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索膜结构是近年来在我国建筑业发展较迅速的一种结构形式,在建造数量和使用领域上都有了很大的发展。本文首先介绍了索膜结构在国内外的发展和应用现状,索膜结构设计方法以及国内外索膜结构分析软件,然后主要探讨了索膜分析程序MCSL(Shape finding and Load analysis of Cable-Membrane structures)的不足之处,对其进行优化,并通过工程实例证明了优化后的程序的有效性和实用性。 在程序MCSL的前处理中加入了节点编号优化模块。介绍了四种网格节点编号优化算法的数学理论和基本原理,采用Fortran90语言分别编制了以上各种优化方法的算法程序。结合多个索膜结构算例,比较以上各种算法的优化效果,提出不同情况下优化效果最好的算法;同时,对程序MCSL中索膜结构的边界定义以及引入边界条件的方法进行了修正。 在求解刚度方程时,将程序MCSL中基于满阵存储的求逆矩阵法改为带状存储的LDL~T算法。编写了由索、膜单元刚度矩阵集成二维等带宽整体刚度矩阵和一维变带宽整体刚度矩阵的子程序,并且基于带状存储,编写了修正后的LDL~T算法子程序、乘大数法引入约束条件以及支座反力的计算子程序。结合多个索膜结构算例,对采用带状存储前后的LDL~T法以及其它直接算法的优化效果进行了详细的分析和比较。 将索膜结构整体刚度矩阵压缩为只含有非零元素的一维数组总刚,编写了基于完全压缩存储的Gauss-Seidel和SOR算法子程序,通过多个索膜结构算例,对采用完全压缩存储前后的Gauss-Seidel法和SOR法的优化效果进行分析比较。 对PCG法的数学理论做了详细的介绍,编写了基于整体刚度矩阵下三角完全压缩存储的J-CG算法子程序,SSOR-CG算法子程序以及ICCG算法子程序,并将其应用到索膜结构刚度方程的求解中,对采用各种PCG算法的优化效果进行了比较。 建立了程序MCSL与Sap2000的接口。采用Fortran90语言编写了程序Saptransfer,其功能是将索膜分析程序MCSL输出的支座反力转化为Sap2000的$2K文件中结构的结点外荷载,以对膜面下部结构进行分析。结合两个工程实例,采用优化后的程序,对索膜结构进行荷载分析,证明了程序在优化后,运行速度得到了很大的提高,有很好的工程应用价值。