[发明专利]一种基于质量约束的索穹顶结构鲁棒性提高方法

说明书

本发明公开了一种基于质量约束的索穹顶结构鲁棒性提高方法，包括(1)获取待优化的索穹顶结构模型，并提取其单榀剖面模型，获得形状特征；(2)以形状特征为优化变量，根据各形状特征的值确定各形状特征的搜索空间；(3)以优化后的索穹顶结构模型的单榀质量不超过待优化的索穹顶结构模型的单榀质量为约束条件，以索穹顶结构整体鲁棒性最佳为优化目标，采用全局优化算法搜索鲁棒性最佳的单榀剖面模型。本发明针对索穹顶结构的特征，在质量约束的前提条件下，结合形状特征的采集和有限元分析计算的索穹顶结构的整体鲁棒性，并采用全局优化算法进行索穹顶结构模型的形状特征优化，索穹顶结构自重和整体鲁棒性。

技术领域

本发明属于建筑设计领域，更具体地，涉及一种基于质量约束的索穹顶结构鲁棒性提高方法。

背景技术

索穹顶结构是基于建筑大师Fuller提出的“让不连续的压杆成为连续拉索形成的拉力海洋中的孤岛”理论诞生的一种由拉力索和受压杆作为基本单元并进行合理组合的一类空间结构柔性体系。相比普通的索杆预张力结构，由于索穹顶结构充分利用拉索的高强性能和预张力调控刚度的优良性能，具有跨度大、自重轻、效率高、整体美观、经济性能好等特点，因此在实际工程中得到广泛应用。

索穹顶结构的鲁棒性，即索穹顶结构抵抗与起因不对称的破坏后果的能力，是索穹顶结构设计的重要约束因素。如果索穹顶结构的鲁棒性较低，可能由于结构中的薄弱结构或者致命缺陷，导致在极端天气、意外事件、施工缺陷等起因的影响下，导致不相称的倒塌后果。

然而简单的增加受力杆的截面或者改变拉力索的张力，并不能避免设计结构缺陷，不必然提高索穹顶结构的鲁棒性，同时会导致自重增加等问题。因此有必要发展一种在不增加质量的前提下的提高索穹顶结构鲁棒性的方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于质量约束的索穹顶结构鲁棒性提高方法，其目的在于在约束单榀质量不超过原模型的前提下，通过形状特征的优化提高结构的鲁棒性，由此解决现有技术不能针对索穹顶结构兼顾结构鲁棒性和结构自重的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于质量约束的索穹顶结构鲁棒性提高方法，包括以下步骤：

(1)获取待优化的索穹顶结构模型，并提取其单榀剖面模型，获得所述待优化的索穹顶结构的形状特征；

(2)以步骤(1)中提取的形状特征为优化变量，根据待优化的索穹顶结构模型的各形状特征的值确定各形状特征的搜索空间；

(3)在步骤(2)确定的搜索空间内，以优化后的索穹顶结构模型的单榀质量不超过待优化的索穹顶结构模型的单榀质量为约束条件，以索穹顶结构整体鲁棒性最佳为优化目标，采用全局优化算法搜索鲁棒性最佳的单榀剖面模型；

所述以优化后的索穹顶结构模型的单榀质量不超过待优化的索穹顶结构模型的单榀质量为约束条件，即：

M≤M₀

其中M₀为待优化的索穹顶结构模型的单榀质量，M为优化后的索穹顶结构模型的单榀质量。

优选地，所述基于质量约束的索穹顶结构鲁棒性提高方法，其所形状特征为索穹顶结构模型的节点坐标特征。

优选地，所述基于质量约束的索穹顶结构鲁棒性提高方法，其所形状特征包括环索半径，所述环索半径指单榀剖面模型中各环索的半径大小；优选包括撑杆顶部节点标高，所述撑杆顶部节点标高，指撑杆顶部节点标高与周边支座节点标高的差值；更优选还包括撑杆高度，所述撑杆高度指单榀剖面模型中撑杆上下节点之间撑杆长度。

优选地，所述基于质量约束的索穹顶结构鲁棒性提高方法，其所述索穹顶结构模型，包括索穹顶结构类型、结构榀数、结构环索圈数、结构矢跨比、荷载分布形式、构件类型、各类型构件的规格、各类型构件的截面面积、各类型构件的弹性模量、各类型构件的初始预应力。