CN111622369A - 一种防屈曲约束支撑钢框架结构的优化设计方法 - Google Patents

一种防屈曲约束支撑钢框架结构的优化设计方法 Download PDF

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CN111622369A CN202010523147.4A CN202010523147A CN111622369A CN 111622369 A CN111622369 A CN 111622369A CN 202010523147 A CN202010523147 A CN 202010523147A CN 111622369 A CN111622369 A CN 111622369A
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Abstract

本发明公开了一种防屈曲约束支撑钢框架结构的优化设计方法，本发明具有传统的优化设计不具备的效果。将钢框架—BRB结构优化设计分为弹性优化阶段和弹塑性调整阶段。弹性优化阶段以造价最低为优化目标，引入拓扑变量来表示BRB的布设位置，将BRB的位置、等效截面面积和框架的截面作为设计变量，在同时满足梁柱构件的强度和稳定性约束、BBR在小震下不屈服约束及层间位移约束的前提下，通过带DCPM约束处理的自适应遗传算法对钢框架—BRB结构进行整体优化；弹塑性调整阶段对不符合大震层间位移约束的结构采用准则法调整构件截面。实行了较为全面的钢框架—BRB结构优化设计，在满足规范要求的前提下大幅度降低结构造价，提高了结构的经济性。

Description

一种防屈曲约束支撑钢框架结构的优化设计方法
技术领域
本发明涉及抗震结构相关制品领域，具体为一种防屈曲约束支撑钢框架结构的优化设计方法。
背景技术
随着抗震设防水平的提高,单纯的增大截面、增加配筋、提高材料强度等级等方法已不能满足高烈度区建筑结构的抗震性能需求，同时人们对地震作用认识越来越清晰,抗震性能化设计越来越重要，防屈曲约束支撑作为一种新型的震耗能元件,已逐渐被人们广泛应用与建筑、桥梁等结构中,不仅能够有效补偿结构抗侧刚度,同时还能够在弹塑性阶段吸收大的地震能,降低建筑地震损伤，然而,在我国防屈曲约束支撑的研究起步相对较晚,工程应用验有待提高。
目前，对于支撑结构体系的优化研究主要集中在支撑的优化布置上，而对主体结构同时进行优化的研究较少，难以得到整体结构的最优造价。BRB的布局优化实际上是结构拓扑优化问题，在拓扑优化方面，有关桁架结构的研究较多，有关框架支撑结构的研究相对较少。BRB作为一种特殊的构件，其功能介于承载型支撑和消能减震器之间。在小震时BRB不屈服，并为结构提供抗侧刚度，大震时屈服耗散大量地震能，保护主体结构，减少地震反应。但是目前少有考虑BRB在小震和大震下性能的不同，并分别进行优化设计的研究。因此需要一种较为全面的钢框架—BRB结构优化设计方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防屈曲约束支撑钢框架结构的优化设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防屈曲约束支撑钢框架结构的优化设计方法，包括以下步骤：
步骤1，BRB选择：BRB由钢支撑内芯和外包约束构件组成，其间灌入无粘结材料，在多遇地震的结构设计中，为了便于计算分析，常采用等截面杆单元模拟BRB，但屈曲约束支撑受力芯板截面沿长度方向变化，如图1所示，需要将芯板等效为一根刚度与芯板刚度相同的等截面杆件，使单元的轴向刚度与屈曲约束支撑的轴向刚度相等；
步骤2，结构拓扑优化：采用的设计方法主要是基结构法，即所有可能的布局方式集中布置在一个结构中，形成初始的基结构，引入结构的拓扑关系作为设计变量，通过拓扑关系变量可将基结构转换成任何一种可能的布局方式。钢框架—BRB结构的拓扑设计变量可用式(1)表达。优化过程中，当BRB的等效截面面积足够小，则“删除”此列BRB。这里注意：“删除”并不意味着将截面面积设置为0，否则易出现拓扑优化问题中以截面面积为设计变量而造成的奇异最优解丢失问题。本文对于需要删除的BRB，不改变其截面变量，而将拓扑变量设置为0，并将弹性模量设为0以保证被删除BRB的内力和应力等于0。
Figure BDA0002532794430000021
Ei＝TiE0i (2)
式中，Ti为第i个BRB的拓扑变量；A0为BRB的等效截面面积下限；nr为BRB对应的截面设计变量个数；Ti＝1表示第i个BRB截面变量对应的BRB存在，Ti＝0表示删除；E0i为BRB的弹性模量；Ei为BRB修正后的弹性模量；
步骤3，目标函数设定：采用梁、柱构件和BRB的总造价为目标函数，如下式(3)所示：
Figure BDA0002532794430000031
式中：Cf为型钢的单位重量价格，Cr为BRB的单位重量价格，ρi为钢材密度，ρj为BRB折算后的平均密度；li为梁柱构件的长度；lj为BRB的实际长度，BRB预估实际长度约为轴线长度减2m；Ai为梁柱的截面面积；Aj为BRB的等效截面面积；
步骤4，条件约束：条件约束包括强度约束、稳定性约束、构造约束与位移约束，其中：强度约束
(1)梁：
Figure BDA0002532794430000032
Figure BDA0002532794430000033
(2)柱：
Figure BDA0002532794430000034
(3)BRB的承载力约束：
Figure BDA0002532794430000035
Nb＝0.9fyαAe (8)
A1＝αAe (9)
式中：γRE为抗震承载力调整系数；γx、γy为截面强轴和弱轴的塑形发展系数；N为屈曲约束支撑轴力设计值；Nb为屈曲约束支撑的设计承载力；fy为BRB芯板钢材的屈服强度标准值；α为BRB的等效截面面积与芯板截面面积之间的转换系数；Ae为BRB的等效截面面积；
稳定性约束
在弹性设计阶段，屈曲约束支撑与普通钢支撑设计要求的主要差异在于屈曲约束支撑因在芯材外侧采用了钢套筒及一系列可靠的构造措施，梁柱构件的稳定性约束要求：
(1)梁
Figure BDA0002532794430000041
(2)柱
Figure BDA0002532794430000042
Figure BDA0002532794430000043
式中：
Figure BDA0002532794430000044
为强轴和弱轴的轴心受压构件稳定性系数，根据《钢规》附录D确定；
Figure BDA0002532794430000045
受弯构件整体稳定性系数，由《钢规》附录C确定；
构造约束
为了便于构件的拼接，构造约束要求上层柱截面的尺寸不大于下层柱截面的尺寸，梁柱节点处的梁翼缘宽度不大于柱翼缘宽度；
位移约束
小震下每层最大弹性层间位移角：
di/hi＜250 (13)
大震下每层最大弹性层间位移角：
di/hi＜50 (14)
式中，di为第i层的层间相对位移，hi为第i层的层高；
步骤5，小震优化阶段：所述小震优化阶段采用遗传算法改进对约束进行处理，遗传算法包括适应度函数、交叉、变异、选择算子与DCPM约束处理，所述适应度函数是对结构造价的最小值进行求解，适应度函数的非负性原则将求最低造价的目标函数转换为求最大值，适应度函数为
Fit(f(x))＝Wmax-f(x)
式中：f(x)是目标函数值，Wmax为当前代中目标函数的最大值所述交叉、变异、选择算子选用锦标赛选择法作为主要选择方法，所述DCPM约束处理将约束改写为gj(χ)≤0的形式将BRB的承载力约束改写为(N-Nb/γRE)Nb/γRE≤0，由此可为约束条件定义一个辅助函数作为约束罚函数，如BRB的承载力约束罚函数为gj(χ)＝(N-Nb/γRE)Nb/γRE。定义一个个体违反约束的度量为其所有非负的约束罚函数的和：
Figure BDA0002532794430000051
bj(xi)＝MAX[0，gj(xi)] j＝1，2，3......，m
式中，xi为第i个个体的基因，gj(χ)为约束罚函数；m为约束的个数。每个个体均对应一个viol(xi)值，若该个体为可行解时，则viol(xi)≤0，若为不可行解时，则viol(xi)＞0。对于种群中随机两个个体χm和χn，给定已知常数ε(ε为不可行比例，本文取0.03)，DCPM法有如下比较准则：
当两者都是可行解时，比较χm和χn的适应值，适应值大的个体为更优；当χm为可行解，χn为不可行解时，若有viol(xn)≤ε，则比较两者的适应值，适应值大的个体为更优；若有viol(xn)>ε，则χm为更优；
当两者都是不可行解时，计算viol(xm)和viol(xn)，比较两者违反约束程度，违约程度小的个体更优；
步骤6，大震调整阶段：将小震优化后得到的结构按照如下3种思路进行调整即：
1.提高该层不满足位移限值方向所布设的消能器的耗能能力；
2.增大该层不满足位移限值方向的柱截面抵抗矩；
3.增大该层不满足位移限值方向的梁高尺寸。
大震时调整位移不满足约束的搜索策略如图3所示，然后比较三种方法调整后的个体适应值，个体适应值最大者即为最终的优化结果。
优选的，所述步骤6中大震优化流程为大震调整阶段每调整一次构件尺寸后都需通过结构分析得出位移响应来评判结构是否满足大震位移约束；程序中小震分析采用反应谱法，大震分析采用弹塑性时程分析，并采用轴力铰模拟BRB大震下的滞回性能；大震位移调整在小震优化的结果上进行；整体优化设计流程如图4所示。
附图标记：
图1为本发明屈曲约束支撑受力芯板示意图；
图2为本发明屈曲约束支撑的双线性恢复力模型示意图；
图3为本发明不满足大震下位移限值时的调整策略示意图；
图4为本发明大震优化流程图。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
考虑了屈曲约束支撑在小震和大震下性能的不同，将钢框架—BRB结构优化设计分为弹性优化阶段和弹塑性调整阶段。实行了较为全面的减震优化设计。同时进行了屈曲约束支撑的布局优化和构件的截面优化，大幅度地降低结构造价。并对优化算法进行了针对性的改进，使遗传算法性能更好，优化效果及优化效率均有所提升。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
参考图1-4所示，一种防屈曲约束支撑钢框架结构的优化设计方法，包括以下步骤：
步骤1，BRB选择：BRB由钢支撑内芯和外包约束构件组成，其间灌入无粘结材料，在多遇地震的结构设计中，为了便于计算分析，常采用等截面杆单元模拟BRB，但屈曲约束支撑受力芯板截面沿长度方向变化，如图1所示，需要将芯板等效为一根刚度与芯板刚度相同的等截面杆件，使单元的轴向刚度与屈曲约束支撑的轴向刚度相等；
步骤2，结构拓扑优化：采用的设计方法主要是基结构法，即所有可能的布局方式集中布置在一个结构中，形成初始的基结构，引入结构的拓扑关系作为设计变量，通过拓扑关系变量可将基结构转换成任何一种可能的布局方式。钢框架—BRB结构的拓扑设计变量可用式(1)表达。优化过程中，当BRB的等效截面面积足够小，则“删除”此列BRB。这里注意：“删除”并不意味着将截面面积设置为0，否则易出现拓扑优化问题中以截面面积为设计变量而造成的奇异最优解丢失问题。本文对于需要删除的BRB，不改变其截面变量，而将拓扑变量设置为0，并将弹性模量设为0以保证被删除BRB的内力和应力等于0。
Figure BDA0002532794430000081
Ei＝TiE0i (2)
式中，Ti为第i个BRB的拓扑变量；A0为BRB的等效截面面积下限；nr为BRB对应的截面设计变量个数；Ti＝1表示第i个BRB截面变量对应的BRB存在，Ti＝0表示删除；E0i为BRB的弹性模量；Ei为BRB修正后的弹性模量；
步骤3，目标函数设定：采用梁、柱构件和BRB的总造价为目标函数，如下式(3)所示：
Figure BDA0002532794430000082
式中：Cf为型钢的单位重量价格，Cr为BRB的单位重量价格，ρi为钢材密度，ρj为BRB折算后的平均密度；li为梁柱构件的长度；lj为BRB的实际长度，BRB预估实际长度约为轴线长度减2m；Ai为梁柱的截面面积；Aj为BRB的等效截面面积；
步骤4，条件约束：条件约束包括强度约束、稳定性约束、构造约束与位移约束，其中：强度约束
(1)梁：
Figure BDA0002532794430000083
Figure BDA0002532794430000091
(2)柱：
Figure BDA0002532794430000092
(3)BRB的承载力约束：
Figure BDA0002532794430000093
Nb＝0.9fyαAe (8)
A1＝αAe (9)
式中：γRE为抗震承载力调整系数；γxγy为截面强轴和弱轴的塑形发展系数；N为屈曲约束支撑轴力设计值；Nb为屈曲约束支撑的设计承载力；fy为BRB芯板钢材的屈服强度标准值；α为BRB的等效截面面积与芯板截面面积之间的转换系数；Ae为BRB的等效截面面积；
稳定性约束
在弹性设计阶段，屈曲约束支撑与普通钢支撑设计要求的主要差异在于屈曲约束支撑因在芯材外侧采用了钢套筒及一系列可靠的构造措施，梁柱构件的稳定性约束要求：
(1)梁
Figure BDA0002532794430000094
(2)柱
Figure BDA0002532794430000095
Figure BDA0002532794430000101
式中：
Figure BDA0002532794430000102
为强轴和弱轴的轴心受压构件稳定性系数，根据《钢规》附录D确定；
Figure BDA0002532794430000103
为受弯构件整体稳定性系数，由《钢规》附录C确定；
构造约束
为了便于构件的拼接，构造约束要求上层柱截面的尺寸不大于下层柱截面的尺寸，梁柱节点处的梁翼缘宽度不大于柱翼缘宽度；
位移约束
小震下每层最大弹性层间位移角：
di/hi＜250 (13)
大震下每层最大弹性层间位移角：
di/hi＜50 (14)
式中，di为第i层的层间相对位移，hi为第i层的层高；
步骤5，小震优化阶段：所述小震优化阶段采用遗传算法改进对约束进行处理，遗传算法包括适应度函数、交叉、变异、选择算子与DCPM约束处理，所述适应度函数是对结构造价的最小值进行求解，适应度函数的非负性原则将求最低造价的目标函数转换为求最大值，适应度函数为
Fit(f(x))＝Wmax-f(x)
式中：f(x)是目标函数值，Wmax为当前代中目标函数的最大值所述交叉、变异、选择算子选用锦标赛选择法作为主要选择方法，所述DCPM约束处理将约束改写为gj(χ)≤0的形式将BRB的承载力约束改写为(N-Nb/γRE)/Nb/γRE≤0，由此可为约束条件定义一个辅助函数作为约束罚函数，如BRB的承载力约束罚函数为gj(χ)＝(N-Nb/γRE)/Nb/γRE。定义一个个体违反约束的度量为其所有非负的约束罚函数的和：
Figure BDA0002532794430000111
bj(xi)＝MAX[0，gj(xi)] j＝1，2，3......，m
式中，xi为第i个个体的基因，gj(χ)为约束罚函数；m为约束的个数。每个个体均对应一个viol(xi)值，若该个体为可行解时，则viol(xi)≤0，若为不可行解时，则viol(xi)＞0。对于种群中随机两个个体χm和χn，给定已知常数ε(ε为不可行比例，本文取0.03)，DCPM法有如下比较准则：
当两者都是可行解时，比较χm和χn的适应值，适应值大的个体为更优；
当χm为可行解，χn为不可行解时，若有viol(xn)≤ε，则比较两者的适应值，适应值大的个体为更优；若有viol(xn)>ε，则χm为更优；
当两者都是不可行解时，计算viol(xm)和viol(xn)，比较两者违反约束程度，违约程度小的个体更优；
步骤6，大震调整阶段：将小震优化后得到的结构按照如下3种思路进行调整即：
1.提高该层不满足位移限值方向所布设的消能器的耗能能力；
2.增大该层不满足位移限值方向的柱截面抵抗矩；
3.增大该层不满足位移限值方向的梁高尺寸。
大震时调整位移不满足约束的搜索策略如图3所示，然后比较三种方法调整后的个体适应值，个体适应值最大者即为最终的优化结果。
进一步的，步骤6中大震优化流程为大震调整阶段每调整一次构件尺寸后都需通过结构分析得出位移响应来评判结构是否满足大震位移约束；程序中小震分析采用反应谱法，大震分析采用弹塑性时程分析，并采用轴力铰模拟BRB大震下的滞回性能；大震位移调整在小震优化的结果上进行；整体优化设计流程如图4所示。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (2)

1.一种防屈曲约束支撑钢框架结构的优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，BRB选择：BRB由钢支撑内芯和外包约束构件组成，其间灌入无粘结材料，在多遇地震的结构设计中，为了便于计算分析，常采用等截面杆单元模拟BRB，但屈曲约束支撑受力芯板截面沿长度方向变化，如图1所示，需要将芯板等效为一根刚度与芯板刚度相同的等截面杆件，使单元的轴向刚度与屈曲约束支撑的轴向刚度相等；
步骤2，结构拓扑优化：采用的设计方法主要是基结构法，即所有可能的布局方式集中布置在一个结构中，形成初始的基结构，引入结构的拓扑关系作为设计变量，通过拓扑关系变量可将基结构转换成任何一种可能的布局方式；钢框架—BRB结构的拓扑设计变量可用式(1)表达；优化过程中，当BRB的等效截面面积足够小，则“删除”此列BRB；这里注意：“删除”并不意味着将截面面积设置为0，否则易出现拓扑优化问题中以截面面积为设计变量而造成的奇异最优解丢失问题；本文对于需要删除的BRB，不改变其截面变量，而将拓扑变量设置为0，并将弹性模量设为0以保证被删除BRB的内力和应力等于0；
Figure FDA0002532794420000011
Ei＝TiE0i (2)
式中，Ti为第i个BRB的拓扑变量；A0为BRB的等效截面面积下限；nr为BRB对应的截面设计变量个数；Ti＝1表示第i个BRB截面变量对应的BRB存在，Ti＝0表示删除；E0i为BRB的弹性模量；Ei为BRB修正后的弹性模量；
步骤3，目标函数设定：采用梁、柱构件和BRB的总造价为目标函数，如下式(3)所示：
Figure FDA0002532794420000012
式中：Cf为型钢的单位重量价格，Cr为BRB的单位重量价格，ρi为钢材密度，ρj为BRB折算后的平均密度；li为梁柱构件的长度；lj为BRB的实际长度，BRB预估实际长度约为轴线长度减2m；Ai为梁柱的截面面积；Aj为BRB的等效截面面积；
步骤4，条件约束：条件约束包括强度约束、稳定性约束、构造约束与位移约束，其中：强度约束
(1)梁：
Figure FDA0002532794420000021
Figure FDA0002532794420000022
(2)柱：
Figure FDA0002532794420000023
(3)BRB的承载力约束：
Figure FDA0002532794420000024
Nb＝0.9fyαAe (8)
A1＝αAe (9)
式中：γRE为抗震承载力调整系数；γz、γy为截面强轴和弱轴的塑形发展系数；N为屈曲约束支撑轴力设计值；Nb为屈曲约束支撑的设计承载力；fy为BRB芯板钢材的屈服强度标准值；α为BRB的等效截面面积与芯板截面面积之间的转换系数；Ae为BRB的等效截面面积；
稳定性约束
在弹性设计阶段，屈曲约束支撑与普通钢支撑设计要求的主要差异在于屈曲约束支撑因在芯材外侧采用了钢套筒及一系列可靠的构造措施，梁柱构件的稳定性约束要求：
(1)梁
Figure FDA0002532794420000031
(2)柱
Figure FDA0002532794420000032
Figure FDA0002532794420000033
式中：
Figure FDA0002532794420000034
为强轴和弱轴的轴心受压构件稳定性系数，根据《钢规》附录D确定；
Figure FDA0002532794420000035
为受弯构件整体稳定性系数，由《钢规》附录C确定；
构造约束
为了便于构件的拼接，构造约束要求上层柱截面的尺寸不大于下层柱截面的尺寸，梁柱节点处的梁翼缘宽度不大于柱翼缘宽度；
位移约束
小震下每层最大弹性层间位移角：
di/hi＜250 (13)
大震下每层最大弹性层间位移角：
di/hi＜50 (14)
式中，di为第i层的层间相对位移，hi为第i层的层高；
步骤5，小震优化阶段：所述小震优化阶段采用遗传算法改进对约束进行处理，遗传算法包括适应度函数、交叉、变异、选择算子与DCPM约束处理，所述适应度函数是对结构造价的最小值进行求解，适应度函数的非负性原则将求最低造价的目标函数转换为求最大值，适应度函数为
Fit(f(x))＝Wmax-f(x)
式中：f(x)是目标函数值，Wmax为当前代中目标函数的最大值所述交叉、变异、选择算子选用锦标赛选择法作为主要选择方法，所述DCPM约束处理将约束改写为gj(χ)≤0的形式将BRB的承载力约束改写为(N-Nb/γRE)/Nb/γRE≤0，由此可为约束条件定义一个辅助函数作为约束罚函数，如BRB的承载力约束罚函数为gj(χ)＝(N-Nb/γRE)/Nb/γRE；定义一个个体违反约束的度量为其所有非负的约束罚函数的和：
Figure FDA0002532794420000041
bj(xi)＝MAX[0，gj(xi)]j＝1，2，3......，m
式中，xi为第i个个体的基因，gj(χ)为约束罚函数；m为约束的个数；
每个个体均对应一个viol(x2)值，若该个体为可行解时，则viol(xi)≤0，若为不可行解时，则
viol(xi)＞0；对于种群中随机两个个体χm和χn，给定已知常数ε(ε为不可行比例，本文取0.03)，DCPM法有如下比较准则：
当两者都是可行解时，比较χm和χn的适应值，适应值大的个体为更优；
当χm为可行解，χn为不可行解时，若有viol(xn)ε，则比较两者的适应值，适应值大的个体为更优；若有viol(xn)>ε，则χm为更优；
当两者都是不可行解时，计算viol(xm)和viol(xn)，比较两者违反约束程度，违约程度小的个体更优；
步骤6，大震调整阶段：将小震优化后得到的结构按照如下3种思路进行调整即：
1.提高该层不满足位移限值方向所布设的消能器的耗能能力；
2.增大该层不满足位移限值方向的柱截面抵抗矩；
3.增大该层不满足位移限值方向的梁高尺寸；
大震时调整位移不满足约束的搜索策略如图3所示，然后比较三种方法调整后的个体适应值，个体适应值最大者即为最终的优化结果。
2.根据权利要求1所述的一种防屈曲约束支撑钢框架结构的优化设计方法，其特征在于：所述步骤6中大震优化流程为大震调整阶段每调整一次构件尺寸后都需通过结构分析得出位移响应来评判结构是否满足大震位移约束；程序中小震分析采用反应谱法，大震分析采用弹塑性时程分析，并采用轴力铰模拟BRB大震下的滞回性能；大震位移调整在小震优化的结果上进行；整体优化设计流程如图4所示。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112329082A (zh) * 2020-11-06 2021-02-05 大唐环境产业集团股份有限公司 一种钢框架结构智能优化设计系统的智能建模模块
CN112861237A (zh) * 2021-03-01 2021-05-28 河北工业大学 一种模块化钢框架建筑结构自动优化设计方法及系统
CN113152716A (zh) * 2021-03-29 2021-07-23 华东建筑设计研究院有限公司 一种模拟剪切型连梁阻尼器的分析方法
CN115012584A (zh) * 2022-06-22 2022-09-06 海南大学 一种自复位增强型柱脚结构设计方法
CN116861526A (zh) * 2023-07-10 2023-10-10 大连理工大学 一种杆件屈曲行为的自适应非线性模拟计算方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2365035A1 (en) * 2000-12-25 2002-06-25 Hajime Anzai Design analysis method of earthquake-proof reinforcement structure, and storage medium
CN103615054A (zh) * 2013-11-29 2014-03-05 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司 一种基于区格剪切变形的屈曲约束支撑布置方法
CN204252270U (zh) * 2014-10-28 2015-04-08 同济大学 组合式消能减震伸臂桁架高层结构体系
CN104695544A (zh) * 2015-01-07 2015-06-10 中南林业科技大学 一种混合减震结构的设计方法
KR20160035374A (ko) * 2014-09-23 2016-03-31 현대건설주식회사 비정형 고층건물의 수직 수평 변위 보정방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2365035A1 (en) * 2000-12-25 2002-06-25 Hajime Anzai Design analysis method of earthquake-proof reinforcement structure, and storage medium
CN103615054A (zh) * 2013-11-29 2014-03-05 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司 一种基于区格剪切变形的屈曲约束支撑布置方法
KR20160035374A (ko) * 2014-09-23 2016-03-31 현대건설주식회사 비정형 고층건물의 수직 수평 변위 보정방법
CN204252270U (zh) * 2014-10-28 2015-04-08 同济大学 组合式消能减震伸臂桁架高层结构体系
CN104695544A (zh) * 2015-01-07 2015-06-10 中南林业科技大学 一种混合减震结构的设计方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴德荣: "《石油化工结构工程设计》", 31 January 2018 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112329082A (zh) * 2020-11-06 2021-02-05 大唐环境产业集团股份有限公司 一种钢框架结构智能优化设计系统的智能建模模块
CN112861237A (zh) * 2021-03-01 2021-05-28 河北工业大学 一种模块化钢框架建筑结构自动优化设计方法及系统
CN113152716A (zh) * 2021-03-29 2021-07-23 华东建筑设计研究院有限公司 一种模拟剪切型连梁阻尼器的分析方法
CN115012584A (zh) * 2022-06-22 2022-09-06 海南大学 一种自复位增强型柱脚结构设计方法
CN115012584B (zh) * 2022-06-22 2023-08-29 海南大学 一种自复位增强型柱脚结构设计方法
CN116861526A (zh) * 2023-07-10 2023-10-10 大连理工大学 一种杆件屈曲行为的自适应非线性模拟计算方法
CN116861526B (zh) * 2023-07-10 2023-12-05 大连理工大学 一种杆件屈曲行为的自适应非线性模拟计算方法

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