地震荷载下考虑框架结构经济效益的柱网尺寸优化设计

地震荷载下考虑框架结构经济效益的柱网尺寸优化设计
姬慧
(太原大学建筑工程系，山西太原030032)
[摘要]利用有限元分析软件ANSYS,结合优化设计方法，以某6层框架结构为例，以其柱网尺寸和梁、柱截面尺寸为设计变量，单位建筑面积上的混凝土用建（造价）最低为目标，在满足我国现行规范的强度、位移及构造要求的前提下，对其进行多遇地履作用下的结构优化设计，得出最优解。

内容摘抄：

1框架结构抗震设计的基本思想
实践表明，加大构件的截面或增加其配筋，在增加建筑造价的同时，不一定能真正提高抗震效果。为提高框架结构的抗震性能，必须采取“强剪弱弯”、“强柱弱梁”、“强节点，强锚固”的措施)。
2框架结构柱网布置的优化原则
选择科学合理的柱网布置方式，是有效发挥框架结构优越性的重要方面。框架结构的柱网尺寸首先应满足建筑使用功能，不宜过大也不宜过小，柱网尺寸过大，将使构件截面尺寸增加，势必占用使用空间，影响建筑舒适度。其次，柱网布置还应考虑工程造价，柱距较大，结构内力剧增，将导致构件尺寸增大，直接增加工程造价。柱距较小，材料强度不能充分发挥，对工程造成相对浪费。只有寻找到合理的柱网尺寸，才能使造价降到最低[4]
3建立数学模型
3.1设计变量
本文拟对钢筋混凝土框架结构柱网尺寸及梁、柱截面尺寸进行优化设计，以寻求单位面积上混凝土用量最少的优化结果。因此，优化模型中，将柱网尺寸及梁、柱截面尺寸作为设计变量。
因框架结构的截面尺寸必须满足建筑模数制，因此设计变量是离散的。但离散变量的优化设计较连续变量问题更为复杂。为此，本程序在优化时，将离散设计变量视为连续变量，求出最优解后，按模数制进行规整。

4工程概况
某办公楼采用6层钢筋混凝土内廊式框架结构，由于该体系将承重结构和围护结构分开，使其平面布置灵活，能够很好地满足建筑设计功能及设备布置要求。为满足概念设计对抗震结构要求，减轻或避免地震产生的扭转效应，避免产生薄弱环节。该项目采用规则的矩形平立面，并均匀布置各向抗侧力构件。其初步布置：①柱网6.6m×6.6m,内走廊宽：3.0m;②主梁截面0.35m×0.65m;③次梁截面0.25m×0.5m;④柱截面1~4层0.65m×0.65m,5~6层0.55m×0.5mm。层高3.8m。该建筑所处建筑场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组。抗震设防烈度为8度。所受荷载，楼层恒载2000N/m2,活载2500N/m2。屋面恒载2600N/m2,活载2500N/m2。混凝土强度等级C30。纵向受力钢筋采用HRB335,箍筋采用HPB300。

（略

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