多高层框剪结构整体优化设计的造型控制因素分析

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1、勘察设计与装饰广东建材2012年第11期多高层框剪结构整体优化设计的造型控制因素分析邓声祥(江西省建筑设计研究总院)摘要：本文从结构优化设计基本理论及造型控制因素等方面介绍了多高层框剪结构优化的控制因素的特点及其控制要求。从研究和分析可知：结构体系与建筑高度、建筑平面长宽比、竖向高宽比等对结构的优化效果起着重要作用。关键词：框剪结构；优化设计：控制因素1引言结构优化设计是近三十来年发展起来的一门新技术。优化设计能使设计者从被动的分析、校核的过程，从而进入主动的设计过程，这是结构设计上的一次飞跃。建筑结构优化设计不应该只是钢筋的优化。否则，如果遵循同一本规范，计算采用同样的软件，设计所得的结

2、果应该是一样的。这种优化过程将原有的安全贮备减小，不是科学的工作，不能称其为优化。采用现浇框架剪力墙结构，建筑的平面布置相对灵活，广泛应用在高层住宅、旅馆等居住建筑当中。所以，推广多高层框架剪力墙结构优化技术，体现其带来的经济效益，提升设计团队及开发商的综合竞争力，提高设计质量，避免过多的材料浪费，提高优化设计工作的效率，是应该有重大意义的。现今，在限额材料用量的结构设计，以及尚未有一整套通用的结构优化设计软件的环境下，能有一套能为广大工程技术人员容易掌握的优化理论体系，这应该是当前结构优化领域中的一个重要研究方向。鉴于钢筋混凝土多高层框架结构是当前多高层建筑常常采用的结构形式，故本文简要

3、介绍了多高层框架剪力墙结构的优化理论及控制因素。2结构优化设计的基本理论结构优化设计理论的数学模型，是将结构优化问题归结为约束极值问题，包括选定设计变量、确定目标函数、建立约束函数等三方面的内容。现列举一单跨简支梁的优化设计过程介绍结构优化设计的基本原理，图1为某简支梁的计算简图。根据实测数据与计算数据的对比，1号梁板所分担的活载内力基本一致，均满足承载能力的要求。桥梁加固设计时，车道数由两车道变为三车道，荷载由汽一20变为城一A，对梁板受力不利。但现状梁板顶面经粘贴钢板法进行加固后，梁板悬臂部分有机连接，1号梁横向分布系数有所减小，受力得到有效调整，从而避免了部分梁板受力偏大而部分梁板受

4、力偏小的现象，且该加固方案一定程度上提高了桥梁的整体刚度。可见，采用粘贴钢板法加固取得了预期的效果。2结语(1)道路拓宽时，分幅桥梁往往需要改变车道布置和车辆荷载，宜在不改变原有桥板布置情况下，通过加贴钢板等加强桥板横向联系的方法，使桥梁横向分布系数趋于均衡，从而有效分散活载分布，使梁板得以继续使——48——用。(2)经过加贴钢板，横桥向更好地约束梁板位移，使铰缝与梁板联系得更加紧密，防止铰缝损坏而降低梁板问的横向交接作用。(3)经过加贴钢板，梁板顶板含钢率得以提高，在一定程度上提升了截面抗弯能力，且改善了梁板延性。●【参考文献】[1]袁雪戡，卫英才，黄平明．JTGHl卜2004，公路桥涵

5、养护规范[S]．北京：人民交通出版社，2004．[2]范丙臣，王淑涛．简支空心板梁桥采用湿接法拼宽及设计初探[J]．城市道桥与防洪，2008(7)：64—66．[3]中交第一公路勘察设计院有限公司．JTG／TJ23—2008，公路桥梁加固施工技术规范[S]．北京：人民交通出版社，2008．[4]贺栓海，谢仁物．公路桥梁荷载横向分布计算方法[M]．北京：人民交通出版社，1996：85—94．广东建材2012年第11期勘察设计与装饰图1的矩形截面简支梁，已知模量E=2．1×105MPa，密度P=78kN／m3，[o]=200btPa，按照设计规范，梁高h应大于160mm，梁宽b应大于80mm，

6、跨中最大挠度应满足d。=O．00351。要求在跨中IOOKN的集中荷载下，应该选取怎样的截面尺寸，才可以满足使用要求的前提下用料最为节省。现在问题是如何进行截面尺寸选择。一般的结构设计是按所受的外力P，根据受弯构件的强度条件来选择抗弯模量S的。对于矩形截面，根据结构要求和设计规范，先确定一个h(或b)，再确定b(或h)。这样一组的h、h应该还需要刚度校核，如果满足，那么作为结构设计的任务可以完成了：如果校核不满足，则需要另外选择一组h、b再进行校核。根据设计经验，进行有限次选择后，能得出既满足强度条件，又能满足刚度条件的截面尺寸。从这里可以看出，常规的结构设计没有把设计所追求的目标和应满足

7、的条件有机的联系起来，因此，得出的结果不一定是最优设计值。结构优化设计则是从另一角度提出问题：由己知条件b=8cm，h=16cm，即b与h值各自形成一个数值的集合，两者的交集形成截面尺寸，截面可以有无数组合，但其中必有一组的组合既满足强度条件，且重量最轻，是最优截面组合值。由于结构优化设计把所追求的目标(重量最轻)与应满足的条件有机结合起来，用优化法搜索，直到达到最优的目标，因此，得到的应是最优设计。2．1设计变量建筑结