基于齿行法的钢结构塔优化设计

　　结构优化是结构设计的一个重要方面。

　　目前的结构优化方法主要有优化准则法和数学规划法及2者结合的混合方法。由于数学规划法对大型结构优化问题求解的计算效率低，问题规模有限。目前比较实用的优化设计系统构造方法是优化准则法与大型有限元分析程序的软件集成化，=u（k/ur射线步：令A⑴=⑴A⑴，并求目标函数值wa）。

　　若i一wwo，　　a对1中得出的位移比形成位移比矩阵从中选出*大位移比的第1工况第r位移的/. b.将结构在第r位移施加单位荷载进行结构分析，得出A/r，i=1，n并划分主动杆件与被动杆件，并算出被动杆件对Ur的贡献U0其中A/i为第1工况下第i杆轴力；Ai为第r位移施加单位荷载下第/杆轴力。则A咖二⑴+其中a为步长调整系数。

　　根据AU+n在型钢库中选择相应的截面。

　　一般钢结构塔的空间组成形式可以用层次的概念来描述。塔体的节点位于不同的水平面上，而杆件由平面间及平面内的节点之间连接而成。使用面向对象的表达方法，系统的数据结构（类体系）表示如。

　　面向对象的设计方法与传统的软件设计方法相比有2大突出的特点：对设计对象本身和对象之间复杂关系的强大的描述能力，以及代码的高度可重用性和易维护性。图中的层描述处于一个平面上的节点集，包括节点生成方式和节点坐标，而段描述2个层对象之间的杆件集合。另外在系统中包含了常用钢塔体型的杆件连接方式，如单斜杆、双斜杆、K型斜杆、倒K型斜杆以及八边形转六边形，六边形转四边形、八边形转四边形等。

　　考虑到钢结构塔受力方向的不确定性，系统将规格应相同的构件作为一个构件分组，即中的构件组。构件组的应力比为组内各构件中*大者。实际上构件分组的概念己包含了钢塔结构中塔柱、斜杆、横杆的分类，也解决了对称构件的变量联结问题。

　　双层双面微波天线。地面粗糙度B类，基本风压0.35kN/m2，基本自振周期假设为0.6s.中选择了5种不同的斜杆体系作比较。系统的运行结果经整理后见表1（次斜杆、次横杆和次横腩的重量未考虑在内）。由于杆件截面面积是离散型的变量，这里的结果并不反映各体系之间的理论差别。

　　由表1可见，全K型再分式斜杆体系的重量值*低，但若加上次杆（次斜杆、次横杆、次横膈）附加的重量，实际结果可能反而超过B型和C型。A型的斜杆这里采用了刚性斜杆，如采用柔性斜杆将大为减轻。

　　不同结构体系的优化结果表1类型迭代次数*终重量（kN）若取消上述D型和E型所有的次杆，计算的结果表明，D型的重量将加到108.85CkN，而E型的重量将加到94算例2河南洛阳电视塔，总高274 3m（钢结构高度为260m）。塔的造型比较独特，为九边形单斜杆体系，第1段为9个单层单拱支承着1圈空间桁架。塔楼由10个球体组成，1个直径24m的大球中心标高169.3m，在标高153m处为9个直径6m的悬挑球体。

　　为清楚起见，将原结构第1段简化为交叉斜杆体系，其余均不变。球体作为荷载，不计入结构体系。输入数据与算例1相仿。经过7次迭代后系统得到稳定解，杆件净重为6055t.实际结构除去拱和拱上桁架净重约为640t左右。由于下部拱和桁架体系的简化，结果基本相近。

　　与现有的类似系统相比，本系统具有以下优点：采用了准则法与搜索法相结合的齿行法，保证了迭代的迅速收敛，计算结果达到且优于人工调整结果。

　　系统建立在面向对象技术之上，使系统可以描述常见的塔架空间结构，同时保持了对复杂体型的兼容性；适应面广，基本上覆盖了现有的塔型。