基于性能抗震设计的住宅钢结构优化
本文关键词: 住宅钢结构 基于性能的抗震设计 APDL 优化设计 软件开发 出处:《沈阳建筑大学》2014年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:基于性能的抗震设计为二十一世纪结构抗震设计的发展主流,它的设计思想是保证结构在不同地震水准作用下,其功能能够满足使用者、业主和社会的不同需求。本文对基于性能抗震设计的实现方法进行研究,并结合该方法利用ANSYS有限元软件对高层住宅钢结构开发优化软件,其目的是使结构满足不同抗震性能目标的前提下获得构件的最优截面尺寸,从而最大限度地降低结构用钢量。本文将基于性能的抗震设计和结构优化设计有机结合。针对基于性能的抗震设计,本文对抗震设计的地震水准、性能水准和性能目标展开研究;通过对比两类基于性能的抗震设计方法并结合《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010),对住宅钢结构提出实现基于性能抗震设计的可操作方法。针对住宅钢结构的优化设计,本文结合ANSYS的优化模块深入研究了相关优化方法(零阶方法和一阶方法);通过对住宅钢结构梁柱构件分布的统计,确立了对住宅钢结构整体建模分析、对数量最大的两类钢梁优化的高效优化方案;应用ANSYS软件中的APDL语言,根据基于性能的抗震设计方法和现行规范中关于组合梁构件的变形、内力、构造要求等约束条件,开发了针对住宅钢结构的优化设计程序。通过24层住宅钢结构的优化实例,对比了基于三种性能目标的结构优化结果。24层住宅钢结构原设计的钢材用量为520.05t,其中数量最大的两类钢梁的用钢量为184.45t。优化结果:对于性能目标1(多遇地震作用下结构完好),两类钢梁的用钢量为161.32t,较原设计节省钢材23.13t,两类钢梁优化的比例为12.54%。对于性能目标2(设防地震作用下结构完好),两类钢梁的用钢量为181.77t,较性能目标1增加钢材20.45t,提高的比例为12.68%;对于性能目标3(罕遇地震作用下结构完好),两类钢梁的用钢量为208.69t,较性能目标1增加钢材47.37t,提高的比例为29.36%。研究结果表明:本文可根据三种不同性能目标对结构开展基于性能抗震设计的截面优化。业主可根据满足三种不同性能目标的结构用钢量,选择合适的、可接受的性能目标;设计者按照具体的性能目标对住宅钢结构开展优化设计。该程序具有很强的通用性和可移植性,可供工程技术人员进行类似的优化设计。本文对基于性能抗震设计的方法进行了积极地探索,对促进住宅钢结构的普及具有重要意义。
[Abstract]:The performance-based seismic design is the mainstream of seismic design in 21th century. Its design idea is to ensure that the function of the structure can satisfy the users under the action of different earthquake levels. In this paper, the realization method of performance-based seismic design is studied, and the ANSYS finite element software is used to develop the optimization software for high-rise residential steel structure. The purpose of this method is to obtain the optimum section size of the structure on the premise that the structure meets different seismic performance objectives. In this paper, we combine performance-based seismic design with structural optimization design. For performance-based seismic design, the seismic level of seismic design is discussed in this paper. Research on performance level and performance objectives; By comparing two kinds of performance-based seismic design methods and combining with the Code for Seismic Design of buildings (GB50011-2010), this paper puts forward an operational method to realize performance-based seismic design for residential steel structures. In this paper, combined with the optimization module of ANSYS, the related optimization methods (zero-order method and first-order method) are studied in depth, and the integral modeling analysis of residential steel structure is established by statistics of the distribution of Liang Zhu components in residential steel structure. By using the APDL language in ANSYS software, according to the performance-based seismic design method and the constraint conditions of the composite beam members' deformation, internal force and construction requirements in the current code, the optimization scheme of the two kinds of steel beams with the largest number is discussed. The optimization design program for residential steel structure is developed. Through the example of 24 story residential steel structure optimization, The results of structural optimization based on three performance objectives are compared. The steel content of the original design of 24-story residential steel structure is 520.05 t, of which the steel quantity of the two types of steel beams with the largest number is 184.45 t. The optimization result: for the performance objective 1 (most frequent earthquake action), the steel content of the two types of steel beams is 184.45 t. The steel consumption of the two types of steel beams is 161.32 t, which is 23.13 t less than that of the original design. The optimized ratio of the two types of steel beams is 12.54. For the performance goal 2, the steel consumption of the two types of steel beams is 181.77 t, which is higher than that of the performance target. (1) increase steel 20.45 t, the proportion of increase is 12.68; for performance goal 3 (structure intact under rare earthquake, the amount of steel used for two types of steel beams is 208.69 t, increase steel 47.37 t compared with performance goal 1, the proportion of increase is 29.36%. The result shows that: this paper can be used in this paper. According to three different performance objectives, the cross-section optimization based on performance seismic design is carried out. The owner can use steel according to the three different performance objectives. Select suitable and acceptable performance goals; the designer optimizes the design of residential steel structures according to specific performance objectives. The program has strong versatility and portability. In this paper, the methods of performance-based seismic design are actively explored, which is of great significance to the popularization of residential steel structures.
【学位授予单位】:沈阳建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TU973.13;TU973.31
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,本文编号:1506508
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