面向不确定风况的高层建筑风险规避设计
计算工程、金融与科学
2022-12-07 v2
摘要
通过气动外形修正降低风激励强度，是减轻超高层建筑反力、降低建设与维护成本并改善未来居住者舒适度的首要策略。为此，计算流体动力学（CFD）结合最先进的随机优化算法，比工业界采用的试错法更具前景。本研究提出并探讨了一种新颖的高层建筑结构风险规避外形优化方法，该方法纳入了风速、地形条件和风流方向上的场地特定不确定性。采用贴体有限元近似进行 CFD 计算，并通过重新划分流体域网格来纳入不同风向。建筑底部弯矩被最小化，从而得到成本、材料减少因而碳足迹降低的建筑。在已校准以拟合瑞士巴塞尔 freely-available 场地特定数据的非定常来流风况下，给出了代表性建筑扭转与锥化的风险中性与风险规避优化。风险规避策略使用条件风险价值（conditional value-at-risk）来优化最差 10% 载荷条件中出现的低概率高后果事件。采用自适应采样来加速基于梯度的随机优化流程。该自适应方法易于实现，且对计算密集型仿真尤为有益，因为梯度样本数仅随最优设计算法收敛而增长。与风险中性优化几何相比，最终风险规避建筑几何的性能异常优越，从而证明了该风险规避设计方法在计算风工程中的有效性。
引用
@article{arxiv.2203.12060,
title = {Risk-averse design of tall buildings for uncertain wind conditions},
author = {Anoop Kodakkal and Brendan Keith and Ustim Khristenko and Andreas Apostolatos and Kai-Uwe Bletzinger and Barbara Wohlmuth and Roland Wuechner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.12060},
year = {2022}
}