多高层建筑钢结构实用优化方法研究

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1、第22卷第1期结构工程师Vo1．22，No．12006年2月StructuralEngineersFeb．2oo6多高层建筑钢结构实用优化方法研究宫海李国强(同济大学，上海200092)提要根据文献中位移准则优化算法。针对多高层建筑钢结构特点，给出了基于造价最低目标的风荷栽及地震作用下建筑钢结构位移准则优化算法公式；并提出了整体约束(层间位移限制)和局部约束(强度、稳定与挠度限制)相结合的实用综合优化算法策略；此算法不仅适用于多层钢框架结构。而且对于高层钢结构也有很好的收敛性，且在优化结果的同时满足了整体与局部约束，

2、具有很好的直接实用性。关键词多高层钢结构，结构综合优化PracticalOptimizationMethodforStructuralDesignofMultiandTallSteelBuildingsGONGHai，LIGuoqiang(TongiiUniversity。Shanghai200092)AbstractBasedontheexistedfruitsinthedisplacementruledesign，andaimingatoptimizationofmuhiandtallsteelbuildings

3、，thepaperachievesinnovativedevelopmentsindisposingearthquakeloadandcombiningwithlocaloptimizationmethods+Theresultsofcaseanal55ysisshowthatthenewmethodhasgoodoptimizationconvergenceandpracticality．Keywordsmultiandtallsteelbuilding，structuraloptimization化问题中一般有两

4、个重要的约束：一个是结构的1概述整体层间位移限制约束；另一个是构件组(截面近年来，随着我国国民经济实力的增强与钢相同的一类构件构成一个构件组)的强度、稳定结构产业的发展，北京、上海等地相继开始兴建高等构件局部约束。本文之目的是建立一种针对多层钢结构建筑。目前，我国已建成的高层钢结构高层建筑钢结构的综合截面优化方法。建筑已经超过一百幢，并在高层建筑领域呈现出对于整体层间位移约束问题的优化而言，以快速发展的趋势。此外，多层钢结构建筑也已经满应力为代表的基本准则法处理整体位移在定量在商场、办公楼、厂房等建筑中广泛应用。但钢

5、结调整方面有欠缺；数学规划方法对这种多变量大构材料造价较高问题一直是高层建筑钢结构发展型复杂问题在实用性上有缺陷；遗传与模拟退火的重要制约因素；因此，进行高层建筑钢结构的优方法在这种大型问题情况下，计算时间爆炸制约化对其设计与建造具有很大意义。了其实用化；而人工神经网络等启发算法对这类在传统的设计中，结构优化是由工程师根据大型定量问题，在如何获得足够学习样本方面难经验不断试算与调整而得到的一个较优的设计结以实现。综合来看，文献[1，2]中所采用的由拉果。这种方法对于人力与时间的消耗都非常大，格朗日乘子法与虚功原理组合

6、而得的位移准则法有时由于优化问题的复杂性往往还得不到很好的是一种比较实用的整体优化方法。这种方法最主设计结果。所以，建立自动化的优化方法对于工要的优点是对整体位移约束求解的针对性强，迭程结构设计就显得格外重要。建筑钢结构截面优代次数少(一般只需5—15次)，并且有较高的收基金项目：建设部科技攻关项目(编号：03—2—131)StructuralEngineersVo1．22，No．1·2·StudyofDesignMethod敛性。此外，还需要考虑与位移准则法相配套的=局部约束优化算法，从而实现多高层建筑钢结构薹；孙

7、+兼顾整体与局部约束的综合截面优化。+’GA+’El+。ElJ⋯Jvfi‘iv2位移准则法改造=耋c矗+GCIij+c~,i+矗+Giliy、"在文献[1，2]中采用的位移准则法，考虑了(2)风荷载楼层质心层间位移约束下高层混凝土框架用拉格朗日乘子法将约束优化问题转化为无结构的整体优化问题。文献的公式推导完全基于铂市衍仙r廿]新徂辅格朝日黼．矩形混凝士截面的特殊情况，具有一定的局限性，有必要进行通用化表达改造，这样可以将截面形L(Hz，，A)：∑N(cA(，)+至式推广到高层建筑钢结构的各种常见钢构件与组合构件截面形

8、式上。在变量选取上，从尽可能减少+瓦c；0+[(GiAiy+i=1ii矗变量数目原则出发，将杆件的截面变量全部归结为Ⅳ与，对于可能存在的r，变量通过各构件+)一1+组截面宽厚比限值可参见文献[3]近似处理。这样既抓住问题主要方面，又简化了问题处理；在目ci=1c袅+矗+毪+毪标函数的处理方面，取造价替换重量作为目标函数，这样更接近实际情况，并可