高层建筑抗震设计AVS构件优化布置

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1avs构件的优化布置方法

1．1控制性能指标

为了在各个可行的结构刚度参数中找出一个效果最好的参数，需要首先建立一种评价控制效果好坏的性能指标函数［2，6］。选择性能指标主要取决于问题所要解决的主要矛盾，各种控制问题的性能指标没有统一的格式。在每一控制时段，当已对未来地震动及响应变化趋势做出预测后，AVS控制的关键就在于选择合适的［K(t)］，以极小化结构的响应。容易想到可以取结构的势能作为性能指标，或取结构的动能作为性能指标。楼梦麟、吴京宁曾对动能作为AVS控制的性能指标进行了研究［4］。以下研究三种性能指标的控制效果:

1．2优化方法

当在结构的每一层都布置AVS构件时，系统具有最小的性能指标函数值，即J取最小值Jmin，当去掉第i层AVS构件时，性能指标J将增加。如果这个增加量较小，则说明去掉该层AVS构件将不会对系统性能产生很大影响，因而可以在该层不布置AVS构件;反之，若J的增加量很大，则说明该层AVS构件对系统性能影响较大，因而必须在该层布置AVS构件。考虑直接计算性能指标的增量，首先假定在受控结构的每一层都布置AVS构件，然后将各层AVS构件分别撤除一次，可以求得因撤除各层AVS构件而产生的性能指标增量，进而求出系统性能指标对各层AVS构件的灵敏度。应用中可以根据AVS构件数量的限制，按照灵敏度进行布置，从而得到AVS构件的最优布置。将计算步骤总结如下:在控制时段［kΔT，(k+1)ΔT］。2各层AVS构件的重要性算例1:剪切型建筑物，结构层数为n，每层的物理参数相同，分别为:层间质量mi=345．6t，层间刚度ki=6．8×105kN/m，层间阻尼ci=734kN•s/m，其中，i=1，2，…，5。在每一层都设置AVS构件(钢性斜支撑)，其下部固定于楼板，上部通过VSD与结构的横梁相连，各层AVS构件的连接刚度为Δki=6．8×105kN/m。地震动输入仍采用经调整的El-Centrol波，分析前20s内的结构响应。取结构层数n=5，8，10，12，15，20，求出各层AVS构件的重要性系数。分析结果表明，AVS构件的重要性分布规律:在结构的中下部，各层AVS构件的重要性比较大，而在结构的上部，各层AVS构件的重要性相对较小。也就是说，在进行AVS构件的优化布置时，应按照重要性的分布规律进行。

2按重要性优化布置

AVS构件后的结构振动控制效果算例2:结构的物理参数与算例1中的相同，取结构的层数为5。对建筑物的AVS构件进行优化布置，其AVS构件的优化布置为以下两种情况:工况1:AVS构件位于第1层～第4层(重要性占93．9%);工况2:AVS构件位于第1层～第3层(重要性占83．3%)。为了说明优化布置的正确性，对这两种工况进行地震响应分析。两种工况下的结构顶层位移响应的最大值，与AVS构件满布置时结构的峰值响应相比，工况1时结构的顶层峰值位移是2．62cm，增大了12．5%，结构的顶层峰值加速度是13．50m/s2，增大了7%，结构的峰值基底剪力是10895kN，减小了39%;工况2时结构的顶层峰值位移是3．14cm，增大了31%，结构的顶层峰值加速度是12．50m/s2，减小了0．8%，结构的峰值基底剪力是13819kN，增大了23%。由以上分析可知:按AVS构件的重要性撤除部分AVS构件后，结构的顶层位移将有所增大，而且撤除的构件越多，位移的增加越大;但顶层加速度和基底剪力可能会增大，也可能会减小。

3结语

本文对AVS控制系统中AVS构件的优化布置进行了初步研究，通过算例分析得出以下结论:

1)基于系统的控制性能指标对各层AVS构件的灵敏度的方法来确定各层AVS构件的重要性系数是正确而且可行的。

2)根据AVS构件重要性系数的分布规律，应首先在结构的中下层布置构件，然后按照重要性系数的大小进行布置。

作者：张月香 单位：上海同建强华建筑设计有限公司