高層建築結構靜力分析方法

(1) 框架-剪力牆結構來源:
框架-剪力牆結構內力與位移計算的方法很多,大都採用連梁連續化假定。由剪力牆與框架水平位移或轉角相等的位移協調條件,可以建立位移與外荷載之間關係的微分方程來求解。由於採用的未知量和考慮因素的不同,各種方法解答的具體形式亦不相同。
框架-剪力牆的機算方法,通常是將結構轉化為等效壁式框架,採用桿繫結構矩陣位移法求解。
(2) 剪力牆結構 來源:
剪力牆的受力特性與變形狀態主要取決於剪力牆的開洞情況。單片剪力牆按受力特性的不同可分為單肢牆、小開口整體牆、聯肢牆、特殊開洞牆、框支牆等各種類型。不同類型的剪力牆,其截面應力分布也不同,計算內力與位移時需採用相應的計算方法。
剪力牆結構的機算方法是平面有限單元法。此法較為精確,而且對各類剪力牆都能適用。但因其自由度較多,機時耗費較大,目前一般只用於特殊開洞牆、框支牆的過渡層等應力分布複雜的情況。
(3) 筒體結構
筒體結構的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類:等效連續化方法、等效離散化方法和三維空間分析。
等效連續化方法是將結構中的離散桿件作等效連續化處理。一種是只作幾何分布上的連續化,以便用連續函式描述其內力;另一種是作幾何和物理上的連續處理,將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板,以便套用分析彈性薄板的各種有效方法。具體套用有連續化微分方程解法、框筒近似解法、擬殼法、能量法、有限單元法、有限條法等。
等效離散化方法是將連續的牆體離散為等效的桿件,以便套用適合桿繫結構的方法來分析。這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結構法等。具體套用包括等代角柱法、展開平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子結構法。
比等效連續化和等效離散化更為精確的計算模型是完全按三維空間結構來分析筒體結構體系,其中套用最廣的是空間桿-薄壁桿系矩陣位移法。這種方法將高層結構體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿繫結構。空間樑柱每端節點有6個自由度。核心筒或剪力牆的牆肢採用符拉索夫薄壁桿件理論分析,每端節點有7個自由度,比空間桿增加一個翹曲自由度,對應的內力是雙彎矩。三維空間分析精度較高,但它的未知量較多,計算量較大,在不引入其它假定時,每一樓層的總自由度數為6nc+7nw(nc、nw為柱及牆肢數目)。通常均引入剛性樓板假定,並假定同一樓面上各薄壁柱的翹曲角相等,這樣每一樓層總自由度數降為3(nc+nw)+4,這是目前工程上採用最多的計算模型。