某钢筋混凝土框架结构的优化设计

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发布时间：2022-04-02

资料介绍

【摘要】利用ASYS软件对一个六层的钢筋混凝土框架结构进行地震作用下的整体受力分析，并以梁、
柱尺寸为自变量进行优化，使结构在满足各项规范要求的前提下耗材最少，最大限度的节约成本。优化过程中采
用了零阶方法，结果表明，利用ANSYS实现框架结构的优化设计是切实可行的，可以起到较好的经济效果。
【关键词】框架结构：结构优化：有限元法
【中图分类号】U375.4
【文献标识码】
B
【文章编号】1001-6864(2016)04-0090-03
框架结构椭工方便，结构布置灵活，是当今社会主要的
计方案的选定中均为相等，故不予计入。而受力筋的用量
结构形式之一。对根架结构的设计一觳是按传统的方法由
可以由配筋率确定，本文中均采用最小配筋率，混凝土的单
经验确定结构布置方案以及梁柱等构件尺寸，然后做内力
价也是唯一确定的，因此本文的目标函数就转化为求解混
分析，检验各项指标是否符合规范要求，当布置不合理时再
凝土总重量最小值的问题。公式表示为：
反复进行修改，这样一方面增加了设计者的工作量，另一方
M=p·∑B·H,L
面设计出的结构只能保证安全性，却不能保证成本，因此在
式中，P表示密度：B,H,L集中表示了主梁、次梁、柱的
结构的设计过程中融入结构优化的内容是很有必要的
截面长，宽，还有构件长度。
1数学模型建立
1.3状态变量
设计变量，状态变量还有目标函数总称为优化变量。
状态变量是约束设计的数值，是为了请足结构分析中
在ANSYS优化中，这些变量由用户根据自己的实际需求来
的平衡方程，变形协调方程或保证结构正常工作的强度、刚
自行指定。确定优化变量的过程称为制定优化设计的数学
度，稳定性而临加的限制。本文考虑了以下几种约束：
慎型。结构优化的一般数学模型为：
(1)整体侧移约束：4≤1/550h
设计变量：X=(x1,高2，，…，玉)了
(2)梁正截面受弯承载力：
目标函数：mnF()=F(,,2,为，…，。】
约束条件：，(x)=(黑1，…，工》≤0
M≤a(A-2)+f,A.(h-a)
(i=1,2,m)
(3)考虑地震作用组合下梁斜截面抗剪承载力：
1.1设计变量
一个模型的建立和优化过程中有很多参数的输人，这
K≤0850.42fm。+12.%)
些参数有些是某些结论性的定值，是事先给定的，在优化设
(4)梁截面尺寸约束：
计过程中保持不变，称为预定参数：还有一部分参数可作为
B200.H/B≤4，/H4
变量，与目标函数有直接或间接的联系，称为设计变量。设
计变量可以是连续的，也可以是离散跳跃的。结构中有关
(5)柱轴压比约束：丛，=.≤[4，】
尺寸的变量要符合模数的要求，本文为了简便计算，将优化
(6)柱斜酸面抗剪承载力：
变量都视为连续变量，在后期结论中再进行人工规整。
在本文中，因为六层的结构布局完全相同，为减少设计
≤05h+以+00s6m
变量数，所有层的主、次梁截面分别取相同的数值，分别为
(7)柱正酸面承载力约束：
B1,H,2、H2,柱截面每两层取相同变量值，一，二层截面
N≤0.9efA+f,)/y
边长为BB1、HHI,三，四层为BB2、HH2,五，六层为
(8)柱载面尺寸约束：B300,H≥300
BB3、HHB
2
结构优化方法
1,2目标函数
ASYS优化程序主要有两种优化计算方法：零阶方法
目标函数又称为价值函数，是设计变量的函数，它是用
(直接法)和一阶方法（间接法）。
来作为选择“最佳设计“的标准的，代表了设计中最重要的
零阶方法主要是通过对目标函数添加罚函数的方法自
特征。
动将约束问题转化为非约束问题，再把设计变量与目标函
本文优化目的是最大限度的节钓成本，目标函数可只
数的有限序列通过曲线拟合的方法建立解析函数以实现通
考虑影响造价的主要可比因素，即只计入受力钢筋与混凝
近。零阶方法适用于求解大多数的优化问题。
土的价值，其他因素如箍筋，架立筋、模板等费用，认为在设
一阶方法同零阶方法一样，也是通过对目标函数添加