[发明专利]基于地震剪力系数约束的结构抗震敏感性优化方法

摘要

本发明涉及一种基于地震剪力系数约束的结构抗震敏感性优化方法，包括步骤：1)将抗侧力构件设定成多个优化组；2)进行模态分析，确定分析需要考虑的模态数，计算各阶模态振幅，提取底层模态剪力；3)进行反应谱分析，得到底层剪力；4)在所有楼层分别施加虚拟单位水平力定义为工况1～工况M(M为楼层总数)；5)计算各构件体积或各构件材料成本对地震剪力系数的敏感性系数；6)对各优化组作体积的加权平均，得到各优化组对地震剪力系数的敏感性系数；7)增加敏感性系数大的优化组中各构件体积，减小敏感性系数小的各构件体积。与现有技术相比，本发明具有节省成本等优点。

主权项

1.一种基于地震剪力系数约束的结构抗震敏感性优化方法，其特征在于，包括步骤：1)将超高层建筑中各抗侧力构件设定成多个优化组，并提取每个优化组中各构件截面尺寸和材料特性，2)进行模态分析，确定分析需要考虑的模态数N，计算各阶模态振幅λ_j，其中，j＝1,2,…,N，提取底层模态剪力f_j，其中，j＝1,2,…,N，3)进行反应谱分析，提取底层剪力F，4)在所有楼层施加虚拟单位水平力，5)计算各构件体积对地震剪力系数的敏感性系数：sc^k＝G₁^k(ω)+G₂^k(φ)式中，sc^k为构件k体积对地震剪力系数的敏感性系数，G₁^k(ω)为构件k体积对地震剪力系数的敏感性系数的周期项，G₂^k(φ)为构件k体积对地震剪力系数的敏感性系数的振型项，或计算各构件材料成本对地震剪力系数的敏感性系数：式中，(sc^k)_Cost为构件k材料成本对地震剪力系数的敏感性系数，C^k为构件k的单位体积材料成本，6)对每个优化组中各构件敏感性系数作体积的加权平均，得到各优化组对地震剪力系数的敏感性系数，7)根据各优化组的敏感性系数优化各构件的体积，具体为，增加敏感性系数大的优化组中各构件体积，减小敏感性系数小的优化组中各构件体积；所述步骤5)具体包括步骤：51)提取模态工况下j阶振型各构件内力，以及在虚拟单位水平力下各构件内力，得到各构件体积对地震剪力系数的敏感性系数周期项及振型项，52)将各构件体积对地震剪力系数的敏感性系数周期项、振型项求和得到各构件体积对地震剪力系数的敏感性系数，53)各构件体积对地震剪力系数的敏感性系数除以该构件单位体积材料成本，得到各构件材料成本对地震剪力系数的敏感性系数；SRSS振型组合方法下，构件体积对地震剪力系数的敏感性系数周期项具体为：式中，G为结构重力荷载代表值，j为模态编号，N为考虑的模态总数，F为对应于水平地震作用标准值的底层剪力，F_j为底层剪力j阶模态分量，ω_j为j阶圆频率，a_j为j阶周期对应的等效地震加速度，T为结构周期，W_j为j阶模态力在j阶振型所做的虚功，为构件k对应W_j的内力虚功，V^k为构件k的体积，i为楼层编号，M为楼层总数，m_i为楼层第i层的集中质量，X_ji为j阶振型i层质心在x方向的水平相对位移，为构件k对应H_i·X_ji的内力虚功，H_i·X_ji为i层虚拟单位水平力H_i在j阶振型所做的虚功，γ_j为j阶振型参与系数，CQC振型组合方法下，构件体积对地震剪力系数的敏感性系数周期项具体为：式中，ρ_jn为模态相关系数，F_n为底层剪力n阶模态分量；SRSS振型组合方法下，构件体积对地震剪力系数的敏感性系数振型项具体为：式中，G为结构重力荷载代表值，j为模态编号，N为考虑的模态总数，F为对应于水平地震作用标准值的底层剪力，F_j为底层剪力j阶模态分量，i为楼层编号，M为楼层总数，m_i为楼层第i层的集中质量，γ_j为j阶振型参与系数，X_ji为j阶振型i层质心在x方向的水平相对位移，为构件k对应H_i·X_ji的内力虚功，H_i·X_ji为i层虚拟单位水平力H_i在j阶振型所做的虚功，V^k为构件k的体积，a_j为j阶周期对应的等效地震加速度，CQC振型组合方法下，构件体积对地震剪力系数的敏感性系数振型项具体为：式中，ρ_jn为模态相关系数，F_n为底层剪力n阶模态分量。