一種超高層建筑伸臂桁架構件截面尺寸優化方法
【專利摘要】本發明涉及一種超高層建筑伸臂桁架構件截面尺寸優化方法，在伸臂桁架位置和道數確定的前提下，通過基于虛功原理和序列二次規劃法的優化算法優化伸臂桁架構件的截面尺寸。與現有技術相比，本發明用于優化材料在伸臂桁架構件上的分布，使結構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件截面尺寸優化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及結構工程【技術領域】，尤其是涉及一種超高層建筑伸臂桁架構件截面尺寸優化方法。
【背景技術】
[0002]由于城市建設中節約土地的需求、高強輕質材料的發展、設計與施工技術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。超高層建筑結構體型細長，具有高、柔的特點，由于整體結構高柔，主要構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構或構件產生過大的變形，避免由此引起的外墻、外裝飾材料的損壞。結構自振周期也是建筑結構設計的重要參數，自振周期較大的建筑結構不僅會導致正常使用狀態下的變形和舒適性問題，還會增加結構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構設計中設置周期限制。為有效增加結構的剛度，從而減小超高層建筑結構的層間位移角和周期，結構工程師常在設備層和避難層空間設置剛度較大的伸臂桁架，以加強核心筒與外圍框架的聯系，構成抗側效率較高的結構體系。伸臂桁架對增大結構剛度具有良好的效果，但伸臂桁架構件尺寸較大，一般截面高度為Im左右，用鋼量巨大。若能優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，增加結構的經濟型，還能提高結構的整體性能。伸臂桁架構件尺寸的優化設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件的尺寸，減小對層間位移角和周期影響較小構件的尺寸。
[0003]目前構件截面尺寸優化可采用一些具有優化分析功能的專業軟件，但是，上述軟件一般適用于小型結構或機械構件，并且優化的結果未必能用于設計實踐，因此，在實際工程中的應用相對較少；更多的時候，結構設計人員是通過利用常規結構的概念和工程經驗，人工調整反復試算，該過程時費力，一般情況下還得不到最優解。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種材料用量少、優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件截面尺寸優化方法。
[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0006]一種超高層建筑伸臂桁架構件截面尺寸優化方法，包括如下步驟:
[0007]I)對超高層建筑沿高度方向以區為單位劃分，將各區中設置的伸臂桁架設定成多個優化組，各組的內構件的截面尺寸相同；
[0008]2)在每個組內選定優化變量；
[0009]3)以層間位移角為約束條件，建立優化變量和層間位移角約束的關系，該關系可通過虛功原理實現，具體表達式為:
【權利要求】
1.一種超高層建筑伸臂桁架構件截面尺寸優化方法，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為單位劃分，將各區中設置的伸臂桁架設定成多個優化組，各組的內構件的截面尺寸相同； 2)在每個組內選定優化變量； 3)以層間位移角為約束條件，建立優化變量和層間位移角約束的關系，該關系可通過虛功原理實現,具體表達式為:
2.根據權利要求1所述的一種超高層建筑伸臂桁架構件截面尺寸優化方法，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構的最大層間位移角。
3.根據權利要求2所述的一種超高層建筑伸臂桁架構件截面尺寸優化方法，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 優先權日:2014年2月8日
【發明者】董耀旻, 趙昕, 余天意, 江祥, 周瑛 申請人:同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司