高层建筑结构设计和计算 下PDF电子书下载

前言 1

第9章　底层大空间剪力墙结构的计算 1

9.1 底层大空间剪力墙结构的计算图和计算方法 1

9.2 底层为框架的双肢剪力墙 2

9.2.1 双肢墙混合法的基本方程 2

9.2.2　双肢墙基本方程的解 4

9.2.3　双肢墙内力计算 7

9.2.4　双肢墙位移计算 7

9.3 底层为框架的多肢剪力墙 9

9.3.1 多肢墙混合法的基本方程 9

9.3.2 多肢墙基本方程的解 11

9.3.3 多肢墙的内力计算 13

9.3.4 多肢墙的位移计算 14

9.3.5　计算步骤和算例 14

9.4 框支剪力墙和落地剪力墙在水平荷载下的共同工作计算 18

9.4.1 混合法的基本方程 18

9.4.2　基本方程的解 21

9.4.3 内力和位移计算公式 23

9.4.4　计算步骤与算例 26

9.5 框支剪力墙、落地剪力墙和壁式框架在水平荷载下的共同工作计算 31

9.5.1 混合法的基本方程式 31

9.5.2　基本方程的解 36

9.5.3　位移计算公式 37

9.5.4 内力计算公式 39

9.5.5　计算步骤与算例 40

9.6 用分区混合有限元法分析框支剪力墙 46

9.6.1 剪力墙中的应力集中问题 46

9.6.2 计算简图和计算方法 47

9.6.3 Ⅰ区应力函数的组成 47

9.6.4 分区混合总能量的表达式 49

9.6.5　混合法基本方程 53

9.6.6　算例及结果 54

9.7.2 弹性平面切口附近自应力分析 56

9.7.1 计算简图和计算方法 56

9.7 用分区混合有限元法分析剪力墙角区应力集中 56

9.7.3　分区混合总能量的表达式 60

9.7.4 分区混合有限元法的基本方程 62

9.7.5　算例及结果分析 62

9.7.6 分区混合有限元法小结 68

第10章　高层建筑结构复杂问题的计算 70

10.1 框架、剪力墙及框架-剪力墙结构平面为斜向布置时的近似计算 70

10.1.1 主轴方向与刚度中心 70

10.1.2　每榀结构所承受的力和层间位移 73

10.1.3　计算步骤小结 74

10.2 框架-剪力墙-薄壁筒斜交结构的弯扭耦连计算 77

10.2.1 框架-剪力墙-薄壁筒结构 77

10.2.2　基本方程的建立 78

10.2.3　基本方程的解 83

10.2.4 三种典型荷载作用下的计算公式和图表 84

10.2.5　计算步骤与算例 89

10.3.1 关于计算模型和计算工具 101

10.3 高层建筑框架-剪力墙结构考虑楼板变形和地基变形时的计算 101

10.3.2　上部结构的平衡微分方程 102

10.3.3 基础和下部结构的力学性质 104

10.3.4　边界条件和连接条件 105

10.3.5　微分方程组的求解和算例 106

10.4 变截面框架-剪力墙-薄壁筒斜交结构考虑楼板变形时的计算 110

10.4.1　基本假设和计算模型 110

10.4.2　基本平衡微分方程 111

10.4.3　边界条件和连接条件 115

10.5 大底盘多塔楼、大底盘大孔口结构和大底盘多塔楼连体结构的静力分析 118

10.5.1 基本假设和计算模型 118

10.5.2　平衡微分方程 119

10.5.3　大底盘多塔楼的边界条件和连接条件 120

10.5.4 大底盘、大孔口结构的边界条件和连接条件 121

10.5.5 大底盘多塔楼连体结构的边界条件和连接条件 122

10.5.6　算例和讨论 123

11.1 框筒结构在水平荷载下的等代角柱法 128

11.1.1 计算简图和计算方法 128

第11章　高层建筑筒体结构的计算（续篇） 128

11.1.2 图表的制作和使用 130

11.1.3　翼缘框架梁弯矩和剪力计算 131

11.1.4 计算步骤与算例 134

11.2 筒中筒结构在水平荷载下的连续体-微分方程法 136

11.2.1 计算简图和计算方法 136

11.2.2　微分方程的建立 136

11.2.3　三种典型荷载作用时的解 138

11.2.4 外框筒的内力计算 142

11.2.5　计算步骤与算例 147

11.3 框筒和筒中筒结构在扭转荷载下的微分方程解法 150

11.3.1 框筒结构在扭转荷载下的计算 150

11.3.2 筒中筒结构在扭转荷载下的计算 153

11.4 变截面筒中筒结构在水平荷载下的计算 155

11.4.1 计算简图与计算方法 155

11.4.2 变截面框筒结构的应力分析 156

11.4.3 变截面框筒结构的侧向位移 161

11.4.4 变截面框筒的柔度矩阵 162

11.4.5 外框筒的内力计算 165

11.4.6 外筒翘曲和筒中筒结构的侧向位移计算 166

11.4.7　计算步骤 167

11.5 变截面筒中筒结构在扭转荷载下的计算 167

11.5.1 计算简图与计算方法 167

11.5.2 变截面框筒的扭转应力分析 168

11.5.3 变截面框筒结构的扭转角 170

11.5.4 变截面框筒的扭转柔度矩阵 172

11.5.5 内筒的扭转柔度矩阵 174

11.5.6 外框筒的内力和位移计算 176

11.5.7 内筒的内力和位移计算 177

11.5.8　计算步骤 178

11.6 多边形筒体结构在水平荷载下的计算 178

11.6.1　基本思路 178

11.6.2　按梁理论求应力 179

11.6.3 自应力状态 180

11.6.4　应变余能驻值条件 185

11.6.5　驻值方程的解法（一） 186

11.6.6　驻值方程的解法（二） 188

11.6.7 多边形截面筒体的计算 190

11.7 多孔束筒结构在水平荷载下的计算 193

11.7.1 计算简图和计算方法 193

11.7.2 多孔束筒的应力分析 193

11.7.3 多孔束筒的位移计算 198

11.7.4　算例 200

第12章 高层建筑结构的有限条分析法、半解析常微分方程求解器方法和有限元线法 207

12.1 概述 207

12.2 条元模型和等效连续体的弹性常数 208

12.2.1　框筒条 209

12.2.2 内筒虚条 211

12.2.3　楼盖虚条 211

12.3 条元的位移函数 212

12.3.1 基函数 213

12.3.2　形函数 214

12.4.1 筒体结构条元（e）的位移函数 215

12.4 筒体结构的条元分析 215

12.4.2　条元的刚度方程 217

12.5 筒体结构分析 219

12.5.1 结构坐标系中的条元刚度方程 219

12.5.2 结构的整体刚度方程 220

12.5.3 筒体结构应力和内力计算 221

12.6 对称结构的计算和计算实例 222

12.6.1 对称结构的计算 222

12.6.2　计算实例 223

12.7 高层建筑筒体结构的半解析常微分方程求解器方法 225

12.7.1 方法概述 225

12.7.2 阶形变截面筒体的计算 225

12.7.3 筒中筒结构的计算 229

12.7.4 算例 230

12.8 高层建筑筒体结构的有限元线法 232

12.8.1 计算模型、基本假设和计算方法 232

12.8.2　条单元分析 233

12.8.3 整体分析——基本方程、边界条件和连接条件的建立 236

12.8.4 算例 237

第13章　高层建筑结构动力特性分析 239

13.1 动力特性分析概述 239

13.1.1　理论分析法 239

13.1.2 实测和经验公式法 240

13.2　框架结构 240

13.2.1 强梁弱柱型框架 241

13.2.2 强柱弱梁型框架 243

13.2.3　剪切杆法 245

13.3 剪力墙结构和框架-剪力墙共同工作体系 249

13.3.1 剪力墙的计算假定和计算图 249

13.3.2 剪力墙的振动基本方程式及其解 250

13.3.3　框架-剪力墙共同工作体系 252

13.4 框支剪力墙和落地剪力墙共同工作体系 253

13.4.1 计算假定和计算简图 253

13.4.2　基本方程式及解法 254

13.4.3　特征方程及自振周期公式 256

13.4.4　算例 261

13.5.1　计算假定和计算简图 263

13.5 框支剪力墙、落地剪力墙和壁式框架共同工作体系 263

13.5.2　基本方程式及解法 264

13.5.3　特征方程式及自振周期公式 267

13.5.4　算例 269

13.6 高层建筑正交结构层模型的弯扭耦连振动 271

13.6.1 计算模型和计算公式 271

13.6.2　算例 273

13.7.2 弯扭耦连振动方程及其解耦 276

13.7 框架-剪力墙-薄壁筒斜交结构的弯扭耦连振动 276

13.7.1 基本假设和计算方法 276

13.7.3 自振频率和振型的计算公式 280

13.7.4　计算步骤和算例 282

13.8 高层建筑结构考虑楼板变形和地基变形时的振动 286

13.8.1　计算模型 286

13.8.2 上部结构的振动微分方程 287

13.8.3　基础的振动方程 289

13.8.4　边界条件和连接条件 290

13.8.5 常微分方程特征值问题及其变换 291

13.8.6 用COLSYS求解算例 292

13.9 变截面框架-剪力墙-薄壁筒斜交结构考虑楼板变形时的振动 297

13.9.1　基本假设和计算模型 297

13.9.2　振动平衡方程 297

13.9.3 常微分方程特征值问题及其变换 299

13.9.4 用COLSYS求解步骤与算例 301

13.10 变截面框架-剪力墙-薄壁筒斜交结构考虑竖向荷载作用时的弯扭耦连振动 304

13.10.1　计算模型 304

13.10.2 考虑竖向荷载作用时的弯扭耦连振动方程 305

13.10.3 常微分方程特征值问题 307

13.11 大底盘多塔楼、大底盘大孔口结构和大底盘多塔楼连体结构的振动 310

13.11.1 基本假设和计算模型 310

13.11.2　振动方程、边界条件和连接条件 310

13.11.3　算例和讨论 312

13.12.1 计算假定和计算图 317

13.12.2 外框筒的侧移和扭转柔度矩阵 317

13.12 筒体结构等效连续体的振动 317

13.12.3 内筒的侧移和扭转柔度矩阵 322

13.12.4 结构的动力方程 323

13.12.5　算例和结论 326

13.13 高层建筑筒体结构的半解析常微分方程求解器法振动计算 328

13.13.1　基本假设和计算模型 328

13.13.2　振动方程、边界条件和连接条件 328

13.13.3 常微分方程特征值问题的变换和算例 331

13.14.1　计算模型、基本假设和计算方法 332

13.14 高层建筑筒体结构有限元线法振动计算 332

13.14.2　条单元分析 333

13.14.3 整体分析——基本方程、边界条件和连接条件的建立 336

13.14.4　常微分方程特征值问题的求解 337

13.14.5　算例和讨论 338

第14章　高层建筑结构地震作用的反应谱分析法 341

14.1 结构抗震动力计算概述 341

14.1.1　地震作用理论的发展 341

14.1.2　结构地震振动方程 342

14.1.3　振动方程的分类及分析方法 344

14.2.1 单自由度体系地震作用的计算 345

14.2 地震反应谱及按反应谱计算地震作用原理 345

14.2.2　地震反应谱 347

14.2.3　抗震设计反应谱——地震影响系数 349

14.3 多自由度体系地震作用的近似计算——底部剪力法 350

14.3.1 底部剪力法的计算公式 350

14.3.2 基本周期T1的近似计算公式 351

14.4 多自由度体系的地震反应计算 353

14.4.1 正则坐标和振型参与系数 353

14.4.2 多自由度体系无阻尼时的地震反应计算 355

14.4.3 多自由度体系有阻尼时的地震反应计算 357

14.5 多自由度体系地震作用的计算公式及效应组合 359

14.5.1 多自由度体系地震作用的计算公式 359

14.5.2　效应组合 360

14.6.1 问题的提出 361

14.6.2 地震作用下不对称结构的计算方法 361

14.6 考虑扭转影响时的地震作用计算公式及效应组合 361

14.6.3　地震作用计算公式 364

14.6.4　地震作用效应组合 366

第15章　高层建筑结构抗震分析的时程分析法 368

15.1　概述 368

15.2 结构的振动计算模型 370

15.2.1 总体模型 371

15.2.2　层模型 371

15.2.3　杆系模型 373

15.2.4　杆系-层模型 383

15.3 结构的弹塑性本构模型 385

15.3.1 分段直线型恢复力模型 386

15.3.2 分段直线回线形式和规则［1］ 388

15.3.3 曲线型恢复力模型［27］ 392

15.3.4 构件的多维恢复力模型［19］ 393

15.4 结构振动模型的刚度矩阵 396

15.4.1 剪切型层模型的刚度矩阵 396

15.4.2 剪弯型层模型［31］ 397

15.4.3　杆系模型的刚度矩阵 398

15.4.4 空间协调杆系-层模型的刚度矩阵 406

15.5 质量矩阵和阻尼矩阵 409

15.5.1 质量矩阵 409

15.5.2 阻尼矩阵 411

15.6 对选用地震波的要求 413

15.7 结构动力平衡方程的求解方法 416

15.7.1 线性加速度法 419

15.7.2 威尔逊-θ法 420

15.7.3 组马克法 421

15.7.4　龙格-库塔法 422

15.7.5 增量方程积分的拟静力法 423

15.7.6 半增量方程积分的拟静力法 426

15.7.7 算法的精度［33］ 428

15.7.8　地震反应的延性 429

15.8 计算结果示例和程序简介 430

15.8.1 计算结果示例［11］ 430

15.8.2　程序简介 430

16.1.1 HBTA 1.0功能简介 433

第16章 高层建筑空间弹塑性动力分析程序HBTA简介 433

16.1 高层建筑结构弹塑性动力分析程序HBTA 1.0的程序编制原理 433

16.1.2　杆件截面多维恢复力模型 434

16.1.3　杆件-层模型的理论分析 445

16.1.4　程序的编制与验证 460

16.1.5 结构的弹塑性计算 466

16.2 隔震结构空间杆系-层模型弹塑性动力分析程序HBTA 2.0［9］ 496

16.2.1 程序HBTA 2.0功能简介 496

16.2.2 结构隔震技术的发展及橡胶垫隔震技术 497

16.2.3 叠层橡胶垫隔震房屋的隔震性能 500

16.2.4 国内外其他隔震结构弹塑性动力分析程序介绍 502

16.2.5 隔震装置的弹塑性恢复力模型 504

16.2.6 隔震结构运动方程的数值解法 512

16.2.7 HBTA 2.0程序编制和验证 523

16.2.8 隔震结构实例计算与分析 531

附录A　考虑双向弯曲与轴压相互耦合的梁柱单元刚度矩阵 543

参考文献 550