[发明专利]一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粘滞阻尼器优化设计方法，尤其是涉及一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法。

背景技术

随着超高层建筑高度的不断增加，结构的固有频率与强风的卓越频率越来越接近，风荷载下结构的风振舒适度问题成为超高层建筑设计的关键问题。

随着超高层建筑高度的不断增加，结构整体抗侧刚度相对较小，结构柔性大，这使得高层结构的固有频率与强风的卓越频率越来越接近，导致结构的风敏感性也越来越强。超高层建筑一般为细长型建筑，当高度超高一定高度后，结构的横风向响应显著，结构的风振舒适度问题会变得比较突出。

为了提高结构的舒适度性能，通常有三种方法：一是增大结构抗侧构件的截面，通过提高结构的整体刚度来达到减小风致振动的目的。但是，这种方法显然是不经济的，并且会增大结构的地震作用，对抗震不利。二是采用TMD来减小风致振动，TMD是基于共振的原理，通过子结构和主体结构的共振来消耗输入的风荷载能量。但是TMD也存在对频率敏感，造价较高，占用空间大等缺点。三是采用粘滞阻尼器来减小风致振动，粘滞阻尼器是一种无刚度、速度相关型阻尼器，在风和地震荷载作用下，粘滞流体通过阻尼孔或阻尼间隙并带有一定速度的流向另一侧而产生阻尼力，从而耗散输入结构的能量。粘滞阻尼器在小变形下便进入耗能状态，具有较强的耗能能力，且既能抗风又能抗震，其经济性要优于前两种方案。

目前，粘滞阻尼器的布置位置主要是根据建筑要求及消能装置的布置原则来确定的，一般将阻尼器布置在建筑容许且层间相对变形或者层间相对速度相对较大的楼层。然而，此种布置方式存在很多不合理之处：一是层间变形由弯曲变形和剪切变形两部分组成，但实际上只有剪切变形才能引起阻尼器产生轴向相对变形；二是即便将阻尼器布置在同一楼层的不同位置，其耗能效率也是不相同的；三是在同一楼层布置多个阻尼器之后，阻尼器之间、阻尼器与主体结构之间会相互影响，在原结构剪切变形较大的位置布置阻尼器可能其效率会变得较低。粘滞阻尼器的布置数量和阻尼系数的取值则是通过反复试算的方式来最终确定的，效率较低，经济性也不好。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够满足超高层建筑舒适度约束条件的粘滞阻尼器的最优布置位置、最少布置数量与最小阻尼系数，对于指导工程实践具有重要意义的以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法，用于优化粘滞阻尼器的位置、数量及阻尼系数，包括以下步骤：

(1)确定粘滞阻尼器的可布位置及最大布置数量N_max并分组；

(2)确定粘滞阻尼器的布置方式及相应的几何参数；

(3)设i为迭代次数，并令i＝1，计算当粘滞阻尼器数量N(i)＝0时，10年一遇风下结构的峰值加速度a(i)；

(4)令i＝2，计算当粘滞阻尼器数量N(i)＝N_max时，10年一遇风下结构的峰值加速度a(i)、中震下粘滞阻尼器的最大出力F(i)和50年一遇风下粘滞阻尼器的最大功率P(i)，并设定初始阻尼系数C(i)＝C₀，C₀为阻尼系数的初始值，是一常数；

(5)令i＝3，调整阻尼系数，然后计算粘滞阻尼器数量N(i)＝N_max时10年一遇风下结构的峰值加速度a(i)、中震下最大出力F(i)和50年一遇风下粘滞阻尼器的最大功率P(i)，如果a(i)≤[a]，则转步骤6，否则，优化结束，其中[a]为10年一遇风下结构的峰值加速度的限值；

(6)令循环变量k＝1，不满足舒适度约束条件的粘滞阻尼器数量下限值A(k)＝0，满足舒适度约束条件的粘滞阻尼器数量上限值B(k)＝N(i)，迭代次数指标m＝1，约束状态参数flag＝0，估算满足舒适度条件所需的粘滞阻尼器数量λ(k)；

(7)对粘滞阻尼器排序并筛选粘滞阻尼器，如果实际筛选出的粘滞阻尼器的数量n＝N(i)，则令flag＝0，转步骤(8)，否则保持阻尼系数不变，并转步骤(9)；

(8)采用线性插值法分别计算满足舒适度、最大功率、最大出力约束条件的阻尼系数，并确定其中的最小值C_min；

(9)判断是否满足优化结束条件，如果是，则优化结束，否则，转步骤(10)；