超高層建筑的適風設計方法及其關鍵技術研究

橫風向風振響應是超高層建筑設計中最常遇到的難題，已引起設計人員的極大關注。這一問題的解決可以從建筑外形與結(jié)構體系兩方面尋求空氣動力學和結(jié)構體系優(yōu)化方法。雖然在這方面已獲得了一些成功的經(jīng)驗，但是在工程實踐中依然存在很大的難度。在空氣動力學優(yōu)化方面，主要問題在于空氣動力學優(yōu)化方法與建筑設計意圖之間的內(nèi)在沖突。主要由于這個原因，目前在超高層建筑概念設計階段很少考慮建筑空氣動力學問題。只有當設計后期發(fā)現(xiàn)嚴重的橫風響應時，大多數(shù)超高層建筑才不得不必須采取補救措施。在結(jié)構優(yōu)化方面，常規(guī)方法是增強結(jié)構剛度，但這可能導致成本的顯著增加。近年來調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的應用受到工程界的關注。但是阻尼器所需要的大容納空間以及費用仍是主要問題。這項研究的目的是在建筑和結(jié)構設計中探索如何讓建筑物能夠“適應”極端風效應，而不是 “抵抗”極端風效應，后者代表了傳統(tǒng)的設計理念，而前者是課題研究的新概念。通過這一課題研究，提出在建筑與結(jié)構兩方面實現(xiàn)適風設計的具體方法。建筑的適風設計可通過設置按需啟動的導流裝置，在極端氣候時改善建筑物的氣動特性。這樣建筑物在絕大多數(shù)時間內(nèi)能滿足建筑意圖，僅在少量時候才改變氣動外形。為此建立了適風設計的兩階段方法與具體步驟。以一棟典型的270米超高層建筑為工程案例，通過采用與目前智能遮陽板外形類似的導流板技術，證實了采用建筑適風設計方法可以降低設計荷載近20%。這一方法的減載效率隨著建筑高度的增加會進一步提高。結(jié)構適風設計主要通過優(yōu)化結(jié)構的動力特性，使結(jié)構基本模態(tài)方向偏離建筑外形風敏感方向，這樣在強風作用下將會誘發(fā)多模態(tài)響應，從而抑制單一模態(tài)的渦激共振。以一棟典型超高層建筑為例，理論分析與氣動彈性模型試驗均證實采用這一方法后，在不明顯改變整體結(jié)構剛度的前提下，可以降低橫風向風振響應近30%。上述成果已獲得兩項國家發(fā)明專利，在超高層建筑與長周期高聳結(jié)構設計中將有著重要的應用前景。 2100433B

根據(jù)強風暴的可預報特點，本申請書提出關于建筑適風設計方法的研究，以取代或補充傳統(tǒng)的建筑抗風設計方法?？癸L設計強調(diào)的是增強結(jié)構系統(tǒng)的被動抗風能力，使之在整個建筑物使用年限內(nèi)每時每刻都具備應對罕遇強風的能力。而適風設計則通過可調(diào)被動流動控制方法，僅在罕遇強風情況下對建筑物的外形實施空氣動力學優(yōu)化，從而增強建筑物應對極端風氣候的自適應能力。這一新方法可以將建筑外形的空氣動力學優(yōu)化以一種靈活實用的方式實現(xiàn)，解決了目前的建筑氣動外形優(yōu)化方法與建筑外形設計、建筑空間利用率、覆面設計難度、結(jié)構設計與施工效率之間的矛盾和沖突，從而可以大大提高超高層建筑的設計效率與經(jīng)濟指標。本研究課題擬解決與適風設計有關的關鍵技術問題，建立適風設計的基本理論框架，為這一新的設計方法在實際工程中的應用奠定基礎。

項目制造產(chǎn)品作為多學科領域子系統(tǒng)產(chǎn)品的綜合體，其設計工作具有明顯的復雜性、動態(tài)性、協(xié)商性和不可復制性等特點，這些對協(xié)同設計方法和技術提出了更高的要求，如設計對象/設計過程/設計主體的多維協(xié)同、設計流程的動態(tài)管理、設計知識的適時適地適人共享等等。 　　本項目從設計方法學入手，主要研究協(xié)同設計的描述體系和表達模型，以及支持項目制造產(chǎn)品協(xié)同設計的動態(tài)工作流程管理和知識服務技術。具體研究內(nèi)容和成果如下： 　　1)基于系統(tǒng)工程學理論，構建了包含學科維、流程維和組織維三個維度的協(xié)同設計描述體系,提出了體現(xiàn)學科維與流程維之間互動關系的協(xié)同設計過程螺旋描述模型； 　　2)基于領域關聯(lián)矩陣(DMM)建立產(chǎn)品結(jié)構、組織機構和設計任務三個設計實體空間之間的雙向信息關聯(lián)矩陣，提出基于關聯(lián)度多叉樹的領域矩陣聚類算法，有效提高交叉領域設計實體模塊化質(zhì)量和效率； 　　3)提出擴展的對象Petri網(wǎng)模型，建立分布式協(xié)同設計跨組織工作流模型，保證合作的組織結(jié)構能在保持內(nèi)部流程自治監(jiān)控權基礎上按照既定的交互協(xié)議實現(xiàn)有效合作； 　　4)建立集成過程元模型、組織元模型和資源元模型的工作流元模型，在工作流建立階段描述和定義動態(tài)特性,在工作流執(zhí)行階段根據(jù)已定義的動態(tài)屬性,處理流程的動態(tài)變更，方便工作流程動態(tài)變更的靈活管理； 　　5)提出基于節(jié)點隊列和路徑隊列分別匹配的動態(tài)遷移策略，大大簡化了工作流模型的變更執(zhí)行，提高了變更執(zhí)行的運行效率； 　　6)考慮協(xié)同設計過程對知識流動性、共享性和重用性的需要，分析組織機構、產(chǎn)品結(jié)構和設計流程三個維度知識的構成元素，建立包含組織機構、產(chǎn)品結(jié)構和設計流程三個維度的支持協(xié)同設計知識服務的知識分類體系，以船舶產(chǎn)品協(xié)同設計為對象，基于本體技術建立協(xié)同設計知識本體模型； 　　7)以專用船舶作為具體產(chǎn)品對象，應用部分理論研究成果，開發(fā)了體現(xiàn)船舶設計動態(tài)流程管理特點的工作流系統(tǒng)和基于語義Web的知識服務平臺。 　　本項目的研究拓展了設計方法學的內(nèi)涵，對深化設計方法學研究具有重要的理論意義，對協(xié)同設計平臺開發(fā)具有一定的應用價值。 2100433B

大型專用設備、艦艇、航天器等項目制造產(chǎn)品是為滿足客戶個性化要求開發(fā)的，往往關系到國計民生和軍事國防。本項目從設計方法學入手，研究面向項目制造產(chǎn)品的協(xié)同設計方法，將研究對象從產(chǎn)品、設計過程擴展到設計團隊以及他們之間的協(xié)同關系，并將協(xié)同設計的技術和環(huán)境要求也視為協(xié)同設計方法的組成部分；將協(xié)同設計從單一的詳細設計階段或單一的學科系統(tǒng)擴展到設計階段- - 多學科領域二維空間，建立項目制造產(chǎn)品多視圖信息模型；基于設計結(jié)構矩陣技術，建立集成設計團隊、任務管理和產(chǎn)品結(jié)構的動態(tài)工作流程管理模型；在網(wǎng)格技術支持下，構建基于知識網(wǎng)格服務、集成網(wǎng)格工作流和產(chǎn)品多視圖信息模型的項目制造產(chǎn)品協(xié)同設計體系結(jié)構。以專用船舶為目標對象，開發(fā)協(xié)同設計原型系統(tǒng)，驗證本項目研究的方法先進性和技術可行性。本項目的研究對協(xié)同設計理論進行拓展，對協(xié)同設計技術進行深化，對促進項目制造產(chǎn)品開發(fā)水平和提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的理論研究價值。

《產(chǎn)品設計中的成本工程及其關鍵技術研究》是2003年趙亮編寫的論文，由潘雙夏、馮培恩指導。

副題名

外文題名

Research on key technical problems of cost engineering faced on product design

論文作者

趙亮著

導師

潘雙夏,馮培恩指導

學科專業(yè)

機械設計與理論

學位級別

d 2003n

學位授予單位

浙江大學

學位授予時間

2003

關鍵詞

產(chǎn)品設計 機械設計 產(chǎn)品成本設計 成本工程

館藏號

TH122

唯一標識符

108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.002635891

館藏目錄

2004\TH122\26 2100433B