作者：中建八局第二建设有限公司设计研究院  刘洋，孟勇

某框筒结构模型调整案例

随着国民经济的快速增长，建筑工程行业进入高度发展的时代，数字化和智能化技术也开始逐步应用在建筑工程行业，大大提高了城市建造的效率和质量。目前建筑结构设计中，存在依赖设计人员经验、反复的手动调整模型效率低、经济性安全度取舍难等问题。针对以上问题，PKPM与ARUP合作，依托PKPM软件平台，结合ARUP成熟高效的结构智能化算法，共同研发PKPM-AID智能辅助设计软件，提升设计效率和设计水平。

智能辅助设计软件应用场景主要包括对已调整好的模型进行优化，节省成本；对初设模型进行智能调整，在满足规范的要求下达到造价最小等。软件分为截面优选模块和高级指标控制模块，可仅使用一个模块，也可根据工程需要使用两个模块对模型进行调整。

智能辅助设计软件上手快，应用场景丰富，是结构设计工作的好帮手。本篇文章以项目设计中遇到的问题展开，介绍PKPM-AID软件的应用效果和心得。

一、项目概述

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本项目地下部分共3层，主体结构底标高-15.2m，地下室主要建筑功能为地下车库及设备用房，地上结构共36层，周边局部带有裙房6层，裙房为框架结构。塔楼为框架-核心筒结构形式，主要建筑功能为办公及商业。工程拟建于7度区（0.1g），设防地震分组第三组，场地类别Ⅱ类，地面粗糙度B类，基本风压0.45kN/m²。

图1.模型整体展示

该模型经过多次计算调整，构件承载力方面基本都处于比较好的状态，但是在指标层次位移比还存在超限，最大值为1.78，回到模型中尝试各种调整，均未能很好的调过。

图2.原始模型的位移比情况

了解到PKPM-AID智能辅助设计软件可以自动实现模型指标层次的调整，所以在本项目中希望借助智能辅助设计软件进行模型的调整，主要目标就是使得位移比满足规范的要求，控制到小于1.5的限值。

图3.智能辅助设计界面

PKPM的智能辅助设计软件有智能截面优选和高级指标控制两个模块。智能截面优选，可以对截面大小进行优选，去寻找在设计组备选截面库中的最优截面；高级指标控制，可以在满足规范的前提下，调整模型达到造价最低或者质量最小。

本次调整主要利用高级指标控制模块针对模型做指标层次的调整，高级指标控制模块的自动调整只需针对模型进行设计组划分，不需要定义备选截面，只需针对每一个需要调整的设计组变量确定变化的范围即可，如下图所示。

图4.设计组变量范围设置

二、高级指标控制

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全楼整个最大位移比发生在第四层，为1.78，同时在Y正向偶然偏心作用规定水平力下工况下，位移比超限的楼层范围在4至9层范围，所以接下来的调整将目标放在4至9层的范围。

图5.最大层间位移比点位

图6.位移比超限的楼层范围

查看结构振动的形态，右侧整体偏弱，使用PKPM-AID可以以最经济的方式把位移比调回来，同时可以找到哪部分构件对于位移比是最敏感的。

图7.结构振型形态

柱设计组设置时，把4-9层的框架柱分为两个设计组,定义设计组1，截面可以减小到原截面的0.8倍，定义设计组2的截面可以放大到原截面的1.1倍。

图8.柱设计组设置思路

墙设计组的设置时，把4-9层最右侧的核心筒墙设为一个设计组，允许墙厚最大调整到原厚度的1.2倍。

图9.墙设计组的设置

梁设计组的设置时，把5-9层关键的Y向梁分为如下四组，只调梁宽，分别设定调整的上下限条件。

图10.梁设计组调整

设计组设置好后，在变量设置菜单下的指标优化设置对话框中，针对已设置好的设计组变量，确定调整策略及调整的上限及下限范围。同时考虑到该模型主要在扭转方面存在超限，所以在优化目标与约束对话框中，把周期比及位移比作为优化约束，优化目标设为结构的总质量，优化方向往最小化方向进行优化，也就是通过智能辅助设计软件让程序在已设定的调整范围内把指标调整过，同时使得项目的总质量最小，相关设置如下图所示。

图11.变量调整策略及调整范围设置

图12.优化目标与约束的设置

设置好相关参数后，启动软件，软件开始自动迭代，优化窗口的截面中可以随时查看总质量，位移比，周期比的每一步优化结果。其中位移比及总质量的迭代曲线如下图所示，结合位移比的迭代曲线及总质量迭代曲线可以看出，程序在第13步至15步优化迭代结束后，位移比降到了1.5以下，总质量在13步至15步相较于初始状态还有所降低，从迭代曲线可以推测这几步以满足规范的要求，程序计算迭代，达到第30部迭代结束后，从整个曲线来看优化结果接近区域平衡，所以不再让程序计算迭代。

图13.迭代过程中位移比变化曲线

图14.迭代过程中总质量变化曲线

优化结束后进入程序进行模型回滚查看中建具体迭代数据，综合可以判断出第17步位最佳模型，具体趋势如下：4-9层左侧的框架柱均缩小到原截面的0.8倍，说明减小该柱是最有效的；右侧的框架柱保持原截面不变；右侧的剪力墙保持原厚度不变；右侧的梁宽基本调整到原截面的1.1倍；左侧的梁基本调整到原截面的0.86倍。

图15.模型回滚页面显示

双击第17迭代步这一行，可以查看模型调整的具体情况。由于模型自动调整过程中，截面可能存在碎数，此处程序会自动规整为整数，也可以进行手动调整。调整后，点击“规整后截面回滚到模型”，程序会把模型调整为当前的尺寸，即变成满足约束条件的模型。

图16.模型规整

之后需要再切换到SATWE中进行一次完整的计算分析，该模型已不存在指标层次的超限的情况，通过智能辅助设计软件使得该模型在指标层次得到了较为完美的解决。

图17.经过高级指标控制调整后的模型计算结果

三、总结

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通过本案例的调整过程中，可以感受到PKPM的智能辅助设计软件针对复杂模型调整的智能性，程序调整相对于人工干预调整要快的多，人为调整起来往往存在困难，而AID软件正好解决了我们人为调整过程中的困难。

智能辅助设计程序应用场景非常多，不仅仅可以帮助设计师在方案阶段进行模型调整，也可以在后期对模型进行成本方面的优化。本次给大家分享的仅仅是设计中指标层次的调整，希望PKPM的智能辅助设计软件可以给更多的设计人员在设计中带来更多的便利，从此让大家没有难做的设计。

单位介绍：

中建八局第二建设有限公司设计研究院于2017年4月在山东省济南市正式挂牌成立。设计研究院的成立顺应国家总承包管理的潮流，是八局首家集生产与设计管理于一身的综合性设计研究院，也是中建八局二公司集团化发展战略规划中的重要一环。设计研究院从设计优化、技术服务到施工图设计再到原创方案助力营销颠覆着业界对施工企业设计院的固有印象。以其特有的全专业、全方位、全流程“一站式”综合服务，为客户提供从“图纸构想”到“交付使用”的全链条一揽子建筑设计系统解决方案，为各级各类客户带来高性价比建筑产品。