[发明专利]含有钢管混凝土柱的高层建筑框架结构优化设计方法

权利要求书

1.含有钢管混凝土柱的高层建筑框架结构优化设计方法，所述高层建筑框架结构包括钢管混凝土柱，其特征在于，包括以下步骤：

1)对所述高层建筑框架结构建立框架结构模型，所述框架结构模型为有限元模型，其上划分有多个单元，单元之间形成单元节点；

2)采用刚度等效的方法将钢管混凝土柱等效为素混凝土柱，计算由钢管混凝土柱截面作为优化变量显示表达的所述素混凝土柱的等效直径，采用有限元分析方法将所述等效直径和优化变量赋值给框架结构模型；

3)采用有限元分析方法对赋值后的框架结构模型的单元节点施加外荷载，并求出框架结构模型在外荷载下的内力；然后在存在位移约束的所有单元节点位置分别逐一施加单位虚荷载，每次施加单位虚荷载均作为一个独立工况，在进行结构分析后，读取上述各个独立工况下的框架结构模型的内力；

4)基于虚功原理和步骤3)分析得到的框架结构模型在外荷载和单位虚荷载作用下的内力，计算框架结构模型的顶部位移和层间侧移，将顶部位移和层间侧移以优化变量显式表达；

5)以顶部位移和层间侧移为约束条件，以整体结构造价最低来建立结构材料的总造价优化的目标函数，根据所述约束条件和所述目标函数，在优化变量的边界条件范围内对优化变量进行迭代优化，获得最终的钢管混凝土柱截面。

2.根据权利要求1所述的含有钢管混凝土柱的高层建筑框架结构优化设计方法，其特征在于：步骤2)中，所述优化变量为钢管混凝土柱截面的外径D和厚径比ν，其中ν＝t/D，t为钢管壁厚。

3.根据权利要求2所述的含有钢管混凝土柱的高层建筑框架结构优化设计方法，其特征在于：步骤2)中等效直径表达式为：

其中，

式中，D_e表示钢管混凝土的等效直径，E_s为钢管的弹性模量，E_c为钢管内混凝土的弹性模量。

4.根据权利要求3所述的含有钢管混凝土柱的高层建筑框架结构优化设计方法，其特征在于：框架结构模型在外荷载和单位虚荷载作用下的内力包括：钢管混凝土柱在外荷载作用下产生的x轴方向的轴力和y轴、z轴方向的剪力绕x轴的扭矩及绕y轴、z轴的弯矩以及在相应位移处施加单位虚荷载时钢管混凝土柱的x轴方向的轴力f_xj，y轴、z轴方向的剪力f_yj、f_zj，绕x轴的扭矩m_xj及绕y轴、z轴的弯矩m_yj、m_zj。