TowerPeak 第一部分

TowerPeak-1把楼板、墙体、柱、梁作为结构构件一次过全部同时纳入计算,对它们的每个结点均作六个自由度考虑,对杆件(如柱、梁)按结构力学方法分析,对楼板、墙肢按厚薄板壳元之有限元方法分析。以这样的模型来进行分析和设计必能得出高精度和协调的结果,再也不必对特定的结构作特定的假设、简化和分析,任何局部的受力状态都可显示出来。

借助目前十分流行的绘图软件AutoCADTowerPeak-1具备了对标准层的所有构件(如楼板、梁、柱、墙等)和作用于楼板上的荷载(面荷载或点荷载)等所有几何的图形输入。可在TowerPeak-1AutoCAD之间互动地进行图形输入和输出。在AutoCADTowerPeak-1上自动绘制立体图、平面图、各种构件的配筋图等功能。

归纳起来,TowerPeak-1的主要功能如下:

一、TowerPeak-1核心技术是运用了结构的刚度以每个楼层为单位,并将它在各层传递回代从而求解整个高层建筑物的位移和内力等结果的新计算方法,一举满足既要精度又要速度的要求。

二、TowerPeak-1采用空间模型,将楼板、墙肢离散为凸多边形壳元,再将梁、柱作为杆件,利用有限元方法对这一空间体系进行分析。在目前情况下,TowerPeak-1除要求楼板为水平面板、墙肢为垂直面板外(通过对软件的进一步完善,在不久的将来,将没有这些限制),对结构没有别的简化和假设,故由它产生的计算模型,完全吻合建筑物的实际形状,因此对绝大部分的高层建筑,计算模型是唯一的,其计算结果也是唯一的。TowerPeak-1也考虑了楼板的开洞、厚度不均、墙肢面上的开洞、厚度沿水平方向线性变化等。因此,TowerPeak-1完全解决了诸如:

1.    多塔楼(见图 1.1.1)、

2.    墙肢面上任意形状的开洞(见图 1.1.2 )、

3.    错层(见图 1.1.3)、

4.    塔基处的柱和墙可落在不同的楼层上(见图1.1.4)、

5.    连层柱和墙(见图 1.1.5 )、 

6.   
不规则形状的楼板、 

7.   
任意形状的剪力墙截面、 

8.   
斜撑(见图 1.1.6 )、

厚板或巨型框架转换层等复杂结构的高精度分析和设计,它既不需要长时间计算,也不必使用大型计算机,它只使用目前个人电脑及十几分钟的时间,便可完成对中等规模的高层建筑物(如30层单塔楼)的大部分计算工作。随着个人电脑的计算速度越来越快,大型的高层建筑结构,需要的计算时间也将越来越短,TowerPeak-1 将发挥更大的作用。图 1.1.1 1.1.6 如下

Fig 1.1.1 – 多塔楼

Fig 1.1.2 – 标准层平面布置

Fig 1.1.3 错层立体图

Fig 1.1.4 塔基处的柱和墙可落在不同的楼层上

Fig 1.1.5 连层柱和墙

Fig 1.1.6 斜撑转换层

三、在结构的动力分析方面,TowerPeak-1也采用空间质点模型,它不把每一层视为一个质点,而是把上下层连结处的结点(柱顶及墙肢与楼板或梁的交点)都作为质点,对于不属于质点的其它结点,其刚度、质量和转动惯量则利用静力凝聚方法凝聚到这些质点中去,因此,它自动考虑了结构的扭转耦联(因为它是空间质点)。TowerPeak-1在多遇地震情况下,对水平、竖向用振型分解反应谱法和弹性时程分析法(用振型分解法)进行计算。

四、TowerPeak-1也把地下室纳入到整体结构之中,因为TowerPeak-1允许在墙肢上施加荷载(如土荷载和水荷载等)、在各楼层处水平面上添加弹簧支座(如土弹簧支座),而地下室属于墙肢。

五、在编程技术方面,TowerPeak-1除了采用新的计算方法外,还采用了多线程和单机并发(同时开启若干个相同的可执行程序去完成一个计算任务)方法,充分利用多核CPU进行同步计算的功能,以加快计算速度。

六、在运算速度方面,不会因为大规模的高精度计算而减慢。例如对一个45层单塔楼的工程,使用目前市面上普通配备的个人电脑,在多遇地震情况下进行全面分析和设计只需80分钟,此时的计算规模 为: 结点数=45×(495+145*4)+495=48870,总自由度=48870×6=293220;

七、TowerPeak-1还具有下列的重要功能:

1. 对整个结构(包括多塔楼)进行施工模拟计算。

2. 用分层法对活荷载进行最不利组合。

3. 对整个结构自动进行完整的有限元划分,完成后不必再用人手调整。

4. 自动计算风荷载。

5. 自动检索结果,可把临界值标示在平面图上。

6. 构件的截面可取任何形状,可由多种材料组成(如钢骨混凝土和钢管混凝土)。

7. 可对上述构件的截面进行设计及配筋计算。

8. 利用计算后的组合应力自动调整梁的厚度。

9. 自动快速计算工程量。

10. 可把目前业界普遍应用的高层结构分析软件Etabs的计算模型全部导入到TowerPeak-1,而不必重新在TowerPeak-1上建立计算模型。

综上所述,TowerPeak-1最大的作用在于:

一、减少设计工作量从而节省设计成本和设计周期。

二、更容易满足规范的各项要求,可以避开错层、不规则平面布置、墙肢面上任意形状的开洞等的限制,因为TowerPeak-1可以精确地处理它们。 TowerPeak-1(上部结构部分)也已成功通过香港屋宇署审批和认证并获得批文,注册号为S0634。