拆除,确保人员和财产不受到伤害,也是施工力学分析的一部分。
2 建立施工力学计算模型
通过对高层建筑结构的调查研究,我们不难发现,在施建的整个过程当中,建筑结构的边界约束、载荷以及材料的整体刚度都在不断地发生着变化。
同时,
在施工中产生的误差同样会造成位移发生改变,建筑初期结构会发生徐变,上层对下层结构发生的变形没有任何约束作用,实际下层结构就是上层结构的一个支座。
根据高层建筑结构这一受力特点,我们采用超级有限元-有限元藕合的方法来对施工的整个过程进行模拟。
如,我们利用超级元,也就是Ⅰ区,对高层建筑结构的初始状态(我们称为ST1)进行结构上的分析,得到超级元与单元构件之间关系,其中包括位移和内力。
接下来,我们按照有限元,或者说是Ⅱ区,对建筑物的递增构件(ST2)进行结构力学分析。
随后我们在Ⅰ区和Ⅱ区之间进行藕合的协调工作,去完成在施工过程中不同条件下各个状态位移与内力的计算与分析,然后我们在以当前的结构ST3为起点,建立起一个新的超级元,新增构件(ST2)按有限元(Ⅱ区),不断重复以上操作,直到满足我们需要。
需要注意的是,递增构件的设置需要根据我们实际情况进行,并不是每个递增构件对应高层建筑的一层结构,它可以由若干个结构构成。
3 超级有限元-有限元藕合介绍
超级有限元,在一些教材与文章中也有称作综合有限元的,它是在反应半离散以及半连续的结合法中一种比较新的方法。
若按函数类型进行划分,超级有限元基本分为一维、二维和三维3种。
按构件的类型进行划分,它又分为析架、框架和剪力墙等系统。
鉴于超级有限元的分析方式类似,本文主要对框架分析进行讨论,主要研究它的三维超级元。
首先,我们假设在一个递增的构件(Ⅱ区)当中存在若干个构件与超级元(Ⅰ区)相接触,我们设定构件个数为n,接触面的面积为S,那么根据最小势能原理,Ⅱ区中的n个构件在接触面上转化为Ⅰ区的广义自由度,可以用算式[K(t)]{δ} + [M(t)]{δ}={F(t)}来表示整个系统,其中刚度K与质量阵M为时间t的函数。
4 时变时的施工力学分析
在考虑时变的情况下,由于刚度的时变能够引发内部应力的重新分配,因此,在某种程度上会对结构分析造成一定的影响。
在工程进度不断向前推进时,部分构件的内力要比在忽略刚度时变时的内力数值要大,需要在建筑结构的设计中引起注意。
我们也可以得出以下结论:
(1)在高层建筑结构的施工力学分析中,超级有限元-有限元藕合法是切合实际,十分可行的。
由于该方法采用的是等参元位移的模式,因此该方法可以与其他的一些方法(比如有限条法、有限层法等)共同使用,其使用范围包括任意外形建筑,并可以同时推广到其他复杂的建筑结构当中去。
(2)随着建筑高度的不断增高,采用施工力学的方法与普通的力学方法之间对内力分布的分析差异不断增大,同时,在对刚度相对较小的框架构件进行分
析时,施工力学分析方法的内力值普遍较小,而刚度大的框架构件,内力值又偏大,甚至内力的方向发生改变,其主要原因是在施工进度推进的过程中,建筑结构中的内力不断进行重新分配,作用力之间的约束减小而造成的。
可见,在普通的力学分析方法中,是不能得出此现象,容易造成施工安全隐患。
(3)在施工的过程中,混凝土的刚度和强度会随着时间的变化而发生变化的,每个过程都存在不同刚度和强度的结构体系,建筑内力不断发生重新分配现象,框架构件的内力变化会对建筑结构的分析产生影响,必须予以重视。
5 结语
从以上的论述我们可以看到,在对高层建筑进行力学分析中,施工的过程对建筑结构的影响也很大,常规的计算分析方法没能将施工的因素考虑到其中,容易造成事故,对施工力学的分析在高层建筑中极为重要,但如今仍很缺乏深入地研究,有待于我们进一步地探讨。
参考文献
[1] 高文军.高层建筑结构力学分析方法探究[J].工程科技,2013(02).
[2] 杨力.高层建筑施工技术分析[J].山西建筑,2013(09).
[3] 李洪录.高层建筑施工技术要点分析[J].科技致富向导,2012(03).。