(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211185589.8 (22)申请日 2022.09.27 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区双清路3 0号清 华大学清华园北京 100084-82信箱 (72)发明人 陆新征　费一凡　廖文杰　赵鹏举　 (74)专利代理 机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 专利代理师 李文清 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于参数化模型和经验规则的剪力墙优化 设计方法及装置 (57)摘要 本发明提供一种基于参数化模型和经验规 则的剪力墙优化设计方法及装置， 包括： 获取目 标建筑结构的建筑构件布置， 构建表征剪力墙可 布置范围的结构化数据； 基于所述结构化数据， 定义并初始化优化参数， 并构建目标建筑结构的 参数化模型； 基于所述参数化模型， 开展两阶段 评估和优化。 其中， 第一阶段的评估和优化基于 经验规则， 如果满足预设要 求， 则进入第二阶段， 否则调整优化参数； 第二阶段的评估和优化基于 设计性能， 调整优化参数， 直到设计性能不再提 升。 本发明解决了现有剪力墙设计优化不合理、 效率低下的问题， 能够快速、 可靠地完成符合结 构设计相关经验规则、 满足力学性能要求、 材料 成本较优的剪力墙设计 。 权利要求书3页 说明书13页 附图10页 CN 115470562 A 2022.12.13 CN 115470562 A 1.一种基于参数化模型和经验规则的剪力墙优化设计方法， 其特 征在于， 包括： 获取目标建筑结构的关键建筑构件的平面布置坐标； 基于所述关键建筑构件的平面布置坐标， 构建表征剪力墙布置范围的结构化数据； 基于所述结构化数据， 定义并初始化表征剪力墙布置的优化 参数； 基于所述优化 参数和所述结构化数据， 构建所述目标建筑结构的参数化模型； 基于所述参数化模型， 得到经验规则罚函数值， 以最小化所述经验规则罚函数值为优 化目标， 对 优化参数进行调整， 直到满足预设经验规则或达 到预设最大优化次数； 基于满足预设经验规则的参数化模型， 建立力学分析模型， 开展力学分析， 得到力学性 能指标并开展配筋设计， 统计材 料用量， 得到材 料总成本； 以最小化所述材料总成本为优化目标， 以力学性能指标满足预设要求为约束条件， 对 优化参数进行调整， 经过预设最大优化次数后， 所述材料总成本仍保持不变， 则停止优化， 以得到剪力墙优化设计方案 。 2.根据权利要求1所述的基于参数化模型和经验规则的剪力墙优化设计方法， 其特征 在于， 所述构建表征剪力墙布置范围的结构化数据包括： 整体结构层级， 包括多组隔墙数据； 隔墙层级， 包括： 隔墙编号、 隔墙端点 坐标和多组隔墙段 数据中的至少一 者； 隔墙段层级， 包括： 隔墙段编号、 隔墙段端点坐标、 对称属性和多组隔墙段交点数据中 的至少一 者； 隔墙段交点层级， 包括： 隔墙段交点编号、 隔墙段交点坐标、 两侧剪力墙长度和优化开 关中的至少一 者。 3.根据权利要求1所述的基于参数化模型和经验规则的剪力墙优化设计方法， 其特征 在于， 基于所述结构化数据， 定义并初始化表征剪力墙布置的优化 参数， 具体包括： 将隔墙段交点一侧的剪力墙长度设定为优化参数， 所述优化参数包括： 当前值、 取值上 限、 取值下限和步长； 根据隔墙段的对称属性， 使对称的隔墙段共用所有优化 参数； 将所述取值上限与取值下限之间设定为优化范围； 在所述优化范围大于设定阈值的情况下， 则将隔墙段交点对应的优化开关设置为 True； 在所述优化范围不大于设定阈值的情况下， 则将隔墙段交点对应的优化开关设置为 False， 并冻结 该优化参数。 4.根据权利要求1所述的基于参数化模型和经验规则的剪力墙优化设计方法， 其特征 在于， 基于所述优化 参数和结构化数据， 构建目标建筑结构的参数化模型， 具体包括： 若目标建筑结构存在框架柱， 则读取既有框架柱设计， 获取框架柱的平面布置坐标和 截面尺寸 参数； 根据优化 参数的当前值获取剪力墙的平面布置坐标； 从所述结构化数据中获取隔墙的平面布置坐标， 将未布置剪力墙的隔墙范围设定为梁 构件范围， 获得初始梁构件平面布置坐标； 根据拓扑性质调整所述初始梁构件平面布置坐标， 得到最终梁构件平面布置坐标； 根据预先获取的经验规则将梁构件分类为连梁和框架梁， 并确定剪力墙、 连梁、 框架权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115470562 A 2梁、 楼板的截面尺寸 参数； 基于剪力墙、 连梁、 框架梁、 楼板以及框架柱 的截面尺寸参数和平面布置坐标， 并根据 目标建筑结构的层高和层数生成目标建筑结构的参数化模型。 5.根据权利要求1所述的基于参数化模型和经验规则的剪力墙优化设计方法， 其特征 在于， 基于所述参数化模型， 得到经验规则罚函数值， 以最小化所述经验规则罚函数值为优 化目标， 对优化参数进行调整， 直到满足预设经验规则或达到预设最大优化次数， 具体包 括： 所述经验规则罚函数值包括： 剪力墙率罚函数值、 扭转半径罚函数值和楼板支撑率罚 函数值； 计算所述剪力墙率罚函数值、 扭转半径罚函数值和楼板支撑率罚函数值并加权相加， 得到总经验规则罚函数值， 判断是否满足预设经验规则； 以最小化总经验规则罚函数值为优化目标， 采用优化器调整优化参数直到满足所有预 设经验规则或达 到预设最大优化次数。 6.根据权利要求1所述的基于参数化模型和经验规则的剪力墙优化设计方法， 其特征 在于， 基于参数化模型， 建立力学分析模型， 开展力学分析， 得到力学性能指标并开展配筋 设计， 统计材 料用量， 得到材 料总成本， 具体包括： 基于所述参数化模型， 采用壳单元建模剪力墙和连梁， 采用梁单元建模框架柱和框架 梁， 采用膜单 元建模楼板， 得到目标建筑结构的有限元力学分析模型； 基于所述力学分析模型进行模态分析、 重力分析、 抗震分析和抗风分析， 得到力学性 能 指标； 根据所述力学性能指标进行配筋设计， 统计材 料用量， 得到材 料总成本 。 7.基于参数化模型和经验规则的剪力墙优化设计装置， 其特 征在于， 所述装置包括： 数据获取模块， 用于获取目标建筑结构的关键建筑构件的平面布置坐标； 结构化模块， 用于基于所述关键建筑构件的平面布置坐标， 构建表征剪力墙布置范围 的结构化数据； 参数定义模块， 用于基于所述结构化数据， 定义并初始化表征剪力墙布置的优化 参数； 建模模块， 用于基于所述优化参数和所述结构化数据， 构建所述目标建筑结构的参数 化模型； 经验规则评估和优化模块， 用于基于所述参数化模型， 得到经验规则罚函数值， 以最小 化所述经验规则罚 函数值为优化 目标， 对优化参数进行调整， 直到满足预设经验规则或达 到预设最大优化次数； 力学分析模块， 用于基于参数化模型， 建立力学分析模型， 开展力学分析， 得到力学性 能指标并开展配筋设计， 统计材 料用量， 得到材 料总成本； 成本优化模块， 用于以最小化所述材料总成本为优化目标， 以力学性能指标满足预设 要求为约束 条件， 对优化参数进 行调整， 经过预设最大优化次数后， 所述材料总成本仍保持 不变， 则停止优化， 以得到 剪力墙优化设计方案 。 8.一种电子设备， 包括存储器、 处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运 行的计算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所 述基于参数化模型和经验规则的剪力墙优化设计方法。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115470562 A 3