高层建筑结构优化

高层建筑结构优化涉及高层建筑结构设计理论、结构优化设计理论及计算机技术，难度较大。本书内容包括高层建筑结构构件拓扑优化、截面尺寸优化、结构弹塑性简化分析、性能化设计优化及软件开发，适用于高层钢筋混凝土结构、钢与混凝土组合结构和钢结构。书中结合高层建筑结构特点，给出了多种优化方法，明确了适用的优化算法，开发了相应优化软件ZD-HBO，并经过数十个高层建筑物算例的验证。

1.Gao B, Hao C, Li T, et al. Grid generation on free-form surface using guide line advancing and surface flattening method[J]. Advances in Engineering Software. 2017, 110(C): 98-109.2.Gao B, Li T, Ma T, et al. A Practical Grid Generation Procedure for the Design of Free-form Structures[J]. Computers & Structures. 2017, 196: 292-310.3.Wang, Qisheng，Gao, Boqing*，Wu, Hui. Triangular mesh generation on free-form surfaces based on bubble dynamics simulation[J]. Engineering Computations.2019,36(47),646-6634.Qi

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 本书的研究背景 1
1.2 国内外研究现状及存在的问题 2
1.2.1 通用结构优化算法概述 2
1.2.2 拓扑优化与剪力墙、框架支撑布局优化研究现状 4
1.2.3 建筑结构构件尺寸优化研究现状 8
1.2.4 结构失效模式优化研究现状 9
1.2.5 结构等效弹性优化研究现状 11
1.2.6 结构性能化设计优化研究现状 12
1.2.7 高层建筑结构优化软件研究现状 15
1.3 本书的主要内容 16
1.4 本章小结 18
第2章 基于禁忌搜索的剪力墙布局优化及优化关键参数研究 19
2.1 引言 19
2.2 禁忌搜索算法基本理论 19
2.2.1 禁忌搜索算法的几个概念 19
2.2.2 禁忌搜索算法的实施过程 20
2.3 剪力墙布局优化方法 21
2.3.1 前处理 21
2.3.2 布局优化方法 22
2.4 优化关键参数研究 25
2.5 算例分析 27
2.5.1 例2-1的禁忌搜索优化 27
2.5.2 优化参数分析 29
2.5.3 例2-2和例2-3的禁忌搜索优化 30
2.6 本章小结 34
第3章 基于概念设计与数据驱动禁忌搜索的剪力墙布局优化研究 35
3.1 引言 35
3.2 基于概念设计的禁忌搜索算法改进策略 35
3.2.1 加减概率 35
3.2.2 周边概率 36
3.2.3 对称概率 36
3.2.4 标准化概率 37
3.3 支持向量机数据驱动优化方法 37
3.3.1 支持向量机基本理论 38
3.3.2 数据驱动迭代策略 39
3.4 算例分析 41
3.4.1 例2-1的改进禁忌搜索优化 41
3.4.2 代理模型作用分析 42
3.4.3 剪力墙离散长度的影响 43
3.4.4 与遗传算法的对比 46
3.4.5 数值稳定性 47
3.4.6 例3-1和例3-2的改进禁忌搜索优化 48
3.5 本章小结 52
第4章 多维约束下剪力墙及支撑布局优化方法研究 53
4.1 引言 53
4.2 多工况多约束剪力墙布局优化问题定义 53
4.3 渐进结构优化与概念设计方法 56
4.3.1 拓展的渐进结构优化方法 56
4.3.2 基于概念设计的平面分区优化 57
4.3.3 剪力墙平面对称性处理 58
4.3.4 剪力墙竖向连续性处理 60
4.4 多工况布局优化方法 61
4.4.1 逐工况优化方法 62
4.4.2 多工况直接优化方法 64
4.5 算例分析 66
4.5.1 例2-1的逐工况优化 66
4.5.2 例2-1的多工况直接优化 67
4.5.3 剪力墙离散长度的影响 69
4.5.4 例3-1和例3-2的多工况直接优化 71
4.6 多塔结构优化 74
4.6.1 多塔结构优化模型 74
4.6.2 多塔非连体结构优化流程 77
4.6.3 多塔连体结构优化流程 79
4.6.4 多塔结构算例分析 82
4.7 钢框架结构支撑布局优化 94
4.7.1 钢框架结构支撑布局优化模型 95
4.7.2 钢框架支撑布局优化算例分析 100
4.8 本章小结 111
第5章 基于组合响应面的高层建筑离散截面近似优化方法研究 113
5.1 引言 113
5.2 高层建筑离散截面优化问题 113
5.3 响应面基本理论与组合响应面方法 115
5.3.1 多项式响应面 116
5.3.2 径向基函数响应面 116
5.3.3 组合响应面 118
5.4 离散截面近似优化流程 119
5.4.1 拉丁超立方采样 119
5.4.2 获取初始可行解 119
5.4.3 寻找更优解 120
5.4.4 约束矫正 121
5.4.5 截面尺寸模数化 122
5.5 算例分析 124
5.5.1 例5-1：20层剪力墙结构建筑 124
5.5.2 响应面模型误差分析 126
5.5.3 例5-2：30层剪力墙结构住宅 127
5.6 本章小结 130
第6章 基于响应面和粒子群算法的离散截面混合优化方法研究 131
6.1 引言 131
6.2 粒子群算法及其离散化表示 131
6.3 离散截面混合优化流程 132
6.4 算例分析 134
6.4.1 例6-1的离散截面混合优化 134
6.4.2 离散截面混合优化算法与离散粒子群算法的对比 136
6.4.3 例6-2和例6-3的离散截面混合优化 138
6.5 本章小结 141
第7章 基于细分矩阵和局部响应面的离散截面优化方法研究 143
7.1 引言 143
7.2 细分矩阵算法 143
7.3 离散截面优化流程 144
7.3.1 基于细分矩阵的全局搜索 144
7.3.2 基于局部响应面的精细搜索 145
7.4 算例分析 147
7.4.1 例5-1的两阶段截面优化 147
7.4.2 例5-2和例7-1的两阶段截面优化 149
7.5 改进细分矩阵算法 153
7.6 基于改进细分矩阵和组合响应面的截面优化算例分析 155
7.6.1 例7-2优化设计 156
7.6.2 设计优先指数影响比较 159
7.6.3 例7-3优化设计 160
7.6.4 与粒子群算法对比 163
7.7 本章小结 165
第8章 基于预设失效模式的RC框架结构优化方法研究 166
8.1 引言 166
8.2 静力弹塑性分析方法概述 166
8.3 RC框架结构优化的数学模型 170
8.3.1 弹性优化阶段数学模型 170
8.3.2 弹塑性优化阶段数学模型 171
8.4 RC框架结构两阶段优化流程 172
8.5 算例分析 173
8.5.1 工程概况与设计参数 173
8.5.2 结果与讨论 174
8.6 本章小结 181
第9章 高层钢筋混凝土结构等效弹性优化 182
9.1 引言 182
9.2 钢筋混凝土构件屈服弯矩 182
9.2.1 梁弯矩-曲率曲线 183
9.2.2 柱弯矩-曲率曲线 184
9.2.3 剪力墙弯矩-曲率曲线 185
9.3 钢筋混凝土结构等效弹性优化分析 189
9.3.1 刚度折减系数计算 189
9.3.2 阻尼比取值 190
9.3.3 钢筋混凝土结构等效弹性分析 192
9.3.4 优化模型及计算流程 193
9.4 算例分析 195
9.4.1 例9-1的等效弹性校验及优化 195
9.4.2 例9-2的等效弹性校验及优化 203
9.5 本章小结 210
第10章 高层钢框架结构等效弹性分析 212
10.1 引言 212
10.2 梁刚度折减系数取值 212
10.3 柱刚度折减系数取值 214
10.4 基于能量的钢框架结构等效弹性方法 216
10.5 钢框架结构等效弹性方法可靠性验证 217
10.5.1 例10-1分析 217
10.5.2 例10-2分析 221
10.5.3 例10-3分析 224
10.6 基于预设失效模式的钢框架结构实现 227
10.7 本章小结 233
第11章 高层钢框架结构性能化设计优化 235
11.1 引言 235
11.2 高层结构性能优化问题 235
11.3 直接修改法性能优化 236
11.4 组合响应面法性能优化 237
11.5 算例分析 239
11.5.1 例10-2性能优化 239
11.5.2 例10-3性能优化 243
11.6 本章小结 246
第12章 高层建筑结构优化软件ZD-HBO 248
12.1 引言 248
12.2 软件总体框架 248
12.3 图形交互模块 249
12.3.1 模型展示及前处理 249
12.3.2 参数设置 249
12.4 数据存储模块 251
12.4.1 模型结构化数据存储 251
12.4.2 构件尺寸截面库及约束限值 251
12.5 结构分析与模型修改模块 253
12.5.1 分析计算及局部优化问题求解 253
12.5.2 模型修改 254
12.5.3 结构响应获取与计算 254
12.6 优化算法模块 257
12.6.1 剪力墙布局优化算法基类 257
12.6.2 截面优化算法基类 259
12.6.3 结果输出 260
12.6.4 操作流程 262
12.7 本章小结 263
第13章 本书总结 264
参考文献 268