超高层结构基于刚重比敏感性的优化设计方法

结构整体稳定是超高层建筑结构设计的基本要求。为控制超高层建筑结构的重力P-Δ效应(结构的水平变形引起的重力附加效应)不至于过大,提出一种基于刚重比敏感性的单驱动约束优化设计方法。刚重比,即结构的刚度和重力荷载之比,是影响重力P-Δ效应的重要参数。依据虚功原理和等增量分析方法,分别推导敏感性系数公式,并以两层平面框架为例计算其敏感性系数,从理论上说明了方法的可行性。将该优化方法用于建筑高度468 m的某超高层建筑,调整构件尺寸后共计节约成本939.1万元,从工程实践上说明了方法的可行性。研究表明,针对以刚重比为驱动约束的超高层建筑结构,该方法能合理地将材料分配到不同的构件组中,可实现经济有效的结构设计。

基于剪重比敏感性的超高层结构优化设计方法

为保障建筑物最低抗震安全性的要求,地震作用下结构系统受剪承载力不应过小,GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中提出了剪重比指标。由于地震影响系数在长周期段下降较快,超高层结构在地震作用下的基底剪力及楼层剪力偏低,导致其剪重比指标往往无法满足规范要求。通过对剪重比约束下构件尺寸的敏感性分析,研究以最小成本满足剪重比指标的优化设计方法。依据虚功原理和等增量分析方法推导了敏感性系数公式,并以简单框架结构为例验证了两种敏感性分析方法的有效性。并将上述敏感性分析方法用于建筑高度为468 m的某超高层建筑,结果表明,以敏感性为指标对剪重比控制的超高层结构进行优化设计,共节约材料成本1141.99万元,具有较好的经济效益。