第五章 节 高层建筑结构的计算分析.pptx

高层建筑结构的计算分析内容提要结构分析的概念结构模型(计算模型)结构计算方法的概念结构计算方法建筑结构分析的概念结构模型 structural model: 用于结构分析、设计等的理想化的结构体系。结构分析 structural analysis: 确定结构上作用效应的方法。结构分析可采用计算、模型试验或原型试验等方法。非线性 nonlinearity: 在规定工作范围内，不符合叠加原理的工作属性。弹塑性 elastic-plasticity: 是指物体在外力施加的同时立即产生全部变形，而在外力解除的同时，只有一部分变形立即消失，其余部分变形在外力解除后却永远不会自行消失的性能。平面结构 plane structure: 组成的结构及其所受的外力，在计算中可视作为位于同一平面内的计算结构体系。空间结构 space structure: 组成的结构可以承受不位于同一平面内的外力，且在计算时进行空间受力分析的计算结构体系。杆系结构 structural system composed of bar: 以直线形或曲线形杆件作为基本计算单元的结构体系的总称。如连续梁、桁架、框架、网架、拱、曲梁等。板系结构 structural system composed of plate: 以连续体平面板件作为基本计算单元的结构体系的总称。如平板、折板等。结构分析--结构→构件→截面→材料 建筑结构的结构模型(计算模型)竖向荷载下的内力分析梁、柱、支撑等---杆件单元计算模型 空间结构或平面结构杆件单元梁、柱、支撑等---杆件单元计算模型带刚域杆件剪力墙---薄壁杆件计算模型 对于剪力墙，将其简化为带刚域杆件，则每个结点仍为6个自由度；如将其简化为空间薄壁杆件，则每个结点除上述的6个自由度外，还要增加一个翘曲自由度，总共有7个自由度.剪力墙---墙板计算模型将剪力墙简化为平面单元，单元平面内有轴向、弯曲和剪切刚度，平面外刚度为零，称为墙板。 （1）平面应力单元。剪力墙---墙板计算模型（2）新型高精度剪力墙单元。剪力墙---墙元计算模型由于壳元既具有平面内刚度，又具有平面外刚度，所以用壳元模拟剪力墙可以较好地反映其实际受力状态。基于壳元理论的剪力墙分析模型，称为墙元模型，如四结点等参薄壳单元。楼板模型刚性楼板模型---假定楼板平面内刚度无限大，平面外刚度为零。刚性楼板模型，只有平移，平面结构空间协同计算模型刚性楼板模型，有平移和转动，空间协同计算模型弹性楼板--壳单元模型--计算楼板的面内刚度和面外刚度。弹性楼板--中厚板弯曲单元模型---计算楼板平面外刚度，而平面内是无限刚。弹性楼板---平面应力膜单元模型---计算楼板的平面内刚度，同时又假定楼板的平面外刚度为零。高层建筑结构分析模型高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2010选取的分析模型应能较准确地反映结构中各构件的实际受力状况。 高层建筑结构分析，可选择平面结构空间协同、空间杆系、空间杆-薄壁杆系、空间杆-墙板元及其他组合有限元等计算模型。 可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，设计时应采取相应的措施保证楼板平面内的整体刚度。 当楼板可能产生较明显的面内变形时，计算时应考虑楼板的面内变形影响或对采用楼板面内无限刚性假定计算方法的计算结果进行适当调整。建筑抗震结构分析模型建筑抗震设计规范(GB 50011- 2010)结构抗震分析时，应按照楼、屋盖的平面形状和平面内变形情况确定为刚性、分块刚性、半刚性、局部弹性和柔性等的横隔板，再按抗侧力系统的布置确定抗侧力构件间的共同工作并进行各构件间的地震内力分析。质量和侧向刚度分布接近对称且楼、屋盖可视为刚性横隔板的结构，可采用平面结构模型进行抗震分析。其他情况，应采用空间结构模型进行抗震分析。平面结构空间协同计算模型采用下列两条假定：（1）楼板在自身平面内为绝对刚性，在平面外的刚度为零。（2）各轴线上的抗侧力结构在自身平面内的刚度远大于平面外刚度，即假定各抗侧力平面结构只在其平面内具有刚度，不考虑其平面外刚度。因此，结构体系有N个楼层，就有N个基本未知量，两个方向的平面结构各自独立，可分别计算。由于此法假定与荷载作用方向正交的构件不受力，所以亦称为平面协同计算。 对于平面和立面布置简单规则的框架结构、框架-剪力墙结构可采用平面或空间协同计算模型。平面抗侧力结构和刚性楼板假定平面抗侧力结构假定刚性楼板假定横向框架计算单元相邻楼板板底间的距离纵向框架计算单元基础顶面至一层楼板底间的距离跨度跨度跨度平面结构空间协同--框架结构计算简图取轴线间的距离节点：视构造情况可以是刚节 点也可以是铰接点空间杆系、空间杆-薄壁杆系、空间杆-墙板元及其他组合有限元等计算模型空间杆系计算模型 将高层建筑结构视为空间结构体系，梁、柱、支撑等均采用空间杆件单元。空间杆—薄壁杆