一種超高層建筑伸臂桁架構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超高層建筑伸臂桁架構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化方法，在伸臂桁架位置和道數(shù)確定的前提下，通過基于虛功原理和序列二次規(guī)劃法的優(yōu)化算法優(yōu)化伸臂桁架構(gòu)件的截面尺寸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明用于優(yōu)化材料在伸臂桁架構(gòu)件上的分布，使結(jié)構(gòu)在滿足層間位移角和周期約束的條件下，材料用量最少，且優(yōu)化后的截面尺寸可滿足建筑和施工要求。
【專利說明】一種超高層建筑伸臂桁架構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種超高層建筑伸臂桁架構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于城市建設(shè)中節(jié)約土地的需求、高強輕質(zhì)材料的發(fā)展、設(shè)計與施工技術(shù)的提高以及人們對于超高地標性建筑的渴望，超高層建筑越來越多的出現(xiàn)。超高層建筑結(jié)構(gòu)體型細長，具有高、柔的特點，由于整體結(jié)構(gòu)高柔，主要構(gòu)件的尺寸通常為剛度控制。在風荷載和地震作用下，超高層建筑需要控制結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生過大的變形，避免由此引起的外墻、外裝飾材料的損壞。結(jié)構(gòu)自振周期也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要參數(shù)，自振周期較大的建筑結(jié)構(gòu)不僅會導(dǎo)致正常使用狀態(tài)下的變形和舒適性問題，還會增加結(jié)構(gòu)在風荷載作用下破壞的可能性。為了降低長周期引起的有害作用，通常做法是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中設(shè)置周期限制。為有效增加結(jié)構(gòu)的剛度，從而減小超高層建筑結(jié)構(gòu)的層間位移角和周期，結(jié)構(gòu)工程師常在設(shè)備層和避難層空間設(shè)置剛度較大的伸臂桁架，以加強核心筒與外圍框架的聯(lián)系，構(gòu)成抗側(cè)效率較高的結(jié)構(gòu)體系。伸臂桁架對增大結(jié)構(gòu)剛度具有良好的效果，但伸臂桁架構(gòu)件尺寸較大，一般截面高度為Im左右，用鋼量巨大。若能優(yōu)化材料在伸臂桁架上的分布，使材料得到充分的利用，則不僅可以減少材料用量，增加結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟型，還能提高結(jié)構(gòu)的整體性能。伸臂桁架構(gòu)件尺寸的優(yōu)化設(shè)計可通過以下措施進行——增大對層間位移角和周期影響較大構(gòu)件的尺寸，減小對層間位移角和周期影響較小構(gòu)件的尺寸。
[0003]目前構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化可采用一些具有優(yōu)化分析功能的專業(yè)軟件，但是，上述軟件一般適用于小型結(jié)構(gòu)或機械構(gòu)件，并且優(yōu)化的結(jié)果未必能用于設(shè)計實踐，因此，在實際工程中的應(yīng)用相對較少；更多的時候，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員是通過利用常規(guī)結(jié)構(gòu)的概念和工程經(jīng)驗，人工調(diào)整反復(fù)試算，該過程時費力，一般情況下還得不到最優(yōu)解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種材料用量少、優(yōu)化后的截面尺寸可滿足建筑和施工要求的超高層建筑伸臂桁架構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化方法。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種超高層建筑伸臂桁架構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化方法，包括如下步驟:
[0007]I)對超高層建筑沿高度方向以區(qū)為單位劃分，將各區(qū)中設(shè)置的伸臂桁架設(shè)定成多個優(yōu)化組，各組的內(nèi)構(gòu)件的截面尺寸相同；
[0008]2)在每個組內(nèi)選定優(yōu)化變量；
[0009]3)以層間位移角為約束條件，建立優(yōu)化變量和層間位移角約束的關(guān)系，該關(guān)系可通過虛功原理實現(xiàn)，具體表達式為:
【權(quán)利要求】
1.一種超高層建筑伸臂桁架構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)對超高層建筑沿高度方向以區(qū)為單位劃分，將各區(qū)中設(shè)置的伸臂桁架設(shè)定成多個優(yōu)化組，各組的內(nèi)構(gòu)件的截面尺寸相同； 2)在每個組內(nèi)選定優(yōu)化變量； 3)以層間位移角為約束條件，建立優(yōu)化變量和層間位移角約束的關(guān)系，該關(guān)系可通過虛功原理實現(xiàn),具體表達式為:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高層建筑伸臂桁架構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化方法，其特征在于，所述的步驟3)中，計算層間位移角時，選取相鄰兩道伸臂桁架之間的樓層為控制層，控制層的最大層間位移角為結(jié)構(gòu)的最大層間位移角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超高層建筑伸臂桁架構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化方法，其特征在于，某一樓層的最大層間位移角為控制點的層間位移角，所述的控制點位于樓層核心筒角點和外框柱節(jié)點上。
【文檔編號】G06F17/50GK103729526SQ201410045906
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月8日
【發(fā)明者】董耀旻, 趙昕, 余天意, 江祥, 周瑛 申請人:同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司