抗震建筑结构研究方法

《抗震建筑结构研究方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、抗震建筑结构的研究方法一．引言我国的国民经济建设正以惊人的速度突飞猛进向前发展，对于各种新型的工业与民用建筑结构的需求更是日甚一日。新型的各种高层结构作为近代建筑工程度发展方向已是大势所趋，然而，对这种新型建筑结构的静力与动力性能的研究还很薄弱，尤其是许多动力问题尚待深入研究。如地震作用将会对各种结构造成令人不可想象的破坏，因此应加强对各种类型的建筑结构进行静力或各种动力及抗地震反应研究。国内外科研人员先后分别采用的主要研究方法有：力法、位移法、糖葫芦串法、有限差分法、有限单元法、试验法、混合法，还有一些由这些方法衍生出来的方法。但这些方法都存在严重的不足离真正向建筑结构的实际

2、动力及地震反应的变形状态及特性尚有着相当大的差距，因此进一步深入研究建筑结构的动力和抗震问题有着十分重要的意义。二．方法综述各种类型的建筑结构，其构造是复杂多样的，节点往往是刚结的，都属于高次超静定的三维空间结构体系，其动力与地震反应分析和研究以及试验与计算都是非常复杂的，不论采用那种方法都有相当大的难度。1力法力法是国内外长期沿用的一种较为繁杂的传统的研究方法。力法以多余未知力为基本未知量，多余未知力的数目为结构的超静定次数；力法所利用的基本体系是从原结构中去掉多余的联系，并以未知力来代替多于联系的静定体系；力法的基本方程表示基本体系恢复到原结构的条件和基本体系沿每一多余未知

3、力方向的位移为零；力法体现了建筑结构的变形连续条件。力法的应用效果评论：高而庞大的构造复杂多样的各种类型的建筑结构都属于三维空间体系，只有将三维力系简化为二维后才能应用力法，且仍要得出高阶线性方程组。对这些现行方程组的求解或计算相当麻烦，并且还很可能难于实现，还必须进行大量的简化处理，这就失去了结构变形的真实特性与特征，失去了结构动力分析的可靠性和真实意义。2位移法位移法也是长期沿用的既复杂繁琐而有传统经典的一种方法。位移法以独立的节点位移为基本未知量，独立的节点位移数目与超静定次数无关；位移法所用的基本体系是从原结构中沿独立位移方向添加约束并引入未知位移而得到的体系，在体系中

4、各杆都变成两端固定的构件，无论是由于结点的单位位移或由于荷载作用，杆端的弯矩都可以由转角位移方程来确定；位移法方程表示基本体系每一附加约束处的反力为零；位移法体现了静力或动力的平衡条件。位移法效果评论：与力法有着相同和相似的结论。3糖葫芦串方法糖葫芦串方法是一种沿用较久应用比较广泛的简单方便的方法。糖葫芦串法就是将某个建筑结构物的所有竖向构件简化为一个一维的竖向悬臂梁，而将各层不同的标高处的所有水平向构件简化为集中质量分布于悬臂梁上，形如插在地上的糖葫芦串，然后应用位移法或力法建立地震与动力方程再进行求解，并进行地震随机反应分析与研究。糖葫芦串方法应用效果研究：这种方法确实是一

5、种简单方便的研究方法，但是，无论哪一种建筑结构，一般都属于三维空间力系，简化为二维平面时就已丧失了空间力系的力学特性及变形特征，再简化为一维悬臂梁又丧失了平面力系的力学特性及变形特征，再4由于力法或位移法的高阶线形代数方程组的简化，可想而知，这种糖葫芦方法是何等的粗糙，与建筑结构的真实变形状态和实际力学特性相差就更远了。4有限差分法有限差分法是对连续体作"数学"上近似的较为一般的数值方法，亦是长期沿用的复杂繁琐的又传统经典的一种方法，有限差分法之所以是数学上的近似，主要就是将所需求解的振动微分方程式根据微分原理以近似的有限差分式来代替，亦即将其变成一组有限个线形代数方程式，其未

6、知数的个数等于要决定的方程式的数目，不同类型的问题可用不同形式的离散点来建立不同形式的格网进行求解，但其置换的法则有多种，可任意取其中的一种。有限差分法应用效果评论：对于某一个受力构件用有限差分法来近似研究或计算时，差分的误差值与所取得网格点的多少密切相关，格点愈少误差值愈大；格点愈密误差值愈小，可是构成这个方程组的线形代数方程式就愈多，相应的计算量就愈大；然而，对于一幢庞大的建筑物而言，有大量的梁、柱、墙和其他构件，需建立大量的方程组，而每组又包括极多的代数方程式，其工作量和计算量相当可观，这还只是结构的二维问题。对于三维问题不仅力学问题相当复杂，而且计算问题也相当困难，所以

7、，有限差分法的近似性和粗糙性以及难易性更是可想而知了。5有限单元法有限单元法是对连续体作"物理"上近似的一般数值计算方法，也是应用时间比较长的、复杂传统的、比较广泛应用的一种方法。有限单元法之所以是物理上近似的，主要就是把一个连续体分割成有限多个单元体，也就是把原来的连续体看成是由这些有限多个单元在结点上互相连接所构成的集合体，然后，在根据能量原理寻求物理平衡状态的一种非常近似的方法。有限单元法主要借助力法和位移法来解决实际问题，一般比较常用的是位移法。有限单元法应用效果评论：有限单元法是人