中职院校建筑结构体系受力分析

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  【摘 要】现代中职院校建筑结构,其结构设计不仅需要借助于材料的刚度来保障建筑的整体结构稳定,还需要科学的结构体系维系合理科学化的结构体系的选择,有效的力学分析是中职院校建筑结构设计的重点。本文选取现代中职院校建筑结构力学分析方法为研究对象具有很大现实价值。
  【关键词】建筑结构体系;受力分析
  引言
  些年来,建筑业有了突飞猛进的发展,城市规划设计中的建筑越来越广泛。它以其高度强烈地影响着规划、设计、构造和使用功能。
  一、建筑的受力分析
  结构设计是把房屋看成一个三维空间块体分层次来分析,对于复杂的,例如多塔结构也可以把它分成几块,分别研究其倾覆、刚度、承载力等问题,然后组合起来。
  首先,在方案阶段(I),可以把基本设计方案概念化,建立一个符合建筑空间三维形式的结构方案。在该阶段分析总结构体系的荷载和抗力关系、高宽比与抗倾覆、承载力和刚度,并预估基本分体系的相互关系。
  由于整个结构必然是由一些平面单元组成,因此在初步设计阶段(Ⅱ),要扩展方案,把那些体现初步设计基本要求的、主要是二维的平面体系包括进来,进行基本水平和竖向分体系的总体设计,从而得到主要构件及其相互的关系。
  而在最后的第Ⅲ阶段,即施工图设计阶段,处理一维的构件设计,具体设计所有分体系的构件、连接和构造详图,对第Ⅱ阶段做出的粗略决定进行细化。
  对于中职院校的建筑结构,我们通常可以设想成为一个从地基升起的竖向悬壁构件,来承受水平侧向荷载和竖向重力荷载的作用。侧向荷载是由风吹向建筑物引起的水平压力和水平吸力,或者是由地震时地面晃动引起的水平惯性力。
  重力荷载则是建筑物自身的总重力荷载。这些侧向荷载和重力荷载的组合,趋向于既可能将它推倒(受弯曲),又可能将它切断(受剪切),还可能使它的地基发生过大的变形,使整个建筑物倾斜或滑移。对抗弯曲而言,结构体系要做到不使建筑物发生倾覆,其支撑体系的构件不致被压碎、压屈或拉断,其弯曲侧移不超过弹性可恢复极限;对抗剪切来说,结构体系要做到不使建筑物被剪断,其剪切侧移不超过弹性可恢复极限;对地基和基础来说,结构体系的各支撑点之间不应发生过大的不均匀变形,地基和地下结构应能承受侧向荷载引起的水平剪力,并不引起水平滑移。由于风力和水平地震作用力对于建筑是动荷载,使中职院校建筑结构抗弯曲和抗剪切时都处于运动状态,就会导致建筑物中的人有震动的感觉,使人有不舒服感。如果建筑物晃动得太厉害,还会使非结构构件(如玻璃窗、隔墙、装饰物等)断裂,甚至危及屋外行人的安全。
  二、以常微分方程求解器为基础的分析法
  对于建筑的结构分析,一般情况下主要借助于常微分方程求解器,其已经广泛应用于建筑的结构分析中。常微分方程求解器是一种较为有效的中职院校建筑结构分析工具,其功能全面且可操作性较强,针对于一些误差极限,其可以进行有效的处理,最大程度的满足用户对解答精度的
  要求。
  常微分方程求解器在我国中职院校建筑结构力学体系中最为典型和突出的实例就是清华大学的包世华教授和袁驷教授,他们在建筑结构力学分析中运用了这种方式着手进行相关计算,其最为突出的贡献就是有效解决了我国现代建筑在建设设计和施工时的楼板变形时的静力计算、动力计算和稳定计算的问题。以常微分方程求解器为基础的分析法,运算较为简单便捷,在现代中职院校建筑结构力学分析中具有十分显著的优越性。
  三、以有限条法和样条函数为基础的分析法
  在进行对中职院校建筑结构力学的分析中,有一种分析方法为解析和离散相结合的半解析法,半解析法的基础是数学力学的相关知识,其最大的优点就是可以最大程度的减少有限元方程组,避免进行有限元的过多繁杂的计算,此外,也一定程度有限避免和解决了有限元法中较为常见的计算污染问题,计算污染问题的存在可以导致计算机计算结果的进一步恶化,半解析法可以有效对这一问题加以解决。
  四、以分区广义变分原理与分区混合有限元为基础的分析法
  协调元的利用和发展,进一步推动了分区广义变分原理的研究,促进了协调员在中职院校建筑结构分析中的更好运用。清华大学的龙驭球教授在该领域取得了突出贡献,其在分区混合广义变分原理的基础之上,提出了分区缓和有限元的方法。
  分区缓和有限元的方法其主要的理论依据是混合广义变分原理,这也是在位移法、杂交元法之后的一种新方法,分区缓和有限元的方法的优点似乎将弹性体划分为余能区和势能区,余能区所采用的事应力单位,势能区则是采用了位移单位。分区缓和有限元的方法其适应性较强,灵活性较高,此外,还可以有效保证收敛性,故广泛應用于对框支剪力墙和托墙梁结构的分析和计算之中。
  五、中职院校建筑结构的弹塑性动力分析法
  随着我国经济的不断进步与发展,现代建筑大量出现,而这也间接的推动了结构弹塑性动力分析的研究以及应用的深入和快速发展。弹塑性动力法的工作原理是,借助于地震波数值的记录,间接的将其输入结构,然后对结构的弹塑性功能大小进行合理的科学的分析,最后根据相关分析,针对弹塑性恢复的特点,建立与之对应的动力方程。
  在理论上,弹塑性动力分析法具有十分显著的优越性,诸如当发现中职院校建筑结构的薄弱的环节时,需要对其变形状况进行合理的分析,综合来看,这种分析是与实际情况相符合的;此外,弹塑性动力分析法也有着其自身的局限性,在使用这种分析法时,其前提条件与实际情况有着较大的出入,针对这种不足,国内外诸多学者都在深入对其进行研究,并通过人工随机输入地震波数据等进行完善。计算机结构模型进行优化和改进之后,采用层模型,对于多质点计算模型的方法也在不断进行完善。
  六、以最优化理论为基础的结构分析法
  这一种结构分析法可以说是结构最优化设计,这种结构分析法有效综合了数学领域中的最优化理论和计算机技术,并应用于建筑设计结构和力学分析的一种新的方式。这种结构分析法的主要优点表现在将被动化为主动,主动的对其进行设计。就当前来看,诸多学者表示对中职院校建筑结构的剪力墙刚度并不是越大越好,应该对剪力墙确定较为合适的刚度。这里所说的对于剪力墙刚度的合理确定,主要指的是以对剪力墙的刚度和外部因素诸如地震等作用之间相互作用进行分析,进而对地震等外力作用下合适的剪力墙刚度加以确定,倘若对这一部分进行了合理的优化设计,这就建立了决定剪力墙最合适刚度的数学模型,合理科学的数学模型不仅可以有效对中职院校建筑结构的剪力墙的最优化刚度值加以确定,这对于有效减少剪力墙的数量有着重要作用,此外,也一定程度的降低了工程成本和开支。
  结束语
  伴随着建筑数量的不断增加,建筑结构的科学化要求也进一步提高,这也客观的要求建筑的设计方案和施工过程中要注重使用力学分析方式进行科学分析和设计。现代中职院校建筑结构,其结构设计不仅需要借助于材料的刚度来保障建筑的整体结构稳定,还需要科学的结构体系维系,分析中职院校建筑结构体系受力情况,更好的为我国的建筑服务。
  参考文献:
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