考慮氣彈耦合作用的高層建筑氣動外形優(yōu)化研究.pdf

1、隨著高層建筑結構不斷的向更高、更柔的方向發(fā)展，風與結構的耦合作用愈加顯著，建筑結構風致響應也更加突出。減小結構所受的風荷載及其風致效應越來越成為結構風工程研究的重要問題。而作用于建筑表面的風荷載與建筑物外形密切相關，調整和改變建筑物外形是改善高層建筑結構抗風性能經(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，以提高結構在耦合作用下的抗風性能。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、：
　?。?）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)值風洞模擬，得到了兩種不同情況下的建筑表面風壓、等效應力及結構位移響應，并將其結果對比分析，說明考慮結構變形對流場影響的雙向耦合作用對分析結果影響較大，在高層建筑結構風荷載計算及外形優(yōu)化中應該加以考慮。
　?。?）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)化算法結合，減少氣動外形優(yōu)化過程中調用CFD數(shù)值風洞模擬分析次數(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，將長寬高作為設計變量，結構第一階自振頻率和頂部最大相對位移作為約束，最大Mises等效應力作為目標函數(shù)。采用CCD抽樣+標準二次

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