基于Hyper Works平臺的框架結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、抗震分析是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)方案的選取往往要基于抗震設(shè)計的要求，因此在地震作用下進行結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的優(yōu)化才有意義。目前，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，一般是設(shè)計人員憑自身的設(shè)計經(jīng)驗通過對結(jié)構(gòu)方案反復(fù)調(diào)試達到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的，其優(yōu)化結(jié)果帶有過多的主觀人為因素。本文基于HyperStudy優(yōu)化平臺(HyperWorks的優(yōu)化模塊)及建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范研究對框架結(jié)構(gòu)進行抗震優(yōu)化設(shè)計的方法，通過二次開發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化計算的自動化。自動搜索求出滿足約束

2、條件的結(jié)構(gòu)最優(yōu)方案。本文的主要內(nèi)容包括：
　　 (1)研究利用HyperStudy調(diào)用集成的第三方通用分析軟件SAP2000，對建筑結(jié)構(gòu)進行抗震優(yōu)化設(shè)計。本文通過研究HyperStudy調(diào)用SAP2000的原理和方法，實現(xiàn)了對框架結(jié)構(gòu)進行抗震優(yōu)化設(shè)計。
　　 (2)利用SAP2000的API(Application Programming Interrace)功能開發(fā)一個可以調(diào)用SAP2000內(nèi)核計算而同時可以被Hype

3、rStudy調(diào)用的程序OptiDesign，從而實現(xiàn)HyperStudy通過控制OptiDesign間接控制SAP2000進行優(yōu)化求解。OptiDesign的主要作用有兩點，一是讓SAP2000在相應(yīng)的路徑下導(dǎo)入文本接口文件，進行求解計算；二是對SAP2000的計算結(jié)果進行自動處理，輸出結(jié)構(gòu)優(yōu)化需要的數(shù)據(jù)，供HyperStudy讀取并作為優(yōu)化設(shè)計的響應(yīng)。
　　 (3)SAP2000是空間的結(jié)構(gòu)分析軟件，輸出結(jié)果中沒有與樓層相關(guān)的

4、抗震控制技術(shù)指標(biāo)。OptiDesign通過對SAP2000的計算結(jié)果進行運算處理，得到如樓層剪力、位移角、位移比等技術(shù)指標(biāo)。HyperStudy獲取了這些結(jié)果后，通過對其進行約束控制，實現(xiàn)了符合抗震概念設(shè)計的優(yōu)化分析。
　　 (4)對比和分析了HyperStudy提供的遺傳算法(GA)、自適應(yīng)響應(yīng)面算法(ARSM)、可行方向法(MFD)和序列二次規(guī)劃法(SQP)等四種算法在框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中優(yōu)化效率和優(yōu)化結(jié)果的差異。計算結(jié)果表明

5、，ARSM算法計算收斂速度快、優(yōu)化結(jié)果合理，其對建筑框架結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)化設(shè)計適用性較強。
　　 (5)實驗設(shè)計(DOE)靈敏度的分析方法可以得到設(shè)計變量之間以及設(shè)計變量與響應(yīng)之間的變化敏感程度。本文計算表明，在優(yōu)化設(shè)計前進行DOE靈敏度的分析，剔除對優(yōu)化目標(biāo)不敏感的變量，可以大大提高優(yōu)化的效率。
　　 (6)將本文方法應(yīng)用到實際框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，優(yōu)化的結(jié)果符合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)律和結(jié)構(gòu)的力學(xué)概念，優(yōu)化效果明顯。實踐證明