高層建筑結構中的力學探究

前言：本站為你精心整理了高層建筑結構中的力學探究范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

1建立施工力學計算模型

通過對高層建筑結構的調查研究，我們不難發現，在施建的整個過程當中，建筑結構的邊界約束、載荷以及材料的整體剛度都在不斷地發生著變化。同時，在施工中產生的誤差同樣會造成位移發生改變，建筑初期結構會發生徐變，上層對下層結構發生的變形沒有任何約束作用，實際下層結構就是上層結構的一個支座。根據高層建筑結構這一受力特點，我們采用超級有限元-有限元藕合的方法來對施工的整個過程進行模擬。如,我們利用超級元，也就是Ⅰ區，對高層建筑結構的初始狀態（我們稱為ST1）進行結構上的分析，得到超級元與單元構件之間關系，其中包括位移和內力。接下來，我們按照有限元，或者說是Ⅱ區，對建筑物的遞增構件（ST2）進行結構力學分析。隨后我們在Ⅰ區和Ⅱ區之間進行藕合的協調工作，去完成在施工過程中不同條件下各個狀態位移與內力的計算與分析，然后我們在以當前的結構ST3為起點，建立起一個新的超級元，新增構件(ST2)按有限元(Ⅱ區)，不斷重復以上操作，直到滿足我們需要。需要注意的是，遞增構件的設置需要根據我們實際情況進行，并不是每個遞增構件對應高層建筑的一層結構，它可以由若干個結構構成。

2超級有限元-有限元藕合介紹

超級有限元，在一些教材與文章中也有稱作綜合有限元的，它是在反應半離散以及半連續的結合法中一種比較新的方法。若按函數類型進行劃分，超級有限元基本分為一維、二維和三維3種。按構件的類型進行劃分，它又分為析架、框架和剪力墻等系統。鑒于超級有限元的分析方式類似，本文主要對框架分析進行討論，主要研究它的三維超級元。首先，我們假設在一個遞增的構件（Ⅱ區）當中存在若干個構件與超級元（Ⅰ區）相接觸，我們設定構件個數為n，接觸面的面積為S，那么根據最小勢能原理，Ⅱ區中的n個構件在接觸面上轉化為Ⅰ區的廣義自由度，可以用算式[K(t)]{δ}+[M(t)]{δ}={F(t)}來表示整個系統，其中剛度K與質量陣M為時間t的函數。

3時變時的施工力學分析

在考慮時變的情況下，由于剛度的時變能夠引發內部應力的重新分配，因此，在某種程度上會對結構分析造成一定的影響。在工程進度不斷向前推進時，部分構件的內力要比在忽略剛度時變時的內力數值要大，需要在建筑結構的設計中引起注意。我們也可以得出以下結論：

（1）在高層建筑結構的施工力學分析中，超級有限元-有限元藕合法是切合實際，十分可行的。由于該方法采用的是等參元位移的模式，因此該方法可以與其他的一些方法（比如有限條法、有限層法等）共同使用，其使用范圍包括任意外形建筑，并可以同時推廣到其他復雜的建筑結構當中去。

（2）隨著建筑高度的不斷增高，采用施工力學的方法與普通的力學方法之間對內力分布的分析差異不斷增大，同時，在對剛度相對較小的框架構件進行分析時，施工力學分析方法的內力值普遍較小，而剛度大的框架構件，內力值又偏大，甚至內力的方向發生改變，其主要原因是在施工進度推進的過程中，建筑結構中的內力不斷進行重新分配，作用力之間的約束減小而造成的。可見，在普通的力學分析方法中，是不能得出此現象，容易造成施工安全隱患。

（3）在施工的過程中，混凝土的剛度和強度會隨著時間的變化而發生變化的，每個過程都存在不同剛度和強度的結構體系，建筑內力不斷發生重新分配現象，框架構件的內力變化會對建筑結構的分析產生影響，必須予以重視。

4結語

從以上的論述我們可以看到，在對高層建筑進行力學分析中，施工的過程對建筑結構的影響也很大，常規的計算分析方法沒能將施工的因素考慮到其中，容易造成事故，對施工力學的分析在高層建筑中極為重要，但如今仍很缺乏深入地研究，有待于我們進一步地探討。

作者：戴劉毅單位：奇瑞地產有限公司