高層建筑抗震設(shè)計(jì)AVS構(gòu)件優(yōu)化布置
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1．1控制性能指標(biāo)
為了在各個(gè)可行的結(jié)構(gòu)剛度參數(shù)中找出一個(gè)效果最好的參數(shù)，需要首先建立一種評(píng)價(jià)控制效果好壞的性能指標(biāo)函數(shù)［2，6］。選擇性能指標(biāo)主要取決于問(wèn)題所要解決的主要矛盾，各種控制問(wèn)題的性能指標(biāo)沒(méi)有統(tǒng)一的格式。在每一控制時(shí)段，當(dāng)已對(duì)未來(lái)地震動(dòng)及響應(yīng)變化趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)后，AVS控制的關(guān)鍵就在于選擇合適的［K(t)］，以極小化結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。容易想到可以取結(jié)構(gòu)的勢(shì)能作為性能指標(biāo)，或取結(jié)構(gòu)的動(dòng)能作為性能指標(biāo)。樓夢(mèng)麟、吳京寧曾對(duì)動(dòng)能作為AVS控制的性能指標(biāo)進(jìn)行了研究［4］。以下研究三種性能指標(biāo)的控制效果:
1．2優(yōu)化方法
當(dāng)在結(jié)構(gòu)的每一層都布置AVS構(gòu)件時(shí)，系統(tǒng)具有最小的性能指標(biāo)函數(shù)值，即J取最小值Jmin，當(dāng)去掉第i層AVS構(gòu)件時(shí)，性能指標(biāo)J將增加。如果這個(gè)增加量較小，則說(shuō)明去掉該層AVS構(gòu)件將不會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生很大影響，因而可以在該層不布置AVS構(gòu)件;反之，若J的增加量很大，則說(shuō)明該層AVS構(gòu)件對(duì)系統(tǒng)性能影響較大，因而必須在該層布置AVS構(gòu)件?？紤]直接計(jì)算性能指標(biāo)的增量，首先假定在受控結(jié)構(gòu)的每一層都布置AVS構(gòu)件，然后將各層AVS構(gòu)件分別撤除一次，可以求得因撤除各層AVS構(gòu)件而產(chǎn)生的性能指標(biāo)增量，進(jìn)而求出系統(tǒng)性能指標(biāo)對(duì)各層AVS構(gòu)件的靈敏度。應(yīng)用中可以根據(jù)AVS構(gòu)件數(shù)量的限制，按照靈敏度進(jìn)行布置，從而得到AVS構(gòu)件的最優(yōu)布置。將計(jì)算步驟總結(jié)如下:在控制時(shí)段［kΔT，(k+1)ΔT］。2各層AVS構(gòu)件的重要性算例1:剪切型建筑物，結(jié)構(gòu)層數(shù)為n，每層的物理參數(shù)相同，分別為:層間質(zhì)量mi=345．6t，層間剛度ki=6．8×105kN/m，層間阻尼ci=734kN•s/m，其中，i=1，2，…，5。在每一層都設(shè)置AVS構(gòu)件(鋼性斜支撐)，其下部固定于樓板，上部通過(guò)VSD與結(jié)構(gòu)的橫梁相連，各層AVS構(gòu)件的連接剛度為Δki=6．8×105kN/m。地震動(dòng)輸入仍采用經(jīng)調(diào)整的El-Centrol波，分析前20s內(nèi)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。取結(jié)構(gòu)層數(shù)n=5，8，10，12，15，20，求出各層AVS構(gòu)件的重要性系數(shù)。分析結(jié)果表明，AVS構(gòu)件的重要性分布規(guī)律:在結(jié)構(gòu)的中下部，各層AVS構(gòu)件的重要性比較大，而在結(jié)構(gòu)的上部，各層AVS構(gòu)件的重要性相對(duì)較小。也就是說(shuō)，在進(jìn)行AVS構(gòu)件的優(yōu)化布置時(shí)，應(yīng)按照重要性的分布規(guī)律進(jìn)行。
2按重要性優(yōu)化布置
AVS構(gòu)件后的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制效果算例2:結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)與算例1中的相同，取結(jié)構(gòu)的層數(shù)為5。對(duì)建筑物的AVS構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化布置，其AVS構(gòu)件的優(yōu)化布置為以下兩種情況:工況1:AVS構(gòu)件位于第1層～第4層(重要性占93．9%);工況2:AVS構(gòu)件位于第1層～第3層(重要性占83．3%)。為了說(shuō)明優(yōu)化布置的正確性，對(duì)這兩種工況進(jìn)行地震響應(yīng)分析。兩種工況下的結(jié)構(gòu)頂層位移響應(yīng)的最大值，與AVS構(gòu)件滿布置時(shí)結(jié)構(gòu)的峰值響應(yīng)相比，工況1時(shí)結(jié)構(gòu)的頂層峰值位移是2．62cm，增大了12．5%，結(jié)構(gòu)的頂層峰值加速度是13．50m/s2，增大了7%，結(jié)構(gòu)的峰值基底剪力是10895kN，減小了39%;工況2時(shí)結(jié)構(gòu)的頂層峰值位移是3．14cm，增大了31%，結(jié)構(gòu)的頂層峰值加速度是12．50m/s2，減小了0．8%，結(jié)構(gòu)的峰值基底剪力是13819kN，增大了23%。由以上分析可知:按AVS構(gòu)件的重要性撤除部分AVS構(gòu)件后，結(jié)構(gòu)的頂層位移將有所增大，而且撤除的構(gòu)件越多，位移的增加越大;但頂層加速度和基底剪力可能會(huì)增大，也可能會(huì)減小。
3結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)AVS控制系統(tǒng)中AVS構(gòu)件的優(yōu)化布置進(jìn)行了初步研究，通過(guò)算例分析得出以下結(jié)論:
1)基于系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)對(duì)各層AVS構(gòu)件的靈敏度的方法來(lái)確定各層AVS構(gòu)件的重要性系數(shù)是正確而且可行的。
2)根據(jù)AVS構(gòu)件重要性系數(shù)的分布規(guī)律，應(yīng)首先在結(jié)構(gòu)的中下層布置構(gòu)件，然后按照重要性系數(shù)的大小進(jìn)行布置。
作者：張?jiān)孪?單位：上海同建強(qiáng)華建筑設(shè)計(jì)有限公司