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年代后期開始，涉及高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力等分析工作就開始在我國大范圍地布置拓展，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，客觀性梳理不同類型結(jié)構(gòu)部件開裂、損壞、倒塌的實(shí)際動態(tài)流程。盡管說這類方式保留可以準(zhǔn)確分析結(jié)構(gòu)變形和延性狀況、及時鎖定結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)等優(yōu)勢，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地任務(wù)。為了確保日后及時篩選出既經(jīng)濟(jì)又安全可靠的結(jié)構(gòu)體系，選擇針對當(dāng)下我國高層建筑結(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)元等不同類型的有限元在內(nèi)，對于分區(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，將彈性體順勢劃分出勢能和余能兩類結(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。這類處理方式對于以不同特征分區(qū)混合形成的結(jié)構(gòu)問題來講十分適用。如底層作為框架框支剪力墻問題，就屬于構(gòu)造分區(qū)行列當(dāng)中，此時技術(shù)人員要保證針對應(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，不單單要加大對離散方式的推廣應(yīng)用力度，同時還要同步開發(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，而對于高層建筑的解析法我國已經(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。截至至今，西方發(fā)達(dá)國家開始設(shè)計(jì)出一類實(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、動力、穩(wěn)定性演算任務(wù)，須知這一系列問題倘若持續(xù)沿用傳統(tǒng)的離散化方式進(jìn)行解答，勢必會產(chǎn)生大規(guī)模的計(jì)算量，而經(jīng)過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)的一類創(chuàng)新式設(shè)計(jì)手法，其一改以往設(shè)計(jì)主體長期被動分析和檢驗(yàn)的尷尬狀況，相應(yīng)地賦予他們更多的主動權(quán)開展相關(guān)設(shè)計(jì)活動，并且主張憑借最小重量來換取最大剛度，進(jìn)一步高水準(zhǔn)地開展高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。在該類研究項(xiàng)目中，第一類課題內(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@類理念可以牢牢把握問題的本質(zhì)，合理確認(rèn)剪力墻的數(shù)量，其應(yīng)用前景也變得愈來愈廣闊，許多技術(shù)人員開始基于此分析認(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)動等要素對剪力墻最優(yōu)剛度的影響，相繼獲得一系列可信的結(jié)論。

4 結(jié)語

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)汲取筆者意見的同時，結(jié)合豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)予以補(bǔ)充調(diào)試。長此以往，為我國高層建筑安全穩(wěn)定性提升，以及整個建筑事業(yè)可持續(xù)競爭發(fā)展等，提供不竭的支持服務(wù)動力。

[1]李 偉.高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)探討[J].黑龍江科學(xué)，2013，16（12）：88～95.

[2]高文君.高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方法探析[J].黑龍江科技信息，2013，17（06）：71～77.

[3]畢冉升.對現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方法的探討[J].科學(xué)中國人，2014，22（20）：149～153.