[发明专利]一种超高层建筑伸臂桁架构件截面尺寸优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，尤其是涉及一种超高层建筑伸臂桁架构件截面尺寸优化方法。

背景技术

由于城市建设中节约土地的需求、高强轻质材料的发展、设计与施工技术的提高以及人们对于超高地标性建筑的渴望，超高层建筑越来越多的出现。超高层建筑结构体型细长，具有高、柔的特点，由于整体结构高柔，主要构件的尺寸通常为刚度控制。在风荷载和地震作用下，超高层建筑需要控制结构或构件产生过大的变形，避免由此引起的外墙、外装饰材料的损坏。结构自振周期也是建筑结构设计的重要参数，自振周期较大的建筑结构不仅会导致正常使用状态下的变形和舒适性问题，还会增加结构在风荷载作用下破坏的可能性。为了降低长周期引起的有害作用，通常做法是在高层建筑结构设计中设置周期限制。为有效增加结构的刚度，从而减小超高层建筑结构的层间位移角和周期，结构工程师常在设备层和避难层空间设置刚度较大的伸臂桁架，以加强核心筒与外围框架的联系，构成抗侧效率较高的结构体系。伸臂桁架对增大结构刚度具有良好的效果，但伸臂桁架构件尺寸较大，一般截面高度为1m左右，用钢量巨大。若能优化材料在伸臂桁架上的分布，使材料得到充分的利用，则不仅可以减少材料用量，增加结构的经济型，还能提高结构的整体性能。伸臂桁架构件尺寸的优化设计可通过以下措施进行——增大对层间位移角和周期影响较大构件的尺寸，减小对层间位移角和周期影响较小构件的尺寸。

目前构件截面尺寸优化可采用一些具有优化分析功能的专业软件，但是，上述软件一般适用于小型结构或机械构件，并且优化的结果未必能用于设计实践，因此，在实际工程中的应用相对较少；更多的时候，结构设计人员是通过利用常规结构的概念和工程经验，人工调整反复试算，该过程时费力，一般情况下还得不到最优解。

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材料用量少、优化后的截面尺寸可满足建筑和施工要求的超高层建筑伸臂桁架构件截面尺寸优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种超高层建筑伸臂桁架构件截面尺寸优化方法，包括如下步骤：

1)对超高层建筑沿高度方向以区为单位划分，将各区中设置的伸臂桁架设定成多个优化组，各组的内构件的截面尺寸相同；

2)在每个组内选定优化变量；

3)以层间位移角为约束条件，建立优化变量和层间位移角约束的关系，该关系可通过虚功原理实现，具体表达式为：