一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法技术

本发明专利技术涉及一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法，该方法分为位置与数量的优化与阻尼系数的优化两个阶段。两个阶段交替进行，并可以相互转化。与现有技术相比，本发明专利技术能够求得满足超高层建筑舒适度约束条件的粘滞阻尼器的最优布置位置、最少布置数量与最小阻尼系数，对于指导工程实践具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种粘滞阻尼器优化设计方法，尤其是涉及一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法。
技术介绍
随着超高层建筑高度的不断增加，结构的固有频率与强风的卓越频率越来越接近，风荷载下结构的风振舒适度问题成为超高层建筑设计的关键问题。随着超高层建筑高度的不断增加，结构整体抗侧刚度相对较小，结构柔性大，这使得高层结构的固有频率与强风的卓越频率越来越接近，导致结构的风敏感性也越来越强。超高层建筑一般为细长型建筑，当高度超高一定高度后，结构的横风向响应显著，结构的风振舒适度问题会变得比较突出。为了提高结构的舒适度性能，通常有三种方法：一是增大结构抗侧构件的截面，通过提高结构的整体刚度来达到减小风致振动的目的。但是，这种方法显然是不经济的，并且会增大结构的地震作用，对抗震不利。二是采用TMD来减小风致振动，TMD是基于共振的原理，通过子结构和主体结构的共振来消耗输入的风荷载能量。但是TMD也存在对频率敏感，造价较高，占用空间大等缺点。三是采用粘滞阻尼器来减小风致振动，粘滞阻尼器是一种无刚度、速度相关型阻尼器，在风和地震荷载作用下，粘滞流体通过阻尼孔或阻尼间隙并带有一定速度的流向另一侧而产生阻尼力，从而耗散输入结构的能量。粘滞阻尼器在小变形下便进入耗能状态，具有较强的耗能能力，且既能抗风又能抗震，其经济性要优于前两种方案。目前，粘滞阻尼器的布置位置主要是根据建筑要求及消能装置的布置原则来确定的，一般将阻尼器布置在建筑容许且层间相对变形或者层间相对速度相对较大的楼层。然而，此种布置方式存在很多不合理之处：一是层间变形由弯曲变形和剪切变形两部分组成，但实际上只有剪切变形才能引起阻尼器产生轴向相对变形；二是即便将阻尼器布置在同一楼层的不同位置，其耗能效率也是不相同的；三是在同一楼层布置多个阻尼器之后，阻尼器之间、阻尼器与主体结构之间会相互影响，在原结构剪切变形较大的位置布置阻尼器可能其效率会变得较低。粘滞阻尼器的布置数量和阻尼系数的取值则是通过反复试算的方式来最终确定的，效率较低，经济性也不好。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够满足超高层建筑舒适度约束条件的粘滞阻尼器的最优布置位置、最少布置数量与最小阻尼系数，对于指导工程实践具有重要意义的以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法，用于优化粘滞阻尼器的位置、数量及阻尼系数，包括以下步骤：(1)确定粘滞阻尼器的可布位置及最大布置数量Nmax并分组；(2)确定粘滞阻尼器的布置方式及相应的几何参数；(3)设i为迭代次数，并令i＝1，计算当粘滞阻尼器数量N(i)＝0时，10年一遇风下结构的峰值加速度a(i)；(4)令i＝2，计算当粘滞阻尼器数量N(i)＝Nmax时，10年一遇风下结构的峰值加速度a(i)、中震下粘滞阻尼器的最大出力F(i)和50年一遇风下粘滞阻尼器的最大功率P(i)，并设定初始阻尼系数C(i)＝C0，C0为阻尼系数的初始值，是一常数；(5)令i＝3，调整阻尼系数，然后计算粘滞阻尼器数量N(i)＝Nmax时10年一遇风下结构的峰值加速度a(i)、中震下最大出力F(i)和50年一遇风下粘滞阻尼器的最大功率P(i)，如果a(i)≤[a]，则转步骤6，否则，优化结束，其中[a]为10年一遇风下结构的峰值加速度的限值；(6)令循环变量k＝1，不满足舒适度约束条件的粘滞阻尼器数量下限值A(k)＝0，满足舒适度约束条件的粘滞阻尼器数量上限值B(k)＝N(i)，迭代次数指标m＝1，约束状态参数flag＝0，估算满足舒适度条件所需的粘滞阻尼器数量λ(k)；(7)对粘滞阻尼器排序并筛选粘滞阻尼器，如果实际筛选出的粘滞阻尼器的数量n＝N(i)，则令flag＝0，转步骤(8)，否则保持阻尼系数不变，并转步骤(9)；(8)采用线性插值法分别计算满足舒适度、最大功率、最大出力约束条件的阻尼系数，并确定其中的最小值Cmin；(9)判断是否满足优化结束条件，如果是，则优化结束，否则，转步骤(10)；(10)令i＝i+1，k＝k+1，将步骤(7)中筛选的粘滞阻尼器布置在建筑结构上，并计算10年一遇风下的结构的峰值加速度a(i)、中震下粘滞阻尼器的最大出力F(i)及50年一遇风下粘滞阻尼器的最大功率P(i)；(11)估算满足舒适度要求的阻尼器数量并转步骤(7)。所述的步骤(1)中分组的过程具体为：按照对称性的原则，将粘滞阻尼器分别沿X向和Y向分组，分组时将同一区格或关于结构中轴对称的两个粘滞阻尼器分为一组，同组粘滞阻尼器同时添加，同时删除。所述的布置方式包括对角布置、人字形布置、跨层布置、剪刀式布置、肘节式布置和竖向布置等，这些布置方式的唯一区别在于不同的布置方式相应的几何参数不同。所谓的几何参数是指确定粘滞阻尼器布置形式的参数，如对角布置和跨层布置时阻尼杆两端的坐标，剪刀式布置和肘节式布置支撑杆的角度和长度等。所述的步骤(5)中调整阻尼系数具体为：根据式(1)调整阻尼系数，C0′=min(C0[F]F(2),C0[P]P(2))---(1)]]>其中，C'0为调整后的阻尼系数，[F]为中震下粘滞阻尼器的最大出力的限值，[P]为50年一遇风下粘滞阻尼器最大功率的限值。所述的步骤(6)中，根据式(2)估算满足舒适度条件所需要的粘滞阻尼器数量：λ(k)=A(k)+a(m)-[a]a(m)-a(i)(B(k)-A(k))---(2).]]>所述的步骤(7)具体为：计算10年一遇风荷载时程下每一组粘滞阻尼器的平均耗能，按照平均耗能分别对X向和Y向的粘滞阻尼器排序，然后从B(k)个阻尼器中筛选出至少ceil(λ(k)/2)个分别沿X向和Y向布置的粘滞阻尼器，如果实际筛选出的粘滞阻尼器的数量n＝N(i)，则令flag＝0，转步骤(8)，否则令C(i+1)＝C(i)，转步骤(9)。所述的步骤(8)具体为：(801)统计历次迭代的粘滞阻尼器数量与本次迭代的粘滞阻尼器数量相同的个数，如果相同的个数为1，则执行步骤(802)，并转步骤(804)；否则，执行步骤(803)；(802)按照式(5a)、式(5b)及式(5c)计算满足舒适度、最大功率、最大出力约束条件的阻尼系数C1,C2,C3：C1=C(i)·a(i)[a]---(5a)]]>C2=C(i)&CenterDo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法，用于优化粘滞阻尼器的位置、数量及阻尼系数，其特征在于，包括以下步骤：(1)确定粘滞阻尼器的可布位置及最大布置数量Nmax并分组；(2)确定粘滞阻尼器的布置方式及相应的几何参数；(3)设i为迭代次数，并令i＝1，计算当粘滞阻尼器数量N(i)＝0时，10年一遇风下结构的峰值加速度a(i)；(4)令i＝2，计算当粘滞阻尼器数量N(i)＝Nmax时，10年一遇风下结构的峰值加速度a(i)、中震下粘滞阻尼器的最大出力F(i)和50年一遇风下粘滞阻尼器的最大功率P(i)，并设定初始阻尼系数C(i)＝C0，C0为阻尼系数的初始值，是一常数；(5)令i＝3，调整阻尼系数，然后计算粘滞阻尼器数量N(i)＝Nmax时10年一遇风下结构的峰值加速度a(i)、中震下最大出力F(i)和50年一遇风下粘滞阻尼器的最大功率P(i)，如果a(i)≤[a]，则转步骤6，否则，优化结束，其中[a]为10年一遇风下结构的峰值加速度的限值；(6)令循环变量k＝1，不满足舒适度约束条件的粘滞阻尼器数量下限值A(k)＝0，满足舒适度约束条件的粘滞阻尼器数量上限值B(k)＝N(i)，迭代次数指标m＝1，约束状态参数flag＝0，估算满足舒适度条件所需的粘滞阻尼器数量λ(k)；(7)对粘滞阻尼器排序并筛选粘滞阻尼器，如果实际筛选出的粘滞阻尼器的数量n＝N(i)，则令flag＝0，转步骤(8)，否则保持阻尼系数不变，并转步骤(9)；(8)采用线性插值法分别计算满足舒适度、最大功率、最大出力约束条件的阻尼系数，并确定其中的最小值Cmin；(9)判断是否满足优化结束条件，如果是，则优化结束，否则，转步骤(10)；(10)令i＝i+1，k＝k+1，将步骤(7)中筛选的粘滞阻尼器布置在建筑结构上，并计算10年一遇风下的结构的峰值加速度a(i)、中震下粘滞阻尼器的最大出力F(i)及50年一遇风下粘滞阻尼器的最大功率P(i)；(11)估算满足舒适度要求的阻尼器数量并转步骤(7)。...

【技术特征摘要】
1.一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法，用于优化粘滞阻尼器的位
置、数量及阻尼系数，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定粘滞阻尼器的可布位置及最大布置数量Nmax并分组；
(2)确定粘滞阻尼器的布置方式及相应的几何参数；
(3)设i为迭代次数，并令i＝1，计算当粘滞阻尼器数量N(i)＝0时，10年一遇风下结构
的峰值加速度a(i)；
(4)令i＝2，计算当粘滞阻尼器数量N(i)＝Nmax时，10年一遇风下结构的峰值加速度a
(i)、中震下粘滞阻尼器的最大出力F(i)和50年一遇风下粘滞阻尼器的最大功率P(i)，并设
定初始阻尼系数C(i)＝C0，C0为阻尼系数的初始值，是一常数；
(5)令i＝3，调整阻尼系数，然后计算粘滞阻尼器数量N(i)＝Nmax时10年一遇风下结构
的峰值加速度a(i)、中震下最大出力F(i)和50年一遇风下粘滞阻尼器的最大功率P(i)，如
果a(i)≤[a]，则转步骤6，否则，优化结束，其中[a]为10年一遇风下结构的峰值加速度的限
值；
(6)令循环变量k＝1，不满足舒适度约束条件的粘滞阻尼器数量下限值A(k)＝0，满足
舒适度约束条件的粘滞阻尼器数量上限值B(k)＝N(i)，迭代次数指标m＝1，约束状态参数
flag＝0，估算满足舒适度条件所需的粘滞阻尼器数量λ(k)；
(7)对粘滞阻尼器排序并筛选粘滞阻尼器，如果实际筛选出的粘滞阻尼器的数量n＝N
(i)，则令flag＝0，转步骤(8)，否则保持阻尼系数不变，并转步骤(9)；
(8)采用线性插值法分别计算满足舒适度、最大功率、最大出力约束条件的阻尼系数，
并确定其中的最小值Cmin；
(9)判断是否满足优化结束条件，如果是，则优化结束，否则，转步骤(10)；
(10)令i＝i+1，k＝k+1，将步骤(7)中筛选的粘滞阻尼器布置在建筑结构上，并计算10
年一遇风下的结构的峰值加速度a(i)、中震下粘滞阻尼器的最大出力F(i)及50年一遇风下
粘滞阻尼器的最大功率P(i)；
(11)估算满足舒适度要求的阻尼器数量并转步骤(7)。
2.根据权利要求1所述的一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法，其特
征在于，所述的步骤(1)中分组的过程具体为：按照对称性的原则，将粘滞阻尼器分别沿X向
和Y向分组，分组时将同一区格或关于结构中轴对称的两个粘滞阻尼器分为一组，同组粘滞
阻尼器同时添加，同时删除。
3.根据权利要求1所述的一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法，其特
征在于，所述的布置方式包括对角布置、人字形布置、跨层布置、剪刀式布置、肘节式布置和
竖向布置。
4.根据权利要求1所述的一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法，其特
征在于，所述的步骤(5)中调整阻尼系数具体为：根据式(1)调整阻尼系数，
C0′=min(C0[F]F(2),C0[P]P(2))---(1)]]>其中，C'0为调整后的阻尼系数，[F]为中震下粘滞阻尼器的最大出力的限值，[P]为50年
一遇风下粘滞阻尼器最大功率的限值。
5.根据权利要求1所述的一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法，其特
征在于，所述的步骤(6)中：根据式(2)估算满足舒适度条件所需要的粘滞阻尼器数量：
λ(k)=A(k)+a(m)-[a]a(m)-a(i)(B(k)-A(k))---(2)]]>6.根据权利要求1所述的一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法，其特
征在于，所述的步骤(7)具体为：计算10年一遇风荷载时程下每一组粘滞阻尼器的平均耗
能，按照平均耗能分别对X向和Y向的粘滞阻尼器排序，然后从B(k)个阻尼器中筛选出至少
ceil(λ(k)/2)个分别沿X向和Y向布置的粘滞阻尼器，如果实际筛选出的粘滞阻尼器的数量
n＝N(i)，则令flag＝0，转步骤(8)，否则令C(i+1)＝C(i)，转步骤(9)。
7.根据权利要求1所述的一种以舒适度为约束条件的粘滞阻尼器优化设计方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：马浩佳，丁鲲，赵昕，丁国，秦朗，
申请(专利权)人：同济大学建筑设计研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31