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建筑结构学报
中国建筑学会
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中国建筑学会

王有为

月刊

1000-6869

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010-58933734 58933573

100835

北京三里河路9号

建筑结构学报/Journal Journal of Building StructuresCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊办刊宗旨是报道和交流建筑结构领域代表我国学术水平的最新研究成果。所刊登的内容包括建筑结构、抗震防振和地基基础等方面国内重大课题的学术成就，国家重点工程的设计以及实际工程中待解决问题的研究、探讨等。读者对象为相关专业的大专院校师生、科研设计院所的科研设计人员。
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    基于多元特征驱动的既有建筑地震损伤机器学习预测方法

    王律己黄晨宇单伽锃余桦...
    1-12页
    查看更多>>摘要：城镇既有建筑地震损伤快速预测对城市震后应急响应与快速救援恢复具有重要意义.为实现既有建筑震损状态的快速量化评价,基于多元特征和机器学习模型驱动,提出了既有建筑地震损伤快速评估与预测方法.针对钢筋混凝土结构,通过实测结构动力特性和HAZUS技术手册中非线性性能参数,建立真实在役建筑的等效数值分析模型;利用ATC-63地震动库和一类数据驱动型非线性损伤评估指标,生成结构地震损伤状态大样本数据集;通过特征工程研究,揭示不同类型特征间的相关性;利用随机森林机器学习模型,实现了基于初始设计特征、实测结构特征、实测地震动特征映射结构地震损伤状态,且测试集决定系数为0.99,相对误差在±20％以内的样本数占比达99.23％;通过模型可解释性分析,揭示了模型输入特征对预测结果的重要性,其中结构模态周期是保障预测结果可靠的重要特征之一;并利用已有地震台站实测记录,成功预测了目标建筑群在该地震动下的损伤状态.所提出的基于多元特征驱动的既有建筑结构地震损伤快速评估方法,具备较高的预测精度和效率.

    既有多龄期建筑多元特征机器学习快速评估损伤评估指标

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    基于数据驱动和设计规则约束的钢框架-支撑结构平面布置智能设计方法

    王伟付柏超
    13-21页
    查看更多>>摘要：人工智能算法是实现建筑结构自动化、智能化设计的关键技术.然而,由于缺乏物理规则的约束,人工智能算法在实际工程的应用中时而会生成不合理的结果.因此,将结构设计规则以神经网络模块的形式融合到生成对抗网络(GAN)中,提出一种钢框架-支撑结构平面布置智能设计方法(FrameGAN-sym).对该方法的基本原理和思路进行介绍,并将FrameGAN-sym的设计结果与FrameGAN进行详细的对比和分析,证明其能够按照所提出的对称约束网络模块的要求,生成对称性更强的结构图纸.通过不同高度的3个钢框架-支撑结构工程算例,对比FrameGAN、FrameGAN-sym以及人工设计平面布置方案的力学性能,结果表明,FrameGAN-sym布置方案在力学性能上更加接近人工设计布置方案,且较FrameGAN布置方案降低了结构的扭转效应.

    钢框架-支撑结构人工智能平面布置设计对称性扭转效应

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    剪力墙结构生成式设计与智能优化

    王禄锋刘界鹏程国忠胡佳豪...
    22-30页
    查看更多>>摘要：目前,剪力墙结构的设计主要依赖设计师的设计经验以及不断试错.为了实现快速设计和最优设计,提出了生成式设计和智能优化相融合的剪力墙结构设计方法.基于Stable Diffusion(SD)模型对剪力墙结构进行生成式设计,并基于生成式设计的结果使用禁忌搜索进行智能优化.基于SD模型的生成式设计主要包括使用小样本数据通过低秩适应方法对SD模型进行微调,矢量像素化和像素矢量化;基于禁忌搜索的智能优化包括参数空间的定义,邻域动作的定义,优化目标以及优化流程的设计.通过两个工程实例对所提出的方法进行了对比验证,结果表明,所提出的剪力墙结构生成式设计方法可在约30 s内生成满足基本设计需求的设计结果,智能优化后的设计结果与设计师的方案相似度可达85％,整个智能设计流程达到了辅助设计的目的.

    剪力墙结构辅助设计智能设计生成式设计智能优化

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    芯柱式3D打印混凝土墙轴心受压性能试验研究

    蔡建国王敬淞杜彩霞范啸...
    31-42页
    查看更多>>摘要：芯柱可以提高普通砌体墙体的承载能力,为研究3D打印混凝土墙中应用芯柱的可行性,设计了 3D打印混凝土配筋空心墙与现浇钢筋混凝土芯柱的组合墙,研究其截面形式(竖向肋、斜向肋和组合肋)和芯柱数量(两芯柱、三芯柱和五芯柱)对3D打印混凝土墙轴心受压性能的影响.结果表明:墙体的破坏形态可以分为墙体一侧的底部压溃、墙体一面上半部分压溃剥落和墙体整体破坏三种;竖向与斜向组合肋的截面形式受力性能最好,能够增强墙体的整体性并提高墙体的承载力;增加芯柱数量能够显著地提高墙体的承载力,提高16.3％～19.1％,但分散布置的芯柱会削弱墙体的整体性,使墙体的开裂荷载降低34.3％～48.5％.通过比较不同规范的承载力计算公式发现,按配筋砌块砌体墙计算得到的承载力与试验值较吻合,误差小于8.5％.采用ABAQUS对芯柱式3D打印混凝土墙体进行模拟分析,通过设置缺陷层的方式对材料层间薄弱面部分进行力学性能折减,模拟结果与试验结果相差小于10％,验证了模型的有效性,可以用其进行芯柱式3D打印混凝土墙体的承载力估算.

    3D打印混凝土墙体芯柱截面形式静力试验有限元分析轴压性能

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    基于Revit二次开发与深度学习的钢框架节点智能审图

    刘红波杨智锋周婷陈志华...
    43-55页
    查看更多>>摘要：近年来,为了提高审图的工作效率、降低返工率,基于BIM的智能审图与自动审图技术成为BIM领域中的研究热点,然而在结构中至关重要的节点模型目前尚未有自动合规性检查的相关研究.为此,提出了基于Revit二次开发与深度学习的智能审图框架,包括信息抽取、语义丰富、合规性推理与建议三部分内容,针对钢框架四种梁柱节点完成了智能审图系统开发.以节点特征值为样本所训练的一维卷积神经网络充分考虑了模型的几何特征,在优化后对梁柱节点分类的准确率达到98.59％,高于其他常用的机器学习分类算法.通过所设计的合规性推理算法可完成节点模型的构造规则校核与强度校核,并提出优化建议.所开发的智能审图系统完成了一栋四层钢框架模型,共计136个梁柱节点的智能审图,准确率为97.79％,耗时86 s,与人工审图相比提高了准确率与审图效率.

    钢结构智能审图BIMRevit二次开发深度学习自动合规性检查

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    基于单目三维尺度恢复的人机碰撞识别与预警

    卢昱杰王瑞魏伟张雁杰...
    56-68页
    查看更多>>摘要：高效的施工安全管理对建筑业健康与高质量发展至关重要,其中预防人机碰撞事故是保障安全施工的核心.为了提升人机作业危险识别的精度,以施工挖掘机为例,提出一种基于双尺度单目相机自标定的人机碰撞危险识别与安全预警方法.该方法基于施工场景几何特性分析与目标检测特征提取来恢复单目视觉的三维尺度,以高效测算人机三维空间距离.此外,基于工程机械的运动学特性设计了人机碰撞预警及可视化模拟方法,依据人机距离阈值触发多级碰撞预警.以上海某房建工程项目为测试实例,实现了高精度人机目标检测(平均精度为91.2％)、空间距离测算(精度大于98％)与高效的碰撞事件评估,且算法帧率满足实时监测要求.

    施工单目视觉三维尺度恢复人机碰撞施工安全监管危险预警

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    基于轻量化多目标视觉感知的高大模板系统位移监控

    李航宇龚杰陶玉菲张建...
    69-79页
    查看更多>>摘要：大型钢筋混凝土支撑系统(高支模)的失效将导致结构瞬时坍塌倾覆,因此针对支撑系统位移监测的精度及实时性尤为重要.对此,提出了面向高支模安全监控的轻量化多目标视觉感知方法.针对监测过程中目标遮挡及光线较差难题,采用直方图金字塔-Otsu多级阈值分割方法,基于面积和形状一致性约束,并结合无源红外靶标实现了遮挡发生时靶标中心的鲁棒提取;针对支撑系统测点多且难以实时监测问题,基于初始定位和目标跟踪窗口的更新优化,开发了 Camshift-高斯质心轻量化多目标检测算法,实现了支撑系统多目标实时监测.融合以上方法,进一步开发了具备边缘计算功能的在线相机软硬一体化监测与预警系统.所开发方法及系统成功应用于某核电浇筑平台的高大模板支撑系统位移监测,实现了实时数据采集(2 fps)及自动处理(精度达到0.35 mm),展现了轻量化多目标视觉感知方法在高支模安全监控中的有效性.

    高支模位移监测与预警目标遮挡轻量化多目标一致性约束

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    土木工程设计公式智能发现方法

    陈培尧王琛丁然樊健生...
    80-88页
    查看更多>>摘要：土木工程智能计算技术具有高准确性和高效性,但由于黑盒性质,其结果难以被研究者与工程师理解,阻碍了其在以安全性为首要原则的实际工程中的推广应用.为此,提出一种基于量纲分析与工程先验知识的设计公式智能发现方法,通过智能计算技术自动从试验数据中识别出影响材料与构件性能的关键特征,并智能生成量纲平衡、物理含义清晰、力学可解释性高的设计计算公式.基于符号回归表达式树建立了考虑量纲约束的公式智能生成模型,能够保证公式的力学合理性;研发了针对多力学-几何变量场景的归一化方法与基于谱聚类和决策树的工程特征分段算法,进一步提高了模型的稳定性和准确性.以配筋水泥基材料连梁的受剪承载力为例验证该方法的有效性,结果表明:智能生成的公式相较于人工经验公式计算结果准确性提高61.3％,拟合相关性提高23.3％,相关系数达0.90,性能优异;此外,与传统符号回归方法相比,智能生成的公式不仅更为准确,且具有量纲正确性,工程泛化能力更强;同时,有助于揭示力学机理,加速新材料、新结构从试验到设计方法的落地转化流程.

    土木工程设计公式人工智能符号回归力学可解释性

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    基于阵列超声和特征融合神经网络的钢筋混凝土结构内部裂缝检测

    杨涵李斯涵舒江鹏许彩娥...
    89-99页
    查看更多>>摘要：在工程实践和已有研究中,对于混凝土结构内部病害的无损检测,超声层析图像通常需要先验知识进行人工定性判读,较少应用于精确的量化检测.为此,提出一种基于阵列超声和特征融合神经网络的深度学习方法,用于钢筋混凝土结构内部裂缝的像素级无损检测.制作了预置内部裂缝的钢筋混凝土构件,并使用低频剪切超声波和换能器阵列扫查,获得阵列超声B扫描图像并构建数据集.建立了具有编码器-解码器架构的深度神经网络,并采用特征融合策略和残差模块优化该模型,使其与B扫描图像的语义结构更加兼容.通过配准,将独立局部预测图组合为断面的全局表征,以展示构件长度方向整个断面的裂缝位置、分布等全局信息.结果表明:训练、验证及测试集的F分数均高于70％,提出的特征融合深度神经网络可识别宽度低至1 mm的裂缝,裂缝长度量化的平均绝对百分误差为6.22％,证实了所提方法的有效性.

    钢筋混凝土结构内部裂缝检测阵列超声特征融合深度神经网络

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    基于序贯理论的混凝土结构有效预应力实测概率估计方法

    许庆曾滨徐晓达李嘉伟...
    100-107页
    查看更多>>摘要：为建立基于实测数据的混凝土结构有效预应力分布性态评估与评价特征值计算方法,引入预应力比的概念,从单筋、构件、结构3个层次表征有效预应力概率分布性状.通过理论分析、数值模拟相结合的方法,研究各层次预应力比概率分布规律,建立了考虑结构预应力体系布置特征及设计差异影响的高斯混合模型分类简化分析理论;并引入序贯估计理论,以95％保证率特征参数最大估计误差作为约束条件,结合bootstrap方法、EM算法、枢轴量法建立了抽样停止准则,提出了基于实测数据的结构-单筋-构件预应力比序贯抽样估计及评价特征值计算方法;以某无黏结预应力混凝土框架结构为工程实例验证了该方法有效性.研究表明:相比于采用固定样本量的传统抽样方法,序贯抽样方法可有效量化估计精度,减少估计样本数量,降低检测成本;构件评价特征值的最大估计误差随预应力筋数量增加而逐渐降低,估计精度达95％以上.

    预应力混凝土结构预应力比高斯混合模型序贯估计方法最大估计误差

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