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大底盘大孔口高层建筑结构分析

作　者: 黄凌燕
导　师: 胡启平
学　校: 河北工程大学
专　业: 结构工程
关键词: 大底盘大孔口高层建筑结构 哈密顿对偶体系 精细积分法 协同分析 二阶分析 整体稳定 动力特性
分类号: TU973
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着社会与经济的蓬勃发展,大量体型复杂的高层建筑不断涌现,底部裙房设置为大底盘、在上部结构开有巨大的贯穿洞口的大底盘大孔口高层建筑结构就是其中的一种。由于该结构包含了转换层、大底盘和大孔口三种特性表现出复杂结构性能,而现行设计规范没有覆盖这种特殊结构,传统的数值积分法在求高阶微分方程的解析解有时相当困难。在这种背景下,研究大底盘大孔口结构的受力特性及其分析方法,对结构设计具有重要意义。本文采用连续化假定,把框架、框架-剪力墙等抗侧单元结构视为计及剪切变形的梁,开孔处则采取添加虚抗侧力单元的方法来处理。而楼板采用非连续化假定,通过弹性楼板协同工作,由勒让德变换引入对偶变量,使求解体系从欧几里德几何形态进入到辛几何形态中,建立了大底盘大孔口高层建筑结构分析的哈密顿体系。用精细积分法求该体系的高精度数值解,利用Matlab编程,给出了一套高效的计算方法。用这种方法研究大底盘大孔口高层建筑结构,针对协同分析和二阶分析,画出内力和侧移曲线,导出相关数据;对整体稳定分析,求出失稳时的临界荷载参数和失稳形态;对动力特性分析,画出振型图,求出相应的各阶频率值。在此基础上考虑方法的通用性,得出了一些有益的结论。本文提供了一种有价值的方法,开阔了此类问题的求解思路,为结构设计人员了解大底盘大孔口高层建筑结构的计算模型和方法提供了一些借鉴,编制的程序能应用于这类结构的初步分析计算,为结构方案的确定和初步设计的完成提供了较为准确的依据。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-12
第1章 绪论  12-20
  1.1 问题的提出  12-13
  1.2 大底盘大孔口高层建筑结构概述及应用状况  13-14
  1.3 大底盘大孔口高层建筑结构的研究现状  14-17
    1.3.1 大底盘大孔口高层建筑结构的计算模型  14-16
    1.3.2 大底盘大孔口高层建筑结构的分析计算方法  16
    1.3.3 现有的结构计算软件以及对大底盘结构的适用性  16-17
  1.4 哈密顿对偶求解体系及精细积分法的研究现状  17-18
    1.4.1 哈密顿对偶求解体系及研究现状  17-18
    1.4.2 精细积分算法及研究现状  18
  1.5 本文的研究内容和意义  18-19
    1.5.1 主要研究内容  18-19
    1.5.2 本文研究的意义  19
  1.6 本章小结  19-20
第2章 基本理论及程序实现  20-33
  2.1 哈密顿对偶求解体系  20-21
    2.1.1 哈密顿原理  20
    2.1.2 哈密顿对偶正则方程及其辛表述  20-21
  2.2 铁摩辛柯梁的动力分析  21-24
  2.3 两端边值问题的精细积分法  24-30
    2.3.1 位移法  24-26
    2.3.2 区段混合能和辛对偶变量  26-27
    2.3.3 区段混合能矩阵的计算  27-28
    2.3.4 区段合并消元  28-30
  2.4 “弹性支承”区段混和能的考虑  30
  2.5 程序实现  30-31
    2.5.1 MATLAB 语言简介  30-31
    2.5.2 程序流程图  31
  2.6 本章小结  31-33
第3章 大底盘大孔口高层建筑结构协同分析  33-54
  3.1 基本假定和计算模型  33-35
    3.1.1 基本假定  33
    3.1.2 计算模型  33-35
  3.2 协同分析的哈密顿函数及正则方程  35-37
    3.2.1 结构的总势能  35
    3.2.2 拉格朗日方程  35-36
    3.2.3 哈密顿对偶正则方程  36-37
  3.3 楼板的刚度矩阵  37-41
  3.4 边界条件的给出  41-42
  3.5 计算实例与分析  42-53
    3.5.1 算例一  42-46
    3.5.2 算例二  46-49
    3.5.3 算例三  49-53
  3.6 本章小结  53-54
第4章 大底盘大孔口高层建筑结构二阶分析  54-67
  4.1 基本假定和计算模型  54
  4.2 二阶分析的哈密顿函数及正则方程  54-56
    4.2.1 结构的总势能  54-55
    4.2.2 拉格朗日方程  55
    4.2.3 哈密顿对偶正则方程  55-56
  4.3 计算实例与分析  56-66
    4.3.1 算例一  56-59
    4.3.2 算例二  59-60
    4.3.3 算例三  60-64
    4.3.4 算例四  64-66
  4.4 本章小结  66-67
第5章 大底盘大孔口高层建筑结构整体稳定分析  67-79
  5.1 基本假定和计算模型  67
  5.2 整体稳定分析的哈密顿函数及正则方程  67-69
    5.2.1 结构的总势能  67-68
    5.2.2 拉格朗日方程  68
    5.2.3 哈密顿对偶正则方程  68-69
  5.3 临界荷载及失稳形态的计算  69-70
  5.4 计算实例与分析  70-78
    5.4.1 算例一  70
    5.4.2 算例二  70-72
    5.4.3 算例三  72-76
    5.4.4 算例四  76-78
  5.5 本章小结  78-79
第6章 大底盘大孔口高层建筑结构动力特性分析  79-91
  6.1 基本假定和计算模型  79
  6.2 动力特性分析的哈密顿函数及正则方程  79-82
    6.2.1 结构的动力方程  79-80
    6.2.2 拉格朗日方程  80-81
    6.2.3 哈密顿对偶正则方程  81-82
  6.3 结构频率及振型计算  82
  6.4 计算实例与分析  82-90
    6.4.1 算例一  82-85
    6.4.2 算例二  85
    6.4.3 算例三  85-88
    6.4.4 算例四  88-90
  6.5 本章小结  90-91
结论与展望  91-94
参考文献  94-99
致谢  99-100
作者简介  100-101
攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果  101

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 高层建筑 > 高层建筑结构
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