高层建筑力学分析
建筑结构与力学分析
建筑结构与力学分析建筑结构与力学是建筑工程中的重要组成部分，它们相互关联、相互作用，共同保障了建筑物的安全、稳定性和耐久性。
本文将从建筑结构的概念、类型和设计原则出发，结合力学分析的基本知识，探讨建筑结构与力学之间的关系及其在建筑工程中的应用。
一、建筑结构的概念及类型建筑结构是指建筑物的组成和构造方式，它承担着承重、抗风、抗震等作用，使建筑物能够稳定地立在地面上。
建筑结构可分为框架结构、桁架结构、梁柱结构、拱结构、索结构等多种类型。
不同类型的建筑结构具有不同的特点和适用范围，设计时需根据建筑物的用途、地理环境和承载要求进行选择。
二、建筑结构设计原则建筑结构设计应遵循以下原则：1.稳定性原则：建筑结构要能够承受自身重量和外部荷载，确保建筑物安全、稳定；2.经济性原则：在满足功能要求的前提下，尽量减少材料使用量和施工成本；3.美观性原则：建筑结构应考虑美学因素，使建筑物造型优美、坚固；4.耐久性原则：选择合适的材料和结构形式，确保建筑物具有较长的使用寿命。
三、力学分析的基本概念力学是研究物体受力和运动规律的学科，主要包括静力学、动力学、弹性力学等领域。
在建筑工程中，力学分析能够帮助工程师计算建筑结构受力情况，预测结构的变形和破坏形式，为设计提供科学依据。
四、建筑结构与力学分析的关系建筑结构与力学分析是紧密相关的，建筑结构受到外部荷载作用时，力学分析可以帮助工程师计算结构的内力、应力、位移等参数，评估结构的稳定性和安全性。
通过合理的力学分析，可以提高建筑物的抗震、抗风能力，避免结构破坏或倒塌的发生。
五、建筑结构与力学在工程实践中的应用在工程实践中，建筑师和结构工程师需要密切合作，充分发挥建筑结构与力学分析的优势，确保建筑物的设计、施工和使用过程中不出现安全隐患。
同时，结构工程师还需不断学习新的力学分析方法和工具，提高自身的专业水平，为建筑工程的质量和安全提供保障。
综上所述，建筑结构与力学分析密不可分，在建筑工程中起着至关重要的作用。
现代高层建筑结构力学分析方法
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。
建筑力学受力分析-PPT
约束反力的方向必与该约束所能够阻碍的位移方向相反，大
小通常是未知的。
大家好
5
工程中常见的几类 约束
1. 具有光滑接触表面的约束
● 约束特征：
只限制物体沿 公法线趋向于支承 面方向的运动
齿轮传动
凸轮传动
大家好
6
● 反力特征： 方位：沿接触处的共法线 指向：指向物体（物体受压）
FNC
FNB
C
A B
FNA
物体的受力分析
确定物体受了几个力，每个力的作用位置和力的作用方向。
主动力与被动力
主动力：促使物体运动或有运动趋势的力，其大小和方向 都已知。如重力、水压力等。
被动力：由主动力引起并随其变化的力，其大小和方向都 不知。如约束反力。
受力图——施力物体对研究对象的所有作用力的简图。
大家好
29
例题1
A
C
B
（3）力的作用点。
F
F0
可用一矢量表示F F = F F0
（定位矢量或固定矢量）
力的单位
N（大牛家好顿）、kN（千牛） 4
§2-1 约束和约束反力
自由体 —— 位移不受限制的物体。 非自由体 —— 位移受到限制的物体。
★ 约束：对非自由体的某些位移起限制作用的周围 物体称为约束。
★ 约束反力
约束对非自由体施加的力——约束反力
建筑力学
第二章 结构计算简图 物体受力分析
大家好
1
§2-0 刚体和力的概念
1. 刚体的概念
在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保 持不变。
刚体是抽象化的力学模型
基础力学I研究的物体都是刚体 刚体力学
静力学——刚体静力学
建筑结构的力学分析方法
建筑结构的力学分析方法建筑结构的力学分析方法是建筑工程领域中的重要基础理论之一，它通过对结构物所受力学作用进行分析，确定结构的承载能力和稳定性，为工程设计、施工和使用提供依据。
本文将介绍一些常用的建筑结构力学分析方法，包括受力分析、应力分析和位移分析等。
一、受力分析受力分析是建筑结构力学分析的基础，它通过对结构物受力情况进行研究，确定负荷的作用点、大小和方向。
常用的受力分析方法有静力分析和动力分析。
静力分析是指建筑结构在静止状态下所受的力学作用。
通过对结构物的几何形状和受力情况进行分析，可以计算出各个构件所受的内力和外力。
静力分析常用的方法有受力平衡法和受力分解法。
受力平衡法是根据力的平衡条件，通过分析力的合成与分解，确定结构物各个部分的受力情况。
受力分解法是将外力分解为垂直和水平方向的力，通过分析结构物在不同方向上的受力情况，来求解结构的内力。
动力分析是指建筑结构在受到动力荷载作用下的力学响应。
它主要应用于地震工程和风力工程中。
动力分析的方法有模态分析和响应谱分析。
模态分析是通过对结构物的振动模态进行分析，计算出各个模态的振型、振动频率和振动模态下的内力。
响应谱分析是通过结构物在地震或风荷载作用下的响应谱进行分析，计算出结构物在频率和幅值上的响应。
二、应力分析应力分析是建筑结构力学分析的重要内容，它通过对结构物材料的强度和变形特性进行分析，确定结构的强度和稳定性。
常用的应力分析方法有材料力学和有限元分析。
材料力学是通过应力-应变关系进行分析，计算出结构物在受力下的应力和应变。
常用的应力分析方法有轴力分析、弯矩分析和剪力分析。
轴力分析是研究结构物在受到轴向力作用时的应力分布和承载能力。
弯矩分析是研究结构物在受到弯曲力作用时的应力分布和承载能力。
剪力分析是研究结构物在受到剪切力作用时的应力分布和承载能力。
有限元分析是一种数值计算方法，它将结构物分解为有限个单元，利用数值计算的方法求解结构的应力和应变。
建筑结构的力学分析
建筑结构的力学分析在建筑设计和施工中，力学分析是一个至关重要的环节。
通过力学分析，我们可以评估建筑结构的稳定性、抗风抗震性能等方面，并确保建筑的安全可靠。
本文将以建筑结构的力学分析为主题，介绍其中的基本原理和方法。
一、力学分析的基础概念力学分析是研究物体受力及其变形规律的学科。
在建筑结构力学分析中，常见的基础概念包括载荷、应力、变形、强度等。
1.载荷载荷是指作用在建筑结构上的外力。
常见的载荷包括自重、风载、地震力、温度变化等。
根据实际情况，我们需要对这些载荷进行准确的估计和分析。
2.应力应力是物体内部受力分布的结果。
在建筑结构力学分析中，应力可分为压应力、拉应力和剪应力等。
通过应力分析，我们可以了解建筑结构在不同载荷下的受力情况。
3.变形变形是指物体在受力作用下发生的形状或尺寸改变。
建筑结构的变形可能会导致结构的破坏或失稳，因此需要对其进行准确的分析和控制。
4.强度强度是指物体抵抗外部力量破坏的能力。
在建筑结构中，强度分析是确保结构安全可靠的重要环节。
通过对材料的强度和结构的受力情况进行分析，可以评估结构的承载能力。
二、建筑结构力学分析的方法建筑结构力学分析的方法多种多样，常见的方法包括静力分析、动力分析和有限元分析等。
1.静力分析静力分析是建筑结构力学分析中最常用的方法之一。
通过分析物体在静力平衡条件下受力和变形的规律，可以得出结构的受力分布、应力状态等信息。
静力分析可以包括静力平衡方程的建立、受力构件的内力计算等步骤。
2.动力分析动力分析是研究物体在动力载荷作用下的受力和变形规律的方法。
在建筑结构力学分析中，动力分析常用于评估建筑结构的抗风抗震性能。
通过建立动力平衡方程和非静力平衡方程，可以分析结构受力响应、共振等问题。
3.有限元分析有限元分析是一种基于数值计算的力学分析方法。
通过将结构划分为有限个小单元，建立结构的刚度矩阵和质量矩阵，并利用适当的边界条件，可以得到结构的受力、变形等信息。
有限元分析是一种高效且准确的力学分析方法，在现代建筑设计中得到广泛应用。
建筑结构分析与设计的理论基础
建筑结构分析与设计的理论基础在建筑工程领域中，建筑结构分析与设计是一个至关重要的环节。
它涉及到对建筑物的承载能力、稳定性和安全性进行综合考虑和计算，以确保建筑物可以在设计寿命内正常运行。
本文将重点探讨建筑结构分析与设计的理论基础。
一、力学基础建筑结构分析与设计的理论基础之一是力学理论。
力学是研究物体的力学特性、运动规律和相互作用的学科，它包括静力学和动力学两个方面。
在建筑结构中，静力学是最基础的理论，它是研究建筑物在平衡状态下受力的学科。
静力学的基本原理包括平衡条件、力的合成和分解、受力分析等。
通过对建筑物受力进行合理的分析和计算，可以确保建筑物在承载设计荷载时不会发生力学失稳。
而动力学是研究物体在外力作用下的运动规律的学科。
在建筑结构设计中，动力学主要用于分析建筑物在地震、风力等外力作用下的响应和振动特性。
通过动力学的分析，可以为建筑物的抗震设计和振动控制提供依据。
二、材料力学材料力学是建筑结构分析与设计的另一个重要理论基础。
它研究材料在力的作用下的变形特性和破坏机理，为建筑结构的材料选择和计算提供依据。
常见的建筑材料包括混凝土、钢材、木材等。
它们的受力性能和特性不同，需要根据具体情况进行合理的选择和计算。
材料力学中的弹性力学、塑性力学和破坏力学等理论可以帮助工程师准确估算建筑材料的受力性能，从而保证建筑结构的安全性和稳定性。
三、结构力学结构力学是建筑结构分析与设计的核心理论基础之一。
它研究建筑物的力学特性和受力行为，为建筑结构的分析和设计提供方法和准则。
结构力学包括静力学和动力学两个方面。
在静力学领域，结构力学通过应力、应变和位移的计算，对建筑物受力状态进行分析和评估。
在动力学领域，结构力学通过模拟和计算建筑物在外力作用下的振动特性，为抗震设计和振动控制提供依据。
四、结构分析与设计方法建筑结构分析与设计的理论基础还包括各种结构分析与设计方法。
这些方法包括解析法、数值法和试验法等。
解析法是指通过数学公式和力学原理，直接推导出建筑结构的受力状态和变形情况。
高层建筑地震力学分析与减震措施
高层建筑地震力学分析与减震措施随着城市化进程的加速，高层建筑在现代城市中扮演着重要的角色。
然而，地震是一个可能威胁到高层建筑安全的自然灾害因素。
因此，高层建筑的地震力学分析和减震措施成为了设计和建造过程中必须重视的问题。
首先，我们来探讨高层建筑地震力学分析的重要性。
地震力学是研究地震引起的地面运动及其对结构物产生的影响的科学。
对于高层建筑而言，地震力学分析是评估建筑物在地震中的稳定性和安全性的关键步骤。
通过了解建筑物的地震行为和力学特性，工程师可以确定地震作用对建筑物的影响，并为设计和施工提供合理的指导。
高层建筑地震力学分析中的一个重要概念是地震响应谱。
地震响应谱描述了结构物在地震中所受到的加速度、速度和位移随时间变化的情况。
通过使用地震响应谱，工程师可以评估建筑物的地震性能，并确定是否需要采取额外的减震措施。
在高层建筑的地震力学分析过程中，减震措施无疑是一个关键的问题。
减震措施旨在减轻地震作用对建筑物产生的影响，提高建筑物的抗震能力。
一种常见的减震措施是使用隔震装置，例如基础隔震装置和结构隔震装置。
这些装置能够减少地震能量传输到建筑物的效果，从而减少地震对建筑物的损坏程度。
此外，混凝土结构的柔性设计也是一种常见的减震措施。
在设计过程中，考虑到混凝土的延性和塑性行为，可以在地震中吸收和分散地震能量。
这种设计方法不仅提高了结构的抗震能力，还使建筑物在地震中更加可靠和稳定。
不仅如此，高层建筑的结构的选择和施工过程也对抗震性能起着至关重要的作用。
通过选择适当的结构形式，如剪力墙、框架结构和钢结构等，可以提供更好的抗震性能。
此外，在施工过程中严格控制质量，确保施工工艺符合设计要求，也是确保建筑物抗震性能的关键。
要注意的是，高层建筑的地震力学分析和减震措施并不是一成不变的。
随着科学技术的进步和经验的积累，这些分析和措施也在不断演变和改进。
因此，工程师和设计师需要及时了解最新的研究成果和技术进展，并将其应用于实际的建筑设计和施工中。
建筑结构的力学分析与设计
建筑结构的力学分析与设计建筑结构是指在建筑物中起支撑和传递荷载作用的构件系统，它确保了建筑物的稳定性、安全性和可靠性。
在建筑结构的设计过程中，力学分析是至关重要的一环。
本文将探讨建筑结构力学分析与设计的相关内容。
一、引言建筑结构的力学分析与设计是建筑工程中不可或缺的环节。
通过力学分析，设计师可以更好地了解建筑物所受力的特点，并选择合适的结构形式和材料，从而保证建筑物在正常使用情况下能够安全稳定地承受所受力的荷载。
二、力学分析基础1.静力学基础静力学是力学的基础学科，它研究物体在平衡状态下的受力和力的平衡条件。
在建筑结构的力学分析中，静力学为我们提供了理解和解决力的平衡问题的方法和原则。
2.材料力学基础材料力学是研究材料在外力作用下的变形和破坏规律的学科。
建筑结构中常用的材料有钢材、混凝土等，了解材料的力学性能和强度参数对于力学分析和设计至关重要。
三、力学分析方法1.静力学方法静力学方法是建筑结构力学分析中最常用的方法之一。
通过建立受力物体的受力平衡方程和约束方程，利用力的平衡条件求解受力物体的受力状态。
2.有限元法有限元法是一种数值计算方法，适用于复杂的结构力学分析。
它将结构划分为许多小的单元，通过数值计算的方法求解每个单元的受力状态，从而得到整个结构的受力分布情况。
3.动力学方法动力学方法主要研究结构在受到动力荷载时的响应和振动特性。
通过建立动力学方程和相应的边界条件，可以计算结构的振动频率、振型和应力响应等。
四、设计流程1.确定荷载在力学分析与设计之前，首先需要确定建筑物所受的荷载。
荷载包括静态荷载和动态荷载，如自重、人员荷载、风荷载、地震荷载等。
合理的荷载估算是保证建筑结构安全性的前提。
2.选择结构形式根据建筑物的功能和使用要求，结合各种约束条件和限制因素，选择合适的结构形式。
常见的结构形式包括框架结构、悬索结构、拱结构等。
结构形式的选择与荷载特点、施工要求、经济性等因素密切相关。
3.模型建立和力学分析将建筑结构按照一定比例缩小为结构模型，并进行相应的边界条件的设定。
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。
高层建筑剪力墙力学性能的研究——连梁跨高比对双肢剪力墙动力特性的影响
通 过数 值分 析 讨论 连 梁 跨 高 比对 双 肢 剪 力墙 动 力 特 性 的
影 响。
一
一
、
ｈ —— — — —・一
ｄ
— —— — —— —一
１ 高 层建 筑双 肢剪 力墙 的简 化计 算
图 １ 示 为 双 肢 墙 的 几 何 参 数 ， 肢 可 以 为 矩 形 或 Ｔ形 所 墙
［ 作者简介 ］ 杜玉峰（９ ６～） 结构 工程专 业研 究生。 １８ ，
ｌ ３８
四川 建筑
第３ １卷 ６期
２ １ ．２ ０ １ １
－
工
。 毒 结 构 ｉ 程
・
的形状 、 尺寸 、 工况 条 件 、 料类 型 、 算 内容 等 进行 分 析 。 材 计 本 文 研 究 的结 构 类 型为 弹性 力学 平 面 应 力 问 题 ， 析 类 型 为 分 动力分析 ， 析内容为不规 Ａ ￣ 洞情况下剪 力墙 的频 率。 分 ｒ ｔ Ｉ＝ ｌ （） ２ 几何模 型建立 ： 几何模 型是对 分析 对象形状 和 尺寸 的描述 ， 又称几何求解域 。根据工 程实例 ， 对楼层 的墙体 ， 窗 洞等进行 简化处 理。
图 １ 双 肢 剪 力墙 简化 示 意
２ 双 肢剪 力墙 力学 性能 的有 限元分 析
２ １ 结 构 计 算 模 பைடு நூலகம் ．
截面， 但均 以形心线作为墙肢 的轴线 ， 连梁 一般取矩 形截面 。 利用连续连杆法计算双肢墙 内力和位移时 ， 基本假 定如下。 （） １ 将墙体 中每一层楼层处 的连梁简化 为在整个楼层 高 度上的连续杆 。即把双 肢墙 原仅 在楼层 标高 处通过 有 限个
【 文献标识码 】 Ａ
程 的需 要 而 设 的 。
建筑结构设计方法
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。
建筑结构力学的基本原理
建筑结构力学的基本原理建筑结构力学是建筑工程中非常重要的一门学科，它涉及到建筑物在各种力的作用下的力学行为和结构的稳定性。
在本文中，我将介绍建筑结构力学的基本原理，包括受力分析、静力学平衡、应力和变形等方面。
一、受力分析在建筑结构力学中，受力分析是最基本、最重要的一步。
通过受力分析，我们可以确定建筑物内外部的力和力的作用方向。
在进行受力分析时，需要考虑建筑物所受到的各种内力和外力，如重力、风力、地震力等。
通过分析这些力的作用，可以确定建筑物的受力状态。
二、静力学平衡静力学平衡是建筑结构力学中的基本原理之一。
根据静力学平衡原理，一个物体在静止或平衡状态下，必须满足合力为零和合力矩为零的条件。
对于建筑物来说，这意味着建筑物的各个部分受力平衡，不会出现倾覆或崩塌的情况。
三、应力和变形在建筑结构力学中，应力和变形是研究建筑物在受力作用下的基本原理。
应力是指物体受到力的作用而产生的内部分子间的相互作用力，它包括正应力和剪应力。
变形是应力作用下物体形状和尺寸的改变，包括线性变形和角度变形。
建筑结构力学的目的就是研究建筑物在受力作用下的应力分布和变形情况，以确保建筑物的结构安全可靠。
四、材料强度和刚度在建筑结构力学中，材料的强度和刚度是重要的基本原理。
材料的强度表示材料能够承受的最大应力，而刚度表示材料在受力下的抵抗能力。
建筑物的结构设计必须考虑材料的强度和刚度，以确保建筑物在受力作用下不会超出材料的承受能力。
五、结构稳定性建筑结构力学的最终目标是确保建筑物的结构稳定性。
结构稳定性是指建筑物在受力作用下保持平衡、不发生倒塌或崩溃的能力。
通过合理的结构设计和力学分析，可以保证建筑物在正常使用和极端情况下的结构稳定性。
总结：建筑结构力学涉及到建筑物在各种力的作用下的力学行为和结构的稳定性。
受力分析、静力学平衡、应力和变形、材料强度和刚度以及结构稳定性是建筑结构力学的基本原理。
通过理解和应用这些原理，可以确保建筑物的结构安全可靠。
高层建筑托柱转换结构力学特点的分析与比较
高层建筑托柱转换结构力学特点的分析与比较摘要：结合一栋高层建筑托柱转换层结构设计，通过结构分析计算，分析比较了空腹桁架式、普通桁架式及梁式三种转换结构方案的工作机理和力学特点。
分析表明，针对类似的转换结构工程实际，在进行转换层结构设计时，对于梁式转换结构方案可以直接取用高层建筑结构分析程序算出的构件内力进行设计；而对于采用普通桁架或空腹桁架转换结构方案时，应通过对转换结构的局部分析方能得到转换构件的详细内力。
工程设计中对于本文所述的节间杆长细比较小的托柱转换结构，建议分别采用杆系有限元模型和普通有限元模型两种分析方法进行局部转换结构的内力与变形分析。
除此以外，本文还提出了相应的设计建议，供设计人员参考。
文章旨在与同行互相交流、共同进步。
关键词：转换结构；力学分析；设计建议一、工程背景及转换结构方案某一高层建筑下部为框筒结构，上部为周边密柱空腹筒、中间核心实腹筒的筒中筒结构。
该建筑包括地下室2 层，地上38 层。
其中地上6 层为酒店，柱距为10.4m；第七层为转换层并兼设备层；7 层以上为办公楼，柱距改3.6m+3.4m+3.6m。
为了实现这种结构柱距的转换并考虑将来建筑功能的安排，可考虑包括梁式、空腹桁架式（不带斜腹杆）以及普通桁架式（带斜腹杆）三种转换结构方案。
在初选转换层构件尺寸时，先按梁式转换层方案进行结构整体计算（采用空间分析程序TBSA 或TAT），算出转换梁所受设计剪力V 后初步再按下式（1）估算转换梁的截面尺寸，从而进一步初选转换桁架杆件的截面尺寸。
考虑到转换层上部所承托框架柱的截面尺寸为1200mm ×1200mm，故各转换层构件的截面宽度取b =1200mm。
三种转换结构情况如图1 所示，本工程转换层构件的砼等级为C45。
下面就这三种转换结构的结构分析方法、各转换结构方案的受力机理与特点等进行计算分析比较。
V =0 .2f cbh式中：f c为转换构件砼抗压强度设计值，N/mm2；b、h为转换构件截面宽度和截面高度，mm。
建筑结构中的受力分析方法
建筑结构中的受力分析方法在建筑结构中，受力分析是一项至关重要的任务。
它通过对各种受力因素的深入研究和分析，来确保建筑物在正常使用和特殊情况下的安全性和稳定性。
本文将介绍建筑结构中常见的受力分析方法，并探讨它们的应用。
一、静力学方法静力学方法是最基础和常用的受力分析方法之一。
它假设结构在受力过程中处于静止状态，不考虑时间因素和动态影响。
静力学方法主要包括受力平衡方程和杆系分析。
1. 受力平衡方程受力平衡方程是基础的受力分析工具。
它根据牛顿力学定律，通过平衡力的大小和方向来描述结构的受力状态。
在受力平衡方程中，通常需要考虑外力、内力和支座反力等因素，以确保结构在各个方向上处于平衡状态。
2. 杆系分析杆系分析是一种将结构简化为杆件的方法。
它通过将复杂结构分解为杆件系统，并对每个杆件进行受力分析，来研究结构的整体受力行为。
杆系分析可以用于分析梁、柱、桁架等结构，并结合受力平衡方程进行综合分析。
二、有限元法有限元法是一种数值计算方法，广泛应用于复杂结构的受力分析。
它将结构划分为小的单元，并建立该单元与其相邻单元之间的力学关系方程。
通过求解这些方程，可以得到结构的受力分布情况。
有限元法的优势在于可以考虑结构的非线性和动态特性，并且适用于各种复杂边界条件和荷载情况。
在实际应用中，有限元法广泛用于建筑物的承载力分析、振动分析以及变形分析等方面。
三、弹性力学方法弹性力学方法是一种基于弹性力学理论的受力分析方法。
它假设结构具有线弹性行为，并通过弹性力学理论建立结构的受力方程。
弹性力学方法主要包括应力分析、弹性平衡方程和变形分析。
1. 应力分析应力分析是利用应力张量和变形张量来描述结构受力状态的方法。
它通过计算各个点的应力大小和方向，来研究结构的应力分布情况。
应力分析可以用于分析结构的强度和稳定性等关键参数。
2. 弹性平衡方程弹性平衡方程是基于弹性力学理论和受力平衡原理的方程。
它通过平衡结构的内力和外力，来确定结构的静态平衡状态。
建筑结构力学分析与模拟研究
建筑结构力学分析与模拟研究建筑结构力学分析与模拟研究一直是建筑工程领域中的重要研究方向。
通过模拟和分析建筑结构的力学特性，可以评估其安全性和可靠性，为设计师提供指引和决策依据。
本文将从力学分析和数值模拟两个方面来探讨建筑结构力学研究的意义和用途。
首先，力学分析是建筑结构设计的基础，能够评估建筑结构在承受荷载时的稳定性和强度。
通过应用静力学、动力学和弹塑性理论等基本原理，工程师可以计算出结构在各种外力作用下的内力和位移。
结构力学分析不仅可以用来评估建筑结构的可持续性和安全性，还能为优化设计提供参考和改进措施。
其次，数值模拟在建筑结构力学研究中起着至关重要的作用。
传统的解析解方法往往在复杂问题中失效，而数值模拟通过离散化、数值逼近和迭代计算等手段，可以模拟真实结构的行为和响应，并对其进行预测和分析。
有限元和有限差分方法是常用的数值模拟技术，可以用来模拟结构的非线性和动力特性。
通过数值模拟，研究者可以评估结构的破坏机制、动态响应和振动特性，为结构优化和改进提供依据。
在建筑结构力学研究中，还有一些特殊的问题需要特别关注，比如结构的动力特性和地震响应。
建筑结构在地震作用下的响应是一个复杂的问题，需要考虑结构的柔度、阻尼和地震波的特性。
通过力学分析和数值模拟，研究者可以评估结构在地震中的性能，提出结构抗震建设的建议和措施。
此外，建筑结构在风力作用和温度变化等外部环境因素下的响应也是研究的重点之一。
此外，建筑结构力学分析与模拟研究还可以应用于新材料和新技术的评估和应用。
随着科学技术不断进步，新材料和新技术的应用已经成为建筑领域的趋势。
然而，这些新材料和新技术的力学性能需要通过实验和数值模拟来评估，以确保其安全可靠。
力学分析和数值模拟可以帮助研究者探索新材料和新技术在建筑领域中的应用潜力，并设计更加可持续和创新的结构。
综上所述，建筑结构力学分析与模拟研究在建筑工程领域中具有重要意义和广泛用途。
通过力学分析，研究者可以评估结构的稳定性和强度，为设计提供可靠的依据。
建筑工程的结构力学分析
06
结论与展望
结构力学在建筑工程中的重要性
确保结构安全
结构力学分析能够评估结构的承载能力和稳定性，预防因结构缺 陷引发的安全事故。
结构优化设计方法
尺寸优化
根据结构承载能力和稳定性要求 ，优化各构件的尺寸，以达到最 佳的承载效果和最小的材料用量 。
形状优化
改变结构的形状，如梁的截面形 状、柱的高度等，以改善结构的 受力性能，提高稳定性。
拓扑优化
在给定的设计区域内，通过优化 结构的布局和连接方式，寻找最 优的结构形式。
结构可靠性分析
04
结构稳定性与优化设计
结构稳定性分析
静力稳定性分析
通过计算结构在静力作用下的反应， 评估其稳定性。包括对结构的支撑、 拉力、压力等进行分析，确保结构在 各种工况下都能保持稳定。
动力稳定性分析
考虑地震、风等动态因素对结构稳定 性的影响，通过模拟地震波、风载等 作用下的结构响应，评估结构的抗震 、抗风能力。
悬索结构的分析
悬索结构的定义
悬索结构是一种由一系列悬索和吊索 组成的结构形式，主要承受竖向和水 平荷载。
悬索结构的受力特点
悬索结构的受力特点是竖向荷载通过 吊索传递至锚固点，水平荷载则通过 悬索的弯曲变形传递。因此，悬索结 构的侧向刚度较小，容易产生侧向位 移。
悬索结构的分析方法
悬索结构的分析方法主要包括静力分 析和动力分析。静力分析主要研究结 构在恒载、活载和雪载等静力作用下 的内力和变形；动力分析主要研究结 构在地震、风载等动力作用下的响应 。由于悬索结构具有较大的弯曲变形 和振动特性，因此在进行静力分析和 动力分析时需要考虑锚固点和吊索的 约束条件。
建筑设计中的流体力学分析
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。
建筑知识：建筑结构分析中的力学原理及方法
建筑知识：建筑结构分析中的力学原理及方法建筑工程是人类文明的重要成果之一，而建筑结构分析则是建筑工程中不可或缺的关键环节。
建筑结构分析涉及的问题非常复杂，其中需要运用到很多力学原理和方法。
在本文中，我们将简要介绍建筑结构分析中的力学原理及方法。
一、静力学静力学是建筑结构分析中最基础的力学原理之一。
静力学是研究物体在静态状态下的受力和平衡的学科。
在建筑结构分析中，我们需要运用静力学的原理，来求解建筑结构在不同情况下的受力和平衡状态。
为了保证建筑结构的安全性，需要运用各种方法，来求解建筑结构所能承受的最大受力，以此来确定建筑结构的尺寸和材料。
二、杆件理论杆件理论是建筑结构分析中另一个重要的力学原理。
杆件理论是研究杆件在受力状态下的形变和破坏的学科。
在建筑结构分析中，我们需要运用杆件理论，来求解建筑结构中各种杆件的受力状态和变形情况。
通过这些计算，我们可以判断建筑结构中各种杆件是否满足安全性要求。
三、变形理论变形理论是建筑结构分析中另一个非常重要的力学原理。
变形理论是研究物体在受力状态下发生变形的学科。
在建筑结构分析中，我们需要运用变形理论，来求解建筑结构中各种组件的变形情况。
通过这些计算，我们可以判断建筑结构是否满足使用要求，并且可以在设计阶段优化建筑结构的设计方案。
四、梁理论梁理论是建筑结构分析中另一个非常常用的力学原理。
梁理论是研究梁在受力状态下的应力和变形的学科。
在建筑结构分析中，我们需要运用梁理论，来求解建筑结构中各种梁的受力状态和变形情况。
通过这些计算，我们可以判断建筑结构中各种梁是否满足安全要求。
五、板理论板理论是建筑结构分析中另一个非常重要的力学原理。
板理论是研究板在受力状态下的应力和变形的学科。
在建筑结构分析中，我们需要运用板理论，来求解建筑结构中各种板的受力状态和变形情况。
通过这些计算，我们可以判断建筑结构中各种板是否满足安全要求。
综上所述，建筑结构分析中需要涉及到很多力学原理和方法，如静力学、杆件理论、变形理论、梁理论和板理论等。
基于力学概念的超高层建筑结构设计及工程实践
基于力学概念的超高层建筑结构设计及工程实践超高层建筑，听到这个词，脑袋里首先跳出来的就是那些耸入云霄的大楼，像上海的明珠，广州的广州塔，或者说是那让人眼花缭乱的世界各地的摩天大楼。
说实话，看到这些建筑的时候，心里总是忍不住嘀咕：这可不是光靠砖头和水泥就能砌出来的啊，背后得有多少复杂的力学原理在支撑！超高层建筑不光是建筑设计的问题，背后有很多隐形的力量在起作用，这些力量决定了建筑能否稳稳地伫立在地球上，而这些力学概念，简直比高级数学还要让人头大。
我们说一下力学这个东西。
什么是力学？说白了，它就是研究力如何作用于物体的科学。
而建筑呢，尤其是超高层建筑，要经历的力可多了去了。
你想想，风吹雨打、地震摇晃，甚至人们的日常使用，都会对大楼产生各种各样的压力。
比如一阵狂风吹过，楼体就像一根弯曲的木棍一样被压弯了。
这个时候，如果设计不合理，大楼就可能会摇摇欲坠，岂不是吓死人。
所以，建筑设计师必须深知这些力的作用，知道如何通过合理的设计把这些力分散掉，让建筑稳如老狗。
我们可以打个比方：你拿个棒棒糖，放在桌子上轻轻一压，棒棒糖就会塌下去。
这是因为没有合适的支撑点。
但是，如果你把这个棒棒糖放在一个坚固的底座上，那不管你怎么按，它也不会轻易变形。
这就是结构设计的核心所在：如何让建筑的每一部分都有坚实的支撑，抵抗外界的各种压力。
对于超高层建筑来说，支撑的方式就更加复杂了，不仅要有坚固的基础，还得在每层楼之间通过巧妙的设计来分配力的传递。
楼上层的压力要经过中间层，最终通过基础把力传递到地面。
每个环节都不能出差错，一旦有了漏洞，整个结构就会出问题。
这些力有时候不是单纯的垂直压下来的，还会有水平的力量。
想象一下，你站在摩天大楼的高处，外面刮起了一阵大风。
那股风对建筑的冲击可不止是上下压，而是左右摇晃，甚至前后晃动。
为了避免这种摇晃，设计师们通常会在大楼的结构中加入一些“抗风墙”或者“大梁”，这些就是为了抵抗风力而设计的“防护装备”。
建筑力学论文
建筑力学论文摘要本文主要探讨了建筑力学在建筑设计和施工中的应用。
建筑力学是研究建筑的力学性能和结构行为的学科，通过建筑力学的分析和计算，可以优化建筑设计方案，确保建筑结构的安全和可靠性。
本文介绍了建筑力学的基本概念和原理，并通过具体案例分析，说明了建筑力学在实际工程中的应用和意义。
1. 引言建筑力学是研究建筑结构受力情况和结构行为的学科，它主要关注建筑物的力学特性和设计。
在建筑设计过程中，通过建筑力学的计算和分析，可以确定建筑物的荷载分布、结构材料的选用以及结构的稳定性等问题。
建筑力学的研究不仅有助于优化建筑设计方案，还能够保证建筑物的安全和可靠性。
本文将从建筑力学的基本概念开始介绍，然后通过具体案例分析建筑力学在建筑设计和施工中的应用。
2. 建筑力学的基本概念建筑力学主要包括静力学、弹性力学、塑性力学等基本概念和原理。
静力学是研究物体在平衡状态下受力情况的学科，包括受力分析、平衡方程等内容。
弹性力学是研究物体在受力作用下产生的变形和应力分布规律的学科，考虑材料的弹性特性。
塑性力学是研究物体在受力作用下发生塑性变形的学科，考虑材料的塑性特性。
建筑力学的研究还涉及到结构形式和荷载分析等内容。
结构形式是指建筑物的结构形式，如梁、柱、墙等。
荷载分析是指建筑物承受的荷载类型和大小的分析，包括静态荷载和动态荷载等。
3. 建筑力学在建筑设计中的应用建筑力学在建筑设计中起着重要的作用。
首先，在建筑设计初期，建筑力学可以对建筑物的受力和变形情况进行预测和分析，帮助确定合理的结构形式和材料选用。
通过建筑力学的计算，可以优化建筑设计方案，确保结构的安全性和经济性。
其次，在建筑施工阶段，建筑力学可以指导施工过程中的各项工作。
例如，在梁柱的施工中，建筑力学可以提供梁柱的荷载分布和稳定性分析，确保梁柱的承载能力满足设计要求。
在墙体施工中，建筑力学可以分析墙体的受力情况，指导墙体施工过程中的操作和加固措施。
4. 建筑力学在实际工程中的应用案例分析为了说明建筑力学在实际工程中的应用和意义，本文以一个建筑物的结构设计为例进行案例分析。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
器 (ordinary deferential equation solver)，功 能 限元的分析方法
和加拿大规范，在设计超高层建筑时，要求选
很强，尤其自适应求解，可以满足用户预先对
有限元，特别是杂交元和非协调元的发 择适当的地震波，进行直接动力分析。
解答精度所指定的误差限。我国清华大学包 展，促进了分区广义变分原理的研究。清华大
在考虑楼板变形影响，采用并列多质点计算
到一定高度时，侧向位移很大，所以水平荷载
样条函数是分段多项式的一种，与一般 模型的方法也在研究中，也有一些研究考虑
产生的侧移和内力是确定结构体系、材料用 有限单元法相比，它的位移模式曲线拟合度 了基础的平移和转动，将土体、基础和上部结
量和造价的决定因素。高层建筑结构的设计 好、连续性及通用性强，系数矩阵稀疏、计算 构共同考虑的耦合振动也取得成果。近年来
建筑结构分析中成功地运用此方法，具有独 应力函数作为基本未知量，而区交界面通过 剪力墙的最优数量和最优布置是优化设计在
到之处。
引入附加的能量项在积分意义下满足位移和 高层建筑结构中应用的第一个课题。
袁教授利用有限元技术，并借助能量泛 力的连续条件，从而保证了收敛性，最后通过
有学者认为，在框架剪力墙高层建筑中，
但是目前对采用时程法仍有不同看法，
学分析是高层建筑结构设计的重点。就现代 了应用，以三次 B 样条子域法为例分析开洞 要采用大型高速计算机，典型地震波本身不
高层建 个子域，作子域分 一定代表要发生的真正地震，因此在研究时
论述。
析，建立子域刚度矩阵和荷载列阵，然后对结 程法同时，一些简化的近似方法也应加以进
函的变分，将控制的偏微分方程半离散化为 取总能量泛函为驻值建立分区混合有限元法 剪力墙刚度不是愈大愈好，而是有一个合适
用结线函数表示的常微分方程组，然后用高 基本方程。
的刚度，这个观点现在被愈来愈多的人所接
质量的常微分方程求解器直接求解，即有限
用分区混合有限元法具有适应性强、分 受；该文是在分析剪力墙刚度与地震作用相
从理论上讲，这种方法有不少优点，如能 社,2006-01.
的结构体系，采用有限条法很有效。有限条法 够发现结构的薄弱环节，对结构的变形、延性 [2]高层建筑结构方案优选[M].中国建筑工业
只需沿着某些方向采用简单多项式，其它方 的分析比较符合实际，预计的破坏形态与实 出版社,1996-06.
向则为连续、可微、且事先满足条端边界条件 际震害比较接近等. 但这种方法的前提条件
元线法。这是一种具有吸引力和竞争性新方 区灵活，能保证收敛性，用于计算框支剪力墙 互内在关系的基础上，把确定框架剪力墙高
法，该方法解一般力学计算问题已取得了良 和托墙梁结构，以及框支剪力墙角区应力集 层建筑结构在地震作用下剪力墙合适刚度问
好结果。包世华教授把这种半解析-微分方程 中这个工程计算中感到棘手的问题，可见分 题归结为结构优化设计问题，建立了确定剪
是靠刚度支配而不是结构材料的强度，而刚 量小，且具有紧凑、收敛，完备和稳定等方面 考虑扭转振动，斜向输入双向地震波的动力
度的大小取决于结构体系。因此，如何选择经 特征。因此，计算结果与试验结果吻合良好， 分析法也取得了进展。
济而有效的结构体系，并对它进行有效的力 不失为一种较好的方法，在高层建筑中得到
半解析法是解析与离散相结合的方法， 结构，考虑结构的弹塑性性能，依据结构弹塑 严谨地解决了这个问题，建立的确定剪力墙
它以数学力学的方法大大减少有限元方程组 性恢复特性建立动力方程，用逐步积分法直 最优刚度的数学模型是合理的，得到剪力墙
的阶数，能避免有限元“过分”计算，而且能防 接求出地震过程中位移、速度和加速度的时 数量是最省的，证明了该方法有广阔的应用
问题若完全用离散化方法求解，其计算量都 杂交元法之后的新方法，它将弹性体分成势 析、检验，而进入主动“设计”。因而对于一定
是极其巨大，用微分方程求解器法求解，因其 能区和余能区，势能区采用位移单元，以结点 的空间要求，高层建筑结构的优化设计应以
方程组数目少，显示出极大的优越性，在高层 位移为基本未知量；余能区采用应力单元，以 最小重量产生最大刚度，框架剪力墙结构中
随着建筑业的高速发展，我国高层建筑 位移函数是提高精度、简化计算的三个关键， 人工随机地震波作为输入地震波取得很大进
数量也越来越多。高层建筑的侧移和内力随 对此国内外已有一些研究，关于分条模式和 展。结构的计算模型，用的更多是层模型。现
着结构高度增加而急剧增加，当高层建筑达 位移函数，提出了一些研究成果。
的级数。在采用有限条法时，合理地选择结构 与实际较难符合，如需要拟建场地实际强震
计算摸型，等效连续体的物理常数和条元的 记录，实际上很难收集到。最近，国内外研究
中国新技术新产品 -163-
止有限元法中经常遇到计算污染 (即病态方 程变化，从而能够描述结构在强震作用下，在 前景。
程组)，引起计算结果恶化。
弹性和非弹性阶段的内力变化，以及结构构
参考文献
在高层建筑中，经常会遇到几何形状和 件逐步开裂、屈服、损坏直至倒塌的全过程。 [1]周坚.高层建筑结构力学[M].机械工业出版
物理特性沿高度方向比较规则的情况，这样
1 基于常微分方程求解器的分析方法 构进行整体分析，获得样条结点参数，进而求 一步研究。不管怎样，当今的趋势，各国在抗
对高层建筑结构分析，现在国内外学者 出结构的位移和内力。
震规范修订本或修订草案中，正越来越多要
已经开发研制了相当有效的常微分方程求解
3 基于分区广义变分原理与分区混合有 求作直接动力分析。除了日本和美国外，印度
种方法将会更加完善。
从 1978 年以来，高层建筑结构弹塑性动 的度量指标，由于这种观点能够紧紧抓住问
2 基于有限条法和样条函数法的分析方 力分析(亦称时程法)的研究和应用在我国迅 题的本质，用目前仍处于研究和开发阶段的
法
速发展。这种方法是将地震波记录直接输入 建筑结构优化设计进行研究，从理论上比较
求解器方法（有限元线法）应用到高层建筑筒 区混合有限元法在高层建筑结构分析中有着 力墙最优刚度的数学模型：第一次提出了与
体结构的静力、动力和稳定分析中也取得了 广泛应用的前景。
日本人不同的度量指标，提出了以单位建筑
初步的成果。相信通过逐步的实际检验证，这
4 高层建筑结构弹塑性动力分析方法 面积上剪力墙惯性矩作为高层房屋不致破坏
5 基于最优化理论的结构分析方法
世华教授和袁驷教授在高层建筑结构分析中 学龙驭球教授在分区混合广义变分原理基础
结构最优化设计是把数学上最优化理论
应用此方法，解决了高层建筑结构考虑楼板 上提出了分区混合有限元法。基于分区广义 结合计算机技术应用于结构设计的一种新型
变形时静力计算、动力计算和稳定计算。这些 变分原理的分区混合有限元法是继位移法、 设计方法。它的出现，使设计者能从被动的分
建筑技术
中国新技术新产品 2010 NO.3
China New Technologies and Products
高层建筑结构力学分析
张桂莲 （哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150000）
摘 要：目前，高层建筑结构力学分析还是停留在利用现有的计算理论进行被动设计的阶段，不能从根本上满足未来高层建筑朝着 技术功能先进和艺术完美相结合的方向发展。因此，对高层建筑的结构力学分析需要实践来改进和发展，并以此促进高层建筑结构 的不断完善。本文分析了现代几种高层建筑结构力学的分析方法，包括常微分方程求解器法、有限条法和样条函数法、基于分区广义 变分原理与分区混合。 关 键 词 ：高层建筑；结构力学；分析方法