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在建筑外形基本確定后，結構體系的選擇和優化成為結構設計的首要問題。

區別于一般的優化問題，實際工程優化問題十分復雜，涉及各種因素(環境、荷載、幾何特征、材料、施工、管理、造價等)，受多方面的制約，確定結構體系和優化時必須抓住問題的主要方面和主要矛盾，刪繁就簡，抽象為合理的數學模型。優化的效果，很大程度上取決于所采用的優化模型(定義的目標函數，考慮的約束條件和選擇的設計變量)和優化方法。

概括地說，超高層結構選型和優化問題通常具有以下特點：

（1）實際工程設計問題十分復雜，涉及的目標和約束，例如建筑藝術、使用功能、施工和管理等非結構因素，往往很難用數學模型來描寫，問題中的設計變量也往往很難用數值來描寫。這些非結構因素對設計的影響可能比應力、變形等結構因素更為顯著，采用過于簡化的模型，無法反映它們對設計的影響，導致優化結果很難在實際工程中得到應用。因此建立一個能夠同時考慮結構和非結構因素的恰當優化模型，對于研究工程結構優化問題十分重要。此外，要發揮工程經驗的作用，這一點上，華東院具有較好的經驗和技術積累。

（2）工程優化問題的目標函數和約束條件有可能不連續、不可導、多峰，甚至無法表達為設計變量的函數，設計域也可能非凸、不連通等。這使得數學規劃法在處理這類問題時往往變得很困難甚至不可能。此外，工程優化問題的設計變量往往為離散的，或離散變量與連續變量并存。這導致基于連續設計變量假設的優化算法無法直接應用。常見的先把設計變量做連續化處理，然后再根據問題可用的離散取值對優化結果圓整的辦法，往往導致得到的設計要么過于保守，要么不可雖然過去幾十年中，研究者也提出一些以數學規劃法為基礎的可用于處理離散變量的優化方法，但是，對于大規模的實際工程優化問題，這些方法仍然面臨很多困難。一種解決方案是采用離散的（不連續的）模型近似模擬，實現較優化模型。

（3）考慮到實際工程設計、建造、使用過程中眾多不確定性因素的影響，工程優化問題更強調設計的可靠性和魯棒性。基于可靠度的優化設計是將可靠度作為一個約束，來尋求最優的設計，這方面已經有大量的研究工作。

（4）工程優化問題考慮到制造施工的方便性，一般要求一個設計中的構件不能有太多的類型。一般的，優化所得結果中設計變量取值各異，這樣的設計雖然在某些方面改善了結構性能，但過多不同形式的構件尺寸或類型，帶來制作、安裝以及管理費用的急劇增加，既不經濟也不可行。因此，設計問題同時也要考慮施工可建性，華東院超高層設計過程中積累了大量經驗，與國內大型施工單位中國建筑、上海建工等有著廣泛的合作基礎。

（5）實際工程問題一般包含大量的設計變量和多個約束條件，獲得全局最優解需要花費巨大的計算代價，這通常是不現實的。同時，不同于理論研究側重如何用優化方法獲得一個簡單優化問題的全局最優解，實際工程設計將結構優化方法作為尋找創新設計的工具，主要用來幫助工程師以比較高的效率獲得一系列不同的設計，工程優化問題往往只需要近似最優解或滿意解。

（6）高層建筑結構設計可分為方案設計和詳細設計（擴初、施工圖）兩個階段。在方案設計階段，工程師需要選擇既有創意又有可行性的結構體系，并產生一個具有粗略尺寸參數的結構骨架系統，該階段是整個結構系統設計的最關鍵環節，并將直接影響詳細設計階段的構件設計。工程實踐表明，高層建筑結構設計能否做到安全、經濟、合理，關鍵在于選定的結構方案是否恰當。結構方案選擇不單純是結構問題，而是一個綜合性的科學問題，是一個多目標的有著許多不確定性影響因素的綜合決策問題，具有強烈的軟科學色彩。但是，一個好的結構方案一定要滿足建筑使用功能的要求，要保證結構安全合理和施工可行，也要考慮造價的經濟性。由于高層建筑一般都是非常重要的建筑物，因此，高層建筑結構方案的選擇也就具有比一般建筑結構方案選擇更重大的責任。

詳細設計是在方案設計的基礎上，采用合適的計算方法，確定給定荷載作用下結構的內力和變形，并反復調整各構件尺寸直至獲得滿足規范要求的滿意設計。在詳細設計階段，借助尺寸優化的辦法可以得到滿足設計要求的最優構件尺寸設計。以往結構優化的研究工作也大多集中在這一階段。

隨著科技的發展，高層結構抗側力體系的發展趨勢主要呈現出：空間化、巨型化、邊緣化和支撐化，建筑體形的錐形化，建筑材料的輕質高強化，計算設計手段的精細化和荷載研究的專項化。

為此從工程應用的角度出發，基于現有高層建筑結構體系和高層建筑及超高層建筑的受力和發展特點，對高層建筑新型結構體系和最優結構體系進行一些探索性研究。對于一個高層結構，如何求其最優的結構形式？可以通過簡化成為一平面內的懸臂連續構件在豎向力與水平力共同作用下滿足一定約束條件的結構重量最小的問題，其優化結果實質是一施加豎向荷載作用的Michell桁架。

理論上，Michell桁架針對由無限細、無限密的桿件構成的連續體結構，并非工程意義上的桁架，一般不具有直接的工程應用價值。為此可通過何用遺傳算法、主應力跡線等方法來尋找Michell桁架，即最優的超高層結構體系。