《複雜高層建築的風致動力效應和時變可靠度研究》是依託浙江大學，由黃銘楓擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：複雜高層建築的風致動力效應和時變可靠度研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：黃銘楓
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前基於風洞試驗的複雜多塔連體型高層建築動力效應預測方法還不是十分完善，在相同條件下的不同風洞試驗結果也存在著一定的變異性。由於風災氣候、大氣湍流和結構本身都涉及大量的不確定性，複雜高層建築的風致動力效應在本質上具有機率性。過大的風致動力效應會導致出現建築正常使用和居住人員舒適性等設計指標超限的風災失效事件，其發生的機率特性是隨時間變化的，需要在確定性分析方法的基礎上進行機率和可靠性描述。本項目擬對複雜高層建築的風致動力效應、不確定性傳播及由此引發的時變可靠性等問題展開研究，包括: 1、複雜高層建築氣動風效應的試驗和數值預測方法研究；2、複雜高層建築風致動力回響分析和多目標等效風荷載建模；3、空氣動力和結構動力不確定因素識別和定量分析；4、考慮高層建築風災失效的風致時變可靠度計算。通過上述研究工作為提高複雜高層建築等對風敏感重大工程結構的整體抗風災能力提供相關的計算理論與設計方法支撐。
結題摘要
在風致性能最佳化設計中，現代超高層建築的設計風荷載是根據風洞實驗的數據再結合當地的風向風速氣象資料來加以評估，並且以機率統計的形式來表達建築物在設計周期內實際可能會遇到的風荷載及其相應的風致性能。而風致結構性能失效機率和相應時變可靠度的計算則是超高層建築結構抗風可靠度設計問題中的核心環節。依託本項目，首先對高層建築的風致結構性能時變可靠度展開了深入的研究。通過對高層建築表面風壓和風振回響時域內的峰值樣本展開漸進極值理論分析，提出了基於峰值分布機率模型的廣義峰值因子，這個峰值因子可以適用於預測非高斯平穩過程中的期望峰值, 並且具有安全的時變可靠度保證。基於隨機振動首次超越理論，通過對高層建築角部位置隨機合成回響過程平均穿越率的分析，還得出了適用於高層建築非高斯風振回響過程的峰值因子簡化公式。在考慮高層建築風振特性和不確定性的基礎上，基於漸進極值理論的風振峰值因子方法是一種可以方便用於風工程實踐又不失精度的結構風振時變可靠度計算方法，為實現基於可靠度的高層建築風振性能最佳化設計奠定了基礎。 在高層建築結構抗風設計最佳化方面，通過本項目的研究已經發展了綜合風振時程分析和結構最佳化於一體的高層建築抗風自動化設計技術。結構最佳化算法包括基於梯度函式的最佳化準則法和基於隨機進化理論的遺傳算法，以及兩者的混合使用從而發揮各自在求解結構體系離散變數和結構尺寸連續變數最佳化問題中的優勢。上述最佳化設計方法中已經考慮了高層建築結構的風致位移性能，及和風致加速度有關的居住舒適度性能。而且基於隨機振動首次超越理論，對影響超高層建築風致性能的不確定因素進行了系統的考慮，在結構最佳化設計中對高層建築風致性能的失效機率進行了有效的控制。 隨著時變可靠度計算方法和RBDO算法研究的日益深入，使得發展基於可靠度的超高層建築風致性能最佳化設計方法成為可能。本項目的研究採用解耦策略，通過定義機率等效子問題，把可靠度分析從最佳化設計循環中分離出來，從而成功實現了大規模高層結構的抗風設計可靠度最佳化算法。
