張拉膜結構形態(tài)優(yōu)化方法與優(yōu)化形態(tài)分析.pdf

1、膜結構是一種以織物膜材和索作為主要受力構件的新型張力結構形式。由于膜材和索本身不具有抗彎剛度，因此必須依靠施加預張力來維持結構形狀、抵抗外荷載的作用，這就引出膜結構“形態(tài)”的概念?！靶巍敝附Y構的形狀，“態(tài)”則指結構處于某一形狀時的應力分布狀態(tài)，對于膜結構在約束條件及邊界條件一定的情況下，這兩者是一一對應的，共稱為“形態(tài)”。形態(tài)的選擇不僅關系到膜結構的美觀和實用，更直接影響到結構的力學性能和安全。但目前在膜結構的設計中，往往只是根據建筑師

2、的造型建議對形態(tài)進行大致確定，而對于該方案是否較優(yōu)的問題關注較少。雖然結構設計人員在設計中也會進行一些方案比選，但該過程往往依賴于設計者的經驗，缺乏明確的概念指導。如果能夠結合膜結構的力學特點，對其形態(tài)進行優(yōu)化分析，解答“什么樣的膜結構形態(tài)是較優(yōu)的”這一問題，不僅可以為結構的概念設計提供依據，而且可以為建筑造型提供參考。
　　本文首先在大量文獻總結的基礎上，系統(tǒng)論述了膜結構形態(tài)優(yōu)化的概念，建立了以剛度最大、應力分布最均勻和支座反力

3、最小為優(yōu)化目標，以遺傳算法為優(yōu)化算法的膜結構多目標形態(tài)優(yōu)化方法。并且對膜結構形態(tài)優(yōu)化中的一些關鍵理論問題進行了探討，包括：比較用于描述剛度的三種物理量——應變能、最大位移和平均位移在概念上及優(yōu)化結果上的區(qū)別；通過引入統(tǒng)一目標函數法將多目標優(yōu)化問題轉化為單目標問題等。
　　對基于遺傳算法的膜結構形態(tài)優(yōu)化分析程序進行改進，提高了程序運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，經反復試算比較，確定了一組較高效率的優(yōu)化算法運行