悬索结构找形和静力分析的有限单元法

悬索结构作为一种整体张拉的柔性结构体系,初始几何形状直接决定了结构的力学性能,悬索结构的初始形状不能随意选择,必须为其确定一个满足边界条件和预应力大小及分布的初始平衡形态,这个确定初始平衡形态的过程就是悬索结构的找形分析。非线性有限元法对于几何大变形的柔性结构体系来说,是一种非常有效的求解方法。     

悬索结构初始形态数值分析方法

主要介绍了悬索结构初始形态数值分析方法中最常用的三种方法:力密度法、动力松弛法和非线性有限元法,着重对后两种方法进行了介绍,并给出了相关的算例分析,为分析悬索结构提供了借鉴依据。     

脊谷式膜结构的形态优化分析

建立了以刚度最大、应力分布最均匀和支座反力最小为优化目标,以遗传算法为优化算法的膜结构多目标形态优化方法,对脊谷式膜结构进行了形态优化分析.揭示了在不同荷载形式下脊谷式膜结构的最优形态及其对应的结构参数关系,探讨了荷载大小、结构跨度及膜材预应力等参数对最优形态的影响,并给出了雪荷载与风荷载的组合作用下脊谷式膜结构最优设计参数取值范围,为脊谷式膜结构的设计提供了明确的指导.     

悬索结构动力分析理论及参数研究

本文充分考虑了悬索结构大挠度变形几何非线性反应特征,在动力反应有限元理论分析中完善了索单元刚度和拟荷载项表达式,优化了计算方法.对与动力分析直接相关的索网阻尼特性及其对地震反应影响做了深入研究,并给出了常见索网屋盖结构地震反应及主要参数影响规律.在以上研究基础上,对悬索结构地震反应分析与设计提出几点新建议.     

膜结构的概念设计与形态优化

膜结构是一种建筑与结构完美融合的结构形式,"形"和"态"是膜结构设计中的重要概念.为实现形态设计的合理性,国内外学者已开展了大量研究,提出多种形态分析方法.但是形态分析并不等同于形态设计,要实现设计合理性还需要在概念设计和分析结果优化两方面开展工作.本文首先介绍了一些典型膜结构的建筑造型和力学特点,探讨了膜结构概念设计的一些基本原则;然后提出了以"刚度最大"、"受荷后应力分布最均匀"和"支反力最小"为优化目标的基于遗传算法的膜结构多目标形态优化方法;最后应用该方法对几种典型的膜结构进行了形态优化分析,得到了一些可用于指导膜结构概念设计的参数较优取值范围.     

空间网格结构的多参数优化设计

空间网格结构优化的设计参数很多,如结构高度、网格数、构件截面尺寸等.这些参数的量级或量纲不同,优化比较困难.运用改进的遗传算法进行空间网格结构的形状和截面优化,考虑了结构变形、压杆稳定、长细比等约束条件.采用拉格朗日乘子法对约束条件和优化函数进行处理.得到用于分析的无约束函数,提高遗传算法的运行效率.使用MATLAB遗传算法工具箱提供的函数编制了包含连续、不连续实数变量和整数变量的混合变量编码的结构优化程序.箅例分析表明,程序可靠.算法收敛较快.     

第七届世界军运会主会场双层单索悬索威亚结构设计与分析

第七届世界军运会主会场空中威亚系统属于双层单索悬索结构,结构形式选用钢桁架立柱+锚索+悬索结构.在悬索两端设置钢桁架立柱,立柱之间采用钢桁架连接,增加结构整体性.主要介绍了该项目的 预张力悬链线设计,通过合理的结构设计,实现了初始预应力状态钢桁架立柱塔顶水平变形为零的控制目标,满足了导演组提出的单索悬索结构的小垂度大载荷的要求.     

佛山(国际)家居博览城悬索屋盖同步提升工艺

针对佛山(国际)家居博览城的双层悬索屋盖大跨度、提升高度大等特点,介绍了结构相关技术问题的处理措施。双层悬索结构的上下索曲率相反,对索施加预应力以承受外荷载产生自平衡。采用同步提升控制系统,计算机智能监控,解决了悬索屋盖的同步提升难题。施工前进行结构施工仿真计算,优化了施工方案,确保施工方案与结构设计相吻合。     

改进遗传算法在桁架优化设计中的应用

利用遗传算法对桁架进行优化时,将ANSYS作为有限元结构分析工具,把遗传算法优化程序与结构的有限元分析程序结合起来,在这两个程序中进行数据传递,能节约结构优化问题的求解时间,提高计算结果的可靠性.文中针对简单遗传算法具有"收敛早熟"、局部搜索能力差等缺点,提出了改进的遗传算法.算例表明此方法正确、可行,能充分发挥ANS...     

基于改进遗传算法的主动拉索柱面网壳优化控制研究

主动拉索柱面网壳是指通过在柱面网壳的底部安装拉索,并在拉索中引入作动系统,实现可主动调节自身形状及内力的一种自适应结构.首先建立结构的形状与内力控制模型,确定优化目标函数.然后根据优化模型的特点,针对传统遗传算法局部收敛能力差的缺陷,提出了一种改进的遗传算法,即通过在遗传算法中引入一个梯度下降算子,提高遗传算法的局部搜索能力.最后以一主动拉索双层柱面网壳模型为优化算例,分别对遗传算法和改进遗传算法的计算结果进行比较.结果显示,改进的遗传算法求解质量更优,效率更高,对于主动拉索柱面网壳以及类似自适应结构的优化控制具有更好的适用性.     

基于技术美学的建筑形态数字化设计

以当代建筑学中“工程引导意匠”“技术转化诗意”的技术美学理念为切入点,将数字化设计中的参数化建构方法及非线性美学拓展作为主要的研究对象,以数字化设计中的函数构建、数型联动、表皮优化等作为研究内容,探究了基于参数化程序搭建数字化模型以实现精准调控非线性建筑形态与表皮的过程。结合景观构筑物、公共活动中心、体育馆等不同规模的设计实践,介绍了基于RH/GH平台的建筑非线性形态及表皮的设计过程及优化内容,在技术方法中强调了通过Grasshopper参数化建模软件搭建不同数学函数的“图形脚本形式”对整体形态及表皮的调节作用,应用数学建模方法对数字化设计的基本原则进行了数字建模与理论分析,展示了参数化建模程序与函数曲线在数字化设计中的重要性。通过研究总结了数字化设计过程在非线性形态设计中的要点,强调了当代建筑美学的拓展与延伸。研究结果可为非线性建构的异形形态设计提供精准调控及优化的设计思路与方法,可为当代建筑形态与表皮的设计策略与量化研究提供借鉴。     

长沙国际会展中心展厅大跨度下凹形钢屋盖结构选型与设计

长沙国际会展中心展厅钢屋盖呈反天际线的下凹形态,室内不设吊顶,屋盖钢结构力求简洁规则,以保证良好的室内观感。严格的观感要求和大跨度为屋盖结构的选型和设计带来挑战,经过多方案比选和优化,最终采用张弦梁结构。介绍了展厅屋盖结构体系选型、结构布置优化、构件形式优选及钢屋盖静动力特性、极限承载力,阐述了下凹形态张弦梁的侧向稳定性问题及解决方案,介绍了关键节点构造。分析结果表明,下凹形张弦梁结构有效满足建筑的美观需要和大跨度钢屋盖的受力需要,结构构件形式的优选和创新进一步突出建筑概念,实现结构构件建筑化。     

A parametric approach for performance optimization of residential building design in Beijing

During the early design stage of green residential buildings, there are tremendous potential of using parametric optimization to achieve preferable green performance, such as building energy consumption efficiency, daylighting, ventilation and thermal comfort. Taking residential design features into consideration, this paper presents an optimization workflow and effects based on a case study of a residential building project in Beijing. Firstly, 27 design parameters related to residential spatial form and building envelope were selected for the optimization. The simulation results of the cooling and heating load were taken as the optimization objects. Secondly, optimized schemes were obtained from 6246 simulation results, with 1925 verified simulation results proving that the optimized result is reliable. Finally, analysis was performed to establish the correlations between design parameters and performance in order to create the easy access for architects to determine design parameters depending on the performance sensitivity of each parameter. Analysis results showed that parametric optimization of spatial form and building envelope at the design stage is a feasible approach to reducing energy consumption in residential building design.

     

浅谈变电站构支架形式

从变电站构支架形式着手,对变电站常用构支架结构形式进行了论述,对构支架的结构优化进行了分析,提出了构支架在结构、构造、防腐等方面的优化措施,以指导实践。     

Optimal design of pad footing based on MINLP optimization

The paper presents an optimal design of pad footing, based on multi-parametric mixed-integer non-linear programming (MINLP) optimization. For this purpose, the MINLP optimization model PADFOOT was developed. The model comprises an accurate objective function of the structure production costs, subjected to design, resistance, rotation and settlement constraints in order to satisfy the requirements of the ultimate and serviceability limit states according to Eurocode specifications. In order to interpret the applicability of the optimization model, the paper presents an example of determining the cheapest possible pad footing and the optimal design for the given design parameters. As the model was developed in a general form, the optimization of the pad footing can be performed for different economic conditions and different design parameters. The optimal design of pad footing was investigated for a typical industrial concrete building.     

小城镇总规阶段城镇空间形态优化探索——以安徽六安市诸佛庵镇为例

针对总体规划对城市(镇)空间形态调控乏力的问题,探讨总体规划编制中宜采用城市形态学、城市规划与城市设计相整合的城市(镇)空间形态研究方法,提出小城镇总体规划阶段城镇空间形态优化的构成与内容,并从城镇空间形态基础性研究和空间形态优化设计两方面具体分析了诸佛庵镇总体规划编制中城镇空间形态优化的初步探索。     

基于太阳辐射利用的寒地建筑组团形态优化设计研究

寒地气候严酷,采暖能耗高,太阳辐射时长短。寒地建筑太阳辐射利用对降低能耗、改善室内热舒适均具有重要意义。建筑形态作为室内外环境交互界面,决定着建筑太阳辐射利用水平。研究旨在基于多目标进化算法,应用建筑信息建模、参数编程和建筑太阳辐射性能模拟工具,探索太阳辐射利用导向下的寒地建筑组团形态优化设计方法,并结合工程项目展开实践。结果表明：形态优化设计可将屋面太阳辐射可利用面积百分比于64.71%显著提高至94.15%,制冷季太阳辐射得热量于423.87kWh/m2降低至343.28kWh/m2,并将采暖季太阳辐射得热量于212.19kWh/m2提高至259.29kWh/m2;同时,形态优化设计获得了150项建筑组团形态非支配解,可助力设计者权衡采暖、制冷季太阳辐射得热量与屋面太阳辐射可利用面积百分比性能目标。     

基于遗传-模拟退火算法的单层球面网壳结构破坏模式优化

将遗传算法和模拟退火算法相结合,以遗传算法作为基础,将模拟退火机制融入其中,提出遗传-模拟退火算法(GASA)。通过三个经典函数最小值求解,表明混合算法在优化行为、优化效率及稳定性方面均具有明显优势。以构件截面为优化变量,应用构形易损性理论,以结构集簇过程中自由簇构形度Q标准差最小为优化目标,建立单层球面网壳结构倒塌破坏模式优化模型。以一个原型跨度75m、相似比1∶10的单层球壳振动台试验模型为例,采用GASA算法对此试验模型进行倒塌模式优化分析,通过优化前后自由簇构形度变化规律和加速度时程分析结果的对比,表明提出的优化方法及优化模型能够实现单层球面网壳在地震作用下的倒塌模式从无征兆的动力失稳破坏转化为承载力强度破坏。     

Optimizing building form for energy performance based on hierarchical geometry relation

Most current research using optimization with building performance was restricted to simple geometry. It considered the building form as a box, polygonal shape, or simple curvature, restricting its applicability and integration with the design process. Generally, geometry variables including length, height, and depth usually control the objective values such as the area and volume of the building. Using these variables, the energy consumption data or simulation results per area or volume are compared to find the optimal form of the building. In addition, the algorithms used to predict performance in most of optimization studies are rather unsophisticated.There are technical constraints that are caused by specific problems that building simulation and optimization tools currently pose. For example, one major constraint can be lack of automated comparisons between different conditions and sharing geometry and boundaries with ease of operability. If the technical constraints can be overcome, building performance will much more easily be integrated into the design process.This paper introduces new method to control building forms by defining hierarchical relationship between geometry points to allow the user to explore the building geometry without being restricted to a box or simple form. It illustrates how the methodology allows the generation of optimized site-specific building form by integrating advanced simulation and optimization algorithm.     

绿道在城镇空间优化中的作用——以深圳茅洲河流域为例

深圳茅洲河流域城镇用地布局不合理、自然空间建设不足,绿道在城镇空间中具有连接、隔离和缓冲作用,为城镇空间优化带来了契机。论文对流域进行规则式网格划分,将绿道介入网格形成生态廊道连接自然空间,通过绿道生成缓冲区隔离和缓冲城镇用地与自然斑块,并提出以网格为单元的空间优化策略。最后分析已建绿道在城镇空间中的作用,阐明未来绿道建设旨在实现不同类型绿道的无缝衔接,从而形成绿色交通网络来促进流域城镇空间的优化。