超高层建筑的动力失效模式及抗灾-分灾优化设计研究

随着我国经济的飞速发展和城市化水平的不断提高，越来越多具有超高、柔性、体型复杂、平面不规则等超高层建筑出现；超高层建筑在地震和风载等动力荷载作用下，灾变行为十分复杂，具有动力、非线性、不确定性等特点，引起结构安全性、设备适用性与人员舒适性等问题。因此，在对超高层建筑动力失效模式充分认识的基础上，不断寻求创新的设计思想、理念，设计并优化超高层建筑的传力路径与失效模式，以提高其整体防灾能力，具有很大的挑战性，同时具有重要的理论与工程意义。本项目针对指南"重大工程结构失效模式与整体抗灾能力优化"，开展超高层建筑的动力失效模式及抗灾-分灾优化设计研究，包括：超高层建筑的动力失效模式与整体防灾能力表征、超高层建筑的动力抗灾优化设计、超高层建筑的动力分灾优化设计、动力荷载下超高层建筑整体防灾能力的可靠性与鲁棒性分析。为提高超高层建筑等重大工程结构的整体防灾能力提供相关的理论与方法基础。

开展了超高层建筑的动力失效模式及抗灾-分灾优化设计研究。在抗灾设计方面，提出了改进的基于能量的模态Pushover分析方法；建立了高层建筑抗灾优化设计模型与混合优化算法；基于MMPA高阶模态响应进行全寿命抗震优化设计；利用三维耦合振型发展了精确的动力分析框架以实时分析预测高层建筑风振响应。在分灾优化设计方面，研究了层级褶皱结构破坏模式及等效弹性常数；基于柔度修正模型缩减近似方法提出了快速的局部非线性求解方法；引入了单自由度三线性滞回模型，通过单自由度延性方程来定义了结构分灾设计谱。在结构可靠性与鲁棒性分析方面，利用泊松白噪声及其滤波过程建立激励模型模拟并分析强脉冲对结构动力可靠性的影响；提出了归一化的改进降维法；提出了高层建筑全寿命优化设计的低维和高维多目标优化方法；开展了面向抗灾分灾优化设计需求的不确定性传播技术研究。. 在国内外重要学术期刊发表论文51篇，SCI检索33篇，EI检索42篇，国际期刊论文34篇。