[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

摘要

本发明创造公开了含有钢管混凝土柱的高层建筑框架结构优化设计方法。该方法通过选取钢管混凝土柱截面作为优化变量，通过对钢管混凝土柱等效转换，利用有限元分析方法得出框架结构在荷载作用下各杆件的内力，再利用内力，根据虚功原理，建立优化变量与位移约束条件的显式函数关系，配合以整体结构造价最低这一优化问题的目标函数，在优化变量的边界条件范围内对优化变量进行迭代优化运算，从而获得最优的钢管混凝土柱截面，进而可得到最优的总造价，确保材料用量少的同时，保证优化后的高层建筑框架结构的顶部位移和层间侧移满足有关规范的设计要求。该高层建筑框架结构优化方法能减少建筑材料用量，而且优化后的截面尺寸可满足建筑和施工要求。

主权项

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。