ESO方法
• 拓扑优化：根据一定的设计准则，在满足应力、刚度、位移、频率等约 束条件下、在结构上开孔、打洞、取出不必要的构建和材料（即结构的 构建布局和节点连接发生变化），使结构在规定的意义上达到最优。
结构拓扑优化一般选用“基结构”作为优化的初始结构，在选用的“基结构” 上进行有限元网格划分。拓扑优化设计结果主要作为概念设计阶段的参考， 通常位边界不光滑的结构，通过对边界光滑处理，变成CAD系统可识别的模型； CAD系统对光滑以后的模型进行重构，建立参数化模型，接着转入形状优化阶 段。所以结构优化设计过程是一个集成的包括CAD/CAE过程的动态过程。
意大利新佛罗伦萨 火车站设计竞赛方 案，矶崎新
美术馆分析
使用电脑来生成 这种形态的是ESO 方法，根据所给 出的力学条件及 设计条件自动形 成的造型，并在 进行某种程度的 调整后所得到的 形态，将在被称 作白色立方体的 展示空间之外， 以其崭新的空间 形式被加以利用。
进化结构的最优化手法
在上海证大喜马拉雅艺术中心的设计项目中采用的ESO手法是对以前 设计中使用的同类方法的深化尝试。迄今为止，此方法主要用于对 覆盖巨大空间的结构体与支撑这结构体的结构之间的形态合理性的 探索，这将得到的是如书馆和枝杈组成的梳妆支柱的理想结构造型。
• 结构类型优化：在给定外载荷和约束条件的情况下，优化设计选择何种 结构类型。如选择桁架结构结构、框架结构或是组合结构等等。
目前理论还未成熟，文献较少，一般主要靠有专业工程理论的实践经验的工 程技术人员进行人为地主观判断。
美术馆分析
一般从结构要素上的力的传导效率来看，与 拉伸及压缩的轴向力相比，弯力的传导效率 极低，即在所有结构要素中均匀地分布没有 弯力的应力结构，其力的传导效率是最高的， 在这种情况下可实现最小限度的材料来组成 结构体。
• 所谓结构优化设计，通常是指满足强度要求等条件约束下，是结构的 总重量最轻，或造价最低，或工序最简单。实际上就是在给定的载荷 和边界条件下，在预定的结构可行涉及区域上，寻找材料的最优分配。
ESO方法
• 结构优化设计主要分为四个层次：
尺寸优化
——————————早期 设计域固定
形状优化
——————————结构边界的优化
+
进化结构的最优化手法
楼 电 梯
消 防 楼 梯
设 备
+
进化结构的最优化手法
钢 骨 架 混 凝 土
+
室内实景照片
室内实景照片
问 题 探 讨
THE END THANK YOU
• 项目类型：酒店 美术馆 办公 商业设施
• 地点：中国上海市浦东ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ区
• 设计时间：2006年
项
• 设计团队：
• 建 筑 师/矶崎新
目
合作建筑师/上海现代建筑设计（集团）有限公司
介
结 构/佐佐木睦郎构造计划、竹中工务店 上海现代建筑设计（集团）有限公司
绍
• 面积：场地面积/29 000㎡ 建筑面积/13 300㎡
功 能 分 析
功
能
分
析 • 为了最大限度的确保西侧住宅区的日照，方案将五星级 酒店配置在基地的北侧，限高100m
• 南侧配置艺术家创作室，高度67.5m
• 两个塔楼中央连接部分为艺术中心，为该项目核心，地 上部分为向市民开放的公共空间，高度31.5m
功 能 分 析
功能分析
• 本设计在垂直标高31.5m处分成上和下两部分。北侧宾馆客房部分配置在上方， 宾馆客房的塔楼为边长60m的几何学立方体
总建筑面积/155 000㎡
• 规模：地上20层 地下3层 高度99.9m
• 结构：钢筋混凝土结构
项
目
定
位
• 整体功能分为宾馆、艺术家创作室设施、艺 术中心、商业设施、公共开放空间5个区域
• 为了让这些多功能设施连接，本方案在水平 与垂直方向上进行了三位立体的布置，让各 种设施有效地相互连结，已形成特殊的复合 型的高层设计。
• 这种独特的有机造型是 矶崎新曾在意大利新佛 罗伦萨火车站设计中尝 试过的，运用了“进化 论结构的最优化手法 （ESO方法）”的设计。
ESO方法
• 优化问题是指在一组可行解中，找到最能满足一个或多个要求的解的 过程。这个过程通常包括三个步骤： （1）建立数学模型，即制定目标函数和设计变量 （2）处理约束，包括不等式约束和等式约束 （3）使用不同的算法求解，如渐进式算法、随即算法、枚举法。
• 中央设有60m×90m的空中庭院，配合地上的城市文化广场及地下的下沉文化 开放广场，形成了立体的空间构成。在31.5m以下的领域，配置了当代艺术馆、 商业设施、多功能大厅宴会厅、会议中心等功能，这些功能可延续邻接的新 国际会展中心使用
技 术 分析
• 喜马拉雅中心的中央部 分容纳了一个当代艺术 中心和一个约2000人的 多功能剧场
拓扑优化
——————————更有效利用材料
结构类型优化
——————————现阶段研究较少
• 所谓结构优化设计，通常是指满足强度要求等条件约束下，是结构的 总重量最轻，或造价最低，或工序最简单。实际上就是在给定的载荷 和边界条件下，在预定的结构可行涉及区域上，寻找材料的最优分配。
ESO方法
• 尺寸优化：它是在给定结构类型、材料、拓扑以及几何形状的前提下， 优选组成各部件的界面尺寸，以使结构达到优化。
进化结构的最优化手法
而这次在原先的基础上考虑了 结构体的内包空间的可能性， 即针对多层化空间寻找最佳的 结构造型。这里设计对标高 31.5m平台下方部分提出了能 确保美术馆空间的初期条件值， 最终形成的这种结构形状与以 往的造型截然不同，它是把简 体与墙体形状的结构体融为一 体的内包空间功能的独特造型。
尺寸优化 Size optimization 由于材料的压应力极限远大于材料的拉应力极限，所以如图所示结构，受拉的杆 的尺寸要大于受压杆的尺寸。
ESO方法
• 形状优化：研究图和确定结构的内外边界结婚形状，以改善结构特性。
形状优化 Shape optimization 与圆形孔相比，椭圆孔可以大大降低应力集中，改善机构的应力情况