考慮氣彈耦合作用的高層建筑氣動外形優(yōu)化研究.pdf

1、隨著高層建筑結(jié)構(gòu)不斷的向更高、更柔的方向發(fā)展，風(fēng)與結(jié)構(gòu)的耦合作用愈加顯著，建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)也更加突出。減小結(jié)構(gòu)所受的風(fēng)荷載及其風(fēng)致效應(yīng)越來越成為結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究的重要問題。而作用于建筑表面的風(fēng)荷載與建筑物外形密切相關(guān)，調(diào)整和改變建筑物外形是改善高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能經(jīng)濟且有效的方式。因此有必要對高層建筑進行考慮氣彈耦合作用的氣動外形優(yōu)化研究，以提高結(jié)構(gòu)在耦合作用下的抗風(fēng)性能。本文以200m高的高層建筑為研究對象，主要開展了以下幾個方面的研究

2、：
　　（1）基于ANSYS Workbench平臺，聯(lián)合使用ANSYS固體分析模塊和CFX流場分析模塊，采用雷諾平均法中的SST k-ω湍流模型對高層建筑分別進行單向和雙向氣彈耦合數(shù)值風(fēng)洞模擬，得到了兩種不同情況下的建筑表面風(fēng)壓、等效應(yīng)力及結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)，并將其結(jié)果對比分析，說明考慮結(jié)構(gòu)變形對流場影響的雙向耦合作用對分析結(jié)果影響較大，在高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計算及外形優(yōu)化中應(yīng)該加以考慮。
　　（2）將近似模型優(yōu)化方法引入高層建筑

3、氣動外形優(yōu)化，并與一般優(yōu)化算法結(jié)合，減少氣動外形優(yōu)化過程中調(diào)用CFD數(shù)值風(fēng)洞模擬分析次數(shù)，提高優(yōu)化效率，解決一般的直接優(yōu)化方法較難實現(xiàn)的計算量大的優(yōu)化問題。
　?。?）基于ANSYS Workbench中的設(shè)計探索功能（Design Exploration）模塊，以42m×33m×200m長方體建筑為例，將長寬高作為設(shè)計變量，結(jié)構(gòu)第一階自振頻率和頂部最大相對位移作為約束，最大Mises等效應(yīng)力作為目標(biāo)函數(shù)。采用CCD抽樣+標(biāo)準(zhǔn)二次

4、響應(yīng)面模型+NLPQL優(yōu)化算法對考慮風(fēng)與結(jié)構(gòu)雙向耦合作用的高層建筑的單目標(biāo)優(yōu)化問題進行分析，從而實現(xiàn)對近似模型優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于高層建筑氣動外形優(yōu)化的探討，并實現(xiàn)了風(fēng)洞試驗無法實現(xiàn)的連續(xù)變量的優(yōu)化問題。
　?。?）基于ANSYS Workbench中的設(shè)計探索功能（Design Exploration）模塊，以帶削角的高層建筑為例，將迎風(fēng)面寬度和削角尺寸作為設(shè)計變量，建筑占地面積、結(jié)構(gòu)第一階自振頻率和頂部最大位移作為約束，建筑表面最大