本文關鍵詞： 住宅鋼結構 基于性能的抗震設計 APDL 優(yōu)化設計 軟件開發(fā)　出處：《沈陽建筑大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：基于性能的抗震設計為二十一世紀結構抗震設計的發(fā)展主流,它的設計思想是保證結構在不同地震水準作用下,其功能能夠滿足使用者、業(yè)主和社會的不同需求。本文對基于性能抗震設計的實現(xiàn)方法進行研究,并結合該方法利用ANSYS有限元軟件對高層住宅鋼結構開發(fā)優(yōu)化軟件,其目的是使結構滿足不同抗震性能目標的前提下獲得構件的最優(yōu)截面尺寸,從而最大限度地降低結構用鋼量。本文將基于性能的抗震設計和結構優(yōu)化設計有機結合。針對基于性能的抗震設計,本文對抗震設計的地震水準、性能水準和性能目標展開研究；通過對比兩類基于性能的抗震設計方法并結合《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2010),對住宅鋼結構提出實現(xiàn)基于性能抗震設計的可操作方法。針對住宅鋼結構的優(yōu)化設計,本文結合ANSYS的優(yōu)化模塊深入研究了相關優(yōu)化方法(零階方法和一階方法)；通過對住宅鋼結構梁柱構件分布的統(tǒng)計,確立了對住宅鋼結構整體建模分析、對數量最大的兩類鋼梁優(yōu)化的高效優(yōu)化方案;應用ANSYS軟件中的APDL語言,根據基于性能的抗震設計方法和現(xiàn)行規(guī)范中關于組合梁構件的變形、內力、構造要求等約束條件,開發(fā)了針對住宅鋼結構的優(yōu)化設計程序。通過24層住宅鋼結構的優(yōu)化實例,對比了基于三種性能目標的結構優(yōu)化結果。24層住宅鋼結構原設計的鋼材用量為520.05t,其中數量最大的兩類鋼梁的用鋼量為184.45t。優(yōu)化結果：對于性能目標1(多遇地震作用下結構完好),兩類鋼梁的用鋼量為161.32t,較原設計節(jié)省鋼材23.13t,兩類鋼梁優(yōu)化的比例為12.54%。對于性能目標2(設防地震作用下結構完好),兩類鋼梁的用鋼量為181.77t,較性能目標1增加鋼材20.45t,提高的比例為12.68%；對于性能目標3(罕遇地震作用下結構完好),兩類鋼梁的用鋼量為208.69t,較性能目標1增加鋼材47.37t,提高的比例為29.36%。研究結果表明：本文可根據三種不同性能目標對結構開展基于性能抗震設計的截面優(yōu)化。業(yè)主可根據滿足三種不同性能目標的結構用鋼量,選擇合適的、可接受的性能目標；設計者按照具體的性能目標對住宅鋼結構開展優(yōu)化設計。該程序具有很強的通用性和可移植性,可供工程技術人員進行類似的優(yōu)化設計。本文對基于性能抗震設計的方法進行了積極地探索,對促進住宅鋼結構的普及具有重要意義。
[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.
【學位授予單位】：沈陽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU973.13;TU973.31

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本文編號：1506508