树状结构形态分析及其水平地震响应研究

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1、同济大学硕士学位论文树状结构形态分析及其水平地震响应研究姓名：徐荣申请学位级别：硕士专业：土木工程指导教师：姚亚雄20050501摘要树状结构作为仿生建筑的一支，近年来逐步进入人们的视野。随着国外出现众多具有代表性的树状建筑，学者们对它们进行了静力条件下的研究，而对其形态方面的优化分析和动力响应研究则较少。在建筑设计阶段，树状结构形态的确立具有重要的意义，所得的结构既要符合力学要求，又要满足使用功能和经济要求，这就要求设计者了解如何对树状结构的形态进行分析。另外，对典型树状结构进行水平地震作用下的响应研究有助于让我们进一步认识树状结构的薄弱

2、环节，为它的结构设计、施工和维护打下基础。本文阐述了树状结构形态分析的方法和遵循的原则，进而引入了可以优化结构形态的ESO方法，介绍其优化原理、步骤和具体实例，此外还利用有限元程序ANSYS对单层树状结构进行两方面的优化分析：一是以用钢量最小为目标，实现经济性；二是以设计强度为目标，实现受力合理化。这些都是为了确立树状结构的形态所做的一些尝试。本文根据树状结构水平地震作用下的响应研究所需要的动力理论，包括弹塑性分析方法、地震波的选择和调整、树状结构所需的力学分析模型、材料非线性分析的基础、自振特性、动力方程的求解方法和结构阻尼的确定等，结合

3、工程实例对树状结构进行分析，包括三个算例：第一是候机楼的三层树状结构模型，分别进行了在沿x方向和Z方向的水平地震作用下的响应研究，分析节点位移和单元应力的变化与分布：第二是以ESO方法设计出来的具有双层树状结构的艺术中心，用ANSYS程序建立模型，分析它在静力和动力作用下的响应，验证双层树状结构设计的可行性；第三是用作雨蓬的单层树状结构，研究其在罕遇双向地震作用下的弹塑性响应，分析细长树枝的整体稳定。关键词：树状结构形态分析水平地震作用有限元弹塑性分析ABSTRACTTreestructureshavecomeintosightstepby

4、stepasoneofthebionicstructuresinrecentyears．Scholarshaveresearchedthemunderthestaticloadsalongwiththeappearanceofmanytypicaltreestructures，buttheresearchaboutmorphologyanalysisanddynamicresponseisless．Intheprocessofarchitecturaldesign，themorphologyestablishmentoftreestruct

5、ureshastheimportantmeaning,whichnotonlyaccordswiththemechanicsbutalsosatisfiesusefunctionandeconomicrequest，Ontheotherhand，theresponseresearchoftreestructuresunderthehorizontalearthquakeactionisofbenefittoUStoulteriorlyknowtheunsubstantialpartofthem，whichisreadyforthestruc

6、turaldesign，constructionandmaintenance．Inthethesis，themethodandprincipleofmorphologyanalysisarcdiscussed，andtheESOmethodofoptimizingthemorphologyismentioned．Thefiniteelementprogramansysisusedtooptimizethemonolayertreestructurefromthetwosides：onesideistorealizeeconomywithth

7、etargetofthesmallestuseofsteel；othersideistorealizemechanicalrationalizationwiththetargetofthedesignintensity．Allofthisarethetryfortheshapeestablishmentoftreestructures．Basedonthedynamictheoriesabouttheresponseresearchoftreestructuresunderthehorizontalearthquakeaction，incl

8、udingthemethodofelasticandplasticanalysis，thechoiceandadjustofearthquakewave，mechanicalmo