混凝土结构仿古建筑坡屋顶优化设计研究

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优化设计是建筑结构设计中的一个重要课题。优化设计就是把最优数学原理应用到工程设计中,在众多的设计方案中寻求最合理方案的一种设计方法。如今仿古建筑坡屋顶在工业与民用建筑中广泛应用,而坡屋顶结构在受力时存在拱壳效应,在竖向荷载作用下的弯矩效应相比相同跨度的水平梁较小。本文选取某仿古建筑坡屋顶为研究对象,探索其坡屋顶结构的优化。  本文在坡度顶结构的优化研究中,以所研究建筑坡屋顶结构各构件截面尺寸为函数,强度、变形、尺寸要求等为约束条件,工程造价为目标函数,探索坡屋顶结构的优化方案。本文首先用PKPM和ANSYS软件对原结构方案进行计算分析,根据其受力情况,从尺寸优化和形状优化两个方面探索结构的优化方案。然后,基于原方案尺寸优化,用PKPM对优化方案进行设计计算,得到该结构布置下各构件的相对优化尺寸及配筋,并对得到的优化方案用ANSYS进行变形和强度验算;再对结构形状优化,采用无梁楼盖体系,基于规范的尺寸要求,用PKPM对优化方案进行设计计算,得到该结构布置下各构件的尺寸及配筋,并对得到的优化方案用ANSYS进行变形和强度验算;最后,对由形状优化得到的方案,采用尺寸优化进行了进一步的优化设计,得到满足强度和变形条件的结构设计方案。本文还计算比较了各优化方案的目标函数,得到相对优化的设计方案。  通过对坡屋顶结构的计算分析可知,坡屋顶结构在竖向荷载作用下会产生明显的拱壳效应,其受力以屋面结构构件的轴向压力为主,弯矩作用较小,可适当调整梁构件的布置。
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