第1章 绪论 1
1.1 研究的背景 1
1.2 工程地震灾变模拟的内涵和意义 2
1.3 本书的研究思路和主要研究内容 3
第2章 高层建筑地震灾变模拟的精细模型 5
2.1 概述 5
2.2 纤维模型 5
2.2.1 纤维梁模型的基本原理 5
2.2.2 混凝土本构模型 6
2.2.3 钢筋本构模型 10
2.2.4 钢筋混凝土构件验证 13
2.2.5 组合构件中的材料模型 15
2.3 分层壳模型 17
2.3.1 分层壳模型的基本原理 17
2.3.2 高性能壳单元NLDKGQ 19
2.3.3 混凝土和钢筋的本构模型 31
2.3.4 分层壳单元在OpenSees中的实现 32
2.3.5 算例及验证 33
2.4 基于构件和截面的模型 39
2.4.1 引言 39
2.4.2 十参数滞回模型 39
2.4.3 钢支撑滞回模型 44
2.5 多尺度建模方法 47
2.5.1 引言 47
2.5.2 多尺度模型界面连接方法与实现 48
2.5.3 界面连接方法的验证 50
2.5.4 钢－混凝土混合结构多尺度分析算例 52
2.5.5 钢框架多尺度分析算例 54
2.6 单元生死算法与倒塌模拟 55
2.6.1 构件失效的单元生死算法 55
2.6.2 失效后单元的离散元模型 56
2.6.3 采用物理引擎模拟失效后的单元 59
第3章 高层建筑地震灾变模拟的高性能求解及可视化 63
3.1 概述 63
3.2 GPU高性能矩阵求解器 63
3.2.1 通用GPU计算的基本概念 63
3.2.2 GPU高性能矩阵求解 64
3.2.3 算例及比较 69
3.3 地震灾变模拟的高性能可视化 70
3.3.1 引言 70
3.3.2 整体框架 71
3.3.3 关键帧提取 72
3.3.4 并行帧插值 75
3.3.5 GPU内存的数据访问模型 77
3.3.6 算例与讨论 78
第4章 高层建筑地震灾变模拟案例 80
4.1 概述 80
4.2 某巨柱－核心筒－伸臂超高层建筑地震灾变模拟 80
4.2.1 工程简介 80
4.2.2 建模方法 80
4.2.3 地震灾变倒塌模拟 88
4.2.4 土－结相互作用对倒塌的影响 97
4.3 某巨柱－核心筒－巨型支撑超高层建筑地震灾变模拟 102
4.3.1 工程简介 102
4.3.2 建模方法 105
4.3.3 半支撑结构地震灾变倒塌模拟 108
4.3.4 全支撑结构地震灾变倒塌模拟 114
4.3.5 结构方案比较 123
第5章 高层建筑地震灾变模拟的简化模型 127
5.1 概述 127
5.2 弯剪耦合模型 127
5.2.1 弯剪耦合模型的基本概念 127
5.2.2 弯剪耦合模型的算例 128
5.3 鱼骨模型 131
5.3.1 鱼骨模型的基本概念 131
5.3.2 某巨柱－核心筒－伸臂超高层建筑的鱼骨模型 131
5.3.3 某巨型框架－核心筒－巨型支撑超高层建筑的鱼骨模型 147
第6章 高层建筑地震灾变模拟的工程应用 159
6.1 概述 159
6.2 地震动强度指标 159
6.2.1 引言 159
6.2.2 常用地震动强度指标简介 159
6.2.3 适用于超高层建筑的改进地震动强度指标 161
6.2.4 现有地震动强度指标适用性比较 164
6.2.5 基于IDA倒塌分析对各地震动强度指标合理性的检验 170
6.3 超高层建筑最小剪力系数研究 171
6.3.1 引言 171
6.3.2 国内外规范对最小地震剪力系数规定的综述 172
6.3.3 8度区的某假想超高层案例对比分析 175
6.3.4 8度区的某真实超高层案例对比分析 192
6.3.5 小结 200
6.4 剪力墙内支撑布置方案比选 200
6.4.1 方案介绍 200
6.4.2 基本动力特性对比 202
6.4.3 弹塑性分析对比 202
6.4.4 抗地震倒塌能力对比 203
6.4.5 小结 205
第7章 中美典型高层建筑抗震设计对比及性能化评价 206
7.1 概述 206
7.1.1 性能化抗震设计方法 206
7.1.2 中美高层建筑抗震设计对比的意义 207
7.2 中美典型高层建筑抗震设计对比 208
7.2.1 中美典型高层建筑抗震设计对比案例 208
7.2.2 Building 2抗震设计及结果对比 208
7.2.3 HuYu模型抗震设计及结果对比 213
7.3 中美典型高层建筑抗震性能对比 217
7.3.1 弹塑性时程分析评估 217
7.3.2 地震损失评估 225
7.4 本章小结 238
第8章 城市区域建筑震害模拟的精细化建模 239
8.1 概述 239
8.1.1 基于易损性矩阵的区域震害模拟 240
8.1.2 基于能力－需求分析的区域震害模拟 240
8.1.3 基于精细化模型和时程分析的震害模拟 241
8.2 多层建筑剪切层模型 242
8.2.1 引言 242
8.2.2 多自由度集中质量剪切层模型 242
8.2.3 适用于中国多层建筑的骨架线参数标定方法 243
8.2.4 基于HAZUS的骨架线参数标定方法 250
8.2.5 滞回参数标定方法 252
8.2.6 结构损伤限值 252
8.2.7 参数标定方法的验证 255
8.2.8 小结 257
8.3 高层建筑弯剪耦合模型 257
8.3.1 引言 257
8.3.2 非线性弯剪耦合模型 258
8.3.3 根据宏观建筑信息确定模型参数 260
8.3.4 基于单体结构的模型应用和验证 265
8.3.5 非线性弯剪耦合模型在城市区域震害预测中的应用 270
8.3.6 小结 272
第9章 城市地震灾变模拟的可视化和数据获取 273
9.1 概述 273
9.2 城市建筑群震害场景的2.5D模型 273
9.3 城市建筑群震害场景的3D-GIS模型 275
9.3.1 引言 275
9.3.2 整体技术框架 276
9.3.3 城市3D-GIS数据的获取 278
9.3.4 基于城市3D多边形模型的震害场景可视化 280
9.3.5 数据流程 282
9.3.6 案例分析 283
9.4 基于物理引擎的城市建筑群震害倒塌模拟 287
9.4.1 引言 287
9.4.2 基于物理引擎的倒塌模拟 287
9.4.3 集成的模拟系统 288
9.4.4 案例展示 289
第10章 城市区域震害模拟的高性能计算方法 292
10.1 概述 292
10.2 基于GPU粗颗粒度并行的城市区域震害模拟 292
10.2.1 引言 292
10.2.2 程序架构与并行思路 292
10.2.3 程序性能测试 296
10.3 基于云计算的城市区域震害模拟 300
10.3.1 引言 300
10.3.2 测试软件与算例模型设定 301
10.3.3 云计算环境配置 302
10.3.4 云计算性能测试 306
10.3.5 小结 307
10.4 多尺度区域建筑震害模拟的分布式计算 308
10.4.1 引言 308
10.4.2 计算框架 308
10.4.3 计算方法 309
10.4.4 案例研究 312
10.4.5 小结 316
第11章 典型区域建筑群的震害情景模拟 317
11.1 概述 317
11.2 鲁甸地震极震区震害场景再现 317
11.2.1 鲁甸极震区震害情况 317
11.2.2 与实际震害对比 319
11.2.3 与易损性方法对比 320
11.2.4 震害结果的可视化 321
11.3 清华校园建筑震害预测与讨论 323
11.3.1 震害模拟平台框架 323
11.3.2 建筑数据收集 323
11.3.3 前处理与震害分析计算 325
11.3.4 震害结果显示 328
11.4 我国某中等城市的震害模拟 330
11.4.1 案例介绍 330
11.4.2 震害模拟的并行计算 331
11.4.3 震害模拟结果的讨论 332
11.5 我国特大城市建筑群震害模拟 334
11.5.1 案例介绍 334
11.5.2 A城市某区域算例分析 334
11.5.3 B城市的震害结果可视化 338
第12章 典型城市区域地震损失的精细化预测 340
12.1 概述 340
12.2 基于新一代性能化设计的城市区域地震损失预测 340
12.2.1 引言 340
12.2.2 损失预测方法 341
12.2.3 案例研究：清华大学校园区域建筑地震损失预测 345
12.2.4 损失预测结果及讨论 348
12.2.5 小结 351
12.3 碎片坠落次生灾害及应急区域规划 352
12.3.1 引言 352
12.3.2 整体架构 354
12.3.3 分析方法 354
12.3.4 算例 357
12.3.5 小结 360
第13章 结论和展望 361
13.1 结论 361
13.2 展望 361
参考文献 363