高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)

前言

　　近十多年來，國內(nèi)外高層建筑發(fā)展很快，層數(shù)日益增多，高度日益增高，體形越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系越來越新穎，新材料的應(yīng)用日益增多。高層建筑的這種發(fā)展趨勢，對高層建筑結(jié)構(gòu)提出了新的要求和挑戰(zhàn)，在結(jié)構(gòu)工程最核心的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計理論方面正在孕育著新的突破。結(jié)構(gòu)工程遇到的挑戰(zhàn)首先是實現(xiàn)基于性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高工程結(jié)構(gòu)使用性能及抗災(zāi)性能。要實現(xiàn)基于性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須精確掌握結(jié)構(gòu)性能，必須精確分析結(jié)構(gòu)性能。為此，必須有考慮到結(jié)構(gòu)非線性、結(jié)構(gòu)不確定性、荷載不確定性及結(jié)構(gòu)損傷等復(fù)雜因素的精細(xì)化分析方法，這是結(jié)構(gòu)性能設(shè)計理論的客觀要求。目前對于結(jié)構(gòu)性能及其可靠度尚無精細(xì)化分析方法。因此，發(fā)展結(jié)構(gòu)性能的精細(xì)化分析方法及結(jié)構(gòu)性能的控制方法是創(chuàng)立結(jié)構(gòu)性能設(shè)計理論的關(guān)鍵問題。由此可見，結(jié)構(gòu)非線性、結(jié)構(gòu)不確定性、結(jié)構(gòu)損傷力學(xué)是發(fā)展結(jié)構(gòu)性能精細(xì)化分析方法的重要基礎(chǔ)。因此，致力于創(chuàng)立結(jié)構(gòu)非線性、結(jié)構(gòu)不確定性及結(jié)構(gòu)損傷分析的新理論新方法是當(dāng)務(wù)之急，也是長遠(yuǎn)之計?！　〗Y(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵守規(guī)范。規(guī)范中提供的設(shè)計方法是基于大量實驗數(shù)據(jù)及大量實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上的經(jīng)驗公式，能基本上反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際情況，對常規(guī)設(shè)計是行之有效的簡便易行的設(shè)計方法，但有局限性。例如：①規(guī)范提供的設(shè)計公式主要是對桿件結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)未提出計算公式。如果遇到復(fù)雜結(jié)構(gòu)。則需要另想辦法。②規(guī)范提供的設(shè)計方法不能清晰地給出結(jié)構(gòu)受力全過程，不能正確地了解結(jié)構(gòu)的性態(tài)及發(fā)展規(guī)律，不能揭示結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形重分布的過程，因此不能準(zhǔn)確地評估整個結(jié)構(gòu)地可靠度。③規(guī)范中的計算公式只是保證安全及適用的一種算法，不能算出結(jié)構(gòu)正常使用荷載下結(jié)構(gòu)任意一點的應(yīng)力或應(yīng)變狀態(tài)。④隨著工程結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢，結(jié)構(gòu)超規(guī)范的越來越多，現(xiàn)有規(guī)范不能適用，需要另想辦法。由此可見，工程技術(shù)人員及科技人員不僅應(yīng)遵守規(guī)范，按規(guī)范辦事，而且也要具備對付超規(guī)范的設(shè)計能力。因此加強(qiáng)培養(yǎng)工程技術(shù)人員及科技人員在這方面的設(shè)計能力非常重要?！　?982年以來，作者致力于研究高層建筑結(jié)構(gòu)分析的新理論新方法，創(chuàng)立了高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)分析的新理論新方法。這些新成果已用于高層建筑結(jié)構(gòu)的線性分析及非線性分析，顯示出它們的優(yōu)越性，比有限元法及有限條法優(yōu)越，不僅計算簡便，而且精度較高。這些新成果已在國內(nèi)外公開發(fā)表，被很多學(xué)者引用，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了廣泛的影響。有關(guān)成果獲省部級科技進(jìn)步二等獎6項，經(jīng)同行專家鑒定認(rèn)為國內(nèi)外首創(chuàng)，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

內(nèi)容概要

　　《高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)》主要介紹高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)分析的新理論、新方法，重點介紹作者的新成果。主要內(nèi)容包括：高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)非線性分析，結(jié)構(gòu)不確定性分析，結(jié)構(gòu)損傷分析，結(jié)構(gòu)可靠度分析，結(jié)構(gòu)振動控制分析，結(jié)構(gòu)非線性穩(wěn)定性分析，結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析、抗震分析、抗火分析的新理論、新方法及其在高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用?！陡邔优c超高層建筑結(jié)構(gòu)》內(nèi)容豐富、新穎、富有創(chuàng)造性，不僅有理論意義，而且有廣泛的應(yīng)用前景?！　　陡邔优c超高層建筑結(jié)構(gòu)》可供建筑工程設(shè)計人員、科研人員及有關(guān)專業(yè)的高校師生及碩士生、博士生參考。

書籍目錄

前言第一章 基本概念1.1 高層建筑1.2 高層建筑的受力特點1.3 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系1.3.1 框架結(jié)構(gòu)體系1.3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系1.3.3 框架－剪力墻結(jié)構(gòu)體系1.3.4 簡體結(jié)構(gòu)體系1.3.5 巨型框架結(jié)構(gòu)體系1.3.6 懸掛結(jié)構(gòu)體系1.3.7 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)體系1.3.8 鋼與混凝土混合結(jié)構(gòu)體系1.4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則1.4.1 抗震設(shè)計的基本原則1.4.2 抗風(fēng)設(shè)計的基本原則1.4.3 結(jié)構(gòu)布置的基本原則1.5 高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載1.5.1 豎向荷載1.5.2 風(fēng)荷載1.5.3 地震荷載1.6 高層建筑結(jié)構(gòu)理論發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1.6.1 高層建筑結(jié)構(gòu)理論研究的現(xiàn)狀1.6.2 高層建筑結(jié)構(gòu)理論研究的發(fā)展趨勢1.7 樣條函數(shù)1.7.1 B樣條函數(shù)構(gòu)造的方法1.7.2 B樣條函數(shù)的性質(zhì)1.7.3 B樣條函數(shù)的數(shù)值方法1.7.4 樣條基函數(shù)1.8 附錄1.8.1 風(fēng)荷載有關(guān)系數(shù)1.8.2 地震荷載有關(guān)系數(shù)1.8.3 樣條函數(shù)值1.8.4 樣條離散化1.8.5 薄梁的小撓度問題1.8.6 薄板的小撓度問題1.8.7 求[Q]=［S](－1)值1.8.8 式(1.4 0)所示樣條基函數(shù)的具體形式參考文獻(xiàn)第二章 高層建筑常規(guī)結(jié)構(gòu)體系分析的新方法2.1 QR法2.2 框架結(jié)構(gòu)體系2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)體系2.4 框一剪結(jié)構(gòu)體系2.5 框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系2.6 樣條子域2.6.1 樣條平面梁子域2.6.2 樣條空間梁子域2.7 計算例題2.8 附錄2.8.1 梁單元2.8.2 彈性力學(xué)平面單元2.8.3 薄板單元2.8.4 平板殼單元2.8.5 開洞單元2.8.6 彈性力學(xué)平面單元剛度矩陣2.8.7 薄板矩形單元剛度矩陣2.8.8 薄板內(nèi)力向量2.8.9 非結(jié)點荷載作用下的梁單元2.8.1 0圖2.3 8所示單元的剛度矩陣參考文獻(xiàn)第三章 高層建筑筒體結(jié)構(gòu)分析的新方法3.1 筒體結(jié)構(gòu)體系3.2 筒體結(jié)構(gòu)受力性能3.3 簡體結(jié)構(gòu)分析的QR法3.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)對簡體結(jié)構(gòu)性能的影響3.5 樣條子域3.5.1 樣條平面梁子域3.5.2 樣條空間梁子域3.5.3 樣條厚梁子域3.6 計算例題3.7 附錄3.7.1 B樣條內(nèi)積的積分法3.7.2 幾個重要矩陣3.7.3 [Q]矩陣3.7.4 板條函數(shù)／梁函數(shù)3.7.5 簡體結(jié)構(gòu)平面布置實例3.7.6 還應(yīng)注意的一些問題參考文獻(xiàn)第四章 高層建筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系分析的新方法4.1 復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系4.1.1 F面形狀復(fù)雜的高層建筑結(jié)構(gòu)體系4.1.2 豎向體形復(fù)雜的高層建筑結(jié)構(gòu)體系4.1.3 錯層建筑結(jié)構(gòu)體系4.1.4 連體結(jié)構(gòu)體系4.1.5 多塔樓結(jié)構(gòu)體系4.2 高層建筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系分析的QR法4.3 高層建筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系分析的樣條子域法4.3.1 樣條子域法4.3.2 高層建筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系分析的樣條子域法4.4 樣條子域4.4.1 樣條子域類型4.4.2 樣條彈性平面子域4.4.3 樣條剪力墻子域4.4.4 樣條框架子域4.5 計算例題4.6 附錄4.6.1 非均勻分劃問題4.6.2 樣條基函數(shù)4.6.3 樣條厚板殼／薄板殼矩形子域4.6.4 樣條厚板殼／薄板殼三角形子域4.6.5 梁的振型函數(shù)4.6.6 壓桿穩(wěn)定函數(shù)4.6.7 板條函數(shù)4.6.8 正交多項式參考文獻(xiàn)第五章 高層建筑結(jié)構(gòu)動力分析的新方法5.1 建立高層建筑結(jié)構(gòu)動力分析的新模型5.2 結(jié)構(gòu)動力特性的算法5.2.1 結(jié)構(gòu)動力特性5.2.2 特征值問題5.2.3 特征值問題解法5.2.4 濾頻迭代法5.2.5 建立結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣5.3 結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)的新算法5.3.1 基本方程5.3.2 建立遞推格式5.3.3 建立無條件穩(wěn)定算法5.3.4 建立條件穩(wěn)定算法5.4 計算例題參考文獻(xiàn)第六章 高層建筑結(jié)構(gòu)材料非線性分析的新方法6.1 彈塑性本構(gòu)關(guān)系6.1.1 屈服準(zhǔn)則6.1.2 強(qiáng)化(軟化)準(zhǔn)則6.1.3 流動法則6.1.4 增量理論6.1.5 Mises等向強(qiáng)化彈塑性矩陣6.1.6 廣義等向強(qiáng)化彈塑性矩陣6.2 彈粘塑性本構(gòu)關(guān)系6.2.1 彈粘塑性模型6.2.2 本構(gòu)關(guān)系6.3 材料非線性應(yīng)變理論6.3.1 單向應(yīng)力狀態(tài)……第七章 高層建筑結(jié)構(gòu)幾何非線性分析的新方法7.1 結(jié)構(gòu)幾何非線性理論7.2 建立結(jié)構(gòu)幾何非線性分析的新模型7.3 結(jié)構(gòu)幾何非線性分析的算法7.4 計算例題7.5 幾何非線性單元參考文獻(xiàn)第八章 高層建筑結(jié)構(gòu)雙重非線性分析的新方法8.1 大變形本構(gòu)關(guān)系8.2 建立結(jié)構(gòu)雙重非線性分析的新模型8.3 結(jié)構(gòu)雙重非線性分析的算法8.4 計算例題8.5 附錄參考文獻(xiàn)第九章 高層建筑結(jié)構(gòu)非線性動力分析的新方法9.1 動力本構(gòu)關(guān)系9.2 建立結(jié)構(gòu)非線性動力分析的新模型9.3 結(jié)構(gòu)非線性動力分析的新算法9.4 計算例題參考文獻(xiàn)第十章 高層建筑結(jié)構(gòu)非線性穩(wěn)定性分析的新方法10.1 基本概念10.2 結(jié)構(gòu)非線性靜力穩(wěn)定性問題10.3 結(jié)構(gòu)非線性平衡路徑跟蹤算法10.4 結(jié)構(gòu)非線性靜力穩(wěn)定性簡化算法10.5 結(jié)構(gòu)非線性動力穩(wěn)定性問題10.6 計算例題參考文獻(xiàn)第十一章 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析的新方法11.1 混凝土破壞準(zhǔn)則11.2 混凝土本構(gòu)關(guān)系11.3 鋼筋本構(gòu)關(guān)系11.4 鋼筋與混凝土的粘結(jié)關(guān)系11.5 混凝土裂縫模擬及處理11.6 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析的QR法11.7 算法11.8 計算例題參考文獻(xiàn)第十二章 高層建筑結(jié)構(gòu)不確定性分析的新方法12.1 不確定性變量12.2 不確定性本構(gòu)關(guān)系12.3 結(jié)構(gòu)不確定性非線性變分原理12.4 結(jié)構(gòu)不確定性樣條函數(shù)方法12.5 小結(jié)參考文獻(xiàn)第十三章 高層建筑結(jié)構(gòu)損傷分析的新方法13.1 基本概念13.2 鋼材損傷理論13.3 混凝土損傷本構(gòu)關(guān)系13.4 損傷變分原理13.5 結(jié)構(gòu)損傷分析的新方法參考文獻(xiàn)第十四章 高層建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析的新方法14.1 基本概念14.2 結(jié)構(gòu)不確定性靜力可靠度分析的新方法14.3 結(jié)構(gòu)不確定性動力可靠度分析的新方法14.4 復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系可靠度的QR法14.5 復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系不確定性可靠度分析的新方法14.6 計算例題14.7 附錄參考文獻(xiàn)第十五章 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震分析的新方法15.1 結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計理論15.2 恢復(fù)力模型15.3 結(jié)構(gòu)非線性地震反應(yīng)分析的新方法15.4 結(jié)構(gòu)不確定性地震反應(yīng)分析的新方法15.5 結(jié)構(gòu)抗震性能評估分析的QR法15.6 結(jié)構(gòu)不確定性抗震可靠度分析的新方法15.7 高層框架塑性極限分析的QR法15.8 工程實例分析15.9 附錄參考文獻(xiàn)第十六章 高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析的新方法16.1 基本概念16.2 結(jié)構(gòu)風(fēng)振反應(yīng)分析的新方法16.3 結(jié)構(gòu)不確定性風(fēng)振反應(yīng)分析的新方法16.4 結(jié)構(gòu)不確定性抗風(fēng)可靠度分析的新方法16.5 應(yīng)注意的幾個問題參考文獻(xiàn)第十七章 高層建筑結(jié)構(gòu)抗火分析的新方法17.1 基本概念17.2 構(gòu)件在火災(zāi)時的溫度場17.3 溫度場分析的QR法17.4 高層建筑結(jié)構(gòu)抗火分析的QR法17.5 鋼結(jié)構(gòu)高溫反應(yīng)分析的QR法17.6 結(jié)構(gòu)耐火極限17.7 基于性能的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計17.8 附錄參考文獻(xiàn)第十八章 高層建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)代控制理論及其應(yīng)用18.1 基本概念18.2 狀態(tài)空間理論18.3 最優(yōu)控制理論18.4 結(jié)構(gòu)現(xiàn)代控制理論18.5 隨機(jī)最優(yōu)控制理論18.6 樣條狀態(tài)空間法18.7 狀態(tài)方程的算法18.8 計算例題參考文獻(xiàn)第十九章 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)分析的新方法19.1 基本概念19.2 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)分析的新方法19.3 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)非線性分析的新方法19.4 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)抗震分析的新方法19.5 計算例題參考文獻(xiàn)第二十章 巨型結(jié)構(gòu)體系分析的新方法20.1 基本概念20.2 巨型結(jié)構(gòu)體系分析的QR法20.3 巨型結(jié)構(gòu)體系抗震分析的QR法20.4 巨型框架結(jié)構(gòu)設(shè)計原則20.5 計算例題20.6 附錄參考文獻(xiàn)第二十一章 高層建筑鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)21.1 基本概念21.2 高層混合結(jié)構(gòu)分析的新方法21.3 高層混合結(jié)構(gòu)非線性分析的新方法21.4 高層混合結(jié)構(gòu)抗震分析的新算法21.5 高層混合結(jié)構(gòu)抗震性評估分析的Pushover-QR法21.6 高層混合結(jié)構(gòu)可靠度分析的QR法21.7 計算例題參考文獻(xiàn)第二十二章 高層建筑結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)-地基耦合體系22.1 基本概念22.2 結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)-地基耦合體系分析的新方法22.3 相鄰結(jié)構(gòu)相互作用分析的新方法22.4 地下工程分析的樣條無限元-QR法22.5 計算例題參考文獻(xiàn)第二十三章 智能高層與超高層結(jié)構(gòu)分析的新方法23.1 智能高層結(jié)構(gòu)分析的新方法23.2 智能結(jié)構(gòu)雙重非線性分析的新方法23.3 智能高層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的新方法23.4 智能高層結(jié)構(gòu)振動主動控制23.5 計算例題23.6 附錄參考文獻(xiàn)第二十四章 高層建筑連體結(jié)構(gòu)分析的新方法24.1 基本概念24.2 高層建筑連體結(jié)構(gòu)體系分析的QR法24.3 計算例題24.4 強(qiáng)連接體結(jié)構(gòu)設(shè)計原則24.5 弱連接體結(jié)構(gòu)設(shè)計原則參考文獻(xiàn)第二十五章 高層結(jié)構(gòu)施工過程模擬分析的QR法25.1 基本概念25.2 結(jié)構(gòu)分析的QR法25.3 混凝土的徐變、收縮理論25.4 巨型框筒懸掛結(jié)構(gòu)體系施工過程的有關(guān)分析25.5 計算例題25.6 小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　更合理和符合實際的計算方法，否則，對高層建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠及經(jīng)濟(jì)合理有很大的影響。對于這樣復(fù)雜體系的高層建筑，國內(nèi)外將它離散為墻單元、平板殼單元、桿單元及體單元的組合結(jié)構(gòu)，采用多種單元組合的有限元進(jìn)行分析。這種方法精度高，能得到精確的應(yīng)力分布及計算結(jié)果，可以作為各種簡化方法的依據(jù)，但未知量的數(shù)目很多，計算工作量極大。顯然，對復(fù)雜體系的高層建筑結(jié)構(gòu)分析，需要另外創(chuàng)立一些新理論新方法。　　超高層建筑耗資大，人員及資產(chǎn)高度集中，與一般高層建筑相比在災(zāi)害條件下有著更高的風(fēng)險，因而對抗震抗風(fēng)抗火有更高的要求。因此研究超高層建筑結(jié)構(gòu)分析的新理論新方法是一個亟待解決的問題?！　〗陙?，帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)越來越多。由于轉(zhuǎn)換層質(zhì)量及剛度集中，給結(jié)構(gòu)動力分析帶來不利影響，使轉(zhuǎn)換層處地震力集中，上下層內(nèi)力集中，層位移增大，厚板及箱型式轉(zhuǎn)換層不能用一根桿來代替，從力學(xué)分析來看，有相當(dāng)難度，這是目前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中最關(guān)心的熱點。目前，對帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)分析主要采用近似方法，理論上方法上還有問題，因此，系統(tǒng)地研究帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)分析的新理論新方法及計算程序是一個亟待解決的問題?！　【扌徒Y(jié)構(gòu)體系不但能保證結(jié)構(gòu)剛度，節(jié)約材料用量，充分發(fā)揮材料及結(jié)構(gòu)的性能，簡化構(gòu)造，降低成本，而且還給建筑設(shè)計靈活性帶來一些新的可能。巨型結(jié)構(gòu)是一個新結(jié)構(gòu)體系，因此研究巨型結(jié)構(gòu)分析的計算理論及設(shè)計方法也是一個亟待解決的問題?！　?.高層建筑結(jié)構(gòu)非線性分析方法　　結(jié)構(gòu)從本質(zhì)上來講都是非線性的。結(jié)構(gòu)在使用期間受到各種作用，甚至可能受到災(zāi)害性作用，同時結(jié)構(gòu)的抗力可能由于腐蝕j炭化、損傷等原因發(fā)生衰減，因此結(jié)構(gòu)在使用期間，幾乎不可避免地要產(chǎn)生非線性效應(yīng)。目前，結(jié)構(gòu)非線性分析的理論與方法雖然在國內(nèi)外已取得重要進(jìn)展，但人們離正確地把握結(jié)構(gòu)非線性還有很大的距離。目前，結(jié)構(gòu)非線性分析方面存在很多問題，還沒有經(jīng)濟(jì)有效的計算理論及計算方法，亟待理論上的突破和方法上的進(jìn)展。顯然，需要創(chuàng)立高層建筑結(jié)構(gòu)非線性分析的新理論新方法。　　3.結(jié)構(gòu)可靠度理論　　目前，國內(nèi)外在結(jié)構(gòu)可靠度理論研究中，考慮了荷載的不確定性與結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的不確定性。但這一處理是與結(jié)構(gòu)分析分開進(jìn)行的，沒有統(tǒng)一地直接地處理荷載與結(jié)構(gòu)參數(shù)的不確定性，結(jié)構(gòu)體系的可靠度分析仍然是一個相當(dāng)困難的問題。直接考慮非線性效應(yīng)的結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計理論尚未建立，直接考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性的結(jié)構(gòu)可靠度理論遠(yuǎn)未達(dá)到實用階段。結(jié)構(gòu)體系可靠度理論尚難以解決大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析問題，這是當(dāng)前工程結(jié)構(gòu)可靠度理論的困境。

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