[發明專利]一種超高層建筑伸臂桁架構件截面尺寸優化方法

有效

• 申請號: 201410045906.5
• 申請日: 2014-02-08
• 公開（公告）號: CN103729526A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 董耀旻;趙昕;余天意;江祥;周瑛
• 申請（專利權）人: 同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

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：

δs=L(m)6QsΣm=1N([Fi(m)Fj(m)]2Ke(m)Ke(m)Ke(m)2Ke(m)[fi(m)]T[fj(m)]T)≤[δ]]]>

式中，δ_s為s層的層間位移角，Q_s為作用于s層的虛擬力偶，N為構件數目，L^(m)為構件m的長度，N為構件個數，為在設計荷載工況下構件m節點i的節點力向量，為在設計荷載工況下構件m節點j的節點力向量，為在虛擬荷載工況下構件m節點i的節點力向量，為在虛擬荷載工況下構件m節點j的節點力向量，為構件m的對角剛度矩陣，對角線上元素依次為，1/EA、1/GA_Y、1/GA_Z、1/GI_X、1/EI_Y和1/EI_Z，A為構件截面面積，A_Y和A_Z為分別為沿y軸和z軸的剪切面積，I_X、I_Y和I_Z分別為繞x軸、y軸和z軸的截面慣性矩，E為構件材料的彈性模量，G為構件材料的剪切模量，[δ]為結構的層間位移角限值；

以結構第一自振周期為約束條件，建立優化變量和周期約束的關系，該關系可通過虛功原理和瑞利法實現，具體為：

W=L(m)Σm=1N([Fi(m)Fj(m)]2Ke(m)Ke(m)Ke(m)2Ke(m)[Fi(m)]T[Fj(m)]T)=w2≤WU]]>

式中，W為模態力做的功，為在模態力工況下構件m節點i的節點力向量，為在模態力工況下構件m節點j的節點力向量，w為結構特征值，W^U＝(T^U/T⁰)²W⁰＝4π²(T^U/T⁰)²/(T⁰)²，T⁰和T^U為結構初始第一自振周期和目標周期，W⁰為初始結構的應變能；

4)以伸臂桁架體積最小建立伸臂桁架構件尺寸優化的目標函數，具體為：

MinV=Σi=1nLiAi]]>

式中，A_i和L_i分別為構件i的截面面積和長度；

5)根據步驟3)的約束條件和步驟4)的目標函數，采用序列二次規劃法進行構件尺寸的優化，獲得最優的伸臂桁架構件截面尺寸。