1、研究背景和思路

近年来，我国冷却塔建设和研究从大型向超大型、由双、四塔简单组合向六、八塔复杂组合发展，而现有结构优化设计针对规范二维对称风压，优化目标单一，仅关注塔筒本身，难以满足冷却塔设计的发展需求。

风致干扰效应是冷却塔群结构设计的关键控制因素。基于此，考虑干扰效应的冷却塔结构优化设计，通常宜包括两个环节：首先确定复杂干扰条件下，哪一种风荷载作用模式为最不利荷载模式；并在此基础之上优化整体结构刚度协调分配。

关于优化，目前学者研究多以单一结构效应为优化目标，聚焦于上部结构，通常仅检验塔筒稳定性，难以兼顾强度安全性和经济性。本文定义内力组合加权效应（配筋量）和经济造价为综合效应指标，聚焦整体结构优化的经济指标，兼顾强度安全性，来实施冷却塔抗风设计的分阶段优化设计策略。

研究思路如下：结合同步测压风洞试验，研究典型六塔组合的风荷载干扰效应；对比归纳出最不利风荷载分布模式及特征；而后将响应面法和梯度搜索法结合引入冷却塔结构优化选型，推荐适用于不同荷载模式的结构优化规律及最优化塔型设计方案。

2、最不利风荷载

单个群塔比例系数难以确切描述实际干扰效应导致的复杂风压分布变化。鉴于此，根据多种群塔比例系数最大值出现的频率、塔位布置形式、塔相对位置，筛选出相应工况的塔筒表面三维风压作为最不利风荷载，同时选取规范模式二维对称风压作为六塔组合的典型风荷载分布模式。各风荷载分布模式的分布特征如下：

可以看出：试验所得风荷载分布模式较规范二维对称风压而言，三维分布特征明显，不对称性突出。

3、结构优化

优化算法为响应面法和梯度搜索法的结合，以寻找特定区域内海拔最高点为例说明优化实现过程。利用优化检验函数绘制地形图，通过有限次确定性计算结合回归分析（即均匀布点计算坐标结合最小二乘法）构造功能函数（显性闭合多项式函数）近似表达目标响应量与优化变量的隐性函数关系，选取初始点，通过敏感性分析找到该点梯度矢量，确定下一步计算位置，不断迭代逼近最优解。

优化过程（以规范二维对称风压为例说明）

参数化建模使优化高效实现成为可能。通过敏感性分析找到对总造价影响较大的参数进行第一次优化，观察优化值与变量设置的关系并依此再次设置变量进行优化，反复几次优化后，可见推荐塔型的总造价（经济性指标）、 钢筋造价比（强度安全性指标）、整体和局部稳定系数（稳定性指标）与初始塔型相比均得到优化。

依次在三种试验风荷载作用下对初始塔型进行优化，对比四种风荷载分布模式下的推荐塔型，可发现一些参数的取值规律，而四种塔型总体来看各不相同，也说明推荐塔型可能依赖于风荷载分布模式，那么如何评价四种塔型的优劣呢？

交叉对比每一个推荐塔型在四种风荷载分布模式下的综合效应指标。筛选出满足稳定性验算的塔型1和塔型3，并对比1和3的强度安全性和经济性的指标，可确定塔型1为最优塔型。

至此完成了冷却塔抗风设计的分阶段优化策略：最优塔型相较于初始塔型，稳定性和强度安全性提高，总造价下降约19%。

4、总结

本文定义内力组合加权效应（配筋量）和总造价为综合效应指标，针对六塔组合，实施了冷却塔抗风设计的分阶段优化策略，结论如下：

根据多种群塔比例系数最大值及出现的频率、塔位布置形式、塔相对位置，可总结出与规范模式二维对称风压的分布特征不同的3种试验风荷载分布模式 。

对六塔组合典型风荷载分布模式，逐一实施整体结构响应面和梯度搜索优化，并对各推荐塔型进行交叉验证，筛选满足稳定性要求，经济性和安全性最优的结构形式。

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