[发明专利]一种基于多目标优化的建筑结构设计方法

说明书

一种基于多目标优化的建筑结构设计方法，包括以下步骤：(1)建立建筑结构的Abaqus模型；(2)搭建建筑结构多目标优化设计综合分析平台，调用Abaqus软件得到建筑结构的数值仿真计算结果，以进行进一步的计算；(3)在建筑结构多目标优化设计综合分析平台的Optimization模块中指定优化算法；(4)在建筑结构多目标优化设计综合分析平台的Optimization模块中对包括周期比、层间位移角、轴压比在内的结果设定上下限作为优化计算的约束条件；(5)在建筑结构多目标优化设计综合分析平台中，生成包含上述多目标及其中每个目标的权重比的目标函数；(6)在结构设计软件中进行验证计算。本发明提高了建筑结构优化设计的有效性和可靠性，实现了可无人值守的智能优化设计。

技术领域

本发明涉及建筑结构的设计技术领域，具体地，涉及一种基于多目标优化的建筑结构设计方法。

背景技术

随着我国各种复杂建筑和超高层建筑不断增多和密集，为了响应环保、节材、降低碳排放等社会发展要求，除了现场施工控制外，建筑结构设计工作的重要性日益提高。在满足规范要求的前提下，获得一个受力性能最好、造价最低、用材最少的结构设计方案尤为重要。

建筑结构的设计实质上是以建筑结构的各项指标满足规范、业主的要求以及建筑功能为目标的一项工作，它的变量包括结构的拓扑形态、几何参数、材料参数以及结构方案等，因此建筑结构优化设计实际上是一项多目标多参数的工作。在整体选型、布局下，建筑结构设计的各控制指标间相互耦合，设计参数数量众多且离散化，约束条件和多目标函数较为复杂，且多目标之间一般是相互冲突的，不同的结构体系需满足不同的规范要求，使优化设计问题的求解愈加复杂。

建筑结构设计领域，传统的优化设计方法是基于“试算-验证-修改”模式，计算结构在各种外在荷载作用下的响应，人工对设计进行修改以不断改进提高，同时需保证设计符合各种设计规范或标准的要求。传统优化设计方法有一些常见的弱点：无明确的标准和方法确定设计的最优化、设计的改进依赖于设计者的直觉和经验、反复设计计算会消耗大量时间，可以得到合理的设计方案，但不一定是最优设计方案等。在当前的建筑结构设计中，新型建筑结构体系不断应用，结构构件的种类和数量不断增多，结构的传力路径变得愈发复杂，凭借设计师直觉和经验进行优化设计工作变得愈加困难，未经优化便出图的情况时有发生，导致工程经济性较差，材料的浪费情况严重，不符合当前环保、节材、降低碳排放等社会发展要求。如何安全、合理、经济地优化配置资源是结构设计人员面临的主要问题。因此有必要研究一种新型的、更高效的结构优化设计方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于多目标优化的建筑结构设计方法。本发明的设计方法可将传统被动优化设计变为精细化主动寻找相对最优解的过程，以严格明确的方法评价、优化结构方案，获得相对最优的建筑结构设计方案，从而可提高建筑结构优化设计的有效性和可靠性，实现了可无人值守的智能化优化设计。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于多目标优化的建筑结构设计方法，包括以下步骤：

(1)将包括各种相关结构尺寸的建筑结构模型转换为Abaqus可识别的计算输入文件，从而建立建筑结构的Abaqus模型；

(2)基于多目标优化分析软件Isight，搭建建筑结构多目标优化设计综合分析平台；基于建筑结构多目标优化设计综合分析平台，调用Abaqus软件得到建筑结构的数值仿真计算结果；编写多个C#可执行程序，将C#可执行程序集成到建筑结构多目标优化设计综合分析平台的相应计算模块中，实现对从仿真计算结果生成的数据库文件中读取的分析结果进行进一步的计算；

(3)在建筑结构多目标优化设计综合分析平台的Optimization模块中指定优化算法，选择参与进行优化计算的参数，并根据优化计算目的在包括建筑结构的总重量或总造价、建筑结构自振第一周期、建筑结构扭转平动周期比的计算结果中选择一个或多个作为优化目标；