[发明专利]一种办公塔楼结构系统多级优化方法

权利要求书

1.一种办公塔楼结构系统多级优化方法，其特征在于，所述的优化方法包括：

步骤1：针对办公塔楼结构建立多级分解模型；

步骤2：确定最优摄动构件组；

步骤3：设置驱动约束，通过驱动约束的冗余度将设计约束划分为约束过度、约束适度、约束平衡和约束不足四种状态；

步骤4：计算各个构件组的敏感性系数；

步骤5：根据相对敏感性系数的数值对构件组进行分类；

步骤6：采用基于组合排序法的双驱动约束策略对分类后的构建组内的构件进行优化；

步骤7：计算分析有限元模型，直至驱动约束状态调整为适度约束，完成优化。

2.根据权利要求1所述的一种办公塔楼结构系统多级优化方法，其特征在于，所述的多级分解模型具体为：

针对抗侧力系统和竖向承重系统分别构建多级分解子模型，每个模型均包括系统层、组件层和构件层三层物理层；

抗侧力系统多级分解子模型的系统层包括巨型框架核心筒系统，组件层包括框架、核心筒和嵌固层，构件层包括柱、梁、剪力墙和楼板；

竖向承重系统多级分解子模型的系统层包括竖向承重系统，组件层包括楼盖和基础，构件层包括柱、剪力墙、板、梁、筏板和桩。

3.根据权利要求1所述的一种办公塔楼结构系统多级优化方法，其特征在于，所述的多级分解模型的优化目标为：全生命周期成本；

设计变量为：构件成本；

约束条件包括：

整体约束，包括周期、层间位移角、剪重比、刚重比和舒适度；

组件约束，包括外框架承担剪力比例和环带桁架与巨柱的刚度比；

构件约束，包括应力比、挠度和轴压比。

4.根据权利要求1所述的一种办公塔楼结构系统多级优化方法，其特征在于，所述设计约束冗余度的计算方法为：

约束限值为上限值

约束限值为下限值

其中，Re_i表示第i个设计约束的冗余度，g_i表示第i个设计约束，表示第i个设计约束的上限，表示第i个设计约束的下限。

5.根据权利要求1所述的一种办公塔楼结构系统多级优化方法，其特征在于，所述的步骤4具体为：

采用虚功敏感性系数分析法或等增量敏感性分析法计算各个构件组的敏感性系数。

6.根据权利要求1所述的一种办公塔楼结构系统多级优化方法，其特征在于，所述步骤6中组合排序法的表达式为：

其中，g_a和g_b分别表示驱动约束a和驱动约束b的数值；和分别表示约束a关于设计变量k和设计变量l的敏感性系数；和分别表示约束b关于设计变量k和设计变量l的敏感性系数；Δ_k和Δ_l分别表示设计变量k和设计变量l的改变量；Limit_a和Limit_b分别表示驱动约束a和驱动约束b的限值。

7.根据权利要求6所述的一种办公塔楼结构系统多级优化方法，其特征在于，所述的步骤6具体为：

步骤6-1：对不同的构建组合k和l求出其变化量Δ_k和Δ_l，使驱动约束a和驱动约束b达到限值；

步骤6-2：求解每个组合的Δ_k+Δ_l，通过排序，根据预设阈值筛选Δ_k+Δ_l数值最低的若干构件组；

步骤6-3：更新模型，计算更新后驱动约束a和驱动约束b的数值；

步骤6-4：判断是否满足停止迭代条件，若是，则执行步骤6-5，否则，返回步骤6-1；

停止迭代条件为驱动约束达到限值或设计变量达到限值；

步骤6-5：验证其余约束，结束优化。