[發明專利]一種基于OC-PSO的超高層建筑抗風性能設計優化方法

有效

• 申請號: 202210050739.8
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114491748B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 黃銘楓;王淳禾;林巍;肖志斌
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F30/25;G06F111/06;G06F111/10;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 吉靖

本發明提供一種基于OC?PSO的超高層建筑抗風性能設計優化方法，通過結合優化準則法(OC法)以及粒子群算法(PSO法)，以降低結構造價為目標，同時考慮結構層位移,層間位移角及頂層峰值合成加速度作為約束，在結構優化的過程中采用了基于結構動力特性以及風洞試驗結果的風振響應頻域計算方法以達到在優化過程中更新等效靜風荷載(ESWLs)以及加速度響應的目的從而實現結構的動力抗風設計優化，進一步提升了結構抗風的優化空間，實現了在保證結構安全性及舒適度要求的前提下，提高結構的經濟效益。

技術領域

本發明屬于高層建筑結構抗風與設計領域，尤其涉及一種基于風洞試驗技術及風振響應頻域計算方法的超高層建筑抗風性能設計優化方法。

背景技術

近幾十年來，我國建成了越來越多的風荷載敏感的高層和超高層建筑。結構抗風設計最重要的目標即是滿足結構的安全性及舒適度的要求，因此在結構抗風設計過程中結構的層位移及峰值加速度往往是需要重點關注的指標。如何在結構設計的過程中平衡結構的安全性、舒適度以及結構的造價一直是廣大工程師較為關注的問題。

而抗風優化設計往往被認為是提升建筑抗風性能的最佳途徑之一。Chan等建立了基于優化準則法對構件尺寸進行優化的抗風及抗震設計優化方法，通過對結構構件尺寸的優化做到在滿足結構層間位移角約束的情況下的同時實現結構造價的降低，并通過大量工程實例證明了該方法的有效性。與抗震優化不同，在過去大多數抗風優化方法中，施加風荷載的大小常常是根據規范進行估算的，除此之外，大部分傳統基于風洞試驗的抗風設計優化流程一般會乎略因在結構優化過程中結構動力特性的改變從而導致結構風致響應的變化。Chan等在此基礎上進一步通過研究指出在使用優化準則法進行建筑結構抗風優化時，共振分量占比較高的底部扭矩在優化前后出現了顯著的變化，有必要在結構優化過程中及時更新結構動力特性及施加在結構上的等效靜力風荷載(ESWLS)。Huang進一步在前人研究的基礎上，提出了一種基于改進模態互相關系數與風洞試驗結果的等效靜風荷載計算方法以及基于優化準則法的動力抗風設計優化方法，并基于此研究了基于風振性能的高層建筑抗風設計優化方法。Xu等通過建立樓層位移與結構自振頻率之間的關系，提出了一種基于風洞試驗結果，結構頻率作為約束條件的結構抗風設計優化方法。

但優化準則法作為一種基于梯度的優化方法，仍具有易陷入局部最優，難以處理多約束問題等缺陷。而啟發式算法，如遺傳算法，粒子群算法等，擁有較強的全局搜索能力，且一般不會出現無法收斂的情況，因而近些年來，啟發式算法在結構優化領域的應用也得到了廣泛關注。Wong等通過遺傳算法與優化準則法的結合提出了一種針對平面桁架同時進行拓撲優化及構件尺寸優化的方法。Shan等通過中心差分法與粒子群算法的結合提出了一種考慮均勻層間位移作為優化目標的抗震優化方法，并提出了一種用于估算樓層剛度分布的近似公式。Gholizadeh根據螢火蟲算法及神經網絡提出了一種新型的性能化抗震設計優化方法。但傳統的啟發式算法在實現結構優化時，仍存在一些問題，如優化耗時過長且具有較強的隨機性。

發明內容

本發明的目的在于，針對現有技術中存在的不足，提供一種基于OC-PSO的超高層建筑抗風性能設計優化方法。

為此，本發明的上述目的通過如下技術方案實現：

一種基于OC-PSO的超高層建筑抗風性能設計優化方法，包括如下步驟：

步驟1、獲取初始設計信息，建立結構的初始有限元模型，根據有限元模型分析結構的動力特性；

步驟2、通過高頻天平風洞試驗或多點同步測壓風洞試驗得到建筑縮尺模型的基底力時程，并將其轉化至建筑原型；

步驟3、結合初始結構的動力特性及建筑原型的基底力時程結果，對結構進行頻域內的風振響應分析，得到結構上應施加的等效靜風荷載；

步驟4、根據初始結構的有限元模型及等效靜風荷載，得到初始結構的風振響應，確定結構的分區信息，并采用優化準則法(OC法)對初始結構進行優化；