复杂建筑结构计算分析探析

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1、复杂建筑结构计算分析探析摘要：随着建筑高度的不断增加、建筑功能的更加多元化、以及建筑造型美观的不断拓展，建筑体型越来越新颖别致，使得现代建筑结构也越来越复杂。这些复杂建筑的大量涌现，其结构一般都是不规则的，有些是特别不规则的，从而使结构设计遇到了更多难点，因此对结构工程师也提出了更多的要求。计算分析是现代建筑结构设计中至关重要的一部分，随着高性能的计算机的出现和高效率数值方法的发展，也为各种复杂结构的准确分析和设计提供了可能。关键词：复杂结构：静力分析；反应谱分析；时程分析:弹塑性分析；施工模拟中图分类号：TU31文献标识码：B文章编号：1008-0422(2007)03-0082-0

2、4收稿日期：2006-12-12作者简介：王华林(1977-),男(汉族)，一级注册结构工程师，工学硕士。1前言自20世纪80年代开始，特别是90年代及21世纪初，一批现代建筑以全新的面貌呈现在人们面前，随着建筑高度的不断增加、建筑功能的更加多元化、以及建筑造型美观的不断拓展，建筑体型越来越新颖别致，建筑师们设计出了许多体型复杂、内部空间多变的建筑，使得现代建筑结构也越来越复杂。这些复杂建筑的大量涌现，其结构一般都是不规则的，有些是特别不规则的，从而使结构设计遇到了更多难点，因此对结构工程师也提出了更多的要求。结构工程师们也发挥了自己的创造才能，为实现这些复杂建筑，从而陆续产生了许多能

3、适应建筑师创新意识的多种复杂结构形式。计算分析是现代建筑结构设计中至关重要的一部分，对于复杂建筑，计算分析更是结构设计中的重中之重。通过现已建成的大量复杂建筑，我们虽然具有了一定的理论基础和试验研究作为依据，但经受过强烈地震作用检验的结构并不多，因此，我们需要依靠计算分析对结构的抗震性能进行尽可能准确的模拟，确保结构安全，也避免因盲目造成的浪费。随着高性能的计算机的出现和高效率数值方法的发展，也为各种复杂结构的准确分析和设计提供了可能。2复杂建筑的结构体系复杂建筑结构主要包括复杂高层建筑结构、大跨度空间结构和其它复杂建筑结构。这些结构可以采用钢筋混凝土结构、钢结构或者钢一混凝土混合结构

4、。复杂高层建筑结构可以分为带转换层高层建筑结构、带加强层高层建筑结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构、竖向收进和悬挑结构、平面不规则结构和其他两种或多种复杂性相结合的复杂结构。各种不同的复杂结构形式除了共同具有地震反应复杂之外，各自都还有着不同的受力特点。带转换层的复杂高层建筑，由于竖向构件上下不连续，通过转换构件实现上下竖向构件的过渡，有些建筑通过转换构件实现建筑造型的收进和外挑，带转换层结构属于竖向刚度突变及竖向构件不连续的不规则体系。带转换层结构体系中转换构件以及和转换层关联的竖向构件受力复杂。带加强层高层建筑结构，往往是框架一核心筒结构或巨型外框一内筒结构，根据需要在不同高度设

5、置若干个加强层，以提高整体结构的侧向刚度。带加强层结构体系往往在加强层及附近楼层，由于结构刚度和内力均发生突变，内力相对复杂。试验研究表明，平面规则的错层剪力墙结构使剪力墙形成错洞墙，结构竖向刚度不规则，对抗震不利，但对抗震性能的影响不是十分严重：平面布置不规则、扭转效应显著的错层剪力墙结构对抗震性能影响严重。错层框架或框架一剪力墙结构的抗震性能比错层剪力墙结构更差。竖向构件包括框架、剪力墙受力复杂。连体结构由两栋或几栋建筑之间设置架空连接体而形成。连接体的跨度因建筑需要不等。连接体与主体结构的连接一般采用刚性连接，也有少数做成柔性连接的。连体结构竖向刚度突变，结构扭转效应大，且竖向与

6、水平地震组合作用对连接体及其附近主体结构有不利影响，受力复杂。多塔结构就是在一个大底盘上部有多个塔楼的建筑。多塔楼结构振型复杂，且高阶振型对结构内力的影响大，当各塔楼质量和刚度分布不均匀时，结构扭转振动反应大，高阶对内里的影响更为突出。当在大底盘设置转换层时，地震反应和受力更为复杂。因建筑造型和功能的需要，建筑沿竖向收进的情况是经常的；悬挑结构则较为少见，世界上悬挑结构并不多，该结构体系竖向刚度突变，高振型影响较大，竖向地震作用反应明显，且对主体部分会附加较大的倾覆弯矩。主受力的竖向构件、水平构件和悬吊构件受力复杂。平面不规则结构分三种情况：平面形状不规则、抗侧力构件布置不规则和楼盖连

7、接薄弱。平面不规则结构在地震作用下扭转效应大，部分楼盖整体性和承载力较差，某些部位应力集中，非线性变形较大，薄弱部位较多，受力复杂。其它复杂结构主要是不同复杂结构的组合，这些复杂结构的复杂性不言而喻。大跨度结构因为公共建筑、体育场馆、机场等对建筑内部大空间的需求而产生。主要有大跨度桁架（张弦梁）结构、网架结构、壳体结构、索膜结构以及各种可以形成大空间的创新结构体系。这些结构一般对地震、温度、风荷载反应强烈，且可能由于局部构件或者局部受力较大的部