框筒结构动力时程分析

毕业论文框筒结构动力时程分析专业土木工程学生韩璐指导教师胡启平教授河北工程大学土木工程学院2012年6月9日河北工程大学土木工程学院毕业论文2012年摘要框筒结构是建筑物外围轮廓线处布置密柱深梁所形成的框架，其空间作用性好，在广泛的建筑物高度范围内，被认为是一种经济有效的结构体系。整体建筑主要由几大框筒承担重量，单元内的墙体不起承重作用，真正的活性建筑，墙体可以随意改变，甚至整层都可以随意间隔。这是现在最先进的结构。(1)本文对框筒结构分析采用薄壁杆件模型，考虑框筒的剪力滞后效应，从结构总势能出发应用哈密顿对偶体系和精细积分法求得结构的层刚度矩阵，用有限元法集成整体刚度矩阵。(2)对框筒结构质量矩阵的求解利用的是集中质量法，采用多质点体系模型。对结构的阻尼矩阵，采用的是常用的瑞雷阻尼矩阵，取质量矩阵和刚度矩阵的线性组合。(3)本文采用初值问题的精细积分法进行结构的动力时程方程分析。(4)利用MATLAB语言编制相应的计算程序，通过具体的算例分析，得出在多遇地震作用下框筒结构的地震反应值。关键字：高层框筒；剪力滞后；哈密顿对偶体系；精细积分法；动力方程求解。河北工程大学土木工程学院毕业论文2012年AbstractTheframetubestructureisthebuildingoutercircleoutlinelineplacedecorationairtightpillartheframeformedbydeepbeam,itsspacefunctiongood,attheextensivebuildingisinsidethehighscope,bethoughttoisakindofeconomiceffectivestructuresystem.Thewholebuildingismainlyundertakenweightbyseveralbigframetubes,thewallintheunitnotriseacceptandre-actanduse,realofactivitybuilding,thewallcanatwillchange,evenwholeallcanatwillpartition.Thisisthemostadvancedstructurenow.（1）Thistextanalyzestoadoptathinwallpoleapiecetotheframetubestructuremodel,consideraftertheshearlag,Accordingtothetotalpotentialenergyofstructures,theHamiltoniandualsystemsofcoordinationanalysisandpreciseintegralalgorithmareestablishedfortheframetubestructures.Thelayerelementstiffnessmatrixesareintroducedaccordingtopreciseintegrationmethod,andtheglobalstiffnessmatrixofstructurescanbeestablishedaccordingtothefiniteelementstiffnessintegrationmethod.（2）Itisaconcentratedqualitymethodtowhattheframetubestructurequalitymatrixsolvesexploitation,usingtheMulti-particlesystemmodelofframetubestructures;thelumpedmassmatrixesoftheentirestructuresareestablished.Dampingmatrixforthestructure,thepaperusesaRayleighdampingthatisalinearcombinationofstiffnessmatrixandmassmatrix.（3）Thedynamictimehistoryanalysisisprocessedontheframetubestructurebasedonthepreciseintegrationmethodofthedoubleendboundaryvalueproblems.（4）MakeuseofMATLABlanguagetodrawuphomologouscalculationprocedure,thenewmethodofdynamictimehistoryanalysisoftube-in-tubestructurearegiven,and.andfrequentearthquakeseismicresponsevaluesofbuildingsareobtained.Keywords:frame-tubestructure;shearlag;Hamiltondualsystems;preciseintegralalgorithm;solutionofdynamicequation河北工程大学土木工程学院毕业论文2012年目录0绪论----------------------------------------------------------------------------------10.1研究背景以及意义-------------------------------------------------------------------------------10.2国内外研究现状----------------------------------------------------------------------------------20.3本文研究的主要内容和解决的关键问题----------------------------------------------------50.4本章小结-------------------------------------------------------------------------------------------61框筒结构的哈密顿对偶体系----------------------------------------------------71.1基于哈密顿理论体系结构的刚度矩阵-------------------------------------------------------71.2质量矩阵-------------------------------------------------------------------------------------------91.3阻尼矩阵------------------------------------------------------------------------------------------101.4动力方程的求解---------------------------------------------------------------------------------101.5本章小结------------------------------------------------------------------------------------------122框筒结构动力时程分析---------------------------------------------------------132.1基本假定及计算模型---------------------------------------------------------------------------132.2框筒结构的刚度矩阵---------------------------------------------------------------------------142.3框筒结构的质量矩阵和阻尼矩阵------------------------------------------------------------162.4动力方程求解------------------------------------------------------------------------------------172.5本章小结------------------------------------------------------------------------------------------173框筒结构动力时程算例---------------------------------------------------------183.1算例------------------------------------------------------------------------------------------------183.2本章小结------------------------------------------------------------------------------------------24结论与展望-----------------------------------------------------------------------------------------25鸣谢---------------------------------------------------------------------------------------------------26参考文献-----------------------------------------------------------------------------27附件------------------------------------------------------------------------------------29河北工程大学土木工程学院毕业论文2012年1毕业论文学生韩璐指导教师胡启平教授河北工程大学土木工程学院土木工程专业建工方向0绪论0.1研究背景以及意义从十九世纪末到二十世纪初，由于工业技术的进步，开始出现了现代形式的钢框架、钢筋混凝土框架结构的高层建筑。1883年，美国芝加哥建造了11层，高度为55米的保险公司HomeInsurance大楼，采用钢框架、砖石自承重墙结构，为近代世界第一栋高层建筑。1903年，法国巴黎Franklin公寓和美国辛辛那提Ingalls大楼（16层，高64米）则是最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑。目前世界上最高的的高层建筑是哈里发塔，原称为迪拜塔，使位于阿拉伯联合酋长国的迪拜境内的摩天大楼，耗资15亿美元。哈里发塔高度为828米，楼层总数169层楼，是人类历史上首个超过800米的建筑物。因此，伴随着高层建筑的出现，高层框筒结构分析理论也应运而生，并且得到了不断的发展和完善。框筒结构是建筑物外围轮廓线处布置密柱深梁所形成的框架，而在整体上这些框架围成了一个封闭的整体，其空间作用性好，在广泛的建筑物高度范围内，被认为是一种经济有效的结构体系。整体建筑主要由几大框筒承担重量，单元内的墙体不起承重作用，真正的活性建筑，墙体可以随意改变，甚至整层都可以随意间隔。这是现在最先进的结构。自美国的F.R.Khan于60年代初首次提出了框筒结构的概念，并于1963年在美国芝加哥市第一次用框筒结构设计一幢44层Dewitt-Chestnut高层公寓之后，世界上许多新建的超高层钢结构或钢筋混凝土结构几乎