張拉膜結(jié)構(gòu)形態(tài)優(yōu)化方法與優(yōu)化形態(tài)分析.pdf

1、膜結(jié)構(gòu)是一種以織物膜材和索作為主要受力構(gòu)件的新型張力結(jié)構(gòu)形式。由于膜材和索本身不具有抗彎剛度，因此必須依靠施加預(yù)張力來維持結(jié)構(gòu)形狀、抵抗外荷載的作用，這就引出膜結(jié)構(gòu)“形態(tài)”的概念?！靶巍敝附Y(jié)構(gòu)的形狀，“態(tài)”則指結(jié)構(gòu)處于某一形狀時(shí)的應(yīng)力分布狀態(tài)，對(duì)于膜結(jié)構(gòu)在約束條件及邊界條件一定的情況下，這兩者是一一對(duì)應(yīng)的，共稱為“形態(tài)”。形態(tài)的選擇不僅關(guān)系到膜結(jié)構(gòu)的美觀和實(shí)用，更直接影響到結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和安全。但目前在膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，往往只是根據(jù)建筑師

2、的造型建議對(duì)形態(tài)進(jìn)行大致確定，而對(duì)于該方案是否較優(yōu)的問題關(guān)注較少。雖然結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中也會(huì)進(jìn)行一些方案比選，但該過程往往依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，缺乏明確的概念指導(dǎo)。如果能夠結(jié)合膜結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)，對(duì)其形態(tài)進(jìn)行優(yōu)化分析，解答“什么樣的膜結(jié)構(gòu)形態(tài)是較優(yōu)的”這一問題，不僅可以為結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)提供依據(jù)，而且可以為建筑造型提供參考。
　　本文首先在大量文獻(xiàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)論述了膜結(jié)構(gòu)形態(tài)優(yōu)化的概念，建立了以剛度最大、應(yīng)力分布最均勻和支座反力

3、最小為優(yōu)化目標(biāo)，以遺傳算法為優(yōu)化算法的膜結(jié)構(gòu)多目標(biāo)形態(tài)優(yōu)化方法。并且對(duì)膜結(jié)構(gòu)形態(tài)優(yōu)化中的一些關(guān)鍵理論問題進(jìn)行了探討，包括：比較用于描述剛度的三種物理量——應(yīng)變能、最大位移和平均位移在概念上及優(yōu)化結(jié)果上的區(qū)別；通過引入統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)法將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問題等。
　　對(duì)基于遺傳算法的膜結(jié)構(gòu)形態(tài)優(yōu)化分析程序進(jìn)行改進(jìn)，提高了程序運(yùn)行效率和解的收斂速度。在保證得到最優(yōu)解可靠性的前提下，經(jīng)反復(fù)試算比較，確定了一組較高效率的優(yōu)化算法運(yùn)行