随着高层建筑的蓬勃发展，框架-核心筒结构凭借其优异的抗侧刚度和空间灵活性，已成为主流结构体系之一。然而，该体系常面临扭转效应控制的关键挑战，即结构周期比（第一扭转周期Tt与第一平动周期T1之比）需满足严格的规范限值要求。周期比超限不仅意味着结构抗扭刚度不足，影响结构安全性和使用舒适度，也常常迫使设计师进行耗时且经验依赖性强的人工调整，如反复修改核心筒墙厚、开洞、连梁刚度或外框架柱布置等，设计效率与方案经济性面临双重压力。
近年来，人工智能（AI）技术在土木工程领域的应用为结构设计带来了革命性的变革。智能设计（Intelligent Design）正逐步从概念走向工程实践，其核心在于利用AI算法强大的模式识别、参数优化和学习能力，辅助甚至自动化完成传统设计中复杂、繁琐的环节。PKPM作为国内领先的结构智能设计辅助平台，集成了先进的AI引擎，为结构工程师提供了强大的智能优化工具。
本文以武汉民用建筑设计院承接的某超高层写字楼项目为例，详细阐述了如何运用PKPM-AID的智能优化功能，高效、精准地完成框架-核心筒结构的周期比调整工作。本案例展示了智能设计工具在实际工程中的落地应用，显著提升了设计效率，优化了结构方案，为类似复杂高层建筑的结构智能化设计提供了有价值的参考。
一
工程概况
此项目为某国际中心写字楼，甲级写字楼，含配套商业及地下车库，项目地点位于湖北省武汉市，地上层数：19 层；地下层数：2层，建筑高度约87米（主体结构屋面高度），结构体系为钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。抗震设防烈度6度0.05g，设计地震分组第一组，Ⅱ类场地，场地特征周期0.35s，设防类别丙类，框架抗震等级为三级，核心筒抗震等级为二级。基本风压为：0.35kN/m2，地面粗糙度类别B类，基本雪压为：0.50kN/m2。
图1 结构模型示意图
1.1 结构模型初步试算结果
采用PKPM结构2025R3.0版本进行结构建模和模型初步试算，计算得到的整体指标结果如下图所示。
图2 整体指标汇总
1）前三阶周期为：T1=2.6662(Y)，T2=2.5555(X)，T3=2.4675(T)；T3/T1=0.925＞0.9，违反《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.4.5条：结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。
2）底部剪重比执行自动调整放大系数，不再人为调整。
3）其他指标均离规范限值较远，不再赘述。
二
利用PKPM-AID自动调整周期比
2.1 计算构件对整体指标灵敏度
在PKPM结构2025R3.0版本“前处理及计算”-“总信息”中勾选“计算构件对整体指标灵敏度”选项，计算完成后在【智能辅助设计】或【构件】菜单下的【指标诊断（灵敏度）】中查看全楼所有构件的灵敏度，可勾选标注灵敏度数值，其中正值代表正相关，负值代表负相关。对关键构件局部放大见图3，核心筒连梁的灵敏度数值分别为99.98，91.22，表明这些构件对周期比超限调整通过影响很大。
图3 关键构件灵敏度数值示意图
2.2 自动筛选关键构件分组
程序可筛选灵敏度较大的关键构件自动分组，本次调整关注核心筒周边的梁，对程序自动分组的梁构件进行细部调整，分组情况如图4所示，本次优化梁构件共分为5个设计组，程序会自动调整5个设计组中所拾取的构件，同一个设计组调整的方向一致。
图4 梁设计组分组
2.3 设置设计组变量调整策略
确定设计组分组之后，可设置每个设计组构件的调整策略，调整策略有宽度缩放、高度缩放、宽度缩放|高宽比不变以及指定备选截面。设计组中梁为核心筒周边连梁，宽度同墙厚，因此调整策略均选择高度缩放，如图所示。
图5 设计组调整策略
2.4 设置优化目标与约束
确定设计组调整策略之后，设置优化目标，本次优化主要目标是调整结构周期比，从指标树中选择指标周期比，设定约束值0.895，预留富余度。
图5 设置优化目标和约束
2.5 启动指标自动调整
执行启动指标控制，耗时约30min程序自动完成周期比调整并自动更新当前结构计算模型。在优化迭代过程中，可查看指标迭代曲线和数据。同时通过模型回滚功能可简略查看优化结果，如图6所示。
图6 指标自动调整
2.6 结构指标控制调整后结果
图7 优化后指标汇总
模型优化后，梁设计组中拾取的构件截面尺寸自动更新，执行PKPM结构2025R3.0版本计算之后，可以看到新的指标汇总结果，如图7所示，此时周期比T3/T1=0.9，满足规范限值要求。
三
利用灵敏度功能手动调整周期比
经过2.1节计算构件对整体指标灵敏度后，程序非常快速、精准的找到了对于整体指标影响至关重要的构件。
除了按第2节的方式利用PKPM-AID让程序自动调整模型的周期比之外，如果关键构件数量不多的情况下，也可以尝试手动修改灵敏度数值较高的关键构件截面尺寸，实现手动去调整周期比，但依然会存在每次调整构件截面尺寸之后都需要执行结构计算过程，且无法快速、有效的把握构件截面调整的幅度。
“自动”和“手动”不同的应用场景，供广大设计师根据不同项目情况自行斟酌使用。
四
总结
本次实践展示了武汉民用建筑设计院成功应用PKPM-AID进行建筑结构设计优化，特别是在控制关键指标如周期比方面的显著效果。过程主要包含两大路径：
（1）自动化高效调整：利用PKPM-AID的自动调整功能，通过计算构件灵敏度、智能筛选关键构件组、设定变量调整策略、定义优化目标与约束，最终实现了周期比等结构指标的自动化、智能化调整与优化，显著提升了设计效率并确保了指标合规性。
（2）基于数据的精准手动调整：借助PKPM-AID提供的构件灵敏度分析功能，工程师能够精准定位对整体指标影响最大的构件，为后续高效、有针对性的人工干预和优化提供了强有力的数据支撑。
综上所述，PKPM-AID通过其自动化优化流程与强大的灵敏度分析功能，有效解决了结构设计中周期比等关键指标控制的难题，大幅提升了设计效率与精准度，是现代民用建筑结构设计的有力助手，具有重要的应用价值。
公司简介
武汉市民用建筑设计研究院有限责任公司，是建设部最早批准的甲级建筑设计院之一，具有建筑设计甲级、文物保护工程勘察设计乙级、市政行业（道路工程）专业乙级、市政行业（排水工程）专业乙级、风景园林工程设计专项乙级资质。
主要业务范围包括各类型房屋建筑设计、既有建筑维修改造设计、城市更新、历史建筑（文物）保护修缮设计、第四代住宅设计、EPC总承包项目、项目管理全过程咨询等业务。
供稿：田少林、龚伟、杜颢（武汉市民用建筑设计研究院有限责任公司）王鹏、臧丽（北京构力科技有限公司）
转载：结构先声
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