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中建西北院 | 使用Y-GAMA进行剪力墙结构参数化设计

盈建科  · 公众号  · 互联网短视频 科技自媒体  · 2024-11-25 17:15

正文

作者:

中国建筑西北设计研究院 第二建筑设计院

赵肖屹

01. 项目简介

 本项目为政府全额投资的保租房项目,项目总投资在前期立项及可研阶段已经由政府固定,不允许任何超支存在,成本压力较大,故选择使用参数化设计,辅助达成项目成本控制的目标。

典型单体结构特点:存在大量联肢墙。

如何恰当的布置联肢墙是成本控制的核心与关键。

02. Y-GAMA辅助设计

对于未接触过Y-GAMA的使用者,建议从封装功能入手,先理解Y-GAMA的解决问题思路和方式,熟悉之后再使用卡片模式进行更丰富的功能扩展。

完整的剪力墙优化卡组概览。

选定需要进行参数化的区域,指定标准层变化范围、联肢墙的长度、墙厚及连梁的截面高度。这些参数的取值范围,应根据建筑专业资料、使用要求及结构概念体系合理性进行综合确定。

依据第一步的参数范围,更新YJK模型,进行计算,同时收集计算结果,方便进行下一步的计算结果判定及处理。

根据第二步得到的计算结果,进行大指标控制,总造价控制及单一构件的指标控制,筛选出满足控制指标的计算结果。

选择合适的优化算法,连接优化器,进行计算。这里需要强调,优化器的存在目的是为了使用较少的求解次数在解空间中找到相对的最优解。为了满足这一个目标,优化参数不宜设置的过多,如果参数过多,会导致总解空间体量过于庞大,就算使用了优化算法进行大约3‰左右的计算量,也不一定能够找到解。

蓝色剪力墙为设计的初始布置剪力墙,仅按照非短肢剪力墙控制最小墙长。

红色剪力墙为设计师人工调整模型得到的剪力墙布置。

绿色剪力墙为Y-GAMA经过计算得出的满足指标要求且造价最优剪力墙布置。

Y-GAMA计算后得到的剪力墙,减小了墙长,但是梁截面均一定程度增大。由于Y-GAMA并无结构设计人员的“结构概念”,仅能够找出满足约束要求的解,并进行罗列与数据统计,故出现了次梁搭在连梁上这种结果,虽然造价最优,但并不符合一般的结构设计要求。同时,减少了Y向连梁的个数,对于剪力墙的保护作用不及人工调整的模型。

03. 使用心得

剪力墙体系作为参数多,变量多的结构形式,切记不可全面参数化。本例为全面参数化的不合理情况,穷举次数已经为无法显示的上亿次。过大的解空间数量,会导致找不到解的问题。

依据对称性进行合理分组归并。

为了控制解空间数量,剪力墙伸缩的步长定为100mm。

精简约束。高烈度区为刚度控制,轴压比天然满足;由于结构对称,位移比、周期比也天然满足,只留下墙肢剪压比作为刚性约束,连梁剪压比弱化为目标。

目前YJK V7.0版本已经推出了敏感性分析功能。在初始墙长阶段,可以先进行虚功分析,找出关键墙肢,对其进行参数化,从而大大减少解空间数量,快速得到满足要求的结构方案。使用虚功分析应注意,根据模型布置的不同,虚功是不断变化的,在进行对比时,应控制变量,这样得到的结果更有代表性。

不同标准层之间的墙长联动问题,墙厚的上下对应问题,均需要使用数据结构进行定义。

这两张幻灯片主要是强调数据结构对于使用Y-GAMA的重要性,同时也说明了解决数据结构问题的方法并不唯一,大家可以根据自己对于问题的理解,得出不同的解决问题路径,只要能满足自身的使用要求,就可以。在卡片量不大的情况下,并不会遇到明显的效率问题。

数据结构基础:一一对应、末位补齐。

怀疑数据结构有问题时,多接几个白板,前后对应进行检查。

Y-GAMA是辅助结构工程师进行设计,并不能代替结构工程师,它欠缺结构设计的灵魂“结构概念设计”。正是因为这个原因,想要用好Y-GAMA对于结构工程师提出了更高的要求,在所有指标都满足的情况下,如何挑选出更符合结构概念的合理结构布置。

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