[发明专利]基于综合造价法的高层建筑结构抗震性能优化方法

说明书

本发明公开基于综合造价法的高层建筑结构抗震性能优化方法，包括步骤(1)、建立高层建筑结构模型；(2)、选择位移角或位移比中的某一项抗震性能指标作为优化目标，并对结构构件进行分组；(3)、设置结构构件优化的约束条件和一个目标函数；(4)、将优化变量形成变量组合矩阵；(5)、对每一个参与组合的变量修改变量值；(6)、将得到的设计实验数据结果进行响应面拟合，得到敏感系数；(7)、确定敏感系数较高的前m个变量，并对其进行调整；(8)、将迭代收敛最后结果的模型作为强度优化的初始模型，进行所有结构构件的强度优化；(9)、对强度优化后的建筑结构模型重新计算结构性能，形成最终的综合优化方案。

技术领域

本发明涉及一种新型结构抗震设计的优化方法，具体是指基于综合造价法的高层建筑结构抗震性能优化方法。

背景技术

中国是地震多发国家，从地震灾害的结果分析看，建筑结构的抗震设计对于降低地震灾害起到尤为重要的作用。为了提高结构抗震性能和降低建造成本，需对结构进行深入分析，采取精细化设计的方法对结构进行优化设计，保证建筑结构抗震设计质量，将材料用在结构抗震最需要的部位，减少建材浪费。

优化设计就是“多个方案”的比较遴选，对于复杂工程来说，这里面的“多个方案”可能是成百上千，因为复杂工程项目变量数目巨大，每个变量又可能有若干个备选值，这样众多变量之间相互叠加将使组合方案数量呈指数形式增长，抛去一些不满足工程实际要求的方案，得到的备选方案仍是数目惊人。一般工程师在进行结构优化时，采取的策略是根据工程经验和结构概念，如结构布置传力直接、刚度无突变、扭转效应不明显等，尽可能地缩小变量数目，以有限的人力尽可能接近“最优方案”，所需的时间较多。如果能够通过计算机自动进行结构优化，将大大节省人力。

通过算法和计算机进行结构优化的研究方向和方法多种多样，但真正适用于高层混凝土结构抗震优化的很少。高层结构设计和优化的难点在于计算规模巨大，结构体系多种多样，需要满足抗震规范的控制指标(约束条件)很多，不同物理量之间关系错综复杂、相互耦合，同时需要考虑抗震构造要求。因此，在其他行业中适应性非常高的算法移植到建筑结构优化分析时却显得力不从心。

建筑结构的优化一般是指在满足规范或其他特定要求下，使结构某些指标性能(如造价、重量、刚度等)达到最佳，即在所有的可行方案中，按某种规则和标准(数学方法)找出最优方案的过程。随着计算机技术的发展，结构优化设计出现了新思路，在结构计算的基础上，将工程师的工程经验和结构概念通过数学的形式在计算机中表达，结合成熟的结构优化算法或优化准则，运用优化软件自动进行方案比选，完成结构的自动优化。

发明内容

本发明的目的是提供基于综合造价法的高层建筑结构抗震性能优化方法，该优化方法综合造价优化方法兼顾了结构性能优化与构件强度优化，使结构在满足抗震性能要求的前提下，构件达到满应力工作状态的优化。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：基于综合造价法的高层建筑结构抗震性能优化方法，其特征在于，该优化方法包括如下步骤：

步骤(1)：建立高层建筑结构模型，对高层建筑结构模型进行有限元计算分析，获得高层建筑结构的整体抗震性能指标和结构构件的截面尺寸，所述的结构构件包括梁构件、剪力墙构件和柱构件；

步骤(2)：根据步骤(1)获得的高层建筑结构的整体抗震性能指标结果，选择位移角或位移比中的某一项抗震性能指标作为优化目标，并对结构构件进行分组，将同一标准层、同一方向、相同截面的梁构件或剪力墙构件或柱构件设置为一组；

选择优化变量，其中，梁构件和柱构件支持截面宽度和高度同时变化，剪力墙构件支持截面长度和宽度同时变化，设置优化变量上限值取1.2倍的初始截面尺寸，下限值取0.8倍的初始截面尺寸，优化计算时，优化变量在设定的上下限范围内取值；