专利名称：一种建筑结构基于抗震性能的优化方法和系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及建筑结构技术领域，特别是涉及一种建筑结构基于抗震性能的优化方法和系统。
背景技术：
我国大部分的高层建筑结构都建设在地震区，面临着严重的地震灾害威胁。震害分析表明在地震中建筑结构首先会在结构的薄弱环节产生损伤，如果受损部位的内力和变形等没有及时被相邻的结构构件分担，在后续地震作用下损伤还会在此累积，构件的抗震性能会进一步退化以至于失效，若该构件为结构的关键构件，还可能会引发结构连续性的倒塌破坏。目前对建筑结构的优化方法主要是通过优化设计结构各构件的强度和刚度，以达到结构各层层间位移角相等的目的，从而提高结构的抗震性能。但是即使保证结构各层层间位移角相等，仍然不能解决在地震中由于结构薄弱环节的损伤，而使结构的整体抗震性能下降的问题。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种建筑结构基于抗震性能的优化方法和系统，能够避免结构产生薄弱环节，提高结构的整体抗震性能。为了解决上述问题，本申请公开了一种建筑结构基于抗震性能的优化方法，包括Al，确定结构的整体目标抗震性能指标以及目标构件的抗震性能指标；A2，设计初始结构，将结构同一层中边界条件、截面尺寸和材料参数相同的构件分为一类；A3，获取结构的整体损伤指数；A4，检测所述整体损伤指数是否满足约束条件若是，则执行步骤A5 ；若否，则执行步骤A2;A5，获取结构各类构件的抗震性能指标；A6，检测所述结构各类构件的抗震性能指标是否满足收敛条件若是，则优化完成；若否，则执行步骤A7;A7，确定下一优化步步长，更新结构体系，返回步骤A3。优选的，所述获取结构整体损伤指数包括获取结构第j层第i类构件的重要性系数和第j层第i类构件的损伤指数；依据所述重要性系数和损伤指数确定结构的第j层损伤指数；选择所述第j层损伤指数中最大的损伤指数；
将所述最大损伤指数作为结构的整体损伤指数；其中，i = l M，j = l N，M和N为自然数。优选的，所述约束条件为所述整体损伤指数小于所述整体目标抗震性能指标。优选的，所述收敛条件为所述各类构件的抗震性能指标与目标构件的抗震性能指标的相差率小于10%。优选的，所述结构体系包括结构的构件尺寸、材料强度、配筋率、阻尼器系数、钢支撑截面积中的一项或几项。另一方面，本申请还公开了一种建筑结构基于抗震性能的优化系统，包括确定单元，用于确定结构的整体目标抗震性能指标以及目标构件的抗震性能指标；初始设计单元，用于设计初始结构，将结构同一层中边界条件、截面尺寸和材料参数相同的构件分为一类；第一获取单元，用于获取结构的整体损伤指数；第一检测单元，用于检测所述整体损伤指数是否满足约束条件若是，则进入第二获取单元；若否，则返回初始设计单元；第二获取单元，用于获取结构各类构件的抗震性能指标；第二检测单元，用于检测所述结构各类构件的抗震性能指标是否满足收敛条件若是，则优化完成；若否，则进入更新单元；更新单元，确定下一优化步步长，更新结构体系，返回第一获取单元。优选的，所述第一获取单元包括第一获取子单元，用于获取结构第j层第i类构件的重要性系数和第j层第i类构件的损伤指数；计算单元，用于依据所述重要性系数和损伤指数确定结构的第j层损伤指数；选择单元，用于选择所述第j层损伤指数中最大的损伤指数；第一确定子单元，用于将所述最大损伤指数作为结构的整体损伤指数；其中，i = l M，j = l N，M和N为自然数。优选的，所述约束条件为所述整体损伤指数小于所述整体目标抗震性能指标。优选的，所述收敛条件为所述各类构件的抗震性能指标与目标构件的抗震性能指标的相差率小于10%。优选的，所述结构体系包括结构的构件尺寸、材料强度、配筋率、阻尼器系数、钢支撑截面积中的一项或几项。与现有技术相比，本申请包括以下优点本申请首先根据规范及业主要求确定结构的整体目标抗震性能指标以及目标构件的抗震性能指标，并设计出初始结构，将结构同一层中边界条件、截面尺寸和材料参数相同的构件分为一类。然后对结构中各类构件进行检测，根据结构等抗震性能的优化设计方法检测结构是否满足约束条件和收敛条件，依据检测结果更新结构体系。通过不断地优化更新，使优化后的结构各构件在强震下具有相同的抗震性能，去除了结构的薄弱环节，从而使结构的抗震性能得到很大的提高，并且，本申请还可以节省建筑材料、节约成本。
图1是本申请一种建筑结构基于抗震性能的优化方法实施例的步骤流程图；图2是本申请获取结构整体损伤指数方法实施例的步骤流程图；图3是本申请一种建筑结构基于抗震性能的优化方法的优化过程示意图；图4是利用本申请的一个具体算例中建筑结构的平面图；图5是利用本申请的一个具体算例中初始结构的整体损伤发展曲线；图6是利用本申请的一个具体算例中中间结构的整体损伤发展曲线；图7是利用本申请的一个具体算例中最优结构的整体损伤发展曲线；图8是本申请一种建筑结构基于抗震性能的优化系统实施例的结构示意图；图9是本申请第一获取单元实施例的结构示意图。
具体实施例方式为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本申请作进一步详细的说明。参照图1，示出了本申请一种建筑结构基于抗震性能的优化方法实施例的步骤流程图，所述方法包括S101，确定结构的整体目标抗震性能指标以及目标构件的抗震性能指标；首先要根据规范及业主要求确定出建筑结构所要达到的整体目标抗震性能Dth以及目标构件的抗震性能t，根据这些指标对建筑结构进行优化设计。S102，设计初始结构，将结构同一层中边界条件、截面尺寸和材料参数相同的构件分为一类；为了减少求解结构模态参数的计算量，首先要将同一层中具有相同边界条件、截面尺寸和材料参数的构件分成一类。S103，获取结构的整体损伤指数；参照图2，示出了本申请获取结构整体损伤指数方法实施例的步骤流程图，具体包括如下步骤S201，获取结构第j层第i类构件的重要性系数和第j层第i类构件的损伤指数；与初始结构相比，结构损伤的存在会使结构模态参数产生变化，并且参数的变化与结构损伤的位置和损伤程度都有很大关系，反之，如果给结构各构件依次赋予一个常损伤值，则剩余结构模态参数的变化就能定量的反映不同构件对结构整体性能的重要程度。假设第j层第i类构件完全失效(移除该构件)时结构刚度降低ΔΚ、结构质量矩阵不变，通过特征方程求解移除待评估构件后剩余结构的频率，将结构第j层第i类构件的重要性系数(Importance Coeff icient，简写为IC)定义为“= Σ华
k Jk式中，为拆除结构第j层第i类构件中任一构件后，剩余结构第k阶频率增量，fk为完整结构第k阶频率。分析时，应保证所取结构频率对应的模态质量之和不小于结构等效质量的90%。结构损伤指数(Damage hdex，简写为DI)通过结构损伤准则定义，对于采用纤维梁单元和损伤本构模型模拟的钢结构模型，梁单元的损伤指数取各纤维损伤指数以纤维截面面积为权重系数的加权平均值，结构第j层第i类构件的损伤指数定义为dy. = max{dy}式中，《为构件第e个单元的损伤指数。S202,依据所述重要性系数和损伤指数确定结构第j层损伤指数；所述结构第j层损伤指数定义为
权利要求
1.一种建筑结构基于抗震性能的优化方法，其特征在于，包括Al，确定结构的整体目标抗震性能指标以及目标构件的抗震性能指标；A2，设计初始结构，将结构同一层中边界条件、截面尺寸和材料参数相同的构件分为一类；A3，获取结构的整体损伤指数；A4，检测所述整体损伤指数是否满足约束条件若是，则执行步骤A5;若否，则执行步骤A2;A5，获取结构各类构件的抗震性能指标；A6，检测所述结构各类构件的抗震性能指标是否满足收敛条件若是，则优化完成；若否，则执行步骤A7;A7，确定下一优化步步长，更新结构体系，返回步骤A3。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取结构整体损伤指数包括 获取结构第j层第i类构件的重要性系数和第j层第i类构件的损伤指数； 依据所述重要性系数和损伤指数确定结构的第j层损伤指数；选择所述第j层损伤指数中最大的损伤指数； 将所述最大损伤指数作为结构的整体损伤指数； 其中，i = 1 M，j = 1 N，M和N为自然数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束条件为所述整体损伤指数小于所述整体目标抗震性能指标。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述收敛条件为所述各类构件的抗震性能指标与目标构件的抗震性能指标的相差率小于10%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结构体系包括结构的构件尺寸、材料强度、配筋率、阻尼器系数、钢支撑截面积中的一项或几项。
6.一种建筑结构基于抗震性能的优化系统，其特征在于，包括确定单元，用于确定结构的整体目标抗震性能指标以及目标构件的抗震性能指标； 初始设计单元，用于设计初始结构，将结构同一层中边界条件、截面尺寸和材料参数相同的构件分为一类；第一获取单元，用于获取结构的整体损伤指数； 第一检测单元，用于检测所述整体损伤指数是否满足约束条件 若是，则进入第二获取单元； 若否，则返回初始设计单元；第二获取单元，用于获取结构各类构件的抗震性能指标； 第二检测单元，用于检测所述结构各类构件的抗震性能指标是否满足收敛条件 若是，则优化完成； 若否，则进入更新单元；更新单元，确定下一优化步步长，更新结构体系，返回第一获取单元。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一获取单元包括第一获取子单元，用于获取结构第j层第i类构件的重要性系数和第j层第i类构件的损伤指数；计算单元，用于依据所述重要性系数和损伤指数确定结构的第j层损伤指数； 选择单元，用于选择所述第j层损伤指数中最大的损伤指数； 第一确定子单元，用于将所述最大损伤指数作为结构的整体损伤指数； 其中，i = 1 M，j = 1 N，M和N为自然数。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述约束条件为所述整体损伤指数小于所述整体目标抗震性能指标。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述收敛条件为所述各类构件的抗震性能指标与目标构件的抗震性能指标的相差率小于10%。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述结构体系包括结构的构件尺寸、材料强度、配筋率、阻尼器系数、钢支撑截面积中的一项或几项。
全文摘要
本申请提供了一种建筑结构基于抗震性能的优化方法和系统，所述方法包括A1，确定结构的整体目标抗震性能指标以及目标构件的抗震性能指标；A2，设计初始结构，将结构同一层中边界条件、截面尺寸和材料参数相同的构件分为一类；A3，获取结构的整体损伤指数；A4，检测所述整体损伤指数是否满足约束条件若是，则执行步骤A5；若否，则执行步骤A2；A5，获取结构各类构件的抗震性能指标；A6，检测所述结构各类构件的抗震性能指标是否满足收敛条件若是，则优化完成；若否，则执行步骤A7；A7，确定下一优化步步长，更新结构体系，返回步骤A3。
文档编号E04B1/98GK102493569SQ20111039397
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者吕杨, 徐龙河, 李忠献 申请人:北京交通大学