超高層建筑的適風(fēng)設(shè)計(jì)方法及其關(guān)鍵技術(shù)研究結(jié)題摘要

橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)是超高層建筑設(shè)計(jì)中最常遇到的難題，已引起設(shè)計(jì)人員的極大關(guān)注。這一問題的解決可以從建筑外形與結(jié)構(gòu)體系兩方面尋求空氣動力學(xué)和結(jié)構(gòu)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(yàn)，但是在工程實(shí)踐中依然存在很大的難度。在空氣動力學(xué)優(yōu)化方面，主要問題在于空氣動力學(xué)優(yōu)化方法與建筑設(shè)計(jì)意圖之間的內(nèi)在沖突。主要由于這個(gè)原因，目前在超高層建筑概念設(shè)計(jì)階段很少考慮建筑空氣動力學(xué)問題。只有當(dāng)設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的橫風(fēng)響應(yīng)時(shí)，大多數(shù)超高層建筑才不得不必須采取補(bǔ)救措施。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，常規(guī)方法是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度，但這可能導(dǎo)致成本的顯著增加。近年來調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的應(yīng)用受到工程界的關(guān)注。但是阻尼器所需要的大容納空間以及費(fèi)用仍是主要問題。這項(xiàng)研究的目的是在建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中探索如何讓建筑物能夠“適應(yīng)”極端風(fēng)效應(yīng)，而不是 “抵抗”極端風(fēng)效應(yīng)，后者代表了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(gòu)兩方面實(shí)現(xiàn)適風(fēng)設(shè)計(jì)的具體方法。建筑的適風(fēng)設(shè)計(jì)可通過設(shè)置按需啟動的導(dǎo)流裝置，在極端氣候時(shí)改善建筑物的氣動特性。這樣建筑物在絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)能滿足建筑意圖，僅在少量時(shí)候才改變氣動外形。為此建立了適風(fēng)設(shè)計(jì)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(dǎo)流板技術(shù)，證實(shí)了采用建筑適風(fēng)設(shè)計(jì)方法可以降低設(shè)計(jì)荷載近20%。這一方法的減載效率隨著建筑高度的增加會進(jìn)一步提高。結(jié)構(gòu)適風(fēng)設(shè)計(jì)主要通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)的動力特性，使結(jié)構(gòu)基本模態(tài)方向偏離建筑外形風(fēng)敏感方向，這樣在強(qiáng)風(fēng)作用下將會誘發(fā)多模態(tài)響應(yīng)，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(yàn)均證實(shí)采用這一方法后，在不明顯改變整體結(jié)構(gòu)剛度的前提下，可以降低橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)近30%。上述成果已獲得兩項(xiàng)國家發(fā)明專利，在超高層建筑與長周期高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將有著重要的應(yīng)用前景。 2100433B

根據(jù)強(qiáng)風(fēng)暴的可預(yù)報(bào)特點(diǎn)，本申請書提出關(guān)于建筑適風(fēng)設(shè)計(jì)方法的研究，以取代或補(bǔ)充傳統(tǒng)的建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法?？癸L(fēng)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的被動抗風(fēng)能力，使之在整個(gè)建筑物使用年限內(nèi)每時(shí)每刻都具備應(yīng)對罕遇強(qiáng)風(fēng)的能力。而適風(fēng)設(shè)計(jì)則通過可調(diào)被動流動控制方法，僅在罕遇強(qiáng)風(fēng)情況下對建筑物的外形實(shí)施空氣動力學(xué)優(yōu)化，從而增強(qiáng)建筑物應(yīng)對極端風(fēng)氣候的自適應(yīng)能力。這一新方法可以將建筑外形的空氣動力學(xué)優(yōu)化以一種靈活實(shí)用的方式實(shí)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(shè)計(jì)、建筑空間利用率、覆面設(shè)計(jì)難度、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)效率與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。本研究課題擬解決與適風(fēng)設(shè)計(jì)有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)問題，建立適風(fēng)設(shè)計(jì)的基本理論框架，為這一新的設(shè)計(jì)方法在實(shí)際工程中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

項(xiàng)目制造產(chǎn)品作為多學(xué)科領(lǐng)域子系統(tǒng)產(chǎn)品的綜合體，其設(shè)計(jì)工作具有明顯的復(fù)雜性、動態(tài)性、協(xié)商性和不可復(fù)制性等特點(diǎn)，這些對協(xié)同設(shè)計(jì)方法和技術(shù)提出了更高的要求，如設(shè)計(jì)對象/設(shè)計(jì)過程/設(shè)計(jì)主體的多維協(xié)同、設(shè)計(jì)流程的動態(tài)管理、設(shè)計(jì)知識的適時(shí)適地適人共享等等。 　　本項(xiàng)目從設(shè)計(jì)方法學(xué)入手，主要研究協(xié)同設(shè)計(jì)的描述體系和表達(dá)模型，以及支持項(xiàng)目制造產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)的動態(tài)工作流程管理和知識服務(wù)技術(shù)。具體研究內(nèi)容和成果如下： 　　1)基于系統(tǒng)工程學(xué)理論，構(gòu)建了包含學(xué)科維、流程維和組織維三個(gè)維度的協(xié)同設(shè)計(jì)描述體系,提出了體現(xiàn)學(xué)科維與流程維之間互動關(guān)系的協(xié)同設(shè)計(jì)過程螺旋描述模型； 　　2)基于領(lǐng)域關(guān)聯(lián)矩陣(DMM)建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、組織機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)任務(wù)三個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體空間之間的雙向信息關(guān)聯(lián)矩陣，提出基于關(guān)聯(lián)度多叉樹的領(lǐng)域矩陣聚類算法，有效提高交叉領(lǐng)域設(shè)計(jì)實(shí)體模塊化質(zhì)量和效率； 　　3)提出擴(kuò)展的對象Petri網(wǎng)模型，建立分布式協(xié)同設(shè)計(jì)跨組織工作流模型，保證合作的組織結(jié)構(gòu)能在保持內(nèi)部流程自治監(jiān)控權(quán)基礎(chǔ)上按照既定的交互協(xié)議實(shí)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(diǎn)隊(duì)列和路徑隊(duì)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(yùn)行效率； 　　6)考慮協(xié)同設(shè)計(jì)過程對知識流動性、共享性和重用性的需要，分析組織機(jī)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)流程三個(gè)維度知識的構(gòu)成元素，建立包含組織機(jī)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)流程三個(gè)維度的支持協(xié)同設(shè)計(jì)知識服務(wù)的知識分類體系，以船舶產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)為對象，基于本體技術(shù)建立協(xié)同設(shè)計(jì)知識本體模型； 　　7)以專用船舶作為具體產(chǎn)品對象，應(yīng)用部分理論研究成果，開發(fā)了體現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)動態(tài)流程管理特點(diǎn)的工作流系統(tǒng)和基于語義Web的知識服務(wù)平臺。 　　本項(xiàng)目的研究拓展了設(shè)計(jì)方法學(xué)的內(nèi)涵，對深化設(shè)計(jì)方法學(xué)研究具有重要的理論意義，對協(xié)同設(shè)計(jì)平臺開發(fā)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。 2100433B

大型專用設(shè)備、艦艇、航天器等項(xiàng)目制造產(chǎn)品是為滿足客戶個(gè)性化要求開發(fā)的，往往關(guān)系到國計(jì)民生和軍事國防。本項(xiàng)目從設(shè)計(jì)方法學(xué)入手，研究面向項(xiàng)目制造產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)方法，將研究對象從產(chǎn)品、設(shè)計(jì)過程擴(kuò)展到設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及他們之間的協(xié)同關(guān)系，并將協(xié)同設(shè)計(jì)的技術(shù)和環(huán)境要求也視為協(xié)同設(shè)計(jì)方法的組成部分；將協(xié)同設(shè)計(jì)從單一的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段或單一的學(xué)科系統(tǒng)擴(kuò)展到設(shè)計(jì)階段- - 多學(xué)科領(lǐng)域二維空間，建立項(xiàng)目制造產(chǎn)品多視圖信息模型；基于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣技術(shù)，建立集成設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、任務(wù)管理和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的動態(tài)工作流程管理模型；在網(wǎng)格技術(shù)支持下，構(gòu)建基于知識網(wǎng)格服務(wù)、集成網(wǎng)格工作流和產(chǎn)品多視圖信息模型的項(xiàng)目制造產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)。以專用船舶為目標(biāo)對象，開發(fā)協(xié)同設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)，驗(yàn)證本項(xiàng)目研究的方法先進(jìn)性和技術(shù)可行性。本項(xiàng)目的研究對協(xié)同設(shè)計(jì)理論進(jìn)行拓展，對協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行深化，對促進(jìn)項(xiàng)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(jià)值。

《產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的成本工程及其關(guān)鍵技術(shù)研究》是2003年趙亮編寫的論文，由潘雙夏、馮培恩指導(dǎo)。

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(dǎo)師

潘雙夏,馮培恩指導(dǎo)

學(xué)科專業(yè)

機(jī)械設(shè)計(jì)與理論

學(xué)位級別

d 2003n

學(xué)位授予單位

浙江大學(xué)

學(xué)位授予時(shí)間

2003

關(guān)鍵詞

產(chǎn)品設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì) 產(chǎn)品成本設(shè)計(jì) 成本工程

館藏號

TH122

唯一標(biāo)識符

108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.002635891

館藏目錄

2004\TH122\26 2100433B