[发明专利]基于层间位移角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层间位移角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振型数，计算各阶模态振幅；3)进行反应谱分析，得到最大层间位移角及该层模态层间位移角；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)，层间位移角最大层施加虚拟单位弯矩定义为工况M+1；5)计算各构件体积或各构件材料成本对最大层间位移角的敏感性系数；6)对各优化组作体积的加权平均，得到各优化组对最大层间位移角的敏感性系数；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

1.一种基于层间位移角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振型数N，计算各阶模态振幅λ_j；3)进行反应谱分析，提取层间位移角最大的楼层i、最大层间位移角δ_i及i层模态层间位移角β_ij；4)在所有楼层施加虚拟单位水平力，在i层施加虚拟单位弯矩；5)计算各构件体积对最大层间位移角的敏感性系数：其中：为构件k体积对最大响应层间位移角的敏感性系数，G₁^k(ω)为构件k体积对最大响应层间位移角的敏感性系数的周期项，G₂^k(γ)为构件k体积对最大响应层间位移角的敏感性系数的振型参与系数项，G₃^k(β)为构件k体积对最大响应层间位移角的敏感性系数的模态层间位移角项，计算各构件材料成本对最大层间位移角的敏感性系数：其中：为构件k材料成本对最大层间位移角的敏感性系数，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材料成本对最大层间位移角的敏感性系数作体积的加权平均，得到各优化组对最大层间位移角的敏感性系数；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1)中优化组设定过程的条件为：a)不同类别构件设定为不同的组，b)同一类别但截面尺寸不同的构件设定为不同的组，c)同一类别、截面尺寸相同但在进一步的优化过程中其截面尺寸会出现差异的构件设定为不同的组；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，得到各构件体积对最大响应层间位移角的敏感性系数周期项及振型参与系数项，52)提取模态工况下j阶振型各构件内力，以及虚拟单位力矩下各构件内力，得到各构件体积对最大层间位移角的敏感性系数模态层间位移角项，53)将各构件体积对最大响应层间位移角的敏感性系数周期项、振型参与系数项和模态层间位移角项求和得到各构件体积对最大层间位移角的敏感性系数，54)各构件体积对最大层间位移角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最大层间位移角的敏感性系数；SRSS振型组合方法下，构件体积对最大响应层间位移角的敏感性系数周期项具体为：其中：δ_ij为i层响应层间位移角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阶模态所做的虚功，为构件k对应W_j的内力虚功，V^k为构件k的体积，m_I为第I层楼层的集中质量，M为楼层总数，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在虚拟单位水平力下对应X_jI的内力虚功，γ_j为j阶振型参与系数，CQC振型组合方法下，构件体积对最大响应层间位移角的敏感性系数周期项具体为：其中：ρ_jm为模态相关系数，δ_im为i层响应层间位移角m阶模态分量；SRSS振型组合方法下，构件体积对最大响应层间位移角的敏感性系数振型参与系数项具体为：其中：δ_ij为i层响应层间位移角j阶模态分量，m_I为第I层楼层的集中质量，M为楼层总数，X_jI为j阶振型I层质心在x方向的水平相对位移，γ_j为j阶振型参与系数，为构件k在虚拟单位水平力下对应X_jI的内力虚功，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，构件体积对最大响应层间位移角的敏感性系数振型参与系数项具体为：其中：ρ_jm为模态相关系数，δ_im为i层响应层间位移角m阶模态分量；SRSS振型组合方法下，构件体积对最大响应层间位移角的敏感性系数模态层间位移角项具体为：其中：δ_ij为i层响应层间位移角j阶模态分量，为构件k在虚拟单位力矩下对应β_ij的内力虚功，V^k为构件k的体积，λ_j为j阶模态振幅，CQC振型组合方法下，构件体积对最大响应层间位移角的敏感性系数模态层间位移角项具体为：其中：ρ_jm为模态相关系数，δ_im为i层响应层间位移角m阶模态分量。