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灵敏度+AID:智能化调整位移比 | 天津市滨海新区轨道交通Z4线泰达站上盖TOD项目

结构先声  · 公众号  ·  · 2025-01-06 17:00

正文

作者:赵雪莲(华东建筑设计研究院有限公司)

工程概况

本工程位于天津市滨海新区,此单体主要功能为商业与办公,地上面积约3900m 2 ,结构高度16.65m,采用钢框架结构体系。由于建筑造型的需求,大悬挑部分采用空腹桁架,V形斜柱为圆钢管混凝土柱,典型的框架柱截面箱型截面尺寸700x700x40x40。

图1 本工程效果图及三维结构模型


模型指标调整目标

根据弹性分析结果,该单体的X方向地震作用下位移比为1.53,存在扭转不规则。为避免超限,使用PKPM灵敏度功能诊断出指标对构件变化的敏感程度,并使用AID进行智能化迭代调整,在控制总造价最低的前提下将扭转位移比控制到1.4以内。

图2 初始分析模型的指标汇总结果


应用智能化算法进行指标调整的过程

1、应用最新的PKPM结构2025R2.3版本,在SATWE计算参数中勾选【计算整体指标对构件的灵敏度】,可分析出构件对整体指标影响的灵敏程度。

图3 计算构件对整体指标的灵敏度


2、回到建模页面,点击【指标诊断(灵敏度)】,在左侧菜单中勾选位移比,可查看构件的灵敏度热力图(图4)。构件颜色越深,意味着该项指标对此构件的体积变化越敏感。暖色调即红橙色部分的构件增大截面、冷色调即蓝色部分的构件缩小截面,有利于指标调整通过。

图4 位移比对应的构件灵敏度


通过程序筛选出灵敏度大于40的梁柱构件(图5),点击【将筛选后构件自动分组】,软件可对灵敏构件一键智能分组,梁分为4组,柱分为2组(图6)。

图5 关键构件:灵敏度>40

梁:4组

柱:2组

图6 设计组分组布置图


3、变量设置时,可根据建筑空间限制及构件利用率设定变量调整的上下限(图7)。此模型中构件的承载力利用率较高,轴压比和强度应力比接近1,不能再对现有截面进行减小以免出现承载力不足的问题,调整下限设置为1。

图7 变量设置页面


4、点击【目标约束】,指定优化约束为位移比小于等于1.40,由于天津项目要求控制Tt/T2,故增加两个周期比小于等于0.9。优化目标可选择总造价或总质量。启动指标控制后,程序自动迭代调整,30min即可调整完成。

图8 目标约束设置页面


调整效果

软件能输出造价和约束指标在优化计算过程中的变化情况(图9)。优化计算完成后,自动返回到最优模型,即满足指标约束条件的同时造价最低的模型。点击生成【指标控制优化报告】(图10),可以看到优化后位移比和周期比均达到既定效果,造价仅增加1.71%。

图9 计算过程中目标约束变化趋势图

图10 高级指标控制报告中造价和指标变化情况


结论

指标调整非常依赖工程师的经验,对于结构布置较为复杂的工程,人工调整有时效率很低。PKPM软件的指标诊断功能非常便捷,精准筛选指标敏感关键构件,并自动分组,借助智能算法迅速地完成指标调整。在当下社会环境节奏日益加速,工具不断革新,PKPM-AID可作为新质生产力,为结构设计师的模型调整工作实现提质增效。








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