SRC高位轉(zhuǎn)換超高層結(jié)構(gòu)抗震性能研究及基于成本—效益準則的優(yōu)化設計.pdf

1、在地震災害尚不可避免、結(jié)構(gòu)型式又趨于多樣化的背景下，對結(jié)構(gòu)尤其是復雜高層結(jié)構(gòu)進行整體抗震性能研究，在改進抗震性能評估方法、促進工程設計合理化方面具有極其重要的意義。另外，在近年美國(1994年，北嶺)、日本(1995年，阪神)與中國(2008年，汶川)等國家發(fā)生的地震災害表明，按照現(xiàn)行抗震設計思想設計的建筑物具有良好的抗倒塌性，有效地降低了因結(jié)構(gòu)倒塌而造成的人員傷亡。然而，震害調(diào)查也發(fā)現(xiàn)由結(jié)構(gòu)破壞而帶來的經(jīng)濟損失是驚人的，遠遠超出了預期

2、的估計。這就足以充分說明抗震設計，在強調(diào)生命安全同時，必須考慮經(jīng)濟損失。也即是說，不僅要防止建筑物發(fā)生倒塌破壞，同時也要有效地控制建筑物的其他破壞水平。因此，必須采用更加合理的設計原則，來處理初始投資和風險之間的關系，這就是成本-效益準則。成本-效益準則作為基于性能抗震設計的一個基本原則，反映了現(xiàn)代結(jié)構(gòu)抗震設計思想的一個重要轉(zhuǎn)變，即從以往只注重結(jié)構(gòu)安全，向全面注重結(jié)構(gòu)性能、安全及經(jīng)濟等諸多方面發(fā)展。根據(jù)成本-效益準則，結(jié)構(gòu)設計應按照結(jié)構(gòu)

3、性能的要求，利用所擁有的資源，尋求合理的、滿意的、足夠安全經(jīng)濟的設計方案，即在結(jié)構(gòu)的可靠與經(jīng)濟之間選擇一種合理的平衡。
　　 在此背景下，本文以一個工程實例一某型鋼混凝土(SRC)高位轉(zhuǎn)換超高層結(jié)構(gòu)為基礎，主要進行了以下四個方面的研究：(1)SRC高位轉(zhuǎn)換超高層結(jié)構(gòu)振動臺試驗研究；(2)SRC高位轉(zhuǎn)換超高層結(jié)構(gòu)振動臺模型彈性及原型結(jié)構(gòu)彈性及靜力彈塑性有限元數(shù)值分析；(3)高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于成本-效益準則的優(yōu)化設計研究；(

4、4)SRC高位轉(zhuǎn)換超高層結(jié)構(gòu)基于成本-效益準則的優(yōu)化設計研究。具體內(nèi)容如下：
　　 1、針對本文的研究對象SRC高位轉(zhuǎn)換超高層結(jié)構(gòu)的具體特點，介紹了縮尺(1/30)模型振動臺試驗的全過程，詳細分析了整體結(jié)構(gòu)振動臺試驗模型材料選取、動力相似關系確定、模型簡化、試驗方案設計，以及到最后實施試驗和對試驗報告數(shù)據(jù)進行處理與分析。模型振動臺試驗結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)體系設計合理，具有較大的水平剛度，在地震作用下位移反應和扭轉(zhuǎn)效應比較小，滿足規(guī)范

5、抗震設防要求。另外，試驗與計算結(jié)果也表明，本文對SRC高位轉(zhuǎn)換超高層結(jié)構(gòu)振動臺設計方法是可行的，具有足夠的準確度；
　　 2、運用有限元軟件MIDAS GEN對該SRC高位轉(zhuǎn)換超高層結(jié)構(gòu)進行多遇地震作用下的彈性計算分析。分析的內(nèi)容主要有以下幾個方面：振動臺模型結(jié)構(gòu)的模態(tài)、彈性時程分析；原型結(jié)構(gòu)的模態(tài)、反應譜及彈性時程分析，并將計算分析結(jié)果與試驗結(jié)果進行了對比，振動臺試驗結(jié)果驗證了有限元數(shù)值分析的合理性與準確性；
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6、、在結(jié)構(gòu)彈性計算的基礎上運用MIDAS GEN對該SRC高位轉(zhuǎn)換超高層結(jié)構(gòu)進行了靜力彈塑性分析。結(jié)果表明。設計合理的SRC高位轉(zhuǎn)換超高層結(jié)構(gòu).在大震作用下具有良好的耗能能力、延性及理想的屈服破壞機制。運用能力譜法對結(jié)構(gòu)的整體抗震性能進行評估，獲得了較好的效果；
　　 4、在已有全壽命造價模型的基礎上，提出了三目標函數(shù)全壽命造價優(yōu)化模型。與已有全壽命造價模型相比，該模型除考慮結(jié)構(gòu)初始造價、損失期望外，還考慮了反映結(jié)構(gòu)設計與施工復雜

7、性的構(gòu)件截面類型數(shù)量；另外，還將結(jié)構(gòu)在其運行期間的檢查、維護費用及由于優(yōu)化導致建筑使用面積變化所引起的租金收益影響也列入到結(jié)構(gòu)全壽命造價中。最后，基于所提出的優(yōu)化模型，采用多目標遺傳算法搜索引擎，運用MATLAB語言開發(fā)了高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于成本一效益準則的自動優(yōu)化程序，優(yōu)化結(jié)果給出多種可供業(yè)主選用的設計方案。結(jié)果表明，在滿足規(guī)范的優(yōu)化設計方案解集中，業(yè)主可依據(jù)三個目標函數(shù)的量值、個人的工程經(jīng)驗以及經(jīng)濟能力來選擇所想要的設計方案。

8、優(yōu)化設計結(jié)果體現(xiàn)出多樣性、可選擇性、業(yè)主主動參與性及可依靠經(jīng)驗等特點；
　　 5、給出高層建筑結(jié)構(gòu)基于成本-效益準則的優(yōu)化設計流程，并針對本文的研究對象SRC高位轉(zhuǎn)換超高層結(jié)構(gòu)進行基于成本-效益準則的優(yōu)化設計研究。鑒于SRC高位轉(zhuǎn)換超高層結(jié)構(gòu)的特殊性及復雜性，本文研究中對前述提出的三目標函數(shù)全壽命造價優(yōu)化模型進行簡化，并將簡化后的模型應用于該超高層基于成本-效益準則的優(yōu)化設計中。運用單目標遺傳優(yōu)化算法確定了該超高層結(jié)構(gòu)考慮初始造