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　　目前，建筑結構優化領域已經進行了大量的研究和應用，主要是在概念設計之后對結構進行一定范圍的改動，以達到減少造價、優化結構性能的目的。榮見華等使用連續體拓撲優化方法對不同邊界條件的橋梁進行了優化，得到了良好的解答。黃冀卓等對鋼框架的支撐布置進行了離散型拓撲優化研究，該方法能夠通過計算找到合理的支撐布置形式，但無法對結構整體形式進行選擇和布置。徐迪等對三角錐的網格拓撲優化進行了研究，對網格刪除與添加的算法做了一定的改良，對空間三角錐網格的拓撲優化提出了新的算法。而這種優化大多是停留在結構的構件層面，而對整個結構的結構布置卻無法進行優化，導致優化的空間有限，尤其是一些異性和復雜的結構，建筑師更是無法對結構布置做出準確的判斷，往往需要建立很多的分析模型進行對比和選擇。而采用基于連續體的拓撲優化可以幫助工程師在最短的時間內找到結構最短的傳力途徑，從設計之初對結構的概念設計進行優化，繼而便可以完成一個合理的cae仿真設計。
　　
　　2 OptiStruct在建筑設計中的運用
　　
　　桿單元在建筑結構中通常當做梁、柱來使用，一般只有長度和截面兩種幾何信息。優化時首先需要建立結構的節點，這樣桿單元就只能在節點之間進行布置，優化的余地便只有桿件布置和截面的選擇。黃冀卓等進行了一個12層3跨的鋼框架支撐布置優化，采用了多種優化算法得出了不同的支撐形式以適應不同的外部荷載工況。但由于單元類型的限制，優化的余地較小。
　　
　　殼單元是二維單元，從優化的空間層面提升了很多。可以在一個面內進行結構布置的優化計算，不必像桿單元模型在優化時需要確定節點的位置，從而優化的結果也更能達到啟發的作用。本文使用殼單元進行了一個150m高的超高層外立面框架優化嘗試。如圖1所示，內部的核心筒、外部的框架和樓板均為殼單元，將樓板設置為300mm厚以考慮梁的作用，內筒為350mm厚，外框架厚為200mm。外框架材料為鋼材，內筒和樓板為混凝土。按照《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）在樓面施加恒荷載和活荷載，并且依照《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）施加了八度區、II類場地的地震荷載。通過35個循環計算，CAE優化結果見圖2，云圖顏色代表材料分布的密度，可以初步得出外框架結構布置形式以及框架截面的大小。但優化只能局限于外立面，無法進行空間結構的優化。
　　
　　但是OptiStruct需要有較強的有限元知識和力學功底，對于建筑師來講使用通用CAE軟件實屬不易，因此本文后續內容都采用solidThinking Inspire來進行，該軟件操作方便，簡單易學更適合建筑師使用。
　　
　　3 solidThinking Inspire在建筑設計中的運用
　　
　　使用solidThinking Inspire能夠較好的完成復雜建筑設計，可以快速得到**的結構布置方案，并且能夠帶來建筑的美觀效果，以下以兩個例子進行展示。
　　
　　3.1大跨度空間結構優化算例
　　
　　一座大跨度空間結構如圖3所示，結構分為兩個區域，表面銀色一層為膜結構僅作為維護結構，不進行優化設計。下部棕色部分為受力部分，材料屬性為鋼材，作為受力結構進行優化設計。在膜結構表面處施加豎向荷載，將鋼結構的邊緣部分設置固端支座，進行連續體的拓撲優化計算。
　　
　　材料屬性對于優化結果是一個重要的影響因素，主要在于其彈性模量和屈服強度差異較大。而在建筑結構中對于結構的變形和應力值有著嚴格的控制，因此在計算時分為兩組，分別采用不同的鋼材屬性進行計算。計算均以最小材料體積作為優化目標。
　　
　　圖4的計算結果為鋼材型號為Q235時的優化結果，圖5為鋼材型號為Q420時的優化結果。對比兩圖可以看出不同材料對于優化結果有著巨大的不同，但都對三維空間結構的主要構件布置位置做出了明確的解答，呈現出了空間的交錯拱的形態，從概念上可以判斷該結果是合理的。因此可以該方法計算所得結果進行參考并在較短時間內完成結構的概念cae軟件設計。
　　
　　3.2高層建筑結構優化算例
　　
　　在視野和空間布置要求下，一座豎向空間不規則的10層的高層建筑的建筑方案如圖6所示。憑借傳統的概念cae設計已經無法快速的對該建筑進行結構方案的確定。使用基于連續體的拓撲優化進行嘗試，如圖7所示，首先在建筑底部施加固端約束，再根據《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）在每一層樓面處施加豎向荷載，暫不考慮風和地震作用。
　　
　　結構的材料屬性為C30混凝土，依照《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）將應力上限設置為其設計強度值。將最小體積作為優化目標，意在找到安全與經濟的平衡點。采用變密度法進行計算。計算結果如圖8所示，建筑優化成樹狀結構，完全打破憑借經驗進行概念設計的形態而且達到了材料的節約。雖然制作工藝較為復雜，但如果使用3D打印技術依舊能夠得到較好的經濟效益。對計算結果進行進一步處理，將該形體進行制作如圖9所示，可以看到結構和建筑結合后帶來的美觀效果。

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