ANSYS高层建筑主体结构地震响应分析及优化(4)
然而，随着计算机技术迅速发展，结构计算分析与设计软件不断地改进，采用设计软件通过计算机进行高层建筑结构计算和设计已逐渐成为当前高层建筑结构计算分析与设计的主要方法。结构设计软件已成为确保设计质量和提高设计效率的一种必备工具[18]。
2．1 建筑结构软件的计算方法
计算机计算建筑结构的方法大体上可以分为以下四种[19]。
2.1.1 平面协同计算
平面协同计算采用平面结构假定、楼板平面内无限刚度假定，且楼板只能平移。构件为平面杆件，每个节点有3个自由度，两端为6个自由度，其单元刚度方程为6×6矩阵。
这种方法与近似的手算方法类似，与荷载作用方向相垂直的杆件不受力。虽然它比手算方法略为精确一些，但是它不考虑扭转，不能计算平面复杂的结构，因此，这种简化较大的计算方法在工程设计中已基本不采用。
2.1.2 空间协同计算
空间协同计算采用平面结构假定、楼板平面内无限刚性假定，楼板有扭转角，每个楼层有3个自由度。与平面协同计算相同，空间协同计算将结构分为若干个平面子结构，杆件单元刚度矩阵同平面协同计算的单元刚度矩阵。
空间协同计算可以计算不对称结构，也可以计算结构扭转，因此比平面协同计算方法的适用面更广。但是，由于空间协同计算采用了平面结构假定，必须把结构分解成许多榀平面结构，相互垂直的各个平面结构即使相交也相互独立，与水平荷载垂直的平面结构只参与抗扭，因此只在结构允许划分成平面结构时才可以应用该计算方法。
实际上，在许多情况下，结构无法分成明确的一个个平面，如果一定要分成平面结构，各平面结构相交处的竖向位移不相同，造成结构不连续，与实际不符合，计算结果误差较大。因此，在计算机能力急速发展的今天，这类结构完全可以采用更为精确的方法进行计算。
2.1.3 空间结构计算
空间结构计算（楼板平面内无限刚性）的杆件为空间杆件，每个节点有6个自由度，两端共有12个杆端位移和内力，构件单元刚度矩阵为12×12阶。由于假定楼板内无限刚性，每个楼层只有3个自由度，梁、柱的独立自由度都减少，可大大减少计算自由度及未知量。
空间结构计算与空间协同计算不同，空间结构是整体计算的，凡是相交的各个杆件都互相关联，由于要求节点位移连续，在水平荷载作用下无论哪个方向的杆件在节点变形必须一致，杆端竖向位移也必须协调。不过，由于刚性楼板假定，在楼板平面内的杆件两端仍然没有相对位移，无法计算这些杆件的轴向变形和内力。
2.1.4 空间完全结构计算
完全空间结构计算（弹性楼板假定）的空间杆件，每个节点有独立的6个自由度，楼板在其平面内有变形。这种计算方法既可以得到梁、柱构件的所有变形和内力，又可以计算结构扭转，是相对更为精确的一种计算方法。但是，采用这种方法使计算自由度及未知量大大增加，因此这种计算方法并不是在所有商用程序中都有。
2.1.5 计算方法的选择
上述四类计算方法由简到繁，相对精确度也随之提高。但是在选择计算方法及计算程序时，不是越精确越好，精确是相对的，由于杆件有限元方法本身的局限，又对构件刚域及剪力墙都作了很多假定，即便是完全空间结构计算也不是绝对精确的，不可能没有误差。因此，在选择程序时，要看需要和可能，要看结构的实际情况，要看简化带来的误差多大、所花的代价是否值得。例如，楼板平面内无限刚性假定可以符合大多数高层建筑的实际情况，因此，凡是用空间结构计算可以满足要求时，建议采用空间结构计算，以减少计算工作量，而且可选择的计算程序也较多；又如，当建筑高度不大，平面布置符合平面结构假定时，采用空间协同计算也是很好的。
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