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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NLDKGQ19

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