高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的進(jìn)展

吳少立

（陜西煤業(yè)化工國(guó)際物流有限責(zé)任公司舟山分公司 陜西西安 710026）

前言

事實(shí)上，從20世紀(jì)70年代后期開(kāi)始，涉及高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力等分析工作就開(kāi)始在我國(guó)大范圍地布置拓展，其主張基于地震波和結(jié)構(gòu)彈塑性恢復(fù)等特征進(jìn)行完善的動(dòng)力方程創(chuàng)建，隨后借助逐步積分方式將地震期間結(jié)構(gòu)位移、速率、加速度等時(shí)程變化予以精準(zhǔn)化演算，保證全面性描述結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震狀況下的彈性、非彈性內(nèi)力變化規(guī)律基礎(chǔ)上，客觀性梳理不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)部件開(kāi)裂、損壞、倒塌的實(shí)際動(dòng)態(tài)流程。盡管說(shuō)這類(lèi)方式保留可以準(zhǔn)確分析結(jié)構(gòu)變形和延性狀況、及時(shí)鎖定結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)等優(yōu)勢(shì)，但是卻不能全面收集到有關(guān)強(qiáng)震記錄，并且高效率地完成擬建場(chǎng)地任務(wù)。為了確保日后及時(shí)篩選出既經(jīng)濟(jì)又安全可靠的結(jié)構(gòu)體系，選擇針對(duì)當(dāng)下我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析進(jìn)展?fàn)顩r予以細(xì)致性解析，顯得十分的必要。

1 分區(qū)廣義變分原理和分區(qū)混合有限元的分析

包括雜交元和非協(xié)調(diào)元等不同類(lèi)型的有限元在內(nèi)，對(duì)于分區(qū)廣義變分原理深入性解析有著不可小覷的影響作用。如有關(guān)技術(shù)人員可以確保憑借分區(qū)混合廣義變分原理進(jìn)行分區(qū)混合有限元法創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，之后依照位移和雜交元法等處理程序，將彈性體順勢(shì)劃分出勢(shì)能和余能兩類(lèi)結(jié)構(gòu)區(qū)域。其中前者主要沿用位移單元，并利用結(jié)點(diǎn)位移作為基礎(chǔ)性的未知量；而后者則主張配合應(yīng)力單元，將應(yīng)力函數(shù)轉(zhuǎn)變成為基礎(chǔ)性的未知量。隨后向區(qū)交界面添加不同類(lèi)型的能量項(xiàng)，保證迎合積分意義下的位移和力的連續(xù)性要求之后，彰顯出必要的收斂性，最終順利地將總能量泛函為駐值，并形成以分區(qū)混合有限元法為核心的基礎(chǔ)性方程。這類(lèi)處理方式對(duì)于以不同特征分區(qū)混合形成的結(jié)構(gòu)問(wèn)題來(lái)講十分適用。如底層作為框架框支剪力墻問(wèn)題，就屬于構(gòu)造分區(qū)行列當(dāng)中，此時(shí)技術(shù)人員要保證針對(duì)應(yīng)力梯度較大的區(qū)域匹配應(yīng)力單元，在應(yīng)力梯度較小的部分設(shè)置位移單元，保證它們彼此發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)之后，配合較疏的網(wǎng)絡(luò)獲取更高的精度。

2 微分方程求解器方式的研究使用

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，不單單要加大對(duì)離散方式的推廣應(yīng)用力度，同時(shí)還要同步開(kāi)發(fā)高超的解析與半解析技法，主要原因就是離散方式通常需要經(jīng)歷繁瑣的演算流程，而對(duì)于高層建筑的解析法我國(guó)已經(jīng)做足了準(zhǔn)備工作且擁有良好的適應(yīng)基礎(chǔ)。但是因?yàn)榉N種現(xiàn)實(shí)因素作用，包括微分方程解讀困難、結(jié)構(gòu)體系愈加繁瑣等現(xiàn)象，使得計(jì)算模型也變得愈加復(fù)雜起來(lái)。截至至今，西方發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始設(shè)計(jì)出一類(lèi)實(shí)效性較強(qiáng)的常微分方程求解器，其擁有較強(qiáng)的自適應(yīng)求解能力之外，更能夠集中保障解答結(jié)果的精度。如技術(shù)人員選擇在高層建筑結(jié)構(gòu)分析活動(dòng)中沿用上述技術(shù)方式之后，便很好地處理了樓板變形情況下的精力、動(dòng)力、穩(wěn)定性演算任務(wù)，須知這一系列問(wèn)題倘若持續(xù)沿用傳統(tǒng)的離散化方式進(jìn)行解答，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模的計(jì)算量，而經(jīng)過(guò)微分方程求解器融入之后，則能夠令方程組數(shù)快速減少，順勢(shì)加快高層建筑結(jié)構(gòu)分析工作的整體進(jìn)展速度。

3 結(jié)構(gòu)最優(yōu)化理念的認(rèn)證和推廣

結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，顧名思義，就是基于數(shù)學(xué)領(lǐng)域中的最優(yōu)化理論和更加高端的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一類(lèi)創(chuàng)新式設(shè)計(jì)手法，其一改以往設(shè)計(jì)主體長(zhǎng)期被動(dòng)分析和檢驗(yàn)的尷尬狀況，相應(yīng)地賦予他們更多的主動(dòng)權(quán)開(kāi)展相關(guān)設(shè)計(jì)活動(dòng)，并且主張憑借最小重量來(lái)?yè)Q取最大剛度，進(jìn)一步高水準(zhǔn)地開(kāi)展高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。在該類(lèi)研究項(xiàng)目中，第一類(lèi)課題內(nèi)容便是框架剪力墻數(shù)量的合理確認(rèn)和布置形式的妥善規(guī)劃，畢竟剪力墻剛度并非越大越好，必須要做到適當(dāng)，基于此，相關(guān)技術(shù)人員須集中性地解讀剪力墻剛度和地震作用的關(guān)聯(lián)特征前提下，創(chuàng)建剪力墻最優(yōu)剛度的數(shù)學(xué)模型，并且將剪力墻慣性矩作為高層建筑不至于被破壞的全新度量指標(biāo)。正因?yàn)檫@類(lèi)理念可以牢牢把握問(wèn)題的本質(zhì)，合理確認(rèn)剪力墻的數(shù)量，其應(yīng)用前景也變得愈來(lái)愈廣闊，許多技術(shù)人員開(kāi)始基于此分析認(rèn)證框架柱軸向變形、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形、剪力墻自身基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)等要素對(duì)剪力墻最優(yōu)剛度的影響，相繼獲得一系列可信的結(jié)論。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的進(jìn)展內(nèi)容，著實(shí)繁瑣，希望日后有關(guān)技術(shù)人員能夠在適當(dāng)汲取筆者意見(jiàn)的同時(shí)，結(jié)合豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)予以補(bǔ)充調(diào)試。長(zhǎng)此以往，為我國(guó)高層建筑安全穩(wěn)定性提升，以及整個(gè)建筑事業(yè)可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展等，提供不竭的支持服務(wù)動(dòng)力。

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